Прямой привод шпинделя фрезерного станка

Шпиндель фрезерного станка: виды, типы. Как выбрать нужный?

В данной статье будет рассмотрен вопрос применения стандартизированных решений, без расчета и конструкторского обоснования применения узлов.
Шпиндель фрезерного станка необходим для прочной фиксации оправки с режущим инструментом. Осуществляет передачу крутящего момента от электродвигателя к оправке с режущими пластинками, с заданной скоростью. Различаются между собой по основным техническим характеристикам, которые определяют режим эксплуатации, виды работ и тип материалов, с которыми сможет работать станок. Устройство шпинделя фрезерного станка обеспечивает его устойчивость к высоким осевым и радиальным нагрузкам, хороший запас прочности и долговечность работы при правильной эксплуатации.

Условное деление по исполнению (направлению оси вращения)

• вертикального исполнения/использования;
• горизонтального исполнения/использования;
• универсального исполнения/использования.

Отличаются системой передачи вращающего момента, и применением различных вспомогательных приспособлений.

По скорости вращения:

низкоскоростные (до 2500 об/мин). часто применяются для передачи высокого крутящего момента от двигателя через коробку скоростей или редуктор.

Среднескоростные с ременным приводом — до 12 000 об/мин. Шпиндель получает вращение от электродвигателя шпинделя. Редукция обычно составляет 1:1, что позволяет осуществлять жесткое нарезание резьбы. Мотор смещен от оси шпинделя и разжим/зажим осуществляется традиционным способом.

18000) об/мин, прямая передача момента от электродвигателя или применение электрошпинделя. Повышенные требования к качеству оправок и инструмента. Шпиндель получает вращение от электродвигателя шпинделя. Мотор устанавливается на оси шпинделя. Отличается большей динамичностью и меньшим уровнем шума.

Источник

Шпиндель для фрезерного станка с ЧПУ

Шпиндель — важнейший элемент станка с ЧПУ. Он совмещает в себе мотор, который передает вращательное движение на фрезу или другой обрабатывающий инструмент, и удерживающую этот инструмент цангу. В нашей новой статье мы рассматриваем разные типы шпинделей для станков с ЧПУ.

Читайте материал, и определите, какой тип шпинделя подходит для решения ваших задач.

Содержание

Что такое шпиндель станка с ЧПУ

Шпиндель для фрезерного станка с ЧПУ — это компактный двигатель, совмещенный с цанговым самозажимным патроном. Шпиндель используется для фиксации режущего инструмента и придания ему вращательного движения. Чаще всего таким инструментом является фреза, но для некоторых задач используют точильный камень или сверло.

Шпиндели различают по основным техническим параметрам: режиму эксплуатации, типу совместимых материалов, мощности. Особенность шпинделя фрезерного станка с ЧПУ — исключительно высокая устойчивость к осевым и радиальным нагрузкам. Устройство обладает высоким запасом прочности.

От надежности механизма и мощности двигателя шпинделя зависит производительность фрезерного станка, максимальные габариты обрабатываемой детали, а также материалы, которые подходят для обработки. Подробнее о материалах мы поговорим ниже, но вкратце можно отметить, что маломощные устройства подходят только для работы по дереву и некоторым полимерам, например акрилу, а высокомощные позволяют обрабатывать мягкие металлы: алюминий, медь.

Классификация шпинделей для станка с ЧПУ

Существует ряд параметров, по которым различают шпиндели для станков с ЧПУ.

По направлению оси вращения

По максимальной скорости вращения

• Низкоскоростные — до 2500 об/мин;
• Среднескоростные — до 12 000 об/мин. Шпиндель получает вращение от электродвигателя, причем мотор работает через редуктор и смещен относительно оси шпинделя;
• Высокоскоростные — до 18 000 об/мин, что требует повышенных требований к исполнению оборудования. В таких устройствах мотор зафиксирован на оси шпинделя;
• Ультравысокоскоростные — до 70 000 об/мин.

По способу смены инструмента

Механизированные — состоят из штревеля и устройства зажима-разжима;

Ручные — состоят из штревеля, болта и цанги.

