Что такое шпиндель для фрезерного станка, обзор видов

Шпиндель фрезерного станка, оснащенного ЧПУ, является важнейшим конструктивным элементом такого оборудования. В этой детали закрепляется режущий инструмент, и именно она передает ему вращение.

Шпиндели фрезерного станка с ЧПУ, размещенные на подвижном портале

Детализация основных узлов

Станина предназначена для правильного и устойчивого расположения основных узлов (бабок) во время любых нагрузок при эксплуатации. В металлорежущих станках станина может иметь вертикальное или горизонтальное положение. Основные требования к станине любой конструкции:

• устойчивость к вибрации;
• жесткость;
• термостойкость.

Многие типы станков оснащаются траверсой или поперечной балкой, передвигающейся по вертикальным рельсам. На траверсе есть горизонтальные рельсы, по которым передвигаются мобильные узлы. Таким механизмом оснащаются продольно-фрезерные, токарно-карусельные, строгальные, радиально-сверлильные станки. Двухстоечные токарно-карусельные станки дополнительно оборудованы порталом — перекладиной между верхними точками стоек. Портал придает конструкции дополнительную жесткость.

Направляющие — имеют большое значение для точности выполнения деталей, по ним передвигаются мобильные узлы.

Существует несколько разновидностей направляющих:

• качения;
• скольжения;
• комбинированные.

Направляющие быстро изнашиваются, поэтому к подбору материала и изготовлению этих узлов повышенное внимание. Используются серый чугун, сталь, бронза, пластики, композиты

Изготовление фрезерного станка по дереву

Производство оборудования должно выполняться строго по заранее составленной схеме. На ней указывается месторасположение каждого компонента, способ его крепления и размеры.

На первом этапе изготовления необходимо собрать опорную раму для станка. Для этого заранее подготовленные заготовки труб следует соединить между собой. Затем с помощью сварки выполняется их фиксация. После этого сверяются размеры верней части и приступают к производству столешницы.

1. На панели ДВП наносят разметку, согласно которой вырезается контур столешницы.
2. При вертикальном расположении фрезы в панели делают отверстие.
3. Установка электродвигателя и шпинделя. Последний не должен выступать над плоскостью столешницы.
4. Монтаж ограничительной планки.

После этого можно проводить первые испытания конструкции

Важно, чтобы во время работы не возникало сильных вибраций. Для их компенсации можно установить дополнительные ребра жесткости

Регулировка и настройка

На традиционных станках с зафиксированным в одном положении шпинделе регулировка оборотов двигателя проводится классическим, механическим способом, за счет коробки скоростей. На изображении рычаг регулировки скоростей шпинделя на традиционном фрезере:

На шпинделях с встроенным электродвигателем регулировка выполняется электрическим способом, за счет снижения и повышения тока, подаваемого на электродвигатель.

Сам шпиндель перед работой не требует специальной настройки. Внимание уделяется правильному расположению и надежному закреплению фрезы, согласно инструкции по эксплуатации для каждого станка. Неправильно вставленная фреза может делать выборку не на той глубине, где предусмотрено или выскочить из зажима во время работы.

Угол конуса

Важным показателем при построении различных чертежей считается угол конуса. Он определяется соотношение большого диаметра к меньшему. Высчитывается этот показатель по следующим причинам:

1. На момент обработки мастер должен учитывать этот показатель, так как он позволяет получить требуемое изделие с высокой точностью размеров. В большинстве случаев обработка проводится именно при учете угла, а не показателей большого и малого диаметра.
2. Угол конуса рассчитывается на момент разработки проекта. Этот показатель наносится на чертеж или отображается в специальной таблице, которая содержит всю необходимую информацию. Оператор станка или мастер не проводит расчеты на месте производства, вся информация должна быть указана в разработанной технологической карте.
3. Проверка качества изделия зачастую проводится по малому и большему основанию, но также могут применяться инструменты, по которым определяется показатель конусности.

Как ранее было отмечено, в машиностроительной области показатель стандартизирован. В другой области значение может существенно отличаться от установленных стандартов. Некоторые изделия характеризуются ступенчатым расположение поверхностей. В этом случае провести расчеты достаточно сложно, так как есть промежуточный диаметр.

Особенности шпинделя зависимо от вида

В основном, во время работы фрезерных станков, все нагрузки перпендикулярны оси шпинделя, а параллельные нагрузки появляются только в момент врезки в тело заготовки. Именно поэтому, необходимо выбирать двигатель, который сможет выдерживать такие нагрузки на протяжении большого периода времени, поскольку работа фрезерных станков может быть непрерывной в течении суток и даже более.

