Для чего нужен шпиндель

Шпиндель фрезерного станка

Фрезерные станки встречаются крайне часто, так как их основное предназначение заключается в обработке плоских поверхностей, шпонок и других деталей. Крепить режущий инструмент, в качестве которого выступает фреза, можно за счет шпинделя. Современный шпиндель фрезерного станка характеризуется довольно большим количеством различных особенностей, о которых далее поговорим подробнее.

Особенности конструкции

Рассматривая что такое шпиндель и как он устроен, следует уделить внимание нижеприведенным моментам:

Особенности конструкции определяет то, что устройство шпинделя фрезерного станка позволяют устанавливать самые различные насадки. Этот момент существенно расширяет область применения устройства.

Технические параметры

Рассматриваемое устройство характеризуется довольно большим количеством особенностей. Ключевыми техническими характеристиками фрезерного станка по металлу можно назвать нижеприведенные моменты:

Шпиндельный фрезерный станок также классифицируется по области применения. В зависимости от показателя мощности выделяют следующие модели:

Не стоит забывать о том, что слишком высокая мощность не всегда является преимуществом оборудования. Это связан с высоким показателем энергопотребления и стоимостью. При выборе часто уделяется внимание и ступенчатости проводимой регулировки.

Современные модели имеют бесступенчатую регулировку, за счет чего существенно повышается точность обработки.

Различные схемы фрезерных станков также обуславливают следующие характеристики:

Во многом эксплуатационные характеристики шпинделя зависят от области применения, требуемой точности обработки. Кроме этого, повышенная степень обрабатываемости обеспечивается за счет охлаждения.

Способы охлаждения

Механическая обработка металла и других материалов становится причиной повышения температуры шпинделя. Это связано с тем, что из-за трения нагревается насадка, по которой высокая температура передается самому шпинделю. Именно поэтому фрезерный шпиндель высокопроизводительного оборудования снабжается специальными элементами охлаждения. Выделяют два типа охлаждения:

За счет установки охлаждения есть возможность существенно повысить показатель производительности. Именно поэтому подобный узел является важной неотъемлемой частью оборудования с ЧПУ.

Классификация шпинделей

Встречается довольно большое количество мотор-шпинделей, которые могут устанавливаться на оборудовании фрезеровальной группы. Все они делятся на две основные группы:

В последнее время часто в домашней мастерской встречается ЧПУ станок по дереву. Он снабжается узлом сниженной мощности, так как возникающая нагрузка относительно низкая.

На момент эксплуатации бесколлекторный шпиндель для ЧПУ воспринимает исключительно нагрузки, перпендикулярные оси шпинделя, а параллельные возникают исключительно на момент врезания инструмента в поверхность.

Модели промышленного происхождения не нуждаются в периодической чистке и смазывании, могут прослужить в течение длительного периода.

Важным элементом рассматриваемого механизма можно назвать зажимы цангового типа. В большинстве случаев применяется ER11 и ER16 тип, которые подходят для хвостовика с диаметром от 2,5 до 3,2 мм. При этом крепежная часть может быть изготовлена в виде конуса, надежность фиксации от этого не снижается. В продаже встречаются и патроны, рассчитанные на изделия с большим диаметральным размером хвостовой части инструмента. Он подходят для случая, когда нужно проводить снятие большого слоя металла.

Электрошпинделя характеризуются тем, что напрямую соединены с электрическим двигателем. За счет этого существенно повышается КПД и уменьшаются размеры самого устройства. Однако у подобного механизма есть один существенный недостаток, заключающийся в восприимчивости переменной и другой нагрузки. К примеру, если фреза застрянет, то при длительной подаче электрический двигатель может сгореть.

Встречается и самодельный вариант исполнения, который можно изготовить своими руками. Его особенности заключаются в низкой стоимость, а также сниженной надежностью. Специалисты рекомендуют использовать только покупные изделия, так как при работе может возникать существенная нагрузка, приводящая к повреждению хвостовика.

