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).

Название инструментаХвостовик (мм)Подходящая Цанга
Торцевая фреза М2.0/2/3.1753.175ER11, ER16
Гравер C4501_D44ER11, ER16
Гравер YJ 0.5 carat10ER16
Гравер D-point 903,175ER11, ER16
3D фреза Al.3D 4.76/3/4.764,76ER11, ER16
Конусная фреза TB6.0/6/2.06ER11, 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.

Охлаждение

Как уже было сказано выше, шпиндели могут быть оборудованы как воздушным, так и жидкостным охлаждением. Воздушное представляет собой обычную крыльчатку, закрепленную на валу двигателя и обдувающую его обмотки.

Большим недостатком такого типа охлаждения является тот факт, что крыльчатка не только нагнетает воздух на горячий мотор, но еще и засасывает в его корпус стружку, пыль и все то, что вырезает фреза из заготовки. Также при обработке на низких скоростях воздушное охлаждение малоэффективно, поскольку напрямую зависит от скорости вращения вала шпинделя.

Система водяного охлаждения не имеет такого недостатка, но при ее использовании необходимо отдельное место для резервуара с охлаждающей жидкостью и правильная фиксация трубок с ней на корпусе фрезерных станков, что сильно усложняет конструкцию, если это фрезерный двухшпиндельный станок.

Она гораздо эффективнее системы воздушного охлаждения, поскольку скорость тока жидкости через шпиндель все время одинакова благодаря использованию специальной помпы. Основным условием, которое необходимо соблюдать, имея шпиндель с водяным охлаждением – это то, что нельзя включать двигатель, не включив помпу, поскольку в таком случае он вовсе не будет охлаждаться, очень быстро перегреется и, как следствие, сгорит.

Производственный шпиндель

Производственный шпиндель станка встроен в агрегат перпендикулярно получаемой нагрузке, поэтому без качественных подшипников давление будет для него непосильным. Устройство такого вида не нуждается в смазке, его не нужно чистить, вообще он требует минимум ухода в течение всего срока использования. Купить шпиндель станка производственного типа – значит избавить себя от проблем по уходу за ним и риска того, что устройство не выдержит нагрузку.

Благодаря цанговому зажиму, который присутствует в комплектации шпинделя, прочно и надёжно фиксируется рабочий инструмент. Устройство рассчитано на стандартный зажим инструмента с типовым хвостовиком. Наиболее популярны цанги ER11 и ER16. Они сочетаются с инструментом, имеющим хвостовик 2,5-3 и 3,2-8 мм соответственно. Размер цанги 25 на хвостовик 16 мм используется только для специфических операций по снятию толстых слоёв металла. Кроме того, направляющие не смогут полноценно взаимодействовать с инструментом такого диаметра хвостовика. Поэтому принцип: «больше — лучше» здесь не работает. Поставив такой инструмент, вы получите в итоге деформированные направляющие и сломанный агрегат. Максимально подходящая маркировка цанги ER11.

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:

  1. Для сверловки и гравировки оптимальная мощность шпинделя — 600 Вт.
  2. Для фрезерования металла — от 600 до 1400 Вт.
  3. Если станок будет модернизироваться со временем или через него будут пропускаться детали, изготавливаемые из твердой стали, требуется выбирать мощность более 1600 Вт.


Шпиндель для обработки металла

Устройства зажимов шпинделя ЧПУ

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.

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

Основы работы на сверлильном станке

Прежде чем использовать сверлильный станок любого типа, необходимо изучить основы работы с ними

В первую очередь важно купить сверла для сверлильных станков, точно подходящие по размеру и совпадающие с типом крепления. Выбрать сверла для любых агрегатов можно в каталогах

Закрепив сверло, нужно убедиться, что оно плотно удерживается внутри механизма.

Обрабатываемые детали следует закрепить на столе. Запрещается удерживать заготовки руками и производить замену инструмента во вращающийся шпиндель. Перебрасывать ремни на ступени шкива можно только при выключенном электродвигателе. При сверлении деталей, особенно выполненных из хрупких материалов, нужно использовать спецодежду и защитные очки.

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).