Шпиндели, предназначенные для промышленных целей, не нуждаются в постоянной чистке и смазке подшипников на всем сроке эксплуатации, но, если вы начинаете замечать посторонние звуки в его работе на холостом ходу, лучше все же разобрать корпус двигателя, выдуть изнутри сжатым воздухом все загрязнения (если таковые присутствуют) и хорошо смазать подшипник специальной смазкой, не теряющей своих свойств при высоких температурах.

Цанговые зажимы

В основном, самыми распространенными являются цанги типа ER11 и ER16, в которую становится сверло или фреза с диаметром хвостовой части от 2.5 до 3.2 мм, даже если она сделана конусом. Также существуют и патроны, рассчитанные под больший диаметр инструмента, но они используются при грубой обработке металла или фрезеровке по стали и имеют отверстие под зажим инструмента 6 и более миллиметров.

Выбор шпинделя по мощности

Зачастую, шпиндель необходимо подбирать для станка, который выполняет определенный вид работ, поэтому требуемый параметр мощности может подсказать, какой тип устройства следует купить.

Каждый вид станочных работ требует разную мощность оборудования.

Сверление и гравировка требует от 1,5 кВт мощности шпинделя.

Резка (и весь комплекс фрезерных работ) по древесине — от 2,2 кВт до 4,5 кВт.

Обработка твердых пород древесины требуют не меньше 3,5 кВт мощности устройства.

Основные конструктивные особенности

Универсальный токарно-винторезный станок состоит из основных конструктивных узлов, которые являются типовыми элементами. К ним относятся:

• суппорт;
• станина;
• упорная и шпиндельная бабки;
• электрическое оборудование;
• ходовой вал;
• гитары шестерен;
• коробка, которая обеспечивает выбор и смену подач;
• ходовой винт – именно эта деталь отличает токарно-винторезный от стандартного токарного станка.

В зависимости от некоторых особенностей может различаться точность станка. Поэтому универсальное оборудование может быть как класса точности Н, так и повышенного – П.

Передние и задние бабки

У передней или шпиндельной бабки есть основная роль – фиксировать заготовку в обработке и передавать вращение заготовке от электрического двигателя.

Внутри корпусной части бабки расположен шпиндель. На корпусе станка снаружи монтируется рукоятка регулировки скорости. Задняя бабка или упорная необходима для фиксации заготовки.

Суппорт

Суппорт предназначен для того, чтобы перемещать резцедержатель с резцом в продольном, поперечном направлении по отношению к оси станка. Нижняя часть суппорта именуется салазками или кареткой.

Спустя определенное время работы станка суппорт будет нуждаться в регулировке, поскольку, в противном случае снизится скорость обработки. Регулировка от зазоров заключается в подтягивании клиновой планки.

По сравнению с другими деталями суппорт имеет большие размеры. Выбор резцедержателя определяется классом станка. Для крупногабаритного оборудования обязательно закреплять резцы дополнительно четырьмя винтами.

Коробка скоростей

Это основная часть привода шпинделя. Она осуществляет передачу энергии двигателя остальным частям станка. Еще одна функция – изменение частоты вращения шпинделя и скорости работы всего станка.

Коробка встраивается в корпус бабки шпинделя или в отдельном корпусном блоке. Изменение скорости может происходить бесступенчатым или ступенчатым способом. В стандартную коробку передач входят следующие составляющие:

• система зубчатых передач;
• клиноременная передача;
• реверсивный электродвигатель;
• электромагнитная муфта с системой торможения;
• рукоять для переключения скоростей.

Работает коробка скоростей за счет шестерен.

Шпиндель

Это основная часть станка, которая сделана в виде вала с конусным отверстием для закрепления заготовок. Чтобы деталь имела высокую прочность и долговечность, ее изготавливают из высокопрочной стали.

В классическом варианте шпиндель сделан на высокоточных подшипниках качения. На опоре детали установлено специальное кольцо, которое обеспечивает точность работы станка.

На торце конструкции расположено коническое отверстие. Полость шпинделю необходима, чтобы установить пруток, помогающий при необходимости выбивать центр из посадочного места.

Непосредственно прочность и долговечность шпинделя зависит от имеющихся там подшипников.

Станина

Это основная часть станка, которая выполнена с помощью чугунного литья. К ней прикреплены все наиболее важные детали и элементы данной конструкции.

Сама станина состоит из двух стальных балок. Балки, в свою очередь, соединены между собой ребрами жесткости. У каждой из балок – соединение к двум направляющим.

Направляющие с обоих сторон относятся к призматической группе. Направляющая плоской формы расположена внутри с левой стороны.

Нарезание резьбы

Нарезать резьбу при помощи токарно-винторезного станка можно несколькими способами. Для этого используется плашка, метчик, резец и другие виды инструмента.

