Привод для перемещения подвижного органа станка
Предполагаемая полезная модель относится к станкостроению и может быть использована в приводах возвратно-поступательного движения исполнительных механизмов, например, шлифовальных станках.
Технической задачей предполагаемой полезной модели является повышение максимальной скорости перемещения подвижного органа и расширение технологических возможностей за счет увеличения хода и снижения упругих деформаций ходового винта.
Поставленная техническая задача решается тем, что привод для перемещения подвижного органа станка содержит основной ходовой винт, расположенный в опорах на неподвижном корпусе, механизм его вращения и кинематически связанное с основным ходовым винтом основное зубчатое или червячное колесо, дополнительный ходовой винт с механизмом его вращения, при этом, на основном зубчатом или червячном колесе соосно жестко закреплено дополнительное зубчатое или червячное колесо, кинематически связанное с дополнительным ходовым винтом, причем основной и дополнительный ходовые винты имеют различное число заходов или различный шаг нарезки;
- дополнительный ходовой винт, выполненный в виде червяка установлен в опорах на подвижном рабочем органе;
- в подвижном рабочем органе симметрично основному расположено дополнительное зубчатое или червячное колесо, кинематически связанное с приводом вращения основного колеса.
Предполагаемая полезная модель относится к станкостроению и может быть использована в приводах возвратно-поступательного движения исполнительных механизмов, например, шлифовальных станках.
Известно устройство шлифовальной бабки, выполненной в виде неподвижного основания, несущего поворотную шлифовальную головку с механизмом продольного и углового перемещений с автономными приводами, выполненными в виде двух червяков, кинематически связанных с одним червячным колесом, при этом один из червяков установлен на поворотной шлифовальной головке, а другой на основании. (Авторское свидетельство СССР 
487755 кл. B24B 47/04, 1973 г.)
Данное устройство включает червячно-винтовую передачу, обладающую низкими рабочими скоростями и малой величиной хода, что обусловлено ограничением длины червяка и необходимостью использовать червяки с одинаковыми параметрами нарезки.
Таких недостатков лишен привод перемещений стола плоскошлифовального станка для глубинного шлифования, содержащий гидроцилиндр и шариковинтовую передачу с приводом от регулируемого двигателя, гайка которой связана со штоком гидроцилиндра, а винт через систему подшипников со столом, причем шток гидроцилиндра выполнен полым под свободный конец шарикового винта, снабжен упором для последнего и жестко связан с гайкой, при этом гайка снабжена самоустанавливающимся роликом, закрепленном на корпусе гайки, установленном с возможностью взаимодействия с выполненным в столе пазом, а привод вращения - тормозом. (Авторское свидетельство СССР 1155433 кл. B24B 47/02, 1983 г.)
В данном устройстве используется комбинация гидравлического привода с электроприводом, использующим шариковинтовую передачу, что позволяет производить шлифование в широком диапазоне скоростей продольных подач стола. При этом при глубинном шлифовании используется электропривод, а при традиционном - гидропривод. Недостатками данного устройства является его сложность, обусловленная использованием приводов двух разных типов, а также необходимость использования гидропривода с дроссельным регулированием, обладающего повышенным шумом, утечками масла и низким КПД.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является привод перемещения подвижного органа станка, содержащий основной ходовой винт, расположенный в опорах на неподвижном корпусе, механизм его вращения и кинематически связанное с основным ходовым винтом основное зубчатое или червячное колесо, дополнительный ходовой винт с механизмом его вращения, кинематически связанный с основным ходовым винтом посредством указанного колеса, ось которого расположена в подвижном органе станка с возможностью перемещения вдоль осей ходовых винтов (Патент РФ 2146191, кл. B23Q 5/40, 1998 г.).
Скорость перемещения подвижного органа в данном приводе может быть определена по следующей формуле
где p - шаг основного и дополнительного ходовых винтов; n1, n2 - частоты вращения основного и дополнительного ходовых винтов. Так как основной и дополнительный винты кинематически связаны с одним зубчатым или червячным колесом, то оба винта должны иметь одинаковый шаг и профиль витка. Данная формула показывает, что максимальная скорость подвижного органа определяется шагом винта и максимальной частотой вращения привода vmax=pnmax. Винтовые передачи имеют менее высокие скорости перемещения, чем, например, зубчато-реечные передачи. Это определяется малым шагом винта, повышенным износом передачи и увеличения вынужденных колебаний, связанных с неуравновешенностью винта.
Недостатком конструкции являются узкие технологические возможности, обусловленные низкими скоростями перемещения подвижного органа и ограниченностью хода стола, связанной с уменьшением жесткости ходовых винтов с увеличением длины хода и снижение точности передачи за счет их упругих прогибов.
Технической задачей предполагаемой полезной модели является повышение максимальной скорости перемещения подвижного органа станка и расширение технологических возможностей за счет увеличения хода и снижения упругих деформаций ходового винта.
Техническим результатом является увеличение хода и снижения упругих деформаций ходового винта, за счет чего и обеспечивается максимальная скорость перемещения подвижного органа и расширение технологических возможностей.
