Шпиндель фрезерного станка: устройство, конус, чертеж

Классификация двигателей для ЧПУ станка

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

Для бытовых станков, в т. ч. изготовленных своими руками. В шпинделях устанавливаются электродвигатели небольшой мощности. Широко используются электродрели, бытовые фрезеры, бормашины, двигатели стиральных машин и т. п. В таких конструкциях подшипники не рассчитаны на значительные боковые нагрузки.
Для производственных целей. Применяются небольшие асинхронные двигатели повышенной мощности. Повышенные требования предъявляются к подшипникам, в частности часто используются керамические подшипники. Мощность поддерживается наличием системы охлаждения и подачи смазки в рабочую зону.

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

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:

Низкоскоростные с максимальной частотой вращения 2400 об/мин. Вращение, как правило, передается через редуктор (коробку скоростей).
Среднескоростные со скоростью вращения 2500–11900 об/мин. Вращение обычно передается с помощью ременной передачи и редуктора 1:1. Ось двигателя смещена относительно оси шпинделя.
Высокоскоростные со скоростью в диапазоне 12000–17900 об/мин. Вал двигателя соосен валу шпинделя (прямая передача вращения). При таких скоростях повышаются требования к патрону и инструменту.
Сверхскоростные (ультраскоростные). Они могут развивать скорость до 70000 об/мин. Обычно вал двигателя является валом шпинделя (мотошпиндели со встроенными обмотками).

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:

Ременная передача. Основные плюсы: повышенная скорость, простота монтажа, малая вибрация. Минусы: ограничения крутящего момента в зависимости от наличия места для двигателя, повышенная стоимость системы управления.
Зубчатая передача. Она обеспечивается коробкой скоростей через систему валов и шестерен. Плюсы: возможность автоматического регулирования скорости, компактность. Минус – относительно низкая скорость вращения. Чаще всего используется в ФС универсального типа.
С ZF-редуктором. Может обеспечивать передачу с моментом до 400 Нм и переключение скоростей 1:1 и 1:4.
Прямая передача. Она используется в высокоскоростных шпинделях. Скорость вращения инструмента ограничивается только скоростью вращения двигателя. Валы шпинделя и двигателя расположены по одной оси и соединяются муфтой.

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

Выбор типа шпинделя

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

Со встроенным электромотором (электрошпиндели)

Они:

Способствуют развитию очень высоких скоростей. При стандартных 18 000 – 24 000 оборотов в минуту, некоторые модели могут поддерживать и рабочие 120 тысяч об/мин.
Очень хорошо режут на больших скоростных режимах.
Имеют ограничения в нагрузках – оно продиктовано использованием небольших шариковых подшипников.
Не приспособлены для обратного хода. Отсутствие такой функции сильно затрудняет создание некоторых элементов, например, нарезку резьбы.
В качестве фиксаторов наиболее часто применяются конусы или цанговые зажимы.

Механические с внешним приводом

Они:

Имеют дело с намного меньшими скоростями. Стандартном можно считать от 300 до 8 000 оборотов в минуту. Это обусловлено тем, что довольно трудно привести в движение все подшипники, шестерни и прочие передающие движение элементы
Жесткость и нагрузочная способность больше. Почему? потому что можно использовать не только шарикоподшипники, но и более устойчивые – роликовые. Так что такое оборудование может быть использовано даже для силовой фрезеровки титана или других прочных металлов.
Есть обратная связь – при условии установки мотора с энкодером.
Применяются инструментальные конусы вместо цанг – последние не отвечают требованиям по жесткости фиксации.

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.

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

Шпиндель для фрезерного станка.

На этапе выбора фрезерного станка ,его размеров ,необходимых параметров ,мы в обязательном порядке обсуждаем с заказчиком выбор шпинделя .Он является «главным рабочим инструментом» станка и его параметры будут влиять на работу оборудования в целом .Основными критериями выбора шпинделя являются:

Обрабатываемый материал
Вид обработки (3D или 2D раскрой)

Эти два критерия неразрывно связаны между собой и их разделение лишь условно, т.к при работе с одним видом материала мы можем использовать разный вид обработки в зависимости от специфики производства .Во всех параметрах при покупке шпинделя указывается, несколько основных характеризующих ту или иную модель :

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:

Водяное применяется на протяжении длительного периода. В этом случае шпиндель для фрезера снабжается специальными отверстиями, через которые происходит подача охлаждающей жидкости. Она вбирает часть тепла, после чего удаляется в специальную емкость. Подобный способ снижения температуры металла характеризуется меньшей популярностью, так как с удалением жидкости может возникнуть довольно много трудностей.
В последнее время все чаще встречается системы воздушного охлаждения. Она характеризуется тем, что в устройстве есть специальные отверстия, через которые воздух подается под большим давлением. Единственным недостатком подобного метода можно назвать скопление загрязняющих веществ на фильтре, так как при механической обработке образуется довольно много стружки и пыли.

За счет установки охлаждения есть возможность существенно повысить показатель производительности

Именно поэтому подобный узел является важной неотъемлемой частью оборудования с ЧПУ

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

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

Конструкция и особенности

Шпинель имеется в конструкции любого станка, предназначенного для фрезерования металла и дерева. Шпиндельный прибор производится в виде вращающегося вала. Фреза получает вращательные движения от шпинделя, благодаря чему аппарат исправно функционирует.