С их помощью есть возможность нарезать внутреннюю и внешнюю резьбу

При использовании резца важно соблюдать полностью технологию. Она включает:

• правильную заточку резца;
• аккуратную настройку режимов работы станка;
• при помощи шаблона правильная установка резца по центру детали;
• замер полученных размеров калибрами или шаблонами.

В такой работе недопустим брак в виде заострений, рваных нитей, задир и дробления.

Электрический блок управления

В стандартный блок управления токарно-винторезным станком входит сразу несколько рукояток и кнопок:

• рукоятка для настройки количества оборотов;
• система управления для установки параметров резцовой поверхности;
• рукоятки для управления суппортом.

Станок с ЧСПУ обладает более сложным устройством, но при этом может работать без участия оператора на промежуточных этапах.

Фартук

В фартуке токарно-винторезного станка расположены механизмы, которые преобразуют вращательное движение ходового винта и ходового вала в поступательное движение суппорта.

Строение суппорта

Создание фрезерного станка с чпу по металлу своими руками
Суппорт токарного станка – это узел, благодаря которому обеспечивается фиксация режущего инструмента, а также его перемещение в наклонном, продольном и поперечном направлениях. Именно на суппорте располагается резцедержатель, перемещающийся вместе с ним за счет ручного или механического привода.

Суппорт с кареткой станка Optimum D140x250

Движение данного узла обеспечивается его строением, характерным для всех токарных станков.

• Продольное перемещение, за которое отвечает ходовой винт, совершает каретка суппорта, при этом она передвигается по продольным направляющим станины.
• Поперечное перемещение совершает верхняя – поворотная – часть суппорта, на которой устанавливается резцедержатель (такое перемещение, за счет которого можно регулировать глубину обработки, совершается по поперечным направляющим самого суппорта, имеющим форму ласточкиного хвоста).

Резцедержатель быстросменный MULTIFIX картриджного типа

Резцедержатель, который также называют резцовой головкой, устанавливается в верхней части суппорта. Последнюю при помощи специальных гаек можно фиксировать под различным углом. В зависимости от необходимости на токарных станках могут устанавливаться одно- или многоместные резцедержатели. Корпус типовой резцовой головки имеет цилиндрическую форму, а инструмент вставляется в специальную боковую прорезь в нем и фиксируется болтами. На нижней части резцовой головки имеется выступ, который вставляется в соответствующий паз на суппорте. Это наиболее типовая схема крепления резцедержателя, используемая преимущественно на станках, предназначенных для выполнения несложных токарных работ.

Что использовать для настольных станков

Если вам необходимо оснастить настольный станок с ЧПУ подходящим шпинделем, сейчас доступно несколько довольно привлекательных вариантов. Выбирать устройство вам.

Ручные граверы. Стоит такое устройство от 500 рублей. Особых сильных качеств не имеет, но если вам предстоит выполнить ремонт или фрезеровку мягких материалов с небольшими фрезами, то этот агрегат вполне подойдет для оснащения станка с вертикальным шпинделем. Недостатки — это небольшая скорость вращения и незначительная мощность. Бормашины. Работают очень тихо, оснащаются надежным фиксатором для патрона. При малых оборотах двигателя крутящий момент почти не меняется. Это обеспечивает серьезное превосходство устройства перед гравером. Шпиндель от двигателей DC. При мощности 0,4 кВт обеспечивают крутящий момент в 12000 оборотов за минуту. Выполнять различный ремонт, фрезерные работы с таким шпинделем удобно, поскольку обеспечивается слабое биение, работает агрегат тихо. Плюс цанга выполнена по широко используемому стандарту. Но есть недостатки — незначительные показатели мощности, сильный нагрев, который вынуждает искать эффективное охлаждение

Для работы устройство потребует отдельный источник питания, к чему также важно быть готовым.

Выбирая шпиндель, ориентируйтесь на его качество и соответствие станку, на котором вы собираетесь использовать данный элемент.

О достоинствах шпинделей

Самодельная конструкция предполагает применение станка с наклонным шпинделем.

Перечень преимуществ:

1. Оснащение станка недорогостоящими зажимными устройствами.
2. Схемы изготовления несложно найти в интернет – ресурсах.
3. Простота конструкторского решения.
4. Дополнительное оснащение любыми элементами соответствующих параметров.

Если нет уверенности, что выполненный своими руками шпиндель по металлу для ЧПУ или по дереву не будет работать эффективно, то чтобы избежать риска, можно приобрести изделие заводского производства.