Технический результат достигается тем, что привод для перемещения подвижного органа станка, содержащий основной ходовой винт с механизмом его вращения, расположенный в опорах на неподвижном корпусе, зубчатое или червячное колесо, кинематически связанное с основным ходовым винтом, и дополнительный ходовой винт с механизмом его вращения, при этом он снабжен дополнительным зубчатым или червячным колесом, кинематически связанным с дополнительным ходовым винтом и жестко скрепленным с основным зубчатым или червячным колесом, причем дополнительное зубчатое или червячное колесо имеет делительный диаметр, отличный от делительного диаметра основного колеса, а основной и дополнительный ходовые винты имеют различное число заходов или различный шаг нарезки;
- дополнительный ходовой винт выполнен в виде червяка и установлен в опорах на подвижном рабочем органе.
- дополнительное зубчатое или червячное колесо расположено симметрично основному зубчатому или червячному колесу и кинематически связано с приводом вращения основного колеса.
- основной и дополнительный ходовые винты имеют различное число заходов или различный шаг нарезки;
- дополнительный ходовой винт, выполненный в виде червяка установлен в опорах на подвижном рабочем органе;
- в подвижном рабочем органе симметрично основному расположено дополнительное зубчатое или червячное колесо, кинематически связанное с приводом вращения основного колеса.
На фиг.1 показана кинематическая схема предлагаемого привода, содержащего дополнительное зубчатое или червячное колесо, кинематически связанное с дополнительным ходовым винтом; на фиг.2 - план скоростей, позволяющий определить скорость подвижного органа при одновременной работе двух приводов; на фиг.3 - кинематическая схема предлагаемого привода с дополнительным ходовым винтом, выполненном в виде червяка установленном в опорах на подвижном рабочем органе; на фиг.4 - кинематическая схема предлагаемого привода с дополнительным червячным колесом, кинематически связанным с приводом вращения основного колеса; на фиг.5 - кинематическая схема предлагаемого привода с передачей вращения от дополнительного двигателя непосредственно на зубчатое или червячное колесо.
Привод для перемещения подвижного органа станка содержит корпус 1, в котором в подшипниках 2 установлен основной ходовой винт 3 с приводным двигателем 4. Основной ходовой винт 3 кинематически связан с зубчатым или червячным колесом 5, установленном на оси 6, жестко закрепленной в подвижном органе 7 станка (на фиг. не показан). Подвижный орган 7 установлен в направляющих 8 корпуса 1. Корпус 1 может принадлежать любому подвижному или неподвижному рабочему органу станка, например, поперечному крестовому столу или станине плоскошлифовального станка.
Параллельно оси ходового винта 3 в подшипниках 9, расположенных в корпусе 1 установлен дополнительный ходовой винт 10 с приводным двигателем 11. Ходовой винт 10 кинематически связан с зубчатым или червячным колесом 12, соосно жестко скрепленным с колесом 5. Профили резьбы винтов 3 и 10 должны соответствовать профилям червяков, сопрягаемых с колесами 5 и 12 соответственно. Модуль и число заходов червяков, на основе профиля которых нарезается резьба ходовых винтов 3 и 10 могут различаться.
Упрощение конструкции достигается путем уменьшения длины дополнительного ходового винта 10, выполненного в виде червяка, при расположении его опор 8 в корпусе подвижного рабочего органа 7.
Для компенсации сил, действующих на основной ходовой винт, уменьшения деформации винтов и повышения точности позиционирования устройства в подвижном рабочем органе 7 на оси 15 симметрично относительно винта 3 установлено зубчатое или червячное колесо 16, кинематически связанное с колесом 5. Кинематическая связь может осуществляться через зубчатые или червячные колеса 16, 17. Колесо 17 находится в зацеплении с червяком 18, который жестко соединен с червяком 10. Зубчатое или червячное колесо 16 кинематически связано с ходовым винтом 3.
Другим вариантом кинематической связи зубчатых колес 5 и 16 является соединение их беззазорной зубчатой передачей колесами 19 и 20. При этом колесо 19 жестко соединяется с колесом 5, а колесо 20 с колесом 16. Приводной двигатель 11 может быть напрямую соединен с зубчатыми колесами 5 и 19.
Привод работает следующим образом.
При включении электродвигателей 4, 11 начинают вращаться ходовые винты 3 и 10, независимое вращение которых преобразуется в результирующее поступательное движение перемещаемого подвижного органа станка 7. При этом винт 3 приводит во вращение зубчатое или червячное колесо 5, а винт 10 - колесо 12.
Если дополнительный ходовой винт 10 установлен в опорах 9, расположенных в корпусе 1, то возможны следующие режимы работы привода. При включении только одного электродвигателя 4 вращение передается с червяка 3 на зубчатое или червячное колесо 5, а затем на жестко связанное с ним колесо 12, которое будет обкатываться по неподвижному винту 10. Ось 6 колес 5 и 12 будет совершать поступательное движение, перемещая подвижный орган 7 по направляющей 8. Если включен только электродвигатель 11, то вращение будет передаваться по следующей кинематической цепи: с винта 10 на колеса 12 и 5. Колесо 5 будет обкатываться по неподвижному винту 3, перемещая подвижный орган 7.
