Способ изготовления гидростатической гайки (варианты), гидростатическая гайка и гидростатический узел

 

Изобретение предназначено для использования в шлифовальных станках. Способ изготовления гидростатической гайки, которая работает совместно с ходовым винтом, приводящим в движение подвижный стол шлифовального станка, состоит в следующем. Эталонный ходовой винт помещают в цилиндрическую втулку с внутренней резьбой. Накладки из воска или ленты закрепляют на внешней поверхности резьбы эталонного винта, в то время как остальная его часть обрабатывается специальным покрытием, предотвращающим прилипание полимерного материала. В зазор между поверхностью винта и втулки подают раствор полимера, который затвердевает при комнатной температуре и атмосферном давлении. После этого эталонный винт вывинчивают, воск и ленту удаляют. Полученная таким образом гайка с каналами и является гидростатической. При ввинчивании в нее рабочего ходового винта и при прокачивании жидкости трение между поверхностями винта и гайки практически отсутствует. Данное изобретение позволяет решить проблему локального износа, а также уменьшить трение и люфты. 4 с. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

Область техники.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности, к области изготовления шлифовальных станков, и может быть применено при креплении шлифовальных кругов на ходовом винте.

Уровень техники.

В известных шлифовальных станках абразивный круг установлен на подвижном столе, посаженном посредством ходового винта и гайки на станине, причем подвижный стол выполнен с возможностью перемещения относительно станины. Перемещение подвижного стола обеспечивается за счет вращения гайки на ходовом винте. Гайка имеет внутреннюю резьбу определенного размера и перемещается одновременно с вращением ходового винта, выполненного с внешней резьбой того же размера. Гайка закреплена на подвижном столе, а ходовой винт совмещен посредством хвостовика с двигателем. Двигатель, предпочтительно выполненный с программным управлением, вращает ходовой винт как по часовой стрелке: так и против часовой стрелки, перемещая тем самым абразивный шлифовальный камень относительно рабочего стола.

Абразивный шлифовальный камень, выполненный из карборунда и имеющий первоначально диаметр порядка 400 мм в ходе работы будет постепенно истираться. Через некоторое время шлифовальный камень может уменьшиться в диаметре примерно на 75 - 100 мм. Для компенсации истирания двигатель в соответствии с программой работы перемещает подвижный стол по направлению к рабочему столу. При этом ходовой винт должен продвигать шлифовальный камень на величину его износа и обеспечивать соответствующее перемещение рабочего стола.

Более прочные шлифовальные камни, выполненные, в частности, из нитрида бора уменьшаются в диаметре незначительно. При использовании шлифовальных камней с твердостью, приближающейся к твердости алмаза, появляется проблема износа узла, состоящего из ходового винта и гайки, посредством которых происходит перемещение подвижного стола и шлифовального камня. Так как износ шлифовальных камней в традиционных шлифовальных машинах достаточно значителен, его стремятся компенсировать большим диапазоном подачи ходового винта, следовательно, незначительное изменение диаметра шлифовального камня из нитрида бора (порядка 2 миллиметров) приводит к износу только незначительной части ходового винта. Такой локальный износ приводит к преждевременной неисправности станка. Это препятствует точной передаче движения рабочего стола, нарушает условия, допускаемые инженерными требованиями для подачи ходового винта, а также выполнение других механических движений, выполняемых деталями станка.

Были использованы различные пути решения проблемы локального износа.

Было предложено размещать шарики абсолютно одинакового размера между контактирующими резьбовыми поверхностями с прохождением шариков через гайку. С одной стороны, это уменьшало трение и люфт между поверхностями, но, с другой стороны, это не устраняло полностью локальный износ.

Было предложено также вводить тонкую пленку жидкости между соприкасающимися резьбовыми поверхностями, причем введение пленки жидкости предполагалось проводить под давлением. Наличие пленки между резьбовыми поверхностями позволяет избежать контакта между взаимодействующими частями гайки и ходового винта. Но для подвода жидкости необходимо проведение точных работ по изготовлению каналов для течения жидкости, выполненных с возможностью доставления жидкости в нужных количествах в необходимые точки.

Было предложено также использовать нанесение эпоксидных материалов на поверхность ходового винта или формы, повторяющей сечение ходового винта. Эпоксидные материалы содержат специальные наполнители, которые увеличивают их механическую прочность, износоустойчивость, скольжение при одновременном уменьшении хрупкости. При изготовлении гайки в форму заливают эпоксидную смолу с наполнителями, вводят эталонный ходовой винт, а после завершения полимеризации эталонный ходовой винт вывертывают из образовавшейся гайки. Внутренняя резьбовая поверхность гайки полностью соответствует наружной поверхности эталонного ходового винта. Вышеуказанный прием детально описан в патенте США N 4.790.971 от 13 декабря 1988 года (авторы Росс А., Браун) Каждое известное решение предлагало подход, устраняющий часть проблемы, такую как цена, сложность изготовления, рабочие характеристики и т.п., но целостное решение комплексной проблемы локального износа, а также уменьшения трения и люфта не известно.

Сущность изобретения.

В соответствии с вышеизложенным, уникальная гайка должна быть спроектирована таким образом, чтобы она объединяла все желаемые характеристики известной гидростатической гайки с простотой изготовления изделия путем формования его из эпоксидной смолы и других материалов, образующих зону контакта гайки и ходового винта. В результате работы должна быть получена гайка с внутренней резьбой, имеющая внутри полимерного материала каналы, позволяющие подавать жидкости под давлением в зону контакта. В этом случае сформированная из застывшего полимера гайка будет перемещаться по тонкой жидкой пленке, что предпочтительно при использовании ходовых винтов с геликоидальной резьбой.

Предложен также новый способ (варианты) формирования гайки с внутренней резьбой, имеющей каналы в твердом полимерном материале, нанесенном на внутреннюю поверхность гайки. Способ включает этап нанесения воска или ленты вдоль внешней поверхности ходового винта или его части перед введением эпоксидной смолы в форму, оставляющую свободное пространство между резьбовой поверхностью ходового винта и резьбовой поверхностью гайки. После удаления воска или ленты в заполимеризовавшемся материале на гайке останутся проточные каналы.

Гайка выполняет функцию формы для заливки полимера, причем полученное полимерное покрытие на внутренней поверхности гайки затем подгоняют под размер для сохранения работоспособности подвижного стола шлифовальной машины. Внутренняя поверхность гайки с нанесенным полимерным слоем полностью повторяет поверхность ходового винта, вворачиваемого в гайку. В отверстия, выполненные в гайке, под давлением подают жидкость, которая проходит по образованным каналам и образует тонкую пленку между соответствующими поверхностями гайки и ходового винта. Процесс формирования полимерного слоя на внутренней поверхности гайки проходит при комнатной температуре и атмосферном давлении. Узел, состоящий из ходового винта и сформированной вышеописанным способом гайки, сочетает легкость использования полимерных материалов для образования твердых покрытий с низким коэффициентом трения с преимуществом использования жидкой пленки между гайкой и ходовым винтом.

Другие преимущества предложенного технического решения будут ясны квалифицированному специалисту после детального изучения настоящей заявки с использованием прилагающегося графического материала. В частности, каналы могут быть упрочнены резьбовой поверхностью, лежащей под покрытием, что обеспечит больший срок службы узла и точность его работы.

Техника отливки может быть применена к различным формам ходового винта и различным видам резьбы. Кроме того, приведенный способ формирования гидростатической гайки позволяет формировать узлы, сопоставимые по техническому результату с гайками, использующими скольжение по шарикам, без сложностей их изготовления.

Детальное описание изобретения.

При изготовлении гидростатической гайки согласно первому варианту реализации способа изготовления гидростатической гайки предложено устанавливать ходовой винт, имеющий на внешней поверхности не менее одного витка резьбы, в форму, имеющую на внутренней поверхности не менее одного витка резьбы, заливать в форму полимерный материал для заполнения пространства между внутренней резьбой формы и внешней резьбой винта, затвердевание полимера и извлечение винта из формы, причем предварительно на внешней резьбовой поверхности винта устанавливают прокладки, выполненные из материала, не разлагающегося при заливке их полимером, при этом после затвердевания прокладки удаляют. Предпочтительно при установке винта в форму отрегулировать и зафиксировать его положение таким образом, чтобы при введении под давлением в зазор между винтом и формой жидкого полимера форма плавала бы на тонкой пленке жидкого полимера относительно винта. Обычно используют форму в виде цилиндрического тела, содержащего на противоположных торцевых поверхностях фиксирующие крышки, используемые для регулирования положения винта в форме. Желательно выполнять прокладки из воска и преимущественно в форме цилиндра. Предпочтительно использовать полимерный материал, затвердевающий при комнатной температуре и атмосферном давлении.

Согласно второму варианту реализации способа изготовления гидростатической гайки предложено заливать в цилиндрическую форму, содержащую не менее одного шага резьбы на внутренней поверхности формы, жидкий полимер, устанавливать затем внутри формы ходовой винт, содержащий не менее одного шага резьбы на внешней поверхности, и после затвердевания полимера в форме извлекать винт из формы, причем предварительно на внешней поверхности винта устанавливают прокладки, выполненные из материала, не разлагающегося при заливке полимером, причем после затвердевания прокладки удаляют. Предпочтительно использовать винт и форму, имеющие множество витков резьбы на поверхностях. Желательно устанавливать прокладки на обеих плоскостях нарезки винта. Предпочтительно удалять винт из формы без разрушения тела полимера. Преимущественно используют совместимые резьбы на винте и форме. Предпочтительно использовать полимер, затвердевающий при комнатной температуре и атмосферном давлении.

По обоим вариантам реализации способа получают гидростатическую гайку, содержащую цилиндрическое металлическое тело со сквозным центральным отверстием, причем на внутренней поверхности сквозного отверстия выполнено не менее одного витка резьбы, а сама поверхность покрыта слоем полимера, в котором выполнены каналы.

Указанная гидростатическая гайка входит в состав гидростатического узла, содержащего металлическую гайку указанной конструкции и ходовой металлический винт, на внешней поверхности которого выполнено не менее одного витка резьбы, причем покрытие из пластика предохраняет поверхность гайки от контакта с поверхностью винта. Обычно гайка посредством прилива соединена с подвижным столом, несущим шлифовальный круг, а винт предназначен для соединения посредством муфты с приводом перемещения шлифовального круга. Подвижный стол преимущественно выполнен цилиндрической формы. Если указанный узел установлен на шлифовальной машине, содержащей станину и подвижный стол с кареткой, на котором установлен шлифовальный круг, то его гайка обычно посредством прилива бывает соединена с подвижным столом, а винт посредством муфты соединен с приводом перемещения шлифовального круга.

Перечень фигур.

На фиг. 1 приведен вид сбоку традиционного шлифовального станка, в котором использован гидростатический узел, выполненный согласно данному изобретению.

На фиг. 2 приведено увеличенное изображение поперечного сечения формы и эталонного ходового винта для образования гидростатической гайки по используемой технологии до стадии использования полимерных материалов.

На фиг. 3 приведено увеличенное изображение поперечного сечения формы и эталонного ходового винта для образования гидростатической гайки по используемой технологии после стадии использования полимерных материалов.

На фиг. 4 приведено увеличенное изображение поперечного сечения полученной гидростатической гайки с ходовым винтом.

Детальное описание изобретения.

Как отмечалось ранее, на фиг. 1 показаны основные узлы шлифовального станка, в дальнейшем отмеченного поз. 10. Тяжелая металлическая станина 12 установлена на полу (не показано) рабочего помещения. Передняя часть станка выполнена выше задней части. Каретка 14 выполнена с возможностью движения перпендикулярно относительно передней части станины 12, а стол 16 выполнен подвижным относительно каретки 14. Головные направляющие колодки 18 и нижние колодки (не показаны) закрепляют подвижный стол 16 на направляющих 20.

Ползун 24 движется вдоль верхней поверхности станины станка 10, а подвижный стол 26 движется вдоль верхней поверхности 24. Шлифовальный круг 28 установлен на оси 30, прикрепленной к концу подвижного стола 26. Двигатель 32 предназначен для вращения круга 28 посредством приводного ремня 34. Центральная линия оси 30 перемещается одновременно с центральной линией рабочего стола 22.

Прилив 36 соединен с подвижным столом 26, выполненным с возможностью продольного перемещения. Гидростатическая гайка 40, закрепленная внутри полости 38, имеет резьбу на внутренней поверхности. Передний конец ходового винта 42 проходит через гидростатическую гайку 40, при этом ходовой винт имеет внешнюю резьбу. Двигатель 44 соединен с задним концом ходового винта 42 посредством соединительной муфты 46, причем двигатель 44 вращает ходовой винт 42 относительно гайки 40 для обеспечения перемещения рабочего стола 26 и шлифовального круга 28 по отношению к рабочему столу. Двигатель 44 управляют посредством сигналов, поступающих в цифровой форме с компьютера, согласующего положение шлифовального камня 28 и его перемещение относительно рабочего стола 22.

Шлифовальная машина 10 типична во многих отношениях и удобна для применения гидростатической гайки.

На фиг. 2 приведена в основном форма 50 для формования гидростатической гайки. Форма 50 представляет собой металлическое цилиндрическое тело с центральным отверстием, открытым на противоположных концах. Фиксирующая крышка 52 закрывает форму 50 с одной стороны, а большая по площади фиксирующая крышка 54 - с другой стороны.

В крышке 52 выполнено сквозное отверстие 56, в котором установлена прижимная пластина 58, предназначенная для регулирования давления посредством использования головки винта 60. После размещения по месту пластины 58 винт 60 фиксируют действием винта 62.

Крышка 54 имеет тело с предохранительным фланцем 64, который входит в форму 50. Нажимная пластина 66 перемещается действием центрального винта 68 и фиксируется регулировочными винтами 70, 72. Эталонный ходовой винт 74 располагают в форме 50 и фиксируют с обеих сторон. Эталонный ходовой винт 74 соответствует размеру и форме ходового винта, который будет проходить через гидростатическую гайку 40 и работать вместе с ней. Эталонный ходовой винт 74 может быть использован многократно, Эталонный ходовой винт 74 имеет внешнюю резьбу с геликоидальной нарезкой. Геликоидальная нарезка выбрана для облегчения получения соответствующей резьбы на поверхности формы 50.

Первую прокладку из воска 76 помещают на геликоидальной поверхности первой (или ведущей) стороне эталонного винта 74. Прокладку 78 помещают на второй поверхности геликоидальной резьбы. Прокладки 76 и 78 помещают на резьбовую поверхность до помещения эталонного ходового винта в форму 50.

После наложения прокладок 76 и 78 на резьбу ходовой эталонный винт 74 вводят в форму 50, регулируют его положение пластинами 58 и 66 и фиксируют его положение в форме 50. Антиадгезивное относительно полимера покрытие наносят на свободную от прокладок 76 и 78 поверхность резьбы.

Эпоксидную смолу или другой полимерный материал 80 вводят через входное отверстие 82 формы 50 в пространство между внешней резьбой эталонного ходового винта 74 и внутренней резьбой формы 50. Распространяясь по пространству, полимер заполняет его и предотвращает контакт поверхности с поверхностью. Воздух выходит из формы 50 через отверстие 84, что приводит к отсутствию воздушных пузырей в полимерной массе. Избыточный материал также может выходить через отверстие 84.

Полимерный материал затекает в непрерывную полость точно установленных размеров между внутренней резьбой формы 50 и внешней резьбой эталонного ходового винта 74. Поскольку восковые прокладки 76 и 78 прочно закреплены на резьбе эталонного ходового винта 74, полимерный материал под них не затекает, что приводит к тому, что эталонный ходовой винт в этих местах не имеет покрытия.

После заполнения полимером полости форму 50 оставляют на 12-18 часов при комнатной температуре и атмосферном давлении. Отлитый полимерный материал 80 при этом твердеет. Фиксирующие крышки 52 и 54 удаляют с обеих сторон формы 50 и вывинчивают эталонный ходовой винт 74 из формы. Антиадгезионное покрытие, предварительно нанесенное на поверхность эталонного ходового винта 74, препятствует прилипанию к нему отливки полимера 80, Для заливки в форму 50 могут успешно использоваться различные полимеры. Однако наиболее пригодны эпоксидные материалы, продаваемые под торговой маркой "Моглис" (Девит корпорейшн).

После удаления эталонного ходового винта 74 форму 50 с твердым покрытием из полимерного материала 80, нанесенного на внутреннюю резьбу, обрабатывают до получения необходимой формы. В окончательном виде форма превращается в гидростатическую гайку (фиг. 4). Прокладки 76 и 78 удаляют вручную из твердого полимерного материала 80 с образованием проточных каналов 86 и 88 на поверхности полимерного материала 80, обращенных внешней стороной к ходовому винту 42. Воск, в частности, может быть растворен и вымыт подходящим растворителем.

Полученную гидростатическую гайку устанавливают на прилив 36, расположенный ниже подвижного стола 26, как показано на фиг. 1. Передний конец ходового винта 42 проходит через соответствующую ему гайку 40, что позволяет передать движение подвижному столу 26 и шлифовальному камню 28 относительно рабочего стола. На фиг. 4 показано оперативное взаимодействие гайки 40 и части ходового винта 42.

Как показано выше, удаление прокладок 76 и 78 создает каналы 86 и 88 на поверхности полимерного материала 80. Металлическая резьба гайки способствует поддержанию каналов. Первый впускной капилляр 90 подает жидкость к резьбовым каналам 86 таким образом, что гайка 40 всплывает на тонком слое жидкости относительно ходового винта 42, в то время, когда ходовой винт продвигается относительно гайки. Второй капилляр 92 доставляет жидкость в резьбовые каналы 88 таким образом, что гайка 40 всплывает на тонком слое жидкости в то время, когда ходовой винт 42 втягивается в гайку. Пленка жидкости совместно с полимерным материалом 80 гарантирует, что гайка 40 будет действовать надежно в без трения.

Хотя совокупность признаков настоящего изобретения обсуждена и обоснована, возможны и другие варианты реализации изобретения. Например, может быть использован для прокладок 76 и 78 пчелиный воск или электроизоляционная лента.

В некоторых случаях при удалении эталонного ходового винта из формы 50 прокладки 76 и 78 выпадают из полимерного тела 50, а некоторое их количество все же остается. Оставшиеся прокладки необходимо растворить или извлечь вручную.

Подобные гидростатические гайки могут быть успешно использованы в других точных механизмах при движении каретки. Следовательно, изобретение должно трактоваться широко в соответствии со вкладом в науку и технику, достигнутым при разработке узла из гидростатической гайки и ходового винта.

Формула изобретения

1. Способ изготовления гидростатической гайки, включающий установку ходового винта, имеющего на внешней поверхности не менее одного витка резьбы, в форму, имеющую на внутренней поверхности не менее одного витка резьбы, заливку полимерного материала в форму для заполнения пространства между внутренней резьбой формы и внешней резьбой винта, затвердевание полимера и извлечение винта из формы, отличающийся тем, что предварительно на внешней резьбовой поверхности винта устанавливают прокладки, выполненные из материала, не разлагающегося при заливке их полимером, причем после затвердевания полимера прокладки удаляют.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при установке винта в форму его положение регулируют и фиксируют таким образом, чтобы при введении под давлением жидкого полимера в зазор между винтом и формой форма плавает на тонкой пленке жидкого полимера относительно винта.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед введением винта в форму на его поверхность наносят антиадгезионное покрытие.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют форму в виде цилиндрического тела, содержащего на противоположных торцевых поверхностях фиксирующие крышки, используемые для регулировки положения винта в форме.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокладки выполнены из воска.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокладки выполнены в форме цилиндра.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют полимерный материал, затвердевающий при комнатной температуре и атмосферном давлении.

8. Способ изготовления гидростатической гайки, включающий заливку в цилиндрическую форму с не менее чем одним шагом резьбы на внутренней поверхности жидкого полимера, установку внутри формы ходового винта, содержащего не менее одного витка резьбы на внешней поверхности, затвердевание полимера и извлечение винта из формы, отличающийся тем, что предварительно на внешней поверхности винта устанавливают прокладки, выполненные из материала, не разлагающегося при заливке их полимером, причем после затвердевания полимера прокладки удаляют.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что используют винт, имеющий на внешней поверхности множество витков резьбы, и цилиндрическую форму, имеющую на внутренней поверхности множество витков резьбы.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что прокладки устанавливают на обеих плоскостях нарезки винта.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что винт удаляют из формы без разрушения тела полимера.

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что используют взаимно совместимые резьбы на винте и форме.

13. Способ по п.8, отличающийся тем, что используют полимерный материал, затвердевающий при комнатной температуре и атмосферном давлении.

14. Гидростатическая гайка, содержащая цилиндрическое металлическое тело со сквозным центральным отверстием, причем на внутренней поверхности сквозного цилиндрического отверстия выполнено не менее одного витка резьбы, а сама поверхность покрыта слоем полимера, отличающаяся тем, что в слое полимера выполнены каналы.

15. Гидростатический узел, содержащий металлическую гайку цилиндрической формы со сквозным центральным осевым отверстием, на внутренней поверхности которого выполнено не менее одного витка резьбы, причем внутренняя поверхность сквозного центрального отверстия покрыта твердым покрытием из пластика, и ходовой металлический винт, на внешней поверхности которого выполнено не менее одного витка резьбы, причем покрытие из пластика предохраняет поверхность гайки от контакта с поверхностью винта, отличающийся тем, что в покрытии из пластика выполнены каналы для введения жидкости.

16. Узел по п.15, отличающийся тем, что гайка посредством прилива соединена с подвижным столом, несущим шлифовальный круг, а винт предназначен для соединения посредством муфты с приводом перемещения шлифовального круга.

17. Узел по п.16, отличающийся тем, что подвижный стол выполнен цилиндрической формы.

18. Узел по п.15, отличающийся тем, что он установлен на шлифовальной машине, содержащей станину, подвижный стол с кареткой, на котором закреплен шлифовальный круг, причем узел установлен таким образом, что его гайка посредством прилива соединена с подвижным столом, а винт посредством муфты соединен с приводом перемещения шлифовального круга.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4