Устройство

Шпиндель представляет собой стальной вал, впереди которого установлено крепление для рабочего инструмента. В классическом образе шпиндель установлен на высокоточных подшипниках качения. Для обеспечения необходимой точности работы в процессе эксплуатации на опоре шпинделя установлено специальное кольцо. Регулировка кольца происходит с помощью регулировочной гайки, Затягивание которой смещает гайку по шпинделю, что обеспечивает устранение образовавшихся в процессе работы зазоров

Конструкция шпинделя зависит от множества факторов, обычно от сферы назначения, типа и устройства станка, размеров и скорости работы. Раньше основой этого узла выступали подшипники, отклонение на которых достигало 1 мкм. На сегодняшний день требования к шпинделям усилились, поэтому современные образцы изготавливаются с применением магнитных или воздушных опор. Подобное решение позволяет добиться минимального отклонения, не превышающего 0,2 мкм.

Для более высокой точности, при которой погрешность обработки ниже 0,03 мкм, применяется особый способ привода. Шпиндель приводиться в движение и разгоняется с помощью маховика, но работы выполняется после отключения маховика и работе шпинделя за счет инерции.

Конструкция узла должна соответствовать следующим требованиям:

1. Точность. Подбирается исходя из модели станка, обрабатываемого материала и технологических требований.
2. Быстроходность. Разные типы шпинделей вращаются на разных скоростях, чем быстрее скорость обработки заготовки, тем выше качество выполненной работы.
3. Жесткость. Определяется соотношением величины прогиба шпинделя и уровня радиального биения. Чем данный показатель ниже, тем выше качество работы.
4. Долговечность. Срок эксплуатации узла, в первую очередь, зависит от качества используемого подшипника.
5. Виброустойчивость. Шпиндель должен быть толерантным к вибрации к внешней вибрации станка, что обеспечивает высокую точность работы инструмента.
6. Допустимый нагрев. Определяется максимальной температурой нагрева узла, при котором не изменяются эксплуатационные характеристики шпинделя.
7. Несущая способность. Характеризует рекомендуемые вес и размеры рабочего инструмента.

Обычно шпиндель не рассматривается как отдельная конструкция. Чаще всего рассматривается весь комплекс токарно-винторезного станка, включающий электродвигатель, привод, переднюю бабку и шпиндель. Электродвигатель можно менять, использовать даже силовые установки, работающие от постоянного тока. Главное, чтобы все составные части соответствовали электрической схеме станка.

Технические параметры

Рассматриваемое устройство отличается неограниченным количеством свойств. Основными техническими спецификами станка для фрезеровочных работ по металлу можно назвать приведенные ниже моменты:

1. Мощность. В большинстве случаев параметр мощности связана с параметрами поставленного электродвигателя. Меряется критерий в Вт, может варьировать в довольно обширном диапазоне. Выбор по мощности проходит в согласии с сферой использования станка.
2. Скорость вращения. Шпиндель станка для фрезеровочных работ может вращаться с разной скоростью. При этом самые новые модели отличаются тем, что могут менять частоту вращения ступенчато или медленно.

Шпиндельный станок для фрезеровальных работ также классифицируется по сфере использования. В зависимости от параметра мощности выделяют следующие модели:

1. Для обработки полимерных материалов и Дсп, а еще МДФ подойдут модели, мощность которых составляет 800 Вт. Они обходятся в относительно маленькую сумму, как правило ставятся в мастерской дома.
2. Дерево, мягкие разноцветные сплавы, текстолит отличаются очень высокой степенью обрабатываемости. Собственно поэтому рекомендованная мощность станка составляет 1500 Вт.
3. Распространенные стали, камень и твёрдые сплавы могут подвергаться обработке механическим путем при мощности 3000 Вт. Этого вполне хватает, чтобы фреза врезалась в материалы с очень высокой твердостью.

Необходимо помнить про то, что слишком большая мощность не всегда считается преимуществом оборудования. Это связан с большим коэффициентом потребления энергии и ценой

При подборе часто уделяют внимание и ступенчатости проводимой регулировки

Разные схемы фрезеровочных станков также обуславливают следующие характеристики:

1. Критерий КПД достигает до 95%. Благодаря этому значительно уменьшаются энергетические расходы, увеличивается результативность использования станков.
2. Высокая прочность и надежность. При качественном изготовлении устройство скорее всего прослужит в течении очень длительного периода.
3. Особенности конструкции дают возможность использовать оборудование в течении долгого периода без остановок. Это связано с наличием системы охлаждения.

В большинстве случаев характеристики эксплуатации шпинделя зависят от сфере использования, необходимой точности обработки. По мимо этого, очень высокая степень обрабатываемости обеспечивается за счёт охлаждения.

Из каких частей состоит система и какие основные варианты представлены на рынке

Для начала следует разобраться с основными особенностями устройства и только затем разбираться с типами конструкций. На само деле, при всей внешней сложности система удобна в работе, и можно освоить ее за считанные дни.

