Шпиндель фрезерного станка: конструкция и технические параметры

Конструкция и технические особенности

Зная устройство фрезерного станка, человек сразу понимает, что такое шпиндель и где он находится. Тем, кто не знаком с дизайном и техническими параметрами, нужно разбираться во всем постепенно.

Шпиндель представляет собой полый металлический вал, который является ключевым элементом фрезерного станка. Эта деталь установлена ​​на специальной каретке, с помощью которой она перемещается в трех плоскостях: X, Y, Z. При включении двигателя вал напрямую передает вращательное усилие на фрезу (если мы говорим о машине, которая использует фрезы по металлу). За счет отсутствия дополнительных элементов при передаче мощности от двигателя крутящий момент не искажается.

Классификация

фрезерный шпиндель можно разделить по техническим характеристикам и способам использования.

Деление по мощности:

1. Фанерные станки — 800 Вт. Маломощное оборудование обрабатывает фанеру, ДВП, ДСП, МДФ.
2. Оптимальная мощность для фрезерного станка с ЧПУ — 1500 Вт. Этой мощностью обрабатываются сплавы мягких металлов, текстолит.
3. Светильник мощностью 3000 Вт. Подходит для стали, натурального камня.

Одновременно с разделением по мощности машины делятся по функциональному назначению. Их можно использовать для гравировки, резки металла и фрезерования.

Дополнительная обработка металла выполняется гравировальными станками V. При резке деталей из различных материалов лучше приобрести фрезерный шпиндель, у которого будет запас скорости вращения.

Кроме того, фрезерные шпиндели можно разделить на две группы по назначению:

1. Шпиндели устанавливаются в дрели, ручные фрезерные станки, сверла.
2. Промышленные модели. Они используются в машинах для крупных производств. Они способны выдерживать большие нагрузки, имеют износостойкие детали, керамические подшипники. Чтобы оборудование не сломалось из-за интенсивной работы, можно установить дополнительное охлаждение. Поверхности с высоким коэффициентом трения смазываются специальной автоматической системой.

Если вы используете дрель или дрель в качестве патрона, следует иметь в виду, что он не выдерживает интенсивных и постоянных нагрузок и что подшипники через короткий промежуток времени начнут стонать.

Фанерный станок

Способы охлаждения

При обработке металла на промышленном оборудовании возможно повреждение листового металла или деталей. Кусочки необходимо остудить. Для этого были разработаны две системы:

1. Система водяного охлаждения. Первоначально в корпусе шпинделя просверливаются отверстия, через которые проходит вода. Он забирает с собой тепло от металла и разряжается в отдельную емкость. Рядом с автоматом должна быть отдельная емкость, что в некоторых ситуациях неудобно.
2. Система воздушного охлаждения. В детали установлены форточки, благодаря которым через нее проходит воздушный поток. Пневматическая система установлена ​​на всех современных станках с ЧПУ. У него есть серьезный недостаток. Установленные на вентиляционных отверстиях фильтры быстро забиваются после работы с пыльными материалами.

Пневматические системы дешевле для крупных производств.

Преимущества

У шпинделей есть несколько преимуществ:

1. КПД этих деталей достигает 95%, что считается очень высоким показателем.
2. Для производства выпускаются шпиндели с высокими характеристиками по износостойкости и надежности. Новые модели оснащены бронзовыми головками.
3. Частый ремонт не требуется благодаря надежности движущихся механизмов.

Благодаря эффективной системе охлаждения изготовленные детали не будут иметь дефектов после обработки.

Какая мощность должна быть у шпинделя

В этом случае действует правило «чем больше, тем лучше». Если предполагается выполнение сверления, гравировки, оптимальным будет шпиндель мощностью 400-600 Вт. Для резки металла и твердых пород дерева на фрезерном станке с ЧПУ потребуется шпиндель мощностью 1000-1500 Вт. Для более сильных ударов по материалу потребуется шпиндель мощностью 2000 Вт и более. Это относится к твердости материала или глубине обработки.

Как подобрать шпиндель фрезерного станка по мощности

Как говорят опытные фрезеровщики: «Выбирая шпиндель, нужно помнить правило: чем выше частота вращения двигателя, тем функциональнее становится оборудование». При выборе шпинделя для фрезерного станка в первую очередь необходимо учитывать количество сделанных витков:

1. Для сверления и гравировки оптимальная мощность шпинделя составляет 600 Вт.
2. Для фрезерования металла — от 600 до 1400 Вт.
3. Если со временем станок будет модернизироваться или будут пропускаться детали из цельной стали, то необходимо выбрать мощность более 1600 Вт.

При работе на высоких оборотах не забывайте о хорошей системе охлаждения.

Шпиндели нельзя долго использовать при мощности 90%. В противном случае мобильные механизмы быстро выйдут из строя. Оптимальное энергопотребление 60-80%.

Шпиндель для металлообработки

Критерии подбора

Давайте подробнее разберемся, на какие факторы следует обращать внимание при выборе.

Мощность

Выбор шпинделя для станка с ЧПУ начинается с изучения силовых характеристик. Здесь не стоит экономить; рекомендуем следовать правилу: «Чем больше, тем лучше». Запас мощности — залог правильной работы шпинделя при превышении указанного ресурса.

Обратите внимание на следующие советы по выбору:

• возможно сверление или гравировку шпинделем мощностью менее 600 Вт;
• работа с деревом или листовым металлом проводится с помощью устройства мощностью от 800 до 1400 Вт;
• для станка с ЧПУ, который требует ежедневной работы, выберите шпиндель с номинальной мощностью более 1500 Вт.

От качества моторов также зависит надежность самой машины. Если ваш фрезерный станок с ЧПУ старый, скорее всего, новый шпиндель не принесет вам никакой пользы.

Обрабатываемая поверхность

Мощность шпинделя выбирается в зависимости от типа обрабатываемого материала. Для фанеры, ДСП, МДФ рекомендуется дерево мощностью до 3000 Вт, для дерева и мягких сплавов (алюминий, бронза) — до 6000 Вт.

Вид фрезеровки

Следующим критерием выбора шпинделя является метод фрезерования. Есть два:

• власть,
• высокоскоростной.

В первом случае вал продвигается медленно, но фреза вращается очень быстро. Высокоскоростной метод предполагает медленное вращение и быструю перемотку вперед. Электрическая фрезеровка применяется, когда необходимо быстро удалить определенное количество материала. Высокая скорость — если важнее качество обработки детали.

Характеристики фрезы указаны в технической документации на изделие. Параметры задаются на станке с ЧПУ перед началом работы. На них важно обратить внимание, чтобы не перегружать вал и добиться максимальной производительности оборудования.

Система охлаждения

Наличие и тип системы охлаждения — еще один важный критерий выбора. От вас зависит, как долго машина сможет работать без перебоев.

Воздушное охлаждение означает продувку обмоток шпинделя через крыльчатку, расположенную на корпусе. У него больше недостатков, чем преимуществ, например:

• воздушное охлаждение малоэффективно при работе на малых оборотах;
• вместе с воздухом под корпус засасывается стружка, пыль, грязь, которая забивает мотор.

Система водяного (жидкостного) охлаждения лишена таких недостатков, но усложняет конструкцию фрезерного станка с ЧПУ. Для этого требуется резервуар с жидкостью, который прикреплен к корпусу устройства. Трубы, подающие и отводящие воду, не всегда легко уместить в двухшпиндельную машину.

Водяное охлаждение является предпочтительным, поскольку жидкость подается к шпинделю равномерно с одинаковой скоростью. Запрещается запускать фрезерный двигатель до включения насоса. Игнорирование правила приведет к перегреву обмоток и отказу всей системы.

Производитель

По внешнему виду можно определить, произведен ли предмет на Западе или на Востоке. Например, у китайских моделей цельный закрытый корпус цилиндрической формы. Конструкция достаточно жесткая, колебания при обработке металла минимальны. Нет крыльчаток или подобных отверстий, что делает вал непроницаемым для стружки и пыли. Среди недостатков китайской продукции:

• высокий процент подделок и брака,
• склонность внутренних элементов к коррозии (из-за примитивной системы охлаждения),
• сложность замены подшипников.

Европейские шпиндели отличаются своим качеством и более дорогой стоимостью. Отличительные особенности — надежные подшипники, минимальное радиальное биение. Обычно они имеют воздушное охлаждение, поэтому практически не подвержены коррозии, бесперебойно работают.

Тип инвертора

Инвертор — это преобразователь частоты, который передает крутящий момент от электродвигателя на вал. Он должен иметь такую ​​же мощность двигателя и немного более высокий (номинальный) выходной ток).

Любительский фрезерный шпиндель

Представьте себе домашнюю дрель, установленную на фрезерный агрегат. Что из этого получается? Подшипники быстро выходят из строя, так как не выдерживают такой нагрузки, шпиндель будет вибрировать и стучать, снижается точность работы. Кроме того, дрель быстро нагревается и установка работает более часа. Автоматическое отключение дрели просто сработает в целях безопасности, и маршрутизатор отключится через час или два. Но программное обеспечение фрезерного станка с ЧПУ не знает, что такое домашняя дрель и каковы ее рабочие параметры. Сам роутер не остановится и продолжит работу. Результатом станет отказ оборудования.

Как подобрать шпиндель под конкретные задачи

Основными критериями выбора модернизации станка являются требования к мощности шпинделя и диапазону частот вращения. Кроме того, эти требования нужно рассматривать как единое целое. Числовые характеристики первого показателя определяются обрабатываемыми на станке материалами и развиваемой им силой резания.