Название инструментаХвостовик (мм)Подходящая Цанга
Торцевая фреза М2.0/2/3.1753.175ER11, ER16
Гравер C4501_D44ER11, ER16
Гравер YJ 0.5 carat10ER16
Гравер D-point 903,175ER11, ER16
3D фреза Al.3D 4.76/3/4.764,76ER11, ER16
Конусная фреза TB6.0/6/2.06ER11, 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.

Это интересно: Шнек — понятие, виды, изготовление, применение

Назначение, устройство и принцип работы сверлильных станков

Изначально сверлильные станки были созданы для выполнения отверстий в заготовках и изделиях из различных материалов, что реализуется при помощи удаления стружки сверлами, которые выполняют роль режущего инструмента. Подавляющее количество устройств в сегменте этого оборудования занимают различные станки промышленного типа.

При этом довольно небольшое количество разновидностей приходится на бытовые модели, при помощи которых выполняют лишь те операции, для которых они и предназначены. В ряде случаев их используют в личных или учебных целях.

Особенностью промышленного оборудования является то, что наряду со сверлением они в состоянии решать и другие задачи, на которых мы остановимся далее.

Чтобы лучше разобраться с устройством сверлильного станка и особенностями его работы, желательно рассмотреть все это на примере бытовых моделей подобных устройств. За счет своих небольших габаритов они идеально подходят для использования в домашней мастерской.

Бытовой сверлильный станок привлекателен тем, что его можно разместить на столе или ином возвышении. Такой вариант создает наиболее комфортные условия для работы за ним. Эти модификации сверлильных станков представляют категорию вертикально-сверлильных агрегатов. Именно они в наибольшем количестве представлены на рынке среди прочих моделей, отличающихся своим конструктивным исполнением.

Если рассматривать устройство бытового сверлильного станка, то в нём можно выделить следующие обязательные элементы:

  • Шпиндельная бабка, на которой зафиксирован патрон под сверло;
  • Сверлильная головка, где предусмотрена шпиндельная бабка и электродвигатель с ременным приводом;
  • Вертикальная стойка-колонна, которая оснащена сверлильной головкой;
  • Массивная станина, имеющая вид плоской опоры, которая изготовлена на основе литого металла и придает устойчивости станку. Именно на ней жестко закреплена стойка.

Выбирая место для сверлильного станка, можно разместить его станиной на столе или же зафиксировать при помощи болтов через отверстия, которые имеются в упоре к верстаку. Особенностью настольного станка является наличие вертикальной подачи, благодаря которой шпиндель двигается сверху вниз. По этой причине его и принято включать в категорию вертикально-сверлильного оборудования. Чтобы заставить шпиндель двигаться, необходимо выполнять ручные манипуляции, используя специальную ручку подачи.

Особенности станков с ЧПУ

С каждым годом в продаже встречается все большее количество моделей с ЧПУ. Это связано с тем, что они обладают повышенной производительностью и позволяют получить точные, качественные изделия. Конечно, они не заменять небольшие ручные станки, но все же весьма популярны.

К особенностям станков с числовым программным управлением можно отнести следующие моменты:

  1. Обработка может проводиться в автоматическом режиме, наладчик только вводит программу.
  2. В большинстве случаев конструкция имеет головку сменных инструментов. За счет этой конструкции станок автоматически сменяет режущий инструмент.
  3. Для ускорения процесса механической обработки проводится установка подвижного стола, который может менять положение и ориентацию заготовки.
  4. Точность проводимой обработки высока, отклонение минимальное.

Подобная покупка оправдана только в том случае, когда налажено крупносерийное производство. Стоимость станков с ЧПУ довольно высокая, они требуют своевременного обслуживания.

Мощность агрегата

Производительность механизма, связанного с вращательным движением, сообщаемым двигателем валу, зависит от мощности агрегата. Данная характеристика указывает на возможности обработки материала, при которых маломощное приспособление не справится с поставленной задачей, а чрезмерно мощное приведет к порче детали, и к избыточным расходам электроэнергии. Поэтому, при определении мощности, следует ориентироваться на характер запланированных работ.