В заключение отметим, что нужно уделять внимание рекомендациям по эксплуатации шпинделя. За счет этого можно существенно продлить срок эксплуатации, исключить вероятность поломки хвостовика закрепляемого инструмента. В продаже встречаются самые различные варианты исполнения шпинделей для фрезерных станков, поэтому с выбором не должно возникнуть существенных проблем.

Источник

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.

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

Шпиндель станка: что это такое и для чего он нужен

Поэтому в этой статье будет рассказано о том, зачем он нужен, какие к нему предъявляются требования и ещё многое другое.

Устройство и характеристики

Обработка металла на станках получила широкую распространенность. Это и не удивительно, с появлением машинизированного оборудования значительно, в разы увеличилась производительность труда, а сам процесс изготовления металлических изделий стал намного проще – рабочие тратят меньше времени на один производственный цикл.

Создание станочного оборудования также обеспечило:

Практически ни один станок не обходится без фиксации шпинделя – что это расскажем на примере токарного аппарата. Это элемент, который отвечает за крепкую и надежную установку на одном месте заготовки. Если брать в качестве образца токаря, то он крепит металлический брусок или вал между двумя бабками, с одной из сторон которой установлен такой держатель. Вторая очень простая иллюстрация – это дрель. Здесь для того, чтобы удержать сверло или другой инструмент, тоже нужно монтировать его внутрь шпинделя.

Само слово имеет немецкое происхождение. Spindel – это веретено, то есть то, что имеет возможность вращаться в разные стороны. Конструктивно это вал. Сам термин в основном применяется в таких направлениях как станкостроение, металлообработка и деревообработка, соответственно. Это крайне важный элемент, без него не может быть представлена работа ни единого устройства. Задача детали – передавать усилие, которое генерирует электродвигатель, к обрабатываемой заготовке из металла или дерева, пластмасса. На вал крепится приспособление для центрирования и зажима данного бруска.

Какие можно назвать особенности устройства шпинделя:

Преимущества

У шпинделей есть несколько преимуществ:

При эффективной системе охлаждения, изготавливаемые детали не будут иметь дефектов после обработки.

Принцип работы шпинделя и из чего он состоит

Практически все оборудование с данным элементом заключается в применении режущей кромки по подготовленному материалу. Конструктивная особенность вала в том, что можно производить надежную фиксацию инструмента в одном из режимов работы станка – в силовом или скоростном. Во втором случае основная задача аппарата заключается в том, чтобы в максимально короткие сроки срезать верхний слой с поверхности обрабатываемой заготовки. У скоростного принципа работы есть свои особенные черты:

Вторая категория – силовые аппараты – имеют следующие характерные черты изготовления и эксплуатации:

Как изготовить своими руками

При недостатке средств или невозможности установки заводского оборудования в самодельный станок его можно изготовить самостоятельно. Для этого нужны следующие комплектующие:

Изготовление шпинделя для станка своими руками начинается с приобретения всех комплектующих. Устройство контролирующее количество оборотов двигателя (сервотестер) рекомендуется устанавливать на любые двигатели, в которых невозможно изменять количество оборотов. Можно купить дешевую модель, главное обратить внимание на тип его крепления к станку. Он не должен мешать при работе.

Вал должен быть удлиненным, чтобы на него можно было закреплять фрезы с помощью цангового зажима. Дополнительно на него необходимо закрепить два подшипника. В двигателе должны быть установлены еще два подшипника. Чертеж по сборке можно найти в интернете. Конструкция будет защищена от боковых нагрузок. С помощью самодельного станка обрабатывают металл и древесину твердых пород. У самодельных конструкций есть преимущества:

Однако по техническим характеристикам промышленные детали во многом превосходят самоделки. Важно изготовить надежную и массивную станину, которая предотвратит появление вибрации.

Применение шпинделя: для чего он нужен

Для начала отметим, что сфера использования настолько широка, насколько много различного оборудования для металлообработки и обработки дерева, пластика. Если основное назначение детали заключается в том, чтобы держать оснастку, то и, соответственно, применение исходит из особенностей инструментария:

Но самой главной функцией остается фиксация оснастки. Причем надежность крепления такая высокая, что она позволяет достигать максимальных вращений и предельной осевой нагрузки на вал.