Для фрезерования металла фрезами диаметром более 4 мм требуется шпиндель мощностью более 2 кВт. Но есть нюанс. Если крутящий момент, создаваемый приводами, и прочность станины и портала станка не позволяют использовать силовое фрезерование (большая глубина резания, средние обороты, низкие подачи), используется высокоскоростное фрезерование (быстрые проходы с малым проникновением инструмента в материал), в этом случае мощность не так важна.

Выбор скорости шпинделя зависит от обрабатываемого материала на станке и типа используемого инструмента. При работе по металлу твердосплавная фреза диаметром 4 мм будет работать со скоростью 10 000 об / мин, но высокоскоростная фреза не выдержит таких режимов даже при фрезеровании с небольшой глубиной резания и выгорит.

Точка зрения «для обработки древесины требуется высокая скорость» не всегда оправдана: при малых подачах нарушается нормальное стружкообразование и образуется мелкая пыль, попадающая между материалом и фрезой, приводит к повышению температуры в зона резки.

В среднем для фрезерования достаточно 8000-12000 об / мин, минимум 20 000 — для гравировки.

Устройство шпинделя для фрезерного станка

В конструкции шпинделя можно выделить четыре подсистемы: электродвигатель (обеспечивающий вращение фрезы), упорные подшипники (в которых установлен вал электродвигателя), цанговый патрон и / или съемный конус (для крепление / быстрая смена режущего инструмента) и систему охлаждения.

Электродвигатель современного шпинделя — асинхронный, переменного тока, в большинстве случаев реверсивный.

Ротор электродвигателя установлен в подшипниках качения. На стороне фрезы (точнее, цангового патрона электрошпинделя) используется упорный подшипник для компенсации реактивной нагрузки при движении фрезы в продольном направлении.

Для обеспечения высокого качества обработки деталей коленчатый вал, подшипники и суппорты имеют более высокую точность размеров и строгий допуск радиального биения. Кроме того, электродвигатель должен обеспечивать заданную плавность вращения в широком диапазоне рабочих частот.

Все компоненты шпинделя «спрятаны» в цилиндрическом корпусе, который выполнен прочным (для увеличения жесткости конструкции). Корпус может содержать полости для прохождения охлаждающей жидкости (см. Ниже) и съемные крышки для обслуживания / замены подшипников.

Особенности шпинделя зависимо от вида

В основном при работе фрезерных станков все нагрузки перпендикулярны оси шпинделя, а параллельные нагрузки появляются только в момент погружения в тело заготовки. Именно поэтому необходимо выбирать мотор, способный выдерживать такие нагрузки в течение длительного времени, поскольку работа фрезерных станков может быть непрерывной в течение дня и даже больше.

Шпиндели, предназначенные для промышленных целей, не нуждаются в постоянной очистке и смазке подшипников на протяжении всего срока службы, но если вы начали замечать посторонние шумы на холостом ходу, лучше разобрать корпус мотора, удалить все загрязнения изнутри сжатым воздухом (если присутствует) и хорошо смажьте подшипник специальной смазкой, не теряющей своих свойств при высоких температурах.

Кроме того, промышленный патрон оснащен высококачественным цанговым патроном, который имеет минимальное биение во время работы, обеспечивает необходимую точность обработки, минимальную разницу между фактическими и фактическими размерами фрезы и позволяет зажимать фрезы хвостовиком цилиндрический.

Цанговые зажимы

В основном, наиболее распространенными типами цанг являются ER11 и ER16, в которых они превращаются в сверло или фрезу с диаметром хвостовика от 2,5 до 3,2 мм, даже если они сделаны с конусом. Существуют также оправки, предназначенные для большего диаметра инструмента, но они используются для обработки необработанных металлов или фрезерования стали и имеют отверстие для зажима инструмента размером 6 миллиметров или более.

Почему нельзя установить ее на мой домашний станок с ЧПУ, спросите вы?

Если в цанговый патрон зажать фрезу диаметром 2 мм с диаметром хвостовика 3,2 мм, то при обработке вы практически не заметите разницы, но если установить фрезу диаметром 10 мм и хвостовиком 3,2 мм на любительском автомобиле можно легко деформировать направляющие, так как нагрузка на них в этом случае значительно возрастает. В станке все детали должны идеально сочетаться между собой, иначе с ним будет больше проблем, чем при качественной работе. Поэтому рекомендуем остановить свой выбор на цанге ЭП-13, ее вполне хватает для небольших объемов работ, и для этого подходит практически любой рабочий инструмент, используемый при обработке различных материалов.