Так:

  • для сверления или гравировки достаточно мощности в 600 Вт;
  • для твердой древесины и металлы до 1,4 тыс. Вт.

При планируемом апгрейде станка, с последующим увеличением мощности, рекомендуется обратить внимание на конструкции от 1,6 тыс. Вт, позволяющие обрабатывать материал любой твердости


Апгрейд станка

Разновидности шпинделей по типу использования

Шпиндели делятся в зависимости от предусмотренной мощности.

Маломощные шпиндели — работают в диапазонах 800-1000 Вт. Такие устройства подходят для работы с тонкой фанерой, стружечным композитными материалами и любым другим нетвердым древесным массивом.

Средняя мощность — шпинделей классифицируется диапазонами от 1500/2200 Вт и выше. Имея в распоряжении такой шпиндель, станок с ЧПУ может обрабатывать более твердую древесину.

Высокая мощность — шпинделя классифицируется диапазонами от 3500-6500 Вт и выше. Такие шпиндели могут обрабатывать твердые породы древесины и мягкие металлы, типо алюминия.

Шпиндели по металлу — у них отдельно вынесен шпиндель двигателя из-за чего у них более мощный крутящий момент на ту же мощность шпинделя. Втаком случае можность шпинделя будет зависеть также от желаемой скорости обработки металла и жесткости металла.

Важно отметить, что производитель шпинделя, вне зависимости от заявочной мощности, может давать рекомендации по типу использования. Некоторые шпиндели рекомендуются для раскроя и гравировки, а другие могут выполнять все типы работ, в том числе и фрезерную резку

Также, шпиндели делятся на две группы по мощности — от скорости вращения и от крутящего момента.

Тоесть шпиндель мощьностью 1,5кВт может быть разный по крутящему моменту или по скорости вращения. ДЛя твердых матерриалов важен больше крутящий помент, для мягких больше важна скорость вращения фрезы.

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.

Профессиональные и бытовые приборы

Эти две разновидности различаются своими функциональными задачами, но их технические характеристики и свойства могут быть практически сходными. Профессиональные изделия подходят для постоянного использования на производстве или для рабочих целей с большими объемами заданий. Бытовые аппараты рассчитаны на применение в домашних условиях, а также в мастерских или в дачном хозяйстве. При этом стоимость таких приборов выгодно отличается и позволяет каждому пользователю приобрести устройство, не растратив при этом весь бюджет. 

Применение шуруповерта домаИсточник realstroyservice.kiev.ua

Характеристики аккумуляторных аппаратов

Инструменты, работающие от сети, в основном выбираются по мощности и типу встроенного двигателя. В случае с аккумуляторными устройствами значение приобретают также и другие детали. Это обстоятельство хорошо заметно на примере автомобильного мотора – даже самый лучший и рабочий пусковой двигатель не сможет завести машину, если подвели аккумуляторы. Батареи имеют такие важные свойства:

  • Напряжение. На этот фактор влияет количество источников питания в устройстве. Мощность мотора имеет прямую зависимость от данного показателя, это особенно видно на примере модификаций одной линейки. Если же речь идет о продукции различных брендов или даже о моделях одного и того же производителя, но разной спецификации – в таком случае характеристики получают влияние от других факторов.
  • Емкость характеризует каждый элемент, из которых состоит весь блок питания. По этой причине напряжение может отличаться, но батареи той же серии обладают одинаковой емкостью. От этого значения зависит продолжительность автономной работы устройства. Но при этом объем выполненной работы не обязательно пропорционален данному показателю. Чтобы примерно рассчитать это количество, необходимо учесть не только емкость, но и напряжение источников питания.