Схема кинематическая токарно-винторезного станка 16К20

Кинематическая схема токарно-винторезного станка 16К20

Кинематическая схема приведена для понимания связей и взаимодействия основных элементов станка. На выносках проставлены числа зубьев (г) шестерен (звездочкой обозначено число заходов червяка).

Цифрой I обозначен суппорт с механическим перемещением резцовых салазок

Классификация шпинделей по типу, размеру и диаметру

Есть различные основания для классифицирования. Первая, она же, пожалуй, основная, – это то, для какого оборудования предназначен узел. Безусловно, для разных станков и электрооборудования необходимы различные приборы.

Второй принцип различения – это типоразмер. Аппараты бывают разных размеров, предназначены для промышленного использования и частного применения. В связи с этим и расходные детали нужны самые разные – покрупнее помельче. Если вы хотите заменить шпиндель на собственном станке, то обязательно при покупке необходимо указать номер своего оборудования, название и год выпуска (могут быть разные модификации).

Ну и последняя, но не по назначению, классификация – по виду. Валы могут быть:

Есть и еще одна классификация – по производителю. Конечно, европейское изготовление более предпочтительно, чем китайское. В Европе часто используют фарфоровые подшипники, которые дают очень положительные качества работы.

Основные требования к деталям

Шпиндели для станков с ЧПУ обладать следующими качествами:

Выбор типа шпинделя

Теперь представим конкретные разновидности, отметим их достоинства и характерные черты. Их следует учитывать при подборе детали.

Со встроенным электромотором (электрошпиндели)

Механические с внешним приводом

Выбор вида охлаждения

Охлаждать зону вращения требуется, чтобы увеличить срок эксплуатации. Есть два типа.

Водяное (жидкостное)

Воздушное

В результате рекомендуем применять воздушный вариант при работе с мягкими материалами, но когда заготовка из прочного металла, лучше применять жидкостное охлаждение.

Обслуживание

Основные требования к эксплуатации:

Мы рассказали об одной из наиболее важных частей станка. Будьте внимательны при выборе и использовании.

Источник

Что такое шпиндель для фрезерного станка и как его изготовить своими руками

В оборудовании для производства металлических изделий есть ключевые детали, без которых невозможно качественно обрабатывать заготовки. Шпиндель фрезерного станка является одной из таких деталей, в которой закрепляется режущий инструмент и происходит вращение. Без этого элемента невозможна работа по обработке дерева или металла на станке. Из-за важности этой детали в процессе металлообработки желательно знать, как она функционирует, на какие виды подразделяется и можно ли ее изготовить самостоятельно.

Шпиндель для фрезерного станка

Конструкция и технические особенности

Зная устройство фрезерного станка, человек сразу же понимает, что такое шпиндель и где он располагается. Для тех, кто не знает конструкции и технических параметров, необходимо разбираться во всем постепенно.

Шпиндель представляет собой полый металлический вал, являющийся ключевым узлом в фрезерном станке. Устанавливается эта деталь на специальной каретке, с помощью которой он передвигается в трех плоскостях — X, Y, Z. При включении двигателя вал напрямую передает вращательное усилие на фрезу (если речь идет о станке, в котором используются фрезы по металлу). Благодаря отсутствию дополнительных элементов при передаче усилия от двигателя, вращательный момент не искажается.

Классификация

Разделить фрезерный шпиндель можно по техническим характеристикам и способу использованию.

Деление в зависимости от мощности:

Одновременно с разделением по мощности станки подразделяются по своему функционалу. Они могут использоваться для нанесения гравировки, раскроя металла и фрезеровки.

Дополнительную обработку металла производят V-образными граверами. Если речь касается раскроя деталей из различных материалов, лучше покупать фрезерный шпиндель, у которого будет запас скорости вращения.

Если в качестве шпинделя используется дрель или бормашина, необходимо учитывать, что она не способна выдержать постоянные интенсивные нагрузки и подшипники начнут выть спустя короткий промежуток времени.

Станок для работы с фанерой

Способы охлаждения

При обработке металла с помощью промышленного оборудования можно повредить листы или детали. Заготовки необходимо охлаждать. Для этого были разработаны две системы:

Воздушные системы более удобны для больших производств.

Преимущества

У шпинделей есть несколько преимуществ:

При эффективной системе охлаждения, изготавливаемые детали не будут иметь дефектов после обработки.

Как подобрать шпиндель фрезерного станка по мощности

Как говорят опытные фрезеровщики: «При выборе шпинделя, нужно помнить правило о том, что чем больше скорость вращения двигателя, тем функциональнее становится оборудование». При выборе шпинделя для фрезерного станка, в первую очередь, нужно учитывать количество совершаемых оборотов:

Шпиндели нельзя долго использовать на мощности в 90%. В противном случае подвижные механизмы быстро выйдут из строя. Оптимальный расход мощности — 60–80%.

Как изготовить своими руками

При недостатке средств или невозможности установки заводского оборудования в самодельный станок его можно изготовить самостоятельно. Для этого нужны следующие комплектующие:

Изготовление шпинделя для станка своими руками начинается с приобретения всех комплектующих. Устройство контролирующее количество оборотов двигателя (сервотестер) рекомендуется устанавливать на любые двигатели, в которых невозможно изменять количество оборотов. Можно купить дешевую модель, главное обратить внимание на тип его крепления к станку. Он не должен мешать при работе.

Однако по техническим характеристикам промышленные детали во многом превосходят самоделки. Важно изготовить надежную и массивную станину, которая предотвратит появление вибрации.

Обслуживание

Промышленное и самодельное оборудование требует постоянного обслуживания и соблюдения правил эксплуатации:

При длительной эксплуатации необходимо наблюдать за состоянием подшипников и менять их, если появляются посторонние звуки. Иных расходов эта деталь не несет. При поломке составных частей конструкции требуется заменить их, но не восстанавливать. При больших нагрузках восстановленные детали сломаются по старым трещинам.

Шпиндель для фрезерного станка считается ключевым узлом, работе которого стоит уделять особое внимание. При выборе производственного оборудования достаточно соблюдать правила эксплуатации и вовремя обслуживать подвижные элементы, чтобы станок проработал более 10-ти лет.

Источник

Шпиндель станка: определение, назначение, устройство

Устройство

Конструкция каждого шпинделя устроена по одинаковому принципу. Роторный вал удерживается в корпусе подшипниками качения. Вращательные движения обеспечиваются благодаря встроенному асинхронному электрическому двигателю. На валу устанавливаются цанговые зажимы, позволяющие фиксировать инструменты с определенным диаметром хвостовиков.

Большей частью на 3ех координатные фрезерные станки с ЧПУ устанавливаются шпиндели с гайкой цанги ER11, ER16, подходящие для режущих инструментов с хвостовиками 3,175, 4, 5, 6мм (ER11) и 3,175, 4, 5, 6, 8, 10 мм (ER16).

Система жидкостноого охлождения шпинделя

Системы охлаждения, необходимые для работы каждого шпинделя, делятся на воздушные и жидкостные. Для теплообмена с жидкостью в конструкции каждого прибора присутствует специальная система круговой циркуляции или рубашка охлаждения. Необходимость дополнительного оснащения конструкции, а также станка можно относить к негативным сторонам такого способа охлаждения. К позитивным качествам, естественно, относится его эффективность.

Технологические особенности систем воздушного охлаждения заключаются в нагнетании воздушной массы в полости, специально предусмотренные для этого. В корпус таких шпинделей монтируются специальные воздухозаборники. Простота и компактность таких устройств является их позитивным свойством, а к негативным можно отнести загрязнение фильтров отходами обработки материалов.

Шпиндель для станка с ЧПУ

Шпиндель предназначен для придания режущему инструменту вращения с заданной скоростью. Для этого должна быть обеспечена передача крутящего момента от электродвигателя на рабочий вал с наименьшими потерями, с возможностью изменения направления вращения. Вторая важная задача – надежное крепление инструмента на валу. Дополнительно шпиндель обеспечивает защиту двигателя от перегрузок при тяжелых условиях обработки.

Принцип работы

Основой работы каждого станка является использование режущих инструментов. Благодаря устройству шпинделя, фрезу можно зафиксировать и обеспечить ее вращение. Шпиндель, в зависимости от технологических особенностей обработки, может функционировать в скоростном или силовом режиме. Все зависит от толщины среза материала при единичном контакте с режущим инструментом. Такой способ обработки чаще всего не требует особой точности. При работе в данном режиме от шпинделей требуется высокий показатель крутящего момента и достаточная мощность. Такие приборы отличаются повышенной жесткостью и прочностью.

Принцип работы скоростных шпинделей основан на необходимости среза маленьких слоев обрабатываемых материалов. Для сохранения производительности устройства необходим повышенный скоростной режим работы. Такие шпиндели используются при чистовой обработке материалов, поэтому не требуют высокой мощности и увеличенной силы резания.

Питание шпинделя может быть организовано специальным электрическим мотором установленным рядом с ним. Частота вращения передается таким устройствам посредством зубчатой или ременной передачи. Подобные схемы характерны для приборов силового принципа действия.

Некоторые шпиндели по сути представляют собой вал электродвигателя, а все промежуточные передачи отсутствуют. Требования по балансировке комплектующих подобных устройств зачастую очень высокие. Почти всегда подобные шпиндели производятся в виде независимых приборов. Такая особенность конструкции позволяет устанавливать его любым удобным способом.

Скоростные и силовые шпиндели также различаются по типу крепления режущих инструментов. Для высокомощных устройств предусмотрены специальные переходные втулки конической формы. Сначала хвостовик фрезы фиксируется в этой втулке, а потом монтируется в отверстие шпинделя. В скоростных приборах режущий инструмент почти всегда устанавливается в цангу, которая, зажимается гайкой.

Водяное охлаждение или воздушное

Тип охлаждения шпинделя определяется спецификой решаемых на станке задач. Воздушное охлаждение отличается повышенным уровнем шума и резким падением эффективности при переходе на низкие обороты из-за замедления вращения крыльчатки, прогоняющей воздух через рубашку шпинделя. Особенно это критично при работе по металлу, поскольку потребляемая мощность возрастает и двигатель нагревается еще сильнее. Водяное дороже, но эффективнее, поскольку температура носителя не зависит от частоты вращения ротора.

При замене шпинделя на сходный по характеристикам аналог потребуется перенастройка частотного преобразователя, а если подбирается шпиндель большей или меньшей мощности – его замена.

Виды, типы, категории шпинделей

Коллекторные шпиндели применяются для гравировок, ювелирной обработки миниатюрных изделий. Чаще всего это высокоскоростные устройства с цангой ER8 мощностью около 0,8 кВт. Для резки и раскройки мягких материалов больше подходят цанги ER11. Высокоскоростные коллекторные шпиндели хорошо зарекомендовали себя в профессиональном и любительском применении в станках с ЧПУ. Некоторые устройства оснащены системами плавного пуска с ограничением поступающего напряжения.
Устройства с жидкостным охлаждением часто применяются в высококачественных промышленных агрегатах на предприятиях нашей страны. Мотор эффективно охлаждается водой или тосолом. Такие шпиндели укомплектованы высокоскоростными железными подшипниками, не требующими дополнительного обслуживания. Управление этими устройствами осуществляется через частотные преобразователи. Фрезы крепятся в цанги и закрепляются гайкой. На современном рынке доступны устройства как европейских, так и китайских производителей.

Ременноприводные шпиндели взаимодействуют с сервоприводами переменного напряжения или с асинхронными двигателями. Эта особенность дает возможность точно регулировать частоту вращения инструмента. Воздушные шпиндели – дешевые и надежные устройства для станков с программным управлением. Большей частью это приборы китайского производства с установленными керамическими подшипниками, выдерживающими высокие обороты. В некоторых шпинделях предусмотрена возможность автоматической смены режущих инструментов.

Технические характеристики и область применения

На современном рынке доступно большое количество шпинделей. Системы охлаждения, технология приведения в движение ротора, способ фиксации режущего инструмента и регулирования питания мотора тоже может отличаться. Поэтому лучше всего классифицировать все шпиндели, доступные в продаже, по типу обрабатываемых материалов. Возможности каждого устройства обусловлены их техническими характеристиками.

Область применения шпинделя — портальные станки с ЧПУ

Шпиндели мощностью 0,8 кВт используются при обработке ювелирных изделий, для создания гравировок, порезки пластиковых деталей до 5 мм толщиной, тонкой фанеры, а также для резки и сверления печатных плат. в такие устройства обычно устанавливаются очень тонкие граверы и миниатюрные фрезы. Высокоскоростные шпиндели мощностью от 1,2 кВт могут использоваться с качественными твердоплавкими фрезами для обработки металлических изделий. Для работы с тонкими прочными фрезами всегда используются шпиндели со скоростью вращения 30 000 об/мин.

Шпиндели мощностью 1,5 кВт применяются для обработки сувениров, создания неглубоких фрезеровок на латунных и алюминиевых предметах. Они также являются начальными приборами для обработки твердой древесины или акрилов толщиной до 15 мм. Мощность от 2,2 кВт позволяет обрабатывать твердое дерево и акрилы до 30 мм толщиной. Устройства от 3 кВт можно использовать для прочных материалов. Например, они часто используются в 3D устройствах по обработке твердого дерева или фигурной резке. Шпиндели на 4 кВт применяются при резке твердых материалов. Устройства мощностью от 4,5 кВт и выше позволяют максимально эффективно работать с большими фрезами для толстых заготовок из дерева или металла.

Для примера рассмотрим характеристики изделий самых популярных производителей:

Классификация двигателей для ЧПУ станка

В зависимости от назначения ФС, двигатели для них можно разделить на 2 группы:

Другое важное разделение проводится по направлению оси вращения – вертикальное, горизонтальное, универсальное. В зависимости от расположения вала изменяется боковая нагрузка. Наименьшая нагрузка характерна для вертикального использования, но при этом повышается вибрация. При горизонтальном варианте увеличивается нагрузка на вал в вертикальном направлении, но вибрация гасится. Универсальные конструкции предусматривают возможность использования шпинделя в обоих направлениях. Для разных исполнений выбирается своя система передачи и применяются специальные вспомогательные приспособления.

Подразделяются двигатели и по скорости вращения:

Наконец, шпиндели классифицируются по способу смены инструмента: механизированные и ручные. В первом случае используются специальные штревели (например, типа ВТ или СК) и механизированные устройства зажима-разжима (например, пневматические тиски). В ручном варианте устанавливаются стандартные штревели, болты и цанга.

Классификация по типу привода

В ФЗ шпиндели подразделяются по типу привода следующим образом:

Особо выделяется мото- или электрошпиндель. Это вариант совмещения шпинделя и двигателя в одном корпусе.

Установка

Воздушная система охлаждения представляет собой обыкновенный встроенный винт, который приводится в действие вращением вала шпинделя. Для подключения жидкостной системы охлаждения потребуется присоединить шпиндель к заправочной емкости с использованием подходящих трубок и фитингов.
Кроме систем жидкостного охлаждения, для установки большинства шпинделей на станок также используются специальные преобразователи частот, посредством которых регулируется подаваемая мощность на двигатель. Диапазон мощности каждого преобразователя должен соответствовать потребляемой энергии шпинделя для того, чтобы не снизить продуктивность работы устройства. Некоторые специалисты рекомендуют рассчитывать мощность преобразователя с запасом, чтобы возможности подачи энергии на двигатель превышали максимальную мощность шпинделя. Для подключения достаточно присоединить контакты на шпинделе к соответствующим разъемам на преобразователе.

Особенности конструкции шпинделя для станка с ЧПУ в зависимости от вида

Шпиндели для ФС с ЧПУ имеют ряд особенностей:

Важно! Конструкция шпинделя для ФС с ЧПУ подбирается так, чтобы обеспечивалась максимальная скорость обработки и возможность автоматизации процесса.

Преимущества и недостатки моделей

Шпиндели европейских производителей отличаются стабильностью выработки гарантийного периода при нормальном режиме эксплуатации. Устройства просто собираются и разбираются при наличии необходимых инструментов. Конструкция шпинделей передовых европейских производителей всегда очень продумана и почти не имеет изъянов. Во многих корпусах задний подшипниковый узел надежно сконструирован. Для обмотки статоров в таких устройствах используются только качественные материалы. Почти все производители уделяют внимание шумности своих изделий.

К недостаткам таких изделий можно отнести то, что пластиковые части корпуса являются их слабыми местами. В некоторых устройствах подшипники могут перегружаться и работать на пределе. Это обстоятельство повышает вероятность повреждения корпуса шпинделя. Роторный вал многих приборов выполняется из мягкой стали, а резьба на них зачастую очень редкая. Это обуславливает снижение продолжительности срока эксплуатации. В шпинделях воздушного охлаждения может не хватать мощности встроенных вентиляторов недостаточно, поэтому приходится покупать дополнительные устройства. Некоторые производителя забывают набивать подшипники шпинделей смазкой.

Как изготовить своими руками?

Для изготовления шпинделя своими руками следует приготовить детали:

Корпус обрабатывается изнутри, вытачиваются посадочные места под подшипники. Снаружи делается крепление для электродвигателя. Вал-шпиндель с насаженными на него подшипниками устанавливается в корпусе и крепится проходными крышками от осевого перемещения. Двигатель устанавливается снаружи. Вращение передается через контролера, для регулировки числа оборотов и ременной передачи.

Технические характеристики шпинделя определяют, что можно обрабатывать на станке и какие операции производить. При изготовлении фрезерного станка в домашних условиях, можно использовать в качестве фрезерного узла гравер, шлифовальную машинку и дрель. Более мощное оборудование под металл требует изготовления прочного шпинделя.

Конструкция и технические особенности

Главные компоненты технической характеристики:

Фрезерный шпиндель

Данные о мощности установки позволяют определить материал пригодный для работы.

Знание частоты оборотов позволяет установить рабочий режим станка с учетом особенностей материала.

Мощность шпинделя

При выборе мощности шпинделя необходимо руководствоваться золотым правилом – чем больше, тем лучше. Основные правила при выборе мощности:

Методика расчета подсистем ВМШ

В процессе выполнения государственного контракта была разработана усовершенствованная методика расчета подсистем ВМШ, выполнены расчеты и проведен анализ типовых режимов резания, статических и динамических характеристик, влияния условий работы узла (включая частоты вращения) на контактную жесткость соединения шпиндель — оправка типа HSK-A с механизмом зажима инструмента и тепловых явлений в опорах. В результате расчета режимов резания определены нагрузки, возникающие при выполнении типичных для данного класса шпинделей технологических операций. Исходя из возможностей основного и вспомогательного инструмента, установлены характеристики предельно допустимых режимов обработки. По предельным для каждой операции режимам резания оценены характеристики привода главного движения, силы реакции и продолжительность жизненного цикла подшипников. Анализ жесткости и динамического качества шпиндельного узла проводился с использованием программного комплекса для конечно-элементного моделирования «GSP», разработанного на кафедре «Станки» МГТУ «Станкин». В результате расчета получена информация о величине статической деформации шпиндельного узла для типичных технологических операций и получены оценки ее распределения между элементами конструкции. Для анализа динамического качества были построены амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) для точки инструментальной оправки, расположенной в зоне резания, и формы колебаний шпиндельного узла на низших собственных частотах. По этим данным можно судить о величине и характере колебаний конструкции на собственных частотах, находящихся внутри рабочего диапазона частот возбуждения или в непосредственной близости от него. Целью расчетов соединения шпиндель — инструментальная оправка при вращении являлись оценка влияния частоты вращения на эксплуатационные характеристики механизма зажима и определение предельной частоты вращения, при которой соединение теряет свои эксплуатационные свойства. Рассчитываемая конструкция включала переднюю часть проектируемого шпинделя с инструментальным конусом типа HSK, инструментальную оправку и кулачковый механизм зажима. Расчеты и анализ были выполнены в среде конечно-элементного моделирования Simulation, интегрированной в CAD-систему SolidWorks. Расчеты проводились при различных частотах вращения, — от нулевой до максимальной для данного типоразмера соединения. Результатами расчета являются перемещения, вызванные деформацией шпинделя, инструментальной оправки и элементов механизма зажима и реакции на сопрягаемых поверхностях отдельных частей конструкции. Целью исследования эксплуатационных свойств соединения шпиндель — инструментальная оправка, находящегося под действием внешних нагрузок, являлась оценка его несущей способности и жесткости. Расчетная модель, как и в предыдущем случае, включала переднюю часть проектируемого шпинделя с инструментальным конусом HSK-A и инструментальную оправку. Расчет проводился в среде твердотельного моделирования «Simulation». Результатами расчета являются перемещения, вызванные деформациями шпинделя, оправки и проскальзыванием в стыках соединения, реакции в элементах соединения, эпюры давления на сопрягаемых поверхностях. По сравнению с традиционными шпиндельными узлами станков, ВМШ отличается большей интенсивностью тепловых нагрузок. Они вызваны сосредоточением мощных источников тепла (двигатель, шпиндельные подшипники) внутри компактной конструкции узла. Высокая концентрация источников тепла требует интенсивного охлаждения как для сохранения работоспособности узла (которая определяется допустимой температурой обмотки двигателя и подшипников в опорах), так и для исключения теплового воздействия на окружающие элементы конструкции, вызывающего снижение точности станка из-за их температурных деформаций [7]. Предельные температуры подшипников опор шпинделя и обмоток двигателя зависят от производительности охлаждающей установки, от того, как распределяются потоки жидкости между рубашками охлаждения, и от интенсивности отвода тепла через рубашки, т.е. от их конструкции. Подобные тепловые расчёты практически невозможно выполнить аналитическими методами из-за сложной пространственной геометрии рубашек охлаждения. С помощью приложения «FlowSimulation» пакета SolidWorks, предназначенного для моделирования процессов динамики жидкости и газа, явлений переноса тепла и массопереноса, была разработана математическая модель, которая учитывает лучевой и конвективный теплообмен корпуса мотор-шпинделя с окружающей средой. В связи с тем, что тепловыделение в подшипниках (из-за изменения вязкости масла) зависит от температуры, которая заранее неизвестна, то мощности источников тепла в моделях задавались в виде функциональных зависимостей от температуры отверстий под наружные кольца подшипников. Решение задач во «FlowSimulation» осуществляется методом конечных объемов. В ходе вычислительных экспериментов на математической модели: был построен баланс расхода воды через рубашки охлаждения (передняя опора, двигатель, задняя опора) при варьировании общего расхода; вычислен баланс тепловых потоков во вращающемся подшипнике, наружное кольцо которого помещено в водяную рубашку охлаждения; определена температура наружных колец наиболее нагруженной в тепловом отношении опоры и выработаны рекомендации по назначению расхода воды через рубашку охлаждения для обеспечения работоспособности ее подшипников; оценены производительность насоса и избыточное давление в магистрали нагнетания для последующего выбора системы охлаждения. В результате проведенной работы выполнена необходимая теоретическая и конструкторская подготовка освоения и серийного производства в России высокоскоростных мотор-шпинделей практически для всех типоразмеров станков сверлильно-фрезерно-расточной группы. Работа выполнена в Государственном инжиниринговом по государственному контракту, предусматривавшему создание наиболее важных комплектующих изделий для металлорежущих станков.

Источник