При синхронной работе электродвигателей 4 и 11 скорость перемещения подвижного органа определяется по формуле
где r1, r2 - радиусы делительных окружностей, соответственно основного 5 и дополнительного 12 зубчатых колес, м; v1 и v2 - скорости в точках соприкосновения делительных диаметров колес 5, 12 и ходовых винтов, имеющих профиль червяков 3, 10, м/с. При выражении в (2) скоростей через шаги винтов и частоты их вращения уравнение примет вид
где p1, p2 - шаг основного 3 и дополнительного 10 ходовых винтов, м; n1 , n2 - частоты вращения основного 3 и дополнительного 10 ходовых винтов, с-1.
При использовании винтов с разным шагом нарезки, например, при p1=2p 2 и r1=r2 появляется возможность увеличить скорость перемещения до 
при синхронной работе обоих электродвигателей на максимальной частоте вращения.
В данной схеме винт с меньшим шагом нарезки используется для осуществления рабочих перемещений, а винт с большим шагом нарезки - холостых. Это также способствует повышению плавности перемещения подвижного органа на рабочей подаче.
При выполнении ходового винта 10 в виде червяка и установке его опор 9 в корпусе подвижного органа 7 скорость перемещения подвижного органа определяется по формуле
В этом случае можно упростить конструкцию за счет сокращения длины одного из червяков.
Увеличение длины хода подвижного органа 7 обеспечивается при установке дополнительного зубчатого колеса 16, кинематически связанного с основным ходовым винтом 3 и приводом вращательного движения с электродвигателем 11.
В этом случае перемещения подвижного органа 7, производимые с малой скоростью осуществляются посредством вращения винта 3 от электродвигателя 4 при выключенном электродвигателе 11. Ускоренные перемещения производятся за счет передачи вращения от электродвигателя 11 при выключенном электродвигателе 4 и неподвижном ходовом винте 3. При этом радиальные силы, возникающие в зацеплении между винтом 3 и зубчатыми или червячными колесами 5 и 16 направлены навстречу друг другу и взаимно компенсируются. Равенство указанных радиальных сил достигается, например, регулированием взаимного углового положения колес 5 и 12 при сборке. При работе равномерность распределения нагрузки в зацеплениях колес 5 и 12 с винтом 3 будет обеспечиваться за счет его упругого изгиба. Электродвигатели 4 и 11 могут оборудоваться автоматическими устройствами торможения для исключения возможности свободного проворота их валов при выключенном вращении.
В передаче такой конфигурации вращение винта 3 от приводного электродвигателя 4 используется преимущественно для рабочих перемещений, а вращение от электродвигателя 11 - для ускоренных холостых перемещений.
Существенное повышение быстродействия передачи достигается при снижении передаточного отношения приводного механизма или непосредственного соединения выходного вала приводного электродвигателя 11 с зубчатым или червячным колесом 5. При этом привод вращения колеса 16 может быть выполнен, например, в виде беззазорной зубчатой передачи.
Последний вариант конструкции может применяться в широком диапазоне скоростей. Например, при использовании предлагаемого устройства в конструкции привода стола плоскошлифовального станка при использовании движения, создаваемого электродвигателем 4 и ходовым винтом 3, может производиться глубинное шлифование со скоростями 50-200 мм/мин, а при использовании использования движения, создаваемого электродвигателем 11 - традиционное плоское шлифование в диапазоне скоростей 5-20 м/мин.
Скорость подачи подвижного органа при этом может быть определена по формуле
Применение предлагаемого привода перемещения подвижного органа станка позволит расширить технологические возможности привода за счет увеличения максимальной скорости перемещения и увеличения длины хода подвижного органа, а также повысить точность перемещений путем снижения упругих деформаций ходового винта. Использование конструкции в приводах перемещения стола плоскошлифовальных станков позволит расширить технологические возможности путем получения возможности комбинировать обработку глубинным и традиционным шлифованием на одном станке.
1. Привод для перемещения подвижного органа станка, содержащий основной ходовой винт с механизмом его вращения, расположенный в опорах на неподвижном корпусе, зубчатое или червячное колесо, кинематически связанное с основным ходовым винтом, и дополнительный ходовой винт с механизмом его вращения, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным зубчатым или червячным колесом, кинематически связанным с дополнительным зубчатым или червячным колесом, причем дополнительное зубчатое или червячное колесо имеет делительный диаметр, отличный от делительного диаметра основного колеса, а основной и дополнительный ходовые винты имеют различное число заходов или различный шаг нарезки.
2. Привод по п.1, отличающийся тем, что дополнительный ходовой винт выполнен в виде червяка и установлен в опорах на подвижном рабочем органе.
3. Привод по п.2, отличающийся тем, что дополнительное зубчатое или червячное колесо расположено симметрично основному зубчатому или червячному колесу и кинематически связано с приводом вращения основного колеса.