Главный инструмент станка, осуществляющий основную работу, связан с состоянием шпинделя. Без него фреза ЧПУ будет работать некачественно. Используя фрезерный станок, следует знать не только предназначение шпинделя, но и конструкцию поворотной системы. В случае неисправности этой детали, использовать аппарат не рекомендуется.

Устройство соединено с общей конструкцией станка. Количество передающихся оборотов регулируется прибором скоростей. Качество и точность фрезерных работ зависят от того, насколько устойчивым к вибрации является бесколлекторный двигатель. Независимо от того, был ли изготовлен ЧПУ станок на заводе или своими руками, для установки шпинделя отводится специальный подвижный портал.

Эта часть комплектации отвечает за перемещение элемента. Перемещение осуществляется по:

оси стола для установки станка;
в глубину по оси «зед».

Станочная фреза получает движение благодаря наличию специального узла. Шпиндель минимизирует возможность возникновения искажений, повышая точность производства.

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

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 info@darxton.ru

Как производится регулировка и ремонт шпинделя

Обкатка или регулировка шпинделя, осуществляют следующим образом: нужно выполнить пять циклов каждый по двадцать минут. При этом необходимо делать перерывы между циклами по примерно две минуты.

Если же режимы работы были нарушены, а также если воздух в помещении, где выполняются работы, был сильно загрязнён пылью и грязью, то трущиеся поверхности достаточно быстро приходят в негодность, смазка, которая заливается ещё при производстве и должна служить на протяжении всего срока работ, начинает терять свои свойства.

Из-за этого трения начинает вызывать сильное повышение температуры и подшипники, после некоторого времени такой работы, приходят в негодность и больше не могут выполнять возложенные на них функции.

Чтобы избежать такого печального развития событий, нужно при первых признаках перегрева, а также при появлении вибраций и необычных звуков, шпиндельного узла немедленно прекратить работу с заготовкой и в срочном порядке произвести техническое обслуживание шпинделя. Оно состоит из: снятия защиты со шпиндельного узла, очистки и смазывания новой, качественной смазкой, которая предназначена для высоких скоростей.

Важно!
Не стоит забывать про выбор марки, так как она зависит от того, какой вид шпинделя и подшипника используется.

Особенности конструкции

Фрезерные станки устанавливаются в частных мастерских и промышленных сооружениях. В последнее время большое распространение получили варианты исполнения с ЧПУ, так как за счет установленного блока управления автоматизируется процесс обработки и существенно повышается точность. Устройство шпинделя фрезерного станка несколько отличается от соответствующего узла токарного оборудования, так как в первом случае предназначение заключается в закреплении инструмента, во втором — цилиндрической заготовки. Кроме этого, патрон для шпинделя ЧПУ производится с более высокой точностью, так как незначительное отклонение может стать причиной потери точности.

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

Основа представлена металлическим валом с повышенной устойчивостью к осевой нагрузке.
Специальная конструкция, предназначенная для крепления фрезы, представлена сочетанием оправки и цанги.
Исключить вероятность плотного прилегания оправки можно за счет выполнения шпинделя в форме конуса.
Современная конструкция фрезерного станка предусматривает размещение шпинделя на специальной каретке, которая может перемещаться сразу в трех координатах. За счет этого обеспечивается высокая функциональность и производительность. При этом чертеж может обладать весьма высокой сложностью.
Вращательное движение передается непосредственно фрезе. Многое точное оборудование не имеет промежуточных элементов, которые существенно снижают показатель эффективности и могут стать причиной искажения вращения.
Наиболее важными параметрами можно назвать мощность и частота вращения.

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

Основные требования к деталям

Шпиндели для станков с ЧПУ обладать следующими качествами:

точностью вращения. Нормы осевого, радиального и торцового биения переднего конца регламентирует ГОСТ 9726-89 п. 3.4.12, 3.4.15 или аналогичные импортные;
статической жесткостью. Параметр определяется упругими деформациями шпинделя под воздействием сил, возникающих при обработке;
износостойкостью. Для изготовления деталей используются сплавы с низкой склонностью к истиранию и образованию задиров;
виброустойчивостью. Максимальные требования предъявляются к высокоскоростным устройствам с ЧПУ, которые используются для чистовой обработки.

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:

Коллекторные. Это устройство, включающее цанговый валец высокоскоростного типа. Основные сферы использования – фрезерные станки, а также операции по нанесению гравировки.
Специализированные на высоких оборотах. Они позволяют достигать значительной скорости металлообработки, поэтому повышается производительность. Но так как хорошее качество может быть достигнуто только при большой точности, то применяются высокоскоростные модели в основном только на оборудовании с ЧПУ. Купить такие станки можно на сайте .
Конструкция со встроенным охлаждением. Охлаждающая система может подавать через деталь или жидкость, или холодный воздух. Это повышает скорость резания и степень шероховатости поверхности, а трение становится меньше, поэтому и износ тоже приходит позже.

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.

Шпиндель фрезерного станка