Как изготовить своими руками

При нехватке средств или невозможности установить заводское оборудование в самодельную машину можно сделать своими руками. Для этого требуются следующие компоненты:

• главная деталь — бесщеточный мотор;
• контроллер мотора;
• серво-тестер;
• удлиненный вал.

Изготовление шпинделя для станка своими руками начинается с приобретения всех комплектующих. Рекомендуется установить монитор скорости двигателя (тестер сервопривода) на все двигатели, скорость которых нельзя изменить. Можно купить недорогую модель, главное обратить внимание на тип крепления к автомобилю. Это не должно мешать работе.

Вал необходимо растянуть так, чтобы резцы можно было зафиксировать на нем цанговым патроном. Кроме того, к нему необходимо подключить два подшипника. В двигатель необходимо установить еще два подшипника. Сборочный чертеж можно найти в Интернете. Конструкция будет защищена от боковых нагрузок. На самодельном станке обрабатывается металл и древесина твердых пород.

Самодельные конструкции имеют достоинства:

1. Сборка шпинделя своими руками не требует серьезных финансовых затрат.
2. Самостоятельно выполнить работы не так сложно, как ожидают новички в металлообработке. В Интернете есть пошаговые инструкции и обучающие видео.
3. Списки материалов, деталей и чертежей можно найти в открытом доступе.

Однако по техническим характеристикам промышленные детали во многом превосходят самодельные. Важно сделать прочную и прочную кровать, избегающую вибраций.

Критерии выбора

Выбор фрезерного станка начинается с анализа материала, с которым он будет работать: металл или дерево. Затем анализируются технологические операции и цель работы. Выбирая шпиндель, обратите внимание на его основные характеристики:

• частота вращения;
• власть;
• дизайн;
• регулировка скорости;
• способ крепления инструмента;
• работа сделана;
• тип охлаждения.

Стоит обратить внимание на ток, подключенный к оборудованию.

Мощность

Выбор мощности шпинделя определяется твердостью обрабатываемого материала. Для дерева и панелей из его отходов — ДСП, МДФ достаточно мощности до 3 кВт. На оборудовании можно работать с пластиком, фанерой, гравировать.

Цветные металлы, их сплавы относительно мягкие, но имеют высокий коэффициент ударной вязкости. Чистый срез достигается только при мощности до 6 кВт и частоте вращения 18 000 об / мин. Для обработки стали и чугуна требуется шпиндель мощностью более 6 кВт и скоростью вращения до 22 000 об / мин. В зависимости от твердости и вязкости материала режимы выбираются из комбинации скорости вращения и скорости подачи.

Способ фрезеровки

Фрезерование производится в обратном и обратном порядке. Вращение инструмента направлено против движения заготовки или совпадает с ним.

Существуют способы обработки:

• власть;
• высокоскоростной.

В режиме мощности обработка выполняется с высокой подачей на низких скоростях благодаря мощности шпинделя. Режущая кромка каждый раз захватывает толстый слой материала. Высокоскоростной режим предполагает способность инструмента вращаться с высокой скоростью. Подача стола небольшая. Режим подходит для цветных металлов и дерева, обеспечивает высокую чистоту обрабатываемой поверхности.

Важно: чугун хорошо работает на низких оборотах и ​​малых подачах. Он не любит высоких скоростей.

Охлаждение

Фрезерные шпиндели имеют 2 типа охлаждения:

• воздух;
• воды.

Для охлаждения воздушными потоками в корпусе агрегата сделаны специальные прорези. При вращении вала происходит завихрение, холодный воздух всасывается снаружи. Система водяного охлаждения сложна в исполнении. Он должен быть запечатан. Установленные на бытовой технике шпиндели с воздушным охлаждением служат дольше.

В промышленном оборудовании подшипники уменьшают трение и нагрев шпинделя. Достаточный воздушный поток. Коробка передач смазана и охлаждается маслом. У двигателя собственная система охлаждения — крыльчатка на валу.

Материал заготовки

Условия резания и угол заточки режущей кромки адаптированы к характеристикам материала заготовки.

Дерево

Чистый пропил достигается за счет резки древесины быстрым токарным инструментом. Подача и глубина резания небольшие. Шпиндель предназначен для работы на высоких оборотах с мощностью до 1,5 кВт.

Важно При обработке древесины в режиме подачи на деталях образуется стружка, между волокнами появляются трещины, поверхность шероховатая.

Металл

Для резки металла требуется большая мощность и высокая прочность узлов. Во время обработки детали, помимо крутящего момента, на шпиндель действует сопротивление. Его сила направлена ​​перпендикулярно оси вращения.

Оправки по металлу имеют прочный и прочный корпус, в основном из чугуна. На валу установлены упорные и радиальные подшипники. Скорость вращения инструмента необходимо регулировать в пределах 20-18000 об / мин.

Читайте также: Токарный станок в СССР: обзор моделей