Устройство

Если рассматривать обычные варианты, то их основными составными частями будут следующие элементы:

• Станина – на ней размещаются и закрепляются все узлы, этот элемент чаще всего делается массивными, чтобы уменьшать вибрацию, обеспечивать надежность и стабильность во время работы. Что касается некоторых вариантов, то данный элемент может отсутствовать в них, речь идет о настольных приспособлениях и ручных фрезерах;
• Рабочий стол предназначен для расположения заготовок при их обработке, тут все достаточно просто: поверхность должна быть прочной, а ее площадь должна обеспечивать нормальное расположение обрабатываемых элементов;
• Для повышения удобства на столе чаще всего располагаются прижимы – для фрезерного станка по дереву их наличие обязательно по той причине, что для обеспечения точности обработки каждый элемент должен быть зафиксирован максимально надежно и прочно. Если производится обработка торцов, то нужно наличие упорной линейки, так вы сможете проводить операцию очень точно и ровно;

Прижимы могут иметь разную конфигурацию в зависимости от характера выполняемых работ

• Вал для фрезерного станка по дереву выполняет функцию передачи усилия от силового агрегата к рабочему элементу, его еще часто называют вал-шпиндель, он располагается на суппорте. Этот узел позволяет не только передавать усилие и четко фиксировать элемент, но и регулировать положение рабочего элемента относительно поверхности рабочего стола в зависимости от особенностей проводимых работ;
• Шпиндель для фрезерного станка по дереву используется для крепления рабочих элементов и располагается на ведущем валу, главное требование к нему – надежность фиксации и простота использования;

Шпиндель должен обеспечивать быструю смену рабочих узлов

Чтобы делать на материалы пазы, снимать торцы в определенной форме и делать другие работы, применяются специальные фрезы для фрезерного станка по дереву, на рынке представлено огромное количество типоразмеров и конфигураций, поэтому вы сможете подобрать оптимальный вариант для любого типа изделий;

Такой вариант как фрезы по дереву для станков насадные используется для работ по приданию торцам определенной конфигурации для крепления и соединения элементов

Виды оборудования

В настоящее время на рынке представлены несколько основных вариантов:

• Станки с ЧПУ являются самым высокотехнологичным вариантом, их отличительная особенность – наличие процессора, который позволяет обрабатывать информацию и работать по заранее заданным параметрам. Это обеспечивает наивысшую точность обработки и минимум огрехов, ведь не нужно делать все своими руками, весь процесс контролирует компьютер;
• Горизонтальное оборудование имеет рабочий стол и, соответственно, обрабатывает заготовки в горизонтальной плоскости. В вертикальных установках рабочий узел расположен в вертикальной плоскости и может двигаться вверх-вниз, что позволяет упростить обработку некоторых элементов;
• Ручные фрезеры сложно назвать станками, но зато они доступны по стоимости и позволяют справиться с большинством мелких работ. Кроме того, с их помощью можно соорудить небольшое стационарное приспособление, в этом случае схема фрезерного станка по дереву будет представлять собой конструкцию для крепления инструмента, которая может иметь и копир, чтобы изготавливать изделия по образцу;

Чертеж фрезерного станка по дереву своими руками в таком случае даже не нужен – вам нужно сделать систему крепления оборудования и продумать фиксацию заготовок

Настольные варианты чаще всего предназначены для бытовых нужд и представляют собой неплохие решения за разумные деньги.

Каждая фреза по дереву для станка имеет свою конфигурацию, целесообразно иметь под рукой целый набор с самыми ходовыми вариантами

Основные параметры устройств

Все оборудование данного типа разделяется не только по конструкции, но и по целому ряду показателей, которые следует учитывать как при выборе готового варианта, так и при сборке системы самостоятельно. Самыми важными факторами являются следующие:

Важно! Кроме всего прочего, следует учитывать и целый ряд других факторов: комплектация оборудования, гарантия на него, наличие документации, подтверждающей качество, и руководства по эксплуатации на русском языке.

Промышленное оборудование с ЧПУ портального типа позволяет выполнять практически любые работы по обработке древесины

Шпиндели для станка с ЧПУ

• Как выбрать привод шпинделя?
• Выбор типа охлаждения шпинделя
• Выбор скорости и мощности шпинделя

Применение бесколлекторных шпинделей

К изобретению бесколлекторных шпинделей инженеров привела потребность в высокоскоростной обработке. Шпиндели на основе электрического бесщеточного (BLDC) двигателя используются для гравировки, фрезерования и сверления разных материалов. Конструкция подобных шпинделей основывается на роторе с постоянными магнитами и статора с обмотками.

Принцип работы бесколлекторных шпинделей

Чаще всего бесколлекторные (бесщеточные) шпиндели работают на основе трехфазного двигателя. Принцип работы бесколлекторных шпинделей на подобном двигателе прост: короткозамкнутый ротор со своим магнитным полем помещается в бегущее магнитное поле трехфазного статора. Ротор начинает вращаться из-за взаимодействия своего магнитного поля и поля статора, с немного меньшей скоростью. Подобная конструкция шпинделя позволяет обрабатывать материалы на высоких скоростях, и это происходит за счет следующих факторов:

• уменьшенный вес ротора
  , достигнутый использованием легких материалов с выраженными магнитными свойствами, позволяет шпинделю выдавать большее количество оборотов в минуту;
• вытянутая цилиндрическая форма шпинделя
  позволяет наиболее эффективно использовать производительность устройства и повысить его КПД при компактных размерах устройства. Благодаря этому, современный бесщеточный шпиндель имеет компактные размеры при низкой потребляемой мощности. Подобный шпиндель был бы очень подходящим при использовании в настольном ЧПУ станке по металлу при обработке стали, чугуна, дерева, пластика, драг. камней и других, самых различных, материалов.

Регулирование скорости бесщеточного шпинделя

Скорость бесколлекторного шпинделя регулируется преобразованием частоты 3-хфазного тока и напряжения. С этой целью используются частотные преобразователи, которые всегда используются с двигателями асинхронного типа. Важная памятка: мощность шпинделя и частотного преобразователя должны совпадать.

Цены на бесщеточные шпиндели существенно разнятся на рынке станкооборудования. DARXTON предлагает купить бесколлекторный шпиндель по приятной цене. Если у вас появились вопросы, свяжитесь с нашими специалистами по почте

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.

Регулировка подшипников

Какой бы хорошей техника ни была изначально, со временем она утрачивает свои положительные качества. Проблемы с подшипниками неизбежны при долгой эксплуатации. Еще раньше они появляются из-за перегрузок и вибраций. Игнорирование этого момента грозит не только плохим качеством обработки, но и повреждениями оборудования. Отрегулировать подшипники (вернее, их зазоры) на консольных фрезерах можно по примерно одинаковой схеме:

• введение оправки;
• прикосновение к цилиндрическому выступу индикаторным штифтом;
• раскачка шпинделя оправкой в опоре;
• отметка наибольших отклонений индикатора (они должны быть не больше 8-10);
• при превышении – регулировка согласно инструкции.

Выбор вида охлаждения

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

Водяное (жидкостное)

Отличия:

• Они очень тихие – жидкость поступает почти бесшумно. Но при этом есть еще один громкий звук от движения крыльчатки.
• Наличие контура, которые включает систему трубок, емкость, помпу. Нужно постоянно контролировать подачу влаги и ее температуру.
• Может работать на низких оборотах.

Воздушное

Отличительные черты:

• Сильный и не самый приятный звук.
• Может происходить разлет стружек под воздействием струи воздуха.
• Необходимо с одинаковыми промежутками заниматься прочисткой рубашки, где забиваются частички металла.
• Требуется очень тщательно следить за температурой, идеально – установить датчик с сигналом, потому что весь аппарат очень чувствителен к перегреву.

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

Технические характеристики токарного станка 16К20

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.

Шпиндель для самодельного станка. Spindle machine for wood.

Способы охлаждения

Охлаждение обычных электродвигателей организовано продувкой ребер на корпусе закрепленным на валу двигателя вентилятором. В закрытом корпусе шпинделя организовать охлаждение сложнее. Оно решается двумя способами – принудительной продувкой через вентиляционные решетки и каналы внутри корпуса или с помощью водяного охлаждения.

Водяное охлаждение чаще встречается на промышленных станках. Требует дополнительных устройств, трубопроводов, но охлаждает систему значительно эффективнее, чем воздух.

Валы и шпиндели, их назначение и применение

Валы

представляют собой главные комплектующие станков и предназначаются для передачи вращения от электродвигателя к исполнительным механизмам. Вся работа валов сопряжена с длительными нагрузочными режимами:

• изгибающим;
• сжимающим;
• крутящим;
• растягивающим;

Валы со шлицами способствуют легкому ходу шестерен в продольной плоскости. Валы с усиленными нагрузками, для снижения их массы и габаритных размеров производятся с полостями внутри.

Полыми изготавливаются такие разновидности валов, через которые конструктивно необходимо пропускать детали с узлами. Таковыми являются патроны токарного, фрезерного и многих других металлорежущих станков. Детали с узлами закрепляются на них с помощью шлицевых либо шпоночных соединений.

Выступы и проточки

на корпусе служат фиксаторами удержания вала от осевого перемещения. Также применяются стопорные кольца, одеваемые на проточки. Большинство шпинделей только вращаются в местах своих опор. Это рабочие узлы станков:

• патроны металлорежущих станков;
• валики ходовой части;
• рабочие валы в коробках передач и подач станков.

Кроме вращения, патроны в станках для сверления, растачивания и некоторого другого оборудования одновременно совершают и поступательное движение. Хонинговальные станки и их шпиндели также работают одновременно в возвратно-поступательном режиме.

Схемы валов станков

Шпиндели и валы

металлорежущих станков,

кроме прочностных характеристик, должны соответствовать ряду других требований:

1. 1. Достаточная степень жесткости. При слабой жесткости вал слишком изгибается, что влечет за собой выход из строя подшипников. Также это приводит к нарушению плавного вхождения шестерен, установленных на валах, в зацепление друг с другом.
2. 2. Точность соединения. ГОСТ регламентирует повышенную степень точности в точках установки шестерен на валы и под шейки, где запрессованы подшипники.
3. 3. Высокая степень стойкости к износу. Рабочие шейки в металлорежущем оборудовании, которые вращаются в подшипниках скольжения, имеют высокую стойкость от износа. Повышенные требования к износостойкости предъявляются в местах многократного прямолинейного передвижения валов и шпинделей либо деталей и шестерен, установленных на них. Этому процессу подвержены патроны всех металлорежущих станков и других механизмов.
4. 4. Устойчивость валов и шпинделей к вибрации. Станки с высокими скоростями резания, выполняющие отделочные операции по металлу, должны иметь высокую устойчивость к нагрузочным режимам вибрации.

Все упомянутые условия удовлетворяет безусловное использование для изготовления шпинделей и валов только современных инновационных материалов европейского качества. Обязательно необходимо тщательное выполнение правил термообработки, шлифовки, подгонки узлов и деталей, качественной сборки и настройки всего станка в целом.

Конструкции шпинделей станков:

а – сверлильного; б – расточного; в – фрезерного; г – револьверного; д – токарного; е – шлифовального

Шпиндель и патрон

металлорежущего станка выполняются строго в соответствии с ГОСТом. Это сделано для облегчения закрепления приспособлений либо инструментов в губках шпинделя. Работающие в подшипниках качения шпиндели изготавливаются со стали 45 и 40Х с закалкой и отпуском до НВ 230-260.

Шпиндели, которые работают в подшипниках скольжения, промышленность производит со стали 20Х с последующей цементацией на глубину слоя 0,8-1,0 мм, закалкой и отпуском до 56-62.

Особенности конструкции

Шпиндель фрезерного станка — это высокотехнологичное устройство, собранное в термоконстантном помещении, с применением высокоточных и высокоскоростных подшипников. Торец шпинделя расточен и отшлифован под конус (ISO, BT, SK, HSK, Морзе и т.д.). Это необходимо для плотной посадки фрезерной оправки и точной установки фрезы. Фиксация оправки с режущим инструментом осуществляется с помощью внешнего усилия, чаще всего набором тарельчатых пружин.

Шпиндель состоит из нескольких узлов — неподвижного корпуса, вращающейся части, подшипников, системы полива СОЖ, шкивов, балансировочных колец и т.д. Роль неподвижного корпуса на низкоскоростных шпинделях может выполнять шпиндельная бабка.

Также в техническом языке существует подмена понятий: шпиндель как устройство в сборе и шпиндель как вращающаяся часть шпиндельного узла.

Шпиндель вращается в опорах. Роль опор выполняют — высокоточные подшипники, диаметр и тип которых зависит от размерного ряда шпинделя. На фрезерных станках не применяются шпинделя на гидростатических подшипниках, т.к. не обеспечивается усилие резания и минимальная величина отклонения от оси вращения

Классификация

Технические характеристики, схемы и эксплуатация фрезерного станка 6р12

При разнообразии фрезерных станков и шпинделей к ним проще их классифицировать по техническим характеристикам:

1. Фрезерный шпиндель поворотного типа. Часто изготавливается самостоятельно.
2. Вертикально-поворотные механизмы.
3. Оборудование с двумя шпинделями.
4. Механизмы, применяемые при работе с торцевыми частями.
5. Вертикально-поворотные конструкции для ручной обработки.

Если говорить о применении шпинделей в домашних условиях, можно выделить граверы. Их часто устанавливают на самодельных фрезеровочных станках. Однако, эти машинки имеют серьёзный недостаток. Из-за слабого крутящего момента, металл обрабатывается с большим трудом. Чаще всего таким оборудованием обрабатывают древесину или пластик.

Бормашинка

Часто эти приспособления сравниваются с граверами. Главное отличие — сохранение крутящего момента независимо от изменения оборотов. Также бормашинки комплектуются патронным зажимом и работают они тише, чем граверы.

Dc мотор

Специальный механизм, который комплектуется ЧПУ. Работает тихо и не создаёт вибраций. Благодаря наличию ЧПУ, появляется возможность изменять мощность при работе. Ключевой недостаток dc мотора — это плохая система охлаждения, и как следствие быстрый перегрев при работе с твёрдыми материалами. Чтобы не повредить металлические заготовки и не вывести двигатель из строя, требуется дополнительное охлаждение.

DC мотор

Прямошлифовальная машина

Часто это оборудование используют в качестве фрезеровочного шпинделя. С его помощью можно обрабатывать как дерево, так и металл. В комплекте отсутствует устройство для регулировки мощности, что снижает функционал прямошлифовальной машины. Также при работе с металлом она издаёт громкие звуки.

Фрезер sparky

Используется в качестве поворотного фрезерного шпинделя. Достоинствами этого оборудования является большая мощность, высокая производительность и возможность регулировать обороты. Также на фрезерах Sparky хорошее охлаждение, которое не позволяет обрабатываемым материалам перегреваться. Используются для работы с деревом и металлом.

Фрезер kress

Отличное соотношение цена/качество. Могут комплектоваться системами ЧПУ. Высокая производительность, возможность регулировать обороты. Возможно работать с различными материалами.

Критерии выбора

Выбор фрезерного станка начинается с анализа материала, с которым ему придется работать: металл или дерево. Затем анализируются технологические операции, объем работ
При выборе шпинделя, обращают внимание на его основные характеристики:

• частота вращения;
• мощность;
• конструкция;
• регулировка скорости;
• способ крепления инструмента;
• выполняемые работы;
• тип охлаждения.

Стоит обращать внимание на ток, подключаемый к оборудованию

Мощность

Выбор мощности шпинделя определяется твердостью обрабатываемого материала. Для дерева и плит, изготовленных с его отходов – ДСП, МДФ, достаточно мощности до 3 кВт. На оборудовании можно обрабатывать пластик, фанеру, делать гравировку.

Цветные металлы, их сплавы относительно мягкие, но имеют большой коэффициент вязкости. Чистый рез получается только при мощности до 6 кВт и частоте вращения от 18000 об/мин. Обработка стали и чугуна требует шпинделя с мощностью более 6 кВт, частотой вращения до 22000 об/мин. В зависимости от твердости и вязкости материала, режимы подбираются сочетанием скорости вращения и величиной подачи.

Способ фрезеровки

Фрезеровка производится встречным и обратным способом. Вращение инструмента направлено против движения детали или совпадает с ним.

Различают режимы обработки:

• силовой;
• скоростной.

При силовом режиме обработка идет с большой подачей, на малых оборотах, за счет мощности шпинделя. Режущая кромка каждый раз захватывает толстый слой материала. Скоростной режим предполагает возможность инструмента вращаться с большой скоростью. Подача стола небольшая. Режим подходит для цветных металлов и дерева, гарантирует высокую чистоту обрабатываемой поверхности.

Важно! Чугун хорошо обрабатывается на низких оборотах с малой подачей. Он не любит больших скоростей.

Охлаждение

Фрезерные шпиндели имеют 2 типа охлаждения:

• воздушное;
• водяное.

Для охлаждения воздушными потоками в корпусе узла делаются специальные прорези. При вращении вала, происходит завихрение, холодный воздух втягивает снаружи. Система водяного охлаждения сложная в исполнении. Она должна быть герметична. Установленные на домашнем оборудовании шпинделя с воздушным охлаждением работают дольше.

На промышленном оборудовании за счет подшипников снижается трение и нагрев шпинделя. Достаточно воздушного потока. Коробка скоростей смазывается и охлаждается маслом. Двигатель имеет свою систему охлаждения – крыльчатку на валу.

Материал заготовки

Режимы резания и угол заточки режущей кромки подбираются под характеристики материала заготовки.

Дерево

Чистый рез получается при обработке древесины быстро вращающимся инструментом. Подача и глубина реза небольшие. Шпиндель подойдет высокооборотный, с мощностью до 1,5 кВт.

Важно! При обработке древесины в силовом режиме, на детали образуются сколы, трещины между волокнами, поверхность шероховатая.

Металл

Резка металла требует большой мощности и высокой прочности узла. Во время обработки детали, кроме вращательного момента, на шпиндель действует сопротивление. Его сила направлена перпендикулярно оси вращения.

Шпинделя по металлу имеют прочный массивный корпус, в основном чугунный. На валу установлены упорные и радиальные подшипники. Скорость вращения инструмента должна регулироваться в пределах 20–18000 об/мин.