Типы аккумуляторов:

  • Ni-Cd относится к наиболее старой, но при этом надежной и проверенной технологии. Несмотря на усовершенствование систем, эта разновидность до сих пор применяется в бюджетных устройствах. При этом такие батареи могут быть установлены как в бытовых, так и в профессиональных приборах. Основные минусы представляют собой всем известный эффект памяти и недостаточную экологичность изделий. Но существует также и множество заметных преимуществ. Такой аккумулятор можно легко хранить, он не теряет своих свойств, нечувствителен к большому напряжению и обладает невысокой стоимостью, что позволяет существенно уменьшить общую цену инструмента.
  • Ni-MH может похвастаться большей экологичностью. Здесь менее заметен эффект памяти, но стоимость несколько возрастает. Также необходимо внимательно относиться к хранению изделия, поскольку длительное нахождение в сильно разряженном виде может привести к повреждению батареи.
  • Li-Ion – самый современный вид, который используют в бытовой технике и большинстве аккумуляторных устройств на сегодняшний день. Недостатки двух предыдущих разновидностей ему несвойственны, поэтому производители все чаще выбирают именно такой вариант. С течением времени разработчики выпускают все более качественные модели, так что инструменты с таким источником могут стать оптимальным выбором при покупке.

Блокировка шпинделя и быстрозажимной одномуфтовый патрон

Для упрощения замены сверла или другого рабочего инструмента производители выпускают устройства с особой системой. Принцип ее действия довольно прост – при работе двигателя вал свободно вращается. Но как только мотор останавливается, происходит мгновенная блокировка и шпиндель не получится прокрутить, даже прикладывая значительную силу. Такое простое устройство механизма позволяет облегчить замену оснастки и ускорить выполнение производственных и бытовых задач. К сожалению, в настоящее время далеко не все модели аккумуляторных инструментов имеют в своей комплектации такой держатель. В основном его устанавливают в профессиональные приборы высокого класса, а обычные пользователи чаще выбирают распространенные двухмуфтовые патроны. 

Классификация

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.

Профессиональный шпиндель

Это механизм, который был разработан специально для фрезерных станков. На нём устанавливается водное охлаждение, что позволяет работать длительное время без риска испортить заготовку. Характерные особенности этого оборудования — высокая точность и надёжность. Тихий при эксплуатации. Главный недостаток — высокая стоимость.

Шпиндели для настольных фрезерных станков

Шпиндель для фрезерования — главный узел конструкции станка с ЧПУ, позволяющий закреплять режущий инструмент и передавать ему вращательное движение.

  • Оборудуя бытовой станок с ЧПУ, часто, в роли шпинделя, используют обычный гравер. Мощность типичного изделия — 125 Вт. Недостатки гравера — слабое вращательное движение, не позволяющее обрабатывать твердые материалы.
  • Альтернативный вариант — бормашина. В отличие от гравера, бормашина работает тише, а по мощности и вращательному движению не уступает граверу в силе и скорости. Кроме того, бормашина оборудована сильным зажимом.
  • Для установки шпинделя на бытовом станке с ЧПУ, используют шлифовальные машины и фрезеры. Эксплуатация подобной конструкции позволит обрабатывать изделия из дерева, фанеры, мягких металлов. Обычно, в комплекте к изделию прилагается цанговый зажим (6 мм), для которого выпускают стандартные 6 мм. переходники, позволяющие фиксировать фрезы диаметром 0,1–6 мм. Недостатки механизма — сильный шум при работе и отсутствие регулятора оборотов, что создает проблемы при обработке полимеров, где требуются меньшие обороты.
  • Для работы с пластмассами подходит шпиндель от фрезера Sparky. Мощность фрезера колеблется в диапазоне 500–1050 Вт. Отдельные модели бренда оборудованы регулятором количества оборотов, и пригодны для обработки пластмасс. Работа с пластиком требует малых оборотов, при достаточной мощности, что позволяет избегать нагрева и плавления материала, без потери производительности.

При выборе приспособления, по схеме цена–качество, приемлемое решение вопроса — фрезер Kress, шпиндель которого с успехом используют для фрезерных бытовых станков с ЧПУ. Изделия данного бренда оборудованы минимизирующей биение системой, и предназначены для продолжительной эксплуатации.

Подходя основательно к оснащению фрезерного станка можно оборудовать агрегат профессиональным шпинделем с системой смазочно-эмульсионного охлаждения. Помимо этого, конструкция оснащена: четырьмя подшипниками, позволяющими повысить точность обработки деталей, и прочными щетками, предназначенными для длительной эксплуатации. Недостаток профессиональных шпинделей — высокая цена, компенсирующаяся надежностью и производительностью изделий.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий