Шпиндель станка: типы, принцип работы, устройство

Фрезерный шпиндель – это электрический двигатель, оснащенный механизмом для зажима инструмента. Основная задача фрезерного шпинделя станка ЧПУ в производстве МДФ фасадов – обработка заготовок профильными фрезами, формирование криволинейных сторон деталей,  раскрой широкоформатных панелей МДФ, обработка кромок и углов фасадов, фрезерование 3Д рельефа, замысловатых решеток и оригинальных узоров на поверхности фасада и т.п. Не стоит забывать о возможности обработки фрезерным шпинделем других материалов используемых в мебельной промышленности и производстве фасадов: ДСП, массива дерева, пластика, акрила. Кроме того, фрезерный шпиндель станка ЧПУ, оснащенный специальными агрегатами способен выполнять операции вертикального и горизонтального сверления, пазования и распила циркулярными пилами, шлифования и даже нанесения кромки.

Типы двигателей шпинделя в деревообрабатывающих станках ЧПУ

Производители станков с ЧПУ для деревообработки на современном рынке предлагают два варианта оснащения фрезерного шпинделя:

• Коллекторным двигателем с воздушным охлаждением;
• Асинхронным двигателем с воздушным или водяным охлаждением.

Коллекторные (щеточные) двигатели обычно устанавливаются на недорогих, можно даже сказать кустарных станках ЧПУ. У них куча недостатков против одного достоинства – низкой стоимости.

Они сильно шумят, их полная мощность достигается только при максимальных оборотах, частота вращения вала непостоянна и сильно зависит от нагрузки на фрезу, они менее надежны и более требовательны в обслуживании.

Асинхронные двигатели фрезерного шпинделя для станков ЧПУ имеют более широкий диапазон рабочих скоростей без какой-либо значительной потери мощности.

Для запитывания подобных двигателей на станках ЧПУ используется инвертор (преобразователь частоты).

Рабочий вал шпиндельного двигателя у современных производителей устанавливается на керамических подшипниках с пониженной плотностью, высокой твердостью и низким коэффициентом температурного расширения, что дает сразу несколько положительных эффектов:

• Двигатель значительно меньше греется;
• Уменьшаются потери мощности от трения в подшипниках;
• Показатель биения вала не изменяется при нагреве двигателя и увеличении скорости вращения шпинделя;
• Подшипники не изнашиваются даже при сильных боковых нагрузках;
• Смазка в подшипниках не теряет свои свойства долгие годы;

Кроме того, асинхронный двигатель фрезерного шпинделя станка ЧПУ не имеет щеток, что исключает необходимость его обслуживания на протяжении всего срока эксплуатации.

Система охлаждения шпинделя ЧПУ

Система охлаждения фрезерного шпинделя станка ЧПУ может быть воздушной или водяной. Обе системы имеют свои достоинства и недостатки.

Шпиндели с воздушным охлаждением изготавливаются в алюминиевом корпусе с высокими показателями теплоотдачи. Вентилятор воздушного охлаждения может устанавливаться на вал ротора, или иметь независимый привод.

Такие шпиндели стоят дешевле и не требуют особого ухода. Однако они имеют некоторые недостатки.

С одной стороны на низких оборотах могут сильно нагреваться, а с другой стороны производители не рекомендуют их использование с выключенной системой аспирации.

Фрезерные шпиндели с системой водяного охлаждения работают в пределах наиболее благоприятных температур, что положительно отражается как на сроке службы подшипников, так и на рабочих характеристиках шпинделя в целом. Они практически бесшумны. Единственный недостаток – это обязательное подключение к устройству подачи охлаждающей жидкости (тосола или антифриза).

Устройства зажимов шпинделя ЧПУ

Фрезерные шпиндели деревообрабатывающих станков ЧПУ для производства фасадов МДФ в зависимости от конструкции устройства зажима инструмента можно разделить на две группы:

• Шпиндели с ручной сменой инструмента;
• Шпиндели с автоматической сменой инструмента.

На конце вала шпинделя с ручной сменой инструмента имеется внутренний конус и наружная резьба, на которую накручивается инструментальная гайка с цангой.

Наиболее распространенным деревообрабатывающей отрасли устройством цангового зажимного элемента является  стандарт ER.

В станках ЧПУ предназначенных для производства мебели, как правило, используют шпиндели с цанговым зажимом ER32 для фиксации инструмента с хвостовиком цилиндрической формы диаметром от 2-х до 20 мм.

Фрезерные шпиндели с автоматической сменой инструмента имеют более сложную конструкцию. На конце вала размещается механизм захвата, а внутри того же вала расположена удерживающая пружина со штоком и пневмоцилиндр. В пассивном состоянии патрон (оправка) с инструментом надежно удерживается силой пружины. При подаче воздуха высокого давления, пневмоцилиндр шпинделя давит на шток, а тот, в свою очередь ослабляет захватные элементы.

На сегодняшний день на станках и обрабатывающих центрах ЧПУ для обработки древесных материалов с автоматической сменой инструмента наибольшую популярность приобрели два стандарта быстросъемного патрона:  ISO и HSK. Патрон системы оснастки шпинделя типа ISO имеет форму в виде конуса. Его основное преимущество — работа массивными инструментами на низких или средних оборотах.

Быстросъемный патрон стандарта HSK имеет полый конический хвостовик. Его конструкция отличается жесткостью и легкостью. Он был разработан специально для высокоскоростной и высокоточной обработки.

Агрегаты станка ЧПУ. Позиционирование агрегатов ЧПУ по осям C, A и B

Главное преимущество станка ЧПУ – это возможность быстро и с высокой точностью обрабатывать сложные геометрические формы. Однако чтобы добиться желаемого результата, порой недостаточно одного фрезерного шпинделя со стандартным набором фрез. Поэтому появляется необходимость оснащения шпинделя станка ЧПУ дополнительными механизмами – агрегатами, способными производить обработку заготовки под заданным углом и в нужном направлении.

Современные агрегаты для фрезерных шпинделей позволяют выполнять широкий спектр операций обработки, гарантируя максимальную гибкость использования станков и обрабатывающих центров ЧПУ.

Кроме стандартных операций фрезерования они быстро и качественно, под нужным углом и в заданном направлении выполняют распил и присадку заготовки, пазование и шлифовку ее поверхностей, а также вставку фурнитуры, наклеивание стикеров, облицовку торцов деталей кромкой и многое другое.

Для подключения агрегата к фрезерному шпинделю станка ЧПУ, необходимо соблюсти два условия: чтобы шпиндель был оснащен устройством автоматической смены инструмента и чтобы был установлен специальный переходник для позиционирования агрегатов, в том числе с приводом для угловых перемещений по оси С.

Здесь следует выделить три типа устройств позиционирования головки агрегата на станке ЧПУ:

• Механический. Представляет собой устанавливаемый на шпиндель фланец с 4-мя коническими отверстиями для позиционирования агрегатов по оси C с шагом 90°. Оси A и B устанавливаются на агрегате вручную.
• Пневматический. Фрезерный шпиндель оснащается поворотным устройством с пневматическим приводом вращения на оси C на ±90°-180°.
• Электронный. На главный шпиндель станка ЧПУ устанавливается поворотное устройство оснащенное сервоприводом для позиционирования агрегата по оси C на 360° или «Интерполированная ось C» с поддержкой агрегатов с поворотом головы по осям C, A и B.

Существуют также другие способы позиционирования инструмента по осям станка ЧПУ. Например, поворотное устройство устанавливается непосредственно на шпиндельную площадку портальной балки станка ЧПУ, а на него уже крепится фрезерный шпиндель. Или станок оборудуется вращающимся рабочим столом. Однако подобные конструкции станков имеют ограниченные возможности и подходят лишь для выполнения узкого круга операций обработки, например для изготовления гнутых фасадов из МДФ, массива дерева или обработки объемных деталей со сложной геометрией.

Как подобрать шпиндель для станка ЧПУ

Фрезерный шпиндель – это главный элемент любого станка ЧПУ. Его основная задача – быстро и качественно выполнять обработку заготовок. При этом он должен обладать способностью выполнять широкий спектр операций обработки, бесперебойно выполнять свои функции на протяжении всего срока службы.

При выборе станка ЧПУ для изготовления фасадов МДФ в первую очередь важно определиться с мощностью электродвигателя фрезерного шпинделя.

Для обработки МДФ или дерева подойдут  и малосильные двигатели мощностью до 2 кВт. Однако при этом время процесса фрезерования будет пропорционально мощности фрезерного шпинделя станка ЧПУ.

Целесообразность использования подобных станков ЧПУ в промышленном масштабе под большим вопросом.

Чтобы за один проход раскроить панель МДФ, или выполнить профильную фрезеровку фасада потребуется силовой агрегат мощностью около 5 кВт. Чтобы использовать автоматическую смену инструмента, расширить диапазон применяемого инструмента, иметь возможность подключать дополнительные агрегаты – потребуется шпиндель мощностью  10 кВт и более.

Скорость вращения шпинделя при работе станка ЧПУ с фрезеровальным и гравировальным инструментом  для обработки древесных материалов варьируется от 12 до 24 тыс. оборотов в минуту. Если же планируется использование дополнительных агрегатов, то электродвигатель шпинделя должен выдерживать нагрузку и работать без потери мощности на скоростях 3-8 тыс. оборотов в минуту.

При подборе фрезерного шпинделя станка ЧПУ нельзя забывать о таких параметрах как надежность и долговечность. Некоторые операции станка ЧПУ могут выполняться по несколько часов, и если в середине процесса потребуется заменить щетки коллекторного двигателя фрезерного шпинделя, можно не только упустить драгоценное время, но и потерять фрезу, испортить заготовку.

Современные фрезерные шпиндели для станков ЧПУ с асинхронным двигателем на керамических подшипниках (в том числе их китайские аналоги), с воздушным или водяным охлаждением, обладают запасом надежности и неприхотливостью в обслуживании весь срок эксплуатации. К тому же, набор дополнительных опций поможет обезопасить оборудование от перегрева, внезапных перегрузок, скачков напряжения в сети.

Источник: https://mastermdf.ru/chpu/92-frezernyj-shpindel-stanka-chpu.html

Особенности конструкций шпиндельных моторов и их приминение на произхводстве

Статья посвящена общему представлению о шпиндель-моторах, особенностях конструкции, а также их применения в промышленности. В традиционном понимании шпиндель — это вал, который оснащен зажимным устройство для инструмента или заготовки, на который посредство ременной передачи передается крутящий момент от отдельного привода.

Мотор-шпиндель или иначе называемый электрошпиндель — это шпиндель, обладающей совмещённой конструкцией вала и двигателя. Совмещённый с валом электродвигатель исторически впервые появился на внутришлифовальных и сверлильных станках, где нужны большие обороты при малых диаметрах инструмента. Шпиндель-мотор представляет собой корпус со статором, внутрь которого помещён вал с пакетом ротора.

На передней и задней части вала устанавливаются высокоскоростные радиально-упорный подшипники, для обеспечения жесткости и точности, а также для восприятия осевых нагрузок. В электрошпинделях создают преднатяг подшипников для увеличения жесткости.

Чаще передние подшипники представляют собой дуплексные пары, иногда триплексы, в зависимости от параметров мотора и области его применения, что влияет на величину и разнообразность нагрузок, а так как большую часть напряжения воспринимает именно передний подшипниковый узел, его и усиливаю.

Вообще мотор шпиндели конструктивно похожи и как правило состоят из двух опор и самого электродвигателя (ротор и статор) Однако существует масса вариаций конструкции подшипниковых узлов, все это зависит от назначения шпинделя.

Например скоростные гравировальные и внутришлифовальные имеют по одной опоре спереди и сзади и преднатягом, заданным с помощью пружин, а чисто фрезерные моторы, как правило, имеют мощную переднюю опору по схеме DB, воспринимающую все нагрузки, и более мелкий подшипник сзади, поддерживающий вал и воспринимающий часть радиальной нагрузки через рычаг образованый инструментом, опорой и валом.

Мотор-шпиндель подключается к частотному преобразователю, посредством которого асинхронный двигатель раскручивает до необходимой частоты и, соответственно, нужных оборотов вала.

Широкое распространение мотор-шпниделей связано именно с развитием и удешевлением полупроводниковой преобразовательной техники, до этого момента преобразователи могли занимать целый шкаф и иметь вес десятки килограмм. Шпиндель-моторы бывают двух видов: с автоматической и ручной сменой инструмента. Отличия у этих двух видом электрошпинделей выражаются в особенностях их конструкции.

Шпиндель-моторы с автоматической сменой инструмента конструктивно представляют собой корпус асинхронного электродвигателя с валом и пакетом ротора, а также внутри самого вала располагается механизм захвата инструментальной оправки. В качестве зажимного элемента могут выступать металлические шарики или же металлические лепестки (под оправки стандарта HSK), для примера ниже показано фото механизма с металлическими шариками в качестве элемента зажима, сделанное во время ремонта шпиндель-мотора HSD ES919A:

Шпиндель-моторы с ручной сменой инструмента конструктивно проще, чем с автосменой. Для шпинделей с ручной сменой существует целый ряд стандартов присоединения инструмента.

Например, на фрезерных очень популярен внутренний конус 8 градусов стандарта ER, есть и другие варианты внутреннего конуса.

на шлифовальниках распространено простое цилиндрическое крепление с резьбовым хвостовиком, на шлифовальных моторах с инструментами большого диаметра (диски) распространен внешний конус 1:5 или 1:10 так как в подобных электрошпинделях нет пружины, а вместо самого захватного элемента выступает резьба на валу, на которую накручивается инструментальная гайка с цангой соответствующего размера.

Мотор-шпиндели имеют 2 типа охлаждения: жидкостное (при жидкостном охлаждении охлаждающая жидкость циркулирует под давлением внутри корпуса по специально отведенным каналам); воздушное (может быть реализовано с помощью охлаждающего вентилятора на задней части шпинделя или же посредством воздушного потока от пневматической системы). Жидкостная нужна для эффективного отвода тепла из небольшого и высоконагруженного двигателя и там, где очень много агрессивной пыли и брызги жидкости.

Воздушное охлаждение используется там, где среда не такая агрессивная, например, деревообработка, к тому же это проще конструктивно и дешевле.

Подобные мотор-шпинделя применяются при обработке различных типов материала, начиная от деревообработки и цветных мягких сплавов и до обработки чёрных металлов.

Высокоскоростные электрошпиндели имеют достаточно высокую популярность в области деревообработки. С автоматической сменой чаще всего устанавливаются на деревообрабатывающих центрах, с ручной сменой на станках, где обработка ведётся, большую часть, одним инструментов и не требует быстрой, постоянной смены.

С автоматической сменой инструмента HSD ES929 5.5 kW:

С ручной сменой инструмента Colombo RS73:

Источник: https://www.et-rus.ru/info/osobennostikonstruktsiyshpindelnykhmotorov/

Сверлильный станок — назначение, классификация

Назначение сверлильных станков

Сверлильные станки предназначены для сверления глухих и сквозных отверстий в сплошном материале, рассверливания, зенкерования, развертывания, нарезания внутренних резьб, вырезания дисков из листового материала.

Для выполнения подобных операций используют сверла, зенкеры, развертки, метчики и другие инструменты.

Формообразующими движениями при обработке отверстий на сверлильных станках являются главное вращательное движение инструмента и поступательное движение подачи инструмента по его оси.

Основной параметр станка — наибольший условный диаметр сверления отверстия (по стали). Кроме того, станок характеризуется вылетом и наибольшим ходом шпинделя, скоростными и другими показателями.

Классификация сверлильных станков

Сверлильные станки делятся на следующие типы:

• Вертикально-сверлильные станки;
• Одношпиндельные полуавтоматы;
• Многошпиндельные полуавтоматы;
• Координатно-расточные станки;
• Радиально-сверлильные станки;
• Горизонтально-расточные;
• Алмазно-расточные;
• Горизонтально-сверлильные станки;
• Рразные сверлильные.

Модели станков обозначают буквами и цифрами.

Первая цифра обозначает, к какой группе относится станок, вторая — к какому типу, третья и четвертая цифры характеризуют размер станка или обрабатываемой заготовки.

Буква, стоящая после первой цифры, означает, что данная модель станка модернизирована (улучшена). Если буква стоит в конце, то это означает, что на базе основной модели изготовлен отличный от него станок.

В зависимости от области применения различают универсальные и специальные сверлильные станки. Находят широкое применение и специализированные сверлильные станки для крупносерийного и массового производства, которые создаются на базе универсальных станков путем оснащения их многошпиндельными сверлильными и резьбонарезными головками и автоматизации цикла работы.

• Из всех сверлильных станков можно выделить следующие основные типы универсальных станков: одно- и многошпиндельные вертикально-сверлильные; радиально-сверлильные; горизонтально-сверлильные для глубокого сверления.
• Сверлильные станки с ручным управлением
• Вертикально-сверлильный станок.
• 

Рис. 1. Вертикально-сверлильный станок:

1 — колонна (станина); 2 — электродвигатель; 3 — сверлильная головка; 4 — рукоятки переключения коробок скоростей и подач; 5 — штурвал ручной подачи; 6 — лимб контроля глубины обработки; 7 — шпиндель; 8 — шланг для подачи СОЖ; 9 — стол; 10 — рукоятка подъема стола; 11 — фундаментная плита; 12 — шкаф электрооборудования.

На станине 1 станка размещены основные узлы. Станина имеет вертикальные направляющие, по которым перемещается стол 9 и сверлильная головка 3, несущая шпиндель 7 и электродвигатель 2 Заготовку или приспособление устанавливают на столе 9 станка, причем соосность отверстия заготовки и шпинделя достигается перемещением заготовки.

Управление коробками скоростей и подач осуществляется рукоятками 4, ручная подача — штурвалом 5. Глубину обработки контролируют по лимбу 6. Противовес размещают в нише, электрооборудование вынесено в отдельный шкаф 12.

Фундаментная плита 11 служит опорой станка. В средних и тяжелых станках ее верхняя плоскость используется для установки заготовок. Охлаждающая жидкость подается электронасосом по шлангу 8.

Узлы сверлильной головки смазывают с помощью насоса, остальные узлы — вручную.

Сверлильная головка 3 представляет собой чугунную отливку, в которой смонтированы коробка скоростей, механизмы подачи и шпиндель.

Коробка скоростей содержит двух- и трехвенцовый блоки зубчатых колес, переключениями которых с помощью одной из рукояток 4 шпиндель получает различные угловые скорости.

Частота вращения шпинделя, как правило, изменяется ступенчато, что обеспечивается коробкой скоростей и двухскоростным электродвигателем 2.

В отличие от вертикально-сверлильного в радиально-сверлильном станке оси отверстия заготовки и шпинделя совмещают путем перемещения шпинделя относительно неподвижной заготовки в радиальном и круговом направлениях (в полярных координатах).

По конструкции радиально-сверлильные станки подразделяют на станки общего назначения, переносные для обработки отверстий в заготовках больших размеров (станки переносят подъемным краном к заготовке и обрабатывают вертикальные, горизонтальные и наклонные отверстия) и самоходные, смонтированные на тележках и закрепляемые при обработке с помощью башмаков.

1. Сверлильные станки с ЧПУ
2. Вертикально-сверлильный станок с ЧПУ.

Рис. 2. Вертикально-сверлильный станок с ЧПУ:

1 — автономная стойка УЧПУ; 2 — шкаф силового электрооборудования; 3 — револьверная головка; 4 — стол; 5 — шаговый электродвигатель; б, 7, 8, 11 — блоки управления; 9 — кодовый преобразователь; 10 — считывающее устройство.

Станок предназначен для сверления, зенкерования, развертывания, нарезания резьбы и легкого прямолинейного фрезерования деталей из стали, чугуна и цветных металлов в условиях мелкосерийного и серийного производства.

Револьверная головка 3 с автоматической сменой инструмента и крестовый стол 4 позволяют производить координатную обработку деталей типа крышек фланцев, панелей без предварительной разметки и применения кондукторов.

Другие статьи по сходной тематике

Источник: https://TochMeh.ru/info/sverl2.php

Что такое шпиндель

В строительстве, металлообработке и деревообработке, а также в некоторых других сферах профессиональной деятельности, существуют термины, которые находятся на слуху у строителей и людей, кто хоть как-то знаком с этой темой. Но многие из них могут вызвать интерес неподготовленного человека, который может воспринять некоторые термины даже как ругательства. Примером таких слов может служить термин шпиндель. Что такое шпиднель?

Шпиндель, как правило, это элемент каких-либо устройств, используемых в производстве. И самым распространенным значением этого слова является ось вращения. Иногда, даже уместно употреблять эти слова как синонимы.

Как ось вращения, шпиндель может использоваться в станках, прядильных аппаратах, двигателях и других механических устройствах. Так, к шпинделю, как правило, крепится катушка, если он используется в прядильной машине как веретено.

В других сферах шпинделем могут называться и другие элементы. Так, в металлорежущих станках шпинделем является вал, который снабжен устройством для закрепления деталей, подлежащих обработке. Следовательно, к шпинделю крепится зажимной патрон или другие элементы в зависимости от типа станка. В таких станках и приспособлениях шпиндель даже может быть регулируемой длины.

Если рассматривать двигателестроение, то шпинделем в этом случае может называться передаточный вал от двигателя к прокатному валу, а также специальный элемент, осуществляющий передачу крутящего момента от двигателя к другим движущимся частям.

Также шпинделем могут называть и асинхронный двигатель со специальным валом, который используется для закрепления фрезы. Таким двигатели для работы используют переменный ток и используются как во фрезерных, так и в других типах станков, например, шлифовальных или точильных.

В производстве компьютерной технике также используется понятие шпинделя. В данном случае это вал, который крепит пластины жесткого диска и обеспечивает их вращение. Таким образом. Шпиндель также является и осью, и валом, и креплением одновременно, и также поворотным механизмом.

Можно сделать заключение о том, что шпиндель – это достаточно употребляемое слово в просторечии, которое может обозначать легкое ругательство, но реального значения этого слова многие не знают.

Таким образом, шпиндель является всего лишь осью, валом или элементом вращения, который используется во многих сферах производства: машиностроении, разработке компьютерной технике, металлообработке, деревообработке и многих других сферах.

Значит, что шпиндель очень даже важный элемент, вокруг которого крутится все, и который играет очень важную роль в производственной сфере. Получается, что слово шпиндель может являться не только ругательством, но и комплиментом.

Источник: http://wood-prom.ru/clauses/spravochnye-dannye/chto-takoe-shpindel

Шпиндель металлообрабатывающего станка: особенности конструкции, типы, критерии выбора – «Nord West Tool»

Одной из составных частей металлообрабатывающего станка является шпиндель. Параметры этого компонента напрямую определяют производительность и качество металлообработки. В частности, от характеристик шпиндельного узла во многом зависит точность обработки заготовок и другие качественные параметры продукции.

Существует два концептуально разных типа шпинделей. Первые удерживают инструмент, вторые – обрабатываемую деталь. Первые применяются во фрезерных, сверлильных, расточных станках.

Они находят применение в станках специального назначения, используемых для нестандартной металлообработки.

Конструкция шпинделя

Классическая конструкция этого компонента включает следующие элементы:

• вал;
• опоры;
• концевое зажимное устройство (патрон, цанга и пр.);
• приводной узел.

Нужно отметить, что конструкции шпинделей постоянно совершенствуются, и, к примеру, в некоторых из них отсутствует приводной узел. Такие шпиндели не получают вращательный момент от двигателя, а сами являются ротором асинхронного электромотора, помещённым внутрь цилиндрического корпуса со статорной обмоткой.

Особенности конструкции шпинделя

Ключевой конструктивной особенностью шпинделя любого типа является использование в конструкции опорных подшипников, удерживающих вал в рабочем положении (горизонтальном или вертикальном) и предотвращающих его радиальное биение. Дешёвые шпиндели комплектуются, как правило, самыми простыми подшипниками качения.

Узлы, к которым предъявляются жёсткие требования по минимизации радиальных биений, оснащаются гидродинамическими подшипниками скольжения. В высокоскоростных прецизионных станках применяются гидростатические и магнитные опоры, обеспечивающие осевые отклонения не более 0,5 мкм.

Такие подшипники используются сегодня в большинстве машин с ЧПУ.

Другая особенность конструкции шпинделя состоит в наличии собственной системы охлаждения.

Поскольку шпиндель механически непосредственно сопряжён с обрабатываемой заготовкой или инструментом, то выделяемое в процессе металлообработки тепло поглощается зажимным устройством и валом, что вызывает температурные деформации компонентов шпинделя.

Этот эффект предотвращает смазочно-охлаждающая жидкость, омывающая специальные технологические полости внутри шпинделя, за счёт чего устраняются условия возникновения деформаций.

Выбирая шпиндель

К выбору шпиндельного узла нужно подходить комплексно, учитывая все конструктивные особенности. При покупке шпинделя для модернизации станка, либо станочного оборудования в зависимости от типа шпиндельного узла анализу подлежат следующие моменты.

1. Скорость металлообработки, на которую рассчитана оснастка.
2. Величина радиальных биений.
3. Тип опорных подшипников.
4. Простота обслуживания системы охлаждения.

Если правильно подобрать шпиндель в зависимости от скорости вращения, то это обеспечит долговременное исправное функционирование подшипников, что в свою очередь снизит погрешности обработки заготовок.

Тип опор влияет, прежде всего, на точность металлообработки и цену станка, так как, например, оборудование с гидростатическими подшипниками оснащается достаточно дорогостоящими масляными насосами.

Как дополнительный критерий выбора шпиндельного узла можно рассмотреть наличие возможности его ремонта, что уменьшает стоимость эксплуатации, снижая расходы на замену шпинделя.

• 
• 

Источник: https://www.NordWestTool.ru/statyi/shpindel-stanka/

Фрезерные станки ЧПУ

Шпиндель для ЧПУ характеристики и типы шпинделей

Общая характеристика шпинделей ЧПУ

Шпиндель для фрезерного станка представляет собой вал, к которому прикреплен держатель для фрезы.

Конец устройства оснащен отверстием в форме конуса, используемым для установки цанги, а на резьбовой конец накручивают гайку, обеспечивающую плотный зажим самого инструмента и цанги.

Таким образом, для чпу станок шпиндель необходим для того, чтобы закрепить режущий инструмент и обеспечить его перемещение и вращение.

Системы охлаждения шпинделя бывают двух видов – воздушными и жидкостными. В чем состоит их различие? Так, в системах первого типа происходит нагнетание воздуха в полости: для этого корпус имеет щели-воздухозаборники.

Главным преимуществом такой системы выступает ее компактность и простота, однако есть и отрицательный момент – фильтры загрязняются пылью достаточно быстро. К преимуществам системы охлаждения второго типа – жидкостной – относят наличие надежного теплоотвода.

В этом случае циркуляция тосола или воды происходит по замкнутому кругу. Однако, это значительно усложняет конструкцию.

Типы шпинделей

На сегодняшний день существуют различные типы шпинделей, которые отличаются по способу фиксации режущего инструмента, приведению ротора в действие, а также по типу материала, пригодного для обработки.

В частности, устройства небольшой мощности (0,8 кВт) предназначены для обработки фанеры, гравировки металлических изделий, а также для работы с тонким пластиком. Шпиндели, мощность которых составляет 1,5 кВт, используются с целью обработки алюминия и латуни.

Для работы с твердыми породами дерева необходимо применение устройства мощностью 2,2 кВт. Обработка прочных материалов требует использования шпинделей, мощность которых составляет 3 кВт.

Кроме того, существует два вида фрезеровки – силовой и скоростной. При скоростном фрезеровании инструмент двигается по материалу медленно, но происходит максимально возможная раскрутка шпинделя.

Силовой тип фрезеровки предполагает быстрое вращение, однако подача фрезы осуществляется медленно.

Следует отметить, что силовое фрезерование позволяет обеспечить высочайшую производительность: именно такой тип фрезеровки используется для производственных станков.

Купить шпиндель/ каталог

Шпиндель для ЧПУ 800 Вт
Шпиндель 1500 Вт
Шпиндель для фрезерного станка 2200 Вт

Источник: https://steepline.ru/info/fullinfo/46.html

Устройство шпинделя. Общий обзор

Каждый специалист знает, насколько важны основные характеристики шпинделя при покупке обрабатывающего центра с ЧПУ: максимальная скорость вращения шпинделя, пиковая мощность мотора шпинделя, максимальный крутящий момент шпинделя.
Необходимая мощность зависит от материала который планируется обрабатывать.

Крутящий момент, скорость и мощность очень важны при подготовке спецификации, когда вы готовитесь к покупке вертикального обрабатывающего центр, но есть и несколько других моментов, которые будут иметь решающее значение для общей производительности шпинделя и вашей удовлетворенности во вложениях, которые Вы сделаете при покупке вертикального обрабатывающего центра с ЧПУ.

Что внутри и почему это важно
Поскольку шпиндель состоит из множества встроенных элементов и систем, выяснить то, что вам нужно знать, потребует хорошей подготовки, научных исследований и задавания правильных вопросов.

Что внутри и почему это важно? На первый взгляд, может показаться, что фактически шпиндель не делает многого на станке с ЧПУ — инструмент режет металл, стол перемещается, система управления движением контролирует точность перемещений, а программа сделает все остальное.

Шпиндель не более, чем двигатель, который позволяет инструменту быть присоединенным к нему и принимает команды от сервопривода. Описанное выше может быть правдой — шпиндель не является слишком сложным, умным или красивым, но он действительно работает и переживает часто неправильное обращение.

Величина нагрузок и износ, которые должен выдерживать шпиндель, означают, что дизайн шпинделя и качество деталей в шпинделе очень важны для его производительности и срока службы. Шпиндель действительно является сердцем обрабатывающего центра.

Качественные компоненты не только определяют долговечность шпинделя, они определяют, какие у шпинделя будут скорость, крутящий момент и вибрации. Когда вы начинаете изучать шпиндель, в центре обсуждения вы часто будете находить подшипники и подшипниковые узлы.

Информация по ним просто поражает сокращениями и формулировками, ориентированием и схемами; O или DB монтажные версии против DF или X конфигураций; стандарты ABEC, и так далее.

Подшипниковые системы шпинделя
В подшипниковых узлах шарики перемещаются между внутренней и внешней дорожкой качения (обоймой) из стали.

Материал, используемый для шарикоподшипников, влияет на температуру, вибрацию и продолжительность жизни шпинделя.

Гибридные керамические подшипники обеспечивают явные преимущества по сравнению с обычными шарикоподшипниками из стали.
Преимущества гибридных керамических подшипников:

• Меньшая масса
• Исключение холодной сварки
• Работают при более низких температурах
• Уровень вибрации ниже
• Типы подшипников
• Смазка
• Типы шпинделей
• Враги шпинделя
• Оснащение системой охлаждения инструмента
• Стоимость замены
• Резюме

Керамические шарикоподшипники имеют массу на 60 процентов меньше, чем масса стальных шариков. Это важно, поскольку в работе шарикового подшипника, особенно на высоких скоростях вращения, центробежные силы выталкивают шарики на наружное кольцо и даже начинают деформировать форму шарика. Когда подшипник начинает деформироваться, он начинает изнашиваться быстрее и ухудшается. Керамические шарики с меньшей массой, не будут изнашиваться с той же скоростью. Использование керамических шариков позволяет увеличить скорость вращения до 30 процентов при заданном размере шарикоподшипника, без ущерба для срока службы.
Керамические шарики не вступают в реакцию с дорожками качения стали, что исключает состояние, которое называется холодной сваркой — одной из основных причин отказа подшипника. Холодная сварка происходит при проходе шариков по материалу дорожки качения и вызывает износ поверхности. Холодная сварка надкалывает материал, когда подшипники вращаются и создает шероховатость поверхности качения, что приводит к выделению тепла и выводит подшипники из строя.
В связи с почти идеальной круглостью керамических шариков, гибридные керамические подшипники работают при значительно более низких температурах, чем стальные шарикоподшипники, в результате чего увеличивается срок службы подшипника.
Испытания показали, что шпиндели использующие гибридные керамические подшипники проявляют более высокую жесткость и имеют более высокие собственные частоты, что делает их менее чувствительными к вибрации, в результате чего увеличивается срок службы подшипников.
Существуют различные типы подшипников. Радиально-упорные подшипники наиболее часто используются в высокоскоростных шпинделях. Эти подшипники обеспечивают точность, устойчивость к нагрузкам и скорость необходимую для резки металла. Точность шариков установленных в стальных обоймах подшипников обеспечивает точность работы, осевую и радиальную устойчивость к нагрузкам подшипников. Другой тип подшипников который иногда используются в шпинделях — конические роликовые подшипники с цилиндрическими роликами. Роликовые подшипники обеспечивают более высокую устойчивость к нагрузкам и большую жесткость, чем шарикоподшипники, и используются в шпинделях с конкретными требованиями к частоте вращения и нагрузками. Часто производители шпинделей используют оба типа подшипников в различных частях шпинделя, в зависимости от типа нагрузок, которым подшипники должны противодействовать.
Правильная смазка подшипников имеет очень важное значение. Есть несколько систем, которые производители станков используют, чтобы поддерживать подшипники смазанными, это: масляный туман, воздушно-масляная смазка, смазка маслом и смазка импульсной воздушно-масляной струей. Такие системы иногда необходимы для скорости шпинделя свыше 18 000, но они добавляют расходы на техническое обслуживание и повышают стоимость замены шпинделя. Кроме того, эти системы смазки необходимо контролировать, чтобы убедиться в правильном соотношении количества масла и воздуха и / или тумана.
Подшипники с постоянной смазкой являются лучшим вариантом для минимизации расходов по обслуживанию и замене. С подшипниками с постоянной смазкой, вам не придется возиться со смазкой — она внедряется во время сборки шпинделя. Подшипники могут быть заправлены консистентной смазкой (постоянной смазкой) поставщиком.
Шпиндельная технология предлагает различные способы для привода шпинделя: ремни, шестеренчатые привода, встроенным мотором и моторшпиндели. При выборе шпинделя с ременным приводом, убедитесь, что ремень прост в обслуживании и легко доступен, чтобы минимизировать затраты на обслуживание. Кроме того, тип ремня будет влиять на уровень шума машины. Ремень с профилем «елочкой» — тише, чем другие конструкции ремней, так как он рассеивает захваченный воздух, чтобы уменьшить шум. Шпиндели с шестеренчатым приводом добавят цену к стоимости станка, они могут быть шумными и требуют большего ухода, чем их конкуренты с ременным приводом. Но был момент, когда с зубчатой передачей шпинделя были предпочтительнее, чем с ременным приводом шпинделя, но достижения в области материалов и дизайна ремней доказали, что это гораздо более дешевая альтернатива в обслуживании станка. Встроенный шпиндель (иногда называемый шпинделем с прямым приводом) соединен непосредственно с двигателем. Встроенные шпиндели обеспечивают отличное качество поверхности, гладкую и более тихую работу. Другой тип шпинделей – моторшпиндели, с двигателем встроенным в шпиндель. Эти шпиндели обычно используются, когда необходима более высокая скорость вращения (свыше 16000 об/мин). Эти шпиндели являются более дорогостоящими по сравнению с ременными шпинделями. Независимо от типа шпинделя, двигатели, которые вращают шпиндель, не представляются чем-то особенным. Моторшпиндели, имеющие двигатели с двумя наборами обмоток, называются двойными шпинделями. Они обеспечивают более высокое режущее усилие и снятие материала. Однофазные электродвигатели используются там, где не требуется высокий крутящий момент и высокие скорости.
Двумя главными врагами шпинделя являются: (1) Тепло -и (2) загрязнения (а именно, стружка и протекание охлаждающей жидкости в подшипниковые узлы). Исторически сложилось, что наиболее распространенной причиной отказа шпинделей был выход подшипника из строя в связи с попаданием в него загрязнений от охлаждающей жидкости, конденсации, загрязнения или повреждения от стружки. В большинстве случаев загрязнители попадают в шпиндель по причинам некачественных уплотнений. Для предотвращения попадания загрязнителей внутрь шпинделя производители конструируют системы продувки шпинделя воздухом (запирающий воздух) с лабиринтовыми уплотнениями с положительным давлением воздуха. Двойная система продувки воздухом, система с двумя контурами (как правило, верхним и нижним) является одним из конструктивных решений, чтобы удерживать загрязнители снаружи шпинделя.
Температура является другим фактором, который приводит к проблемам шпинделя. Так как тепло заставляет сталь расширяться, производители стараются принимать меры для защиты шпинделя от заклинивания. Теплообменники или чиллеры (наиболее распространены) используются, чтобы держать шпинделя прохладном состоянии и регулировать рост температуры узлов шпинделя. Система охлаждения шпинделя увеличивает срок жизни шпинделя и снижает риск заклинивания, особенно при запуске длинных циклов обработки или высоких рабочих режимов. Выбор чиллера зависит от станка. Для высокоскоростных обрабатывающих центров внедряются системы тепловой стабилизации. Эта система использует термостат с масляным охладителем для автоматического охлаждения шпинделя по мере необходимости.
Другим фактором, влияющим на шпиндель является качество используемого инструмента. Использование несбалансированного инструмента, изношенного инструмента может повлиять на долговечность ваших шпинделей.
Как и на шпиндель, температура может оказывать негативное влияние на инструмент и оснастку. Во избежание этого, шпиндель оснащается гибкие соплами, либо кольцом с каналами для подачи охлаждающей инструмент жидкости (СОЖ). Сопла могут быть как регулируемыми, так и нет. Очевидно, что большое количество сопел имеющих возможность регулировать направление потока охлаждающей жидкости, является преимуществом, т.к. помогает охватить широкий диапазон длин инструмента без частых перенастроек. Система подачи охлаждающей жидкости через шпиндель (CTS), как правило, рекомендуется при обработке при 12000 оборотах в минуту и более. CTS также рекомендуется при низких оборотах для определенных приложений и рабочих циклов.
Так же, как и шины на автомобиль, вам, возможно, потребуется заменить шпиндель на обрабатывающем центре. В вашем рвении принять решения о покупке нового обрабатывающего центра, убедитесь, что вы смотрите вперед, в день, когда ваш шпиндель необходимо будет заменить. Вы должны знать, сколько это будет стоить, наличие вашего типа шпинделя у поставщиков и сложность его замены.
Шпиндель является рабочей лошадкой вашего станка. Убедитесь, что производитель вашего обрабатывающего центра проработал конструкцию шпинделя серьезно и вложил средства в качество компонентов, которые помогут продлить срок эксплуатации шпинделя вашего станка.

Источник: http://sibengine.com/obzor-shpindelej/

Шпиндель фото – Шпиндель станка: типы, принцип работы, устройство – Новости компьютерного мира

Производственное оборудование получило весьма широкое распространение, так как за счет механизации процесса существенно повышается качество получаемого результата, снижается его стоимость, а также ускоряется процедура. Довольно большое распространение получило понятие шпинделя.

Шпиндель станка устанавливается для фиксации инструментов, а также заготовок. Бытовой вариант исполнения напоминает фрезерный станок или дрель. Подробное описание того, что такое шпиндель во многом позволяет определить его предназначение и многие другие свойства.

Рассмотрим особенности конструкции подробнее.

Устройство и характеристики

Практически все конструкции шпинделя схожи, однако технические характеристики могут существенно отличаться. Особенностями можно назвать нижеприведенные моменты:

1. Роторный вал фиксируется в корпусе за счет подшипника качения. При этом могут применяться самые различные варианты исполнения подшипника качения, некоторые характеризуются повышенной устойчивостью к вибрации, другие обходятся намного дешевле. Большая часть оборудования предусматривает подачу смазывающего вещества в зону скольжения. За счет этого существенно повышается ресурс работы, а также снижается степень нагрева всего механизма.
2. Главное вращательное движение передается от асинхронного двигателя, который также монтируется в корпусе. Подобный механизм питается от электричества, может работать от напряжения 220 В или 380 В. На протяжении длительного периода проводилась установка исключительно трехфазного варианта исполнения, так как он характеризовался большей мощностью и устойчивостью к возникающей нагрузке. Однако через некоторое время появились более современные конструкции моделей на 220 В, которые позволили ставить оборудование в бытовых условиях.
3. Не стоит забывать о том, что шпинделю передается вращательное движение. При этом оно может передаваться напрямую или через различный привод, каждый характеризуется своими определенным особенностями. Примером можно назвать клиноременную передачу, представленную сочетанием шкивов различного диаметра и ремня с определенным профилем. За счет натяжения ремень может передавать существенное усилие, в случае превышения допустимого показателя ремень начинает проскальзывать и исключается вероятность повреждения основных элементов. для передачи особых свойств проводится установка зубчатых колес, в некоторых случаях есть возможность провести их замену.
4. На валу находятся зажимы цангового типа. За счет подобной конструкции обеспечивается крепление инструмента с определенным диаметром хвостовика. Стоит учитывать, что не всем инструменты могут быть зафиксированы в подобном устройстве. В случае, когда фиксация проводится по внешней цилиндрической поверхности обеспечить высокую степень надежности практически невозможно. Именно поэтому инструменты изготавливают со специальными хвостовиками, которые исключают вероятность осевого смещения.
5. Довольно большое количество вариантов исполнения имеет систему охлаждения. Она может быть воздушного или жидкого типа. Стоит учитывать, что только при обеспечении надлежащего охлаждения можно эксплуатировать устройство на протяжении длительного периода.
6. Сложное устройство шпинделя станков с ЧПУ. Это связано с тем, что подобные фрезерные станки характеризуется повышенной точностью в работе, а также большой сложностью по причине применения блока числового программного управления. Устройство с ЧПУ может быть подвижным и работать в автоматическом режиме, то есть выполнять сжатие детали без участия оператора. Часто встречается гидравлический привод, который характеризуется относительно невысокой стоимостью и возможностью передачи большого усилия. Электрические более точные и характеризуются большой скоростью срабатывания.
7. Рассматривая характеристики шпинделя следует уделить внимание максимальной и минимальной скорости вращения. Она наиболее актуальна для устройства, которое предназначено для фиксации заготовки.

Стоит учитывать, что стандартный ряд частот вращения во многом зависит не от устройства и где находится шпиндель, а от особенностей механизма привода.

Производители фрезерных станков указывают стандартные значения частоты вращения шпинделя или диапазон. Некоторые устройства позволяют проводить плавную регулировку параметров.

Также есть шпиндельный привод, который классифицируется по достаточно большому количеству признаков.

Принцип работы

Работа практически всех станков основана на использовании режущих инструментов. Классическая конструкция шпинделя позволяет проводить надежное крепление инструмента в скоростном или силовом режиме.

Рассматривая особенности шпинделя станка скоростного типа следует уделить внимание тому, что его предназначение заключается в срезании небольшого слоя металла с поверхности заготовки.

Ключевыми особенностями подобного процесса можно назвать следующее:

1. Есть возможность существенно повысить показатель производительности, для чего выбирается большая скорость резания. Стоит учитывать, что практически во всех случаях проводится составление технологической карты, в которой и указываются основные параметры: подача, скорость резания и некоторые другие.
2. Подобный вариант исполнения шпинделя получил широкое распространение в случае финишного точения или фрезерования на станке. Именно поэтому требуется устройство повышенной мощности.
3. В большинстве случаев для передачи вращения устанавливается асинхронный двигатель повышенной мощности. Изменить частоту вращения можно за счет зубчатой или ременной передачи.
4. Некоторые конструкции напрямую соединены с валом устанавливаемого электрического двигателя, все промежуточные элементы отсутствуют. В подобном случае слишком большое усилие может стать причиной перегрузки мотора. Однако, отсутствие промежуточного элемента позволяет существенно уменьшить размер инструмента. Поэтому в электрических инструментах установленный двигатель напрямую связан со шпинделем.

Рассматривая принцип работы следует уделить внимание тому, что силовые и скоростные конструкции также имеют различный принцип работы. Силовые установки характеризуются следующими особенностями:

1. Устанавливаются специальные переходные втулки конической формы, которые выступают в качестве переходника. Они изготавливаются самыми различными производителями, существенно повышают степень крепления устройства. Втулки подбираются в зависимости от особенностей хвостовика инструмента.
2. При установке инструмента хвостовик фиксируется непосредственно во втулке, после чего в отверстии шпинделя. За счет этого обеспечивается равномерное распределение возникающей нагрузки.

Сегодня вал шпинделя токарного станка не соединяется напрямую с мотором. Это связано с тем, что возникающая переменная нагрузка может привести к повреждению электрического двигателя. Чаще всего устанавливается клиноременная передача или комплект шестерен. За счет этого обеспечиваются наиболее безопасные условия эксплуатации.

Применение шпинделя

Используется подобное устройство при создании самого различного оборудования и инструментов. Как ранее было отмечено, назначение заключается в фиксации инструментов и деталей. Область применения может быть существенно расширена за счет применения различной оснастки. Среди особенностей отметим следующее:

1. Все электрооборудование производится при применении шпинделя. Оно используется для непосредственной фиксации различных насадок.
2. Фрезерные станки получили весьма широкое распространение. Это связано с тем, что при применении фрезерного станка можно получить корпусные детали различного типа.
3. Шпиндель можно встретить и как отдельный узел других станков, к примеру, токарной группы. Предназначение в этом случае заключается в фиксации проката для его обработки.

Ключевыми особенностями механизма можно назвать то, что оно обеспечивает надежное крепление инструмента и деталей даже при высокой осевой скорости и вращении.

Классификация шпинделей

Выделяют несколько различных типов рассматриваемого устройства, все виды шпинделей станков фрезерной группы характеризуются своим определенными особенностями. Основными видами можно назвать:

1. Коллекторные получили весьма широкое распространение при изготовлении фрезерных станков, которые предназначены для гравировки и ювелирной обработки. Чаще всего в эту группу относится устройство с цангой высокоскоростного типа. Резка мягких сплавов может проходить при применении версии цанги ER11 на станке различных групп.
2. Высокоскоростные варианты исполнения чаще встречаются в конструкции фрезерных станков. Именно высокоскоростной шпиндель позволяет существенно расширить возможности фрезерных станков с числовым программы управлением.
3. В отдельную групп также относится конструкция, способная подавать охлаждающую жидкость в зону обработки. За счет этого существенно снижается температура в зоне резания, поэтому можно существенно повысить показатель производительности.
4. Крепление фрезы станков осуществляется за счет цанги, которая также дополняется гайками. При изготовлении цанги применяется металл с повышенной твердостью.
5. В продаже встречается продукция европейских и китайских происхождения. Дешевле всего обходится именно продукция китайских производителей. Они применяют подшипники из керамики, которые могут выдерживать существенную нагрузку.

На современном рынке доступно довольно большое количество различных шпинделей, которые могут устанавливаться на фрезерных станках.

При этом классификация проводится по типу применяемой системы охлаждения, способу фиксации режущего инструмента и заготовки. Вариант исполнения с мощностью около 0,8 кВт может применяться для обработки небольших изделий, а также выполнения гравировки.

Анкерный вариант исполнения распространен в меньшей степени, но все может применяться при в определенных случаях.

Как выбрать шпиндель?

Есть довольно много рекомендаций, касающихся непосредственного выбора шпинделя для фрезерного станка. Стоит учитывать тот момент, что шпиндель токарного станка существенно отличается, так как его предназначение заключается в креплении заготовки. Основными рекомендациями назовем нижеприведенные моменты:

1. Для начала рассматривается то, какая нагрузка будет оказываться на хвостовую часть. При этом не стоит забывать о том, что выделяют два различных типа нагрузки: осевая и центробежная. В случае, когда за один проход будет сниматься большой слой металла следует выбирать механизм с большей устойчивостью к нагрузке.
2. Еще одним критерием выбора можно назвать количество оборотов, при котором будет работать оборудование. Этот показатель указывается в инструкции по эксплуатации всех фрезерных станков и электрического инструмента.
3. Габаритные размеры также имеют важное значение. От этого зависит минимальный и максимальный диаметр устанавливаемого инструмента.
4. Важным моментом является то, какая фирма занимается выпуском устройства для станка. От этого зависит качество сборки, длительность эксплуатации, основные эксплуатационные характеристики.
5. Некоторые производители фрезерных станков также указывают то, какой шпиндель подходит в большей степени. Рекомендуется следовать рекомендациям по выбору, так как указываемый механизм подходит в большей степени.

Как правило, рассматриваемые устройства выполнены в универсальном виде. За счет этого есть возможность подобрать самый подходящий вариант исполнения для самых различных фрезерных станков.

В заключение отметим, что шпиндель является сложной конструкцией, которая предназначена для фиксации различных элементом на момент работы.

Именно поэтому его выбору следует уделять довольно много внимания, так как некачественная и ненадежная конструкция не сможет прослужить в течение длительного периода. Следует уделять внимание и правильности установки, так как допущенные ошибки могут стать причиной появления самых различных дефектов.

Источник: https://delvik.ru/raznoe-2/shpindel-foto-shpindel-stanka-tipy-princip-raboty-ustrojstvo.html