По типу привода

Чем выше скорость вращения шпинделя и чем мощнее мотор, тем сложнее и надежнее должно быть устройство, передающее вращающий момент на обрабатывающий инструмент. Распространенные типы привода в шпинделе:

• Ременной — электродвигатель через ремень передает момент на расположенный рядом с ним вал. Преимуществом такой конструкции являются высокая скорость вращения, простота устройства, низкая вибрация. Однако у ременной передачи есть и недостатки — ограничение вращающего момента местом под установку двигателя, цена двигателя.
• Зубчатый — для передачи крутящего момента используется коробка скоростей, которая установлена внутри шпиндельной бабки. Такие механизмы позволяют увеличивать крутящий момент от электродвигателя, но к недостаткам конструкции относится сравнительно низкая скорость вращения, обусловленная ограничениями кинематики (валов и шестерен). Чаще всего зубчатая передача встречается на станках с вращающим моментом на шпинделе больше 200 Нм;
• С редуктором — такая конструкция позволяет увеличить крутящий момент с максимального значения на моторе в 400 Нм;
• Прямой — в таком механизме электродвигатель находится над устройством для фиксации фрезы. Допускает вращение шпинделя с высокой скоростью, что удобно при чистовой обработке поверхностей;
• Электрошпиндели — в одном корпусе совмещены и шпиндель и двигатель, что позволяет легко менять скорость вращения в широком диапазоне значений.

Особенности конструкции шпинделя для станка с ЧПУ

Конструкция шпинделя разработана с учетом высоких нагрузок в вертикальном и горизонтальном направлении. Для обеспечения высокой надежности шпиндели собирают в термоконстантных помещениях.

Чтобы устройство обеспечивало исключительную точность вращения, применяются специальные высокоскоростные подшипники. Торцы шпинделя расточены и отшлифованы под конус (ISO, BT, SK, HSK, Морзе и т.д.). Такое решение обеспечивает плотную посадку фрезерной оправки и точную установку фрезы. Для фиксация оправки с режущим инструментом необходимо внешнее усилие, которое обеспечивают набором тарельчатых пружин.

Основные элементы шпинделя — это неподвижный корпус, ротатор, набор подшипников, система полива СОЖ, а также шкивы, балансировочные кольца и другие вспомогательные детали.

Какими качествами должен обладать хороший шпиндельный узел фрезерного станка с ЧПУ?

Качество шпинделей для станков с ЧПУ принято описывать по таким параметрам:

• Точность вращения — для определения параметра введены нормы ГОСТ 9726-89 п. 3.4.12, 3.4.15;
• Статическая жесткость — значение, которое можно установить под воздействием сил, возникающих при обработке;
• Износостойкость — параметр, который зависит от использованных при изготовлении материалов;
• Виброустойчивость — находится в прямой зависимости от максимальной скорости вращения шпинделя.

Мощность шпинделя: как выбрать шпиндель для фрезерного станка?

Существует прямая закономерность — чем выше мощность шпинделя, тем выше производительность фрезерного станка с ЧПУ. Соответственно, на мощных модификациях допускается обработка металлических заготовок и деревянных плит большой толщины.

Типология шпинделей, в зависимости от мощности, выглядит следующим образом:

• До 600 Вт — для сверловки или гравировки небольших деталей;
• До 1400 Вт — для обработки твердых пород древесины и мягкого металла;
• Свыше 1400 Вт — для сложных интенсивных работ по различным материалам.

Способы охлаждения

В зависимости от мощности и скорости вращения шпинделей, они могут дополнительно оснащаться системами охлаждения. Наиболее распространенные технологии:

• без охлаждения — такая конструкция используется только на моторах со скоростью вращения меньше 4 000 об/мин;
• Жидкостное охлаждение — примитивная система с циркулирующей жидкостью, через рубашку шпинделя, с накопителем около станка, в роли накопителя используется любая емкость, защищенная от попадания пыли и стружки;
• Масляное охлаждение — масло охлаждается в холодильной установке, после чего прокачивается через рубашку шпинделя, что и обеспечивает теплоотвод.

Выводы

Как видно из нашей статьи, выбор шпинделей с определенными характеристиками зависит от условий эксплуатации. В одних случаях важнейшим параметром является высокий крутящий момент, в других — низкий уровень шума при работе аппарата. Определив для себя приоритеты в работе фрезерного станка, вы сможете быстро определить оптимальный тип шпинделя.

Приобретайте фрезерные станки с ЧПУ в Top 3D Shop — оригинальное оборудование с официальной гарантией, отзывчивая техподдержка и лучший возможный сервис к вашим услугам.

Источник

Подбор шпинделя для фрезерного станка с ЧПУ

Для осуществления такой важной операции обработки материалов, как фрезерование, необходимо обеспечить вращательное движение режущего инструмента с нужной скоростью, для чего и используется шпиндель. В станках с ЧПУ к этому важнейшему элементу конструкции предъявляются повышенные требования. С учетом этого шпиндель для фрезерного станка с ЧПУ требует особого внимания при выборе оборудования.

Шпиндель для станка с ЧПУ

Когда рассматривается фрезерный станок (ФС) с ЧПУ, под шпинделем обычно подразумевается электродвигатель с валом, на котором установлено зажимное устройство для режущего инструмента (фрезы). В качестве зажимного устройства чаще всего используется самозажимной патрон цангового типа. В универсальных ФС возможна установка, помимо фрез, сверла, точильного камня и иного инструмента.

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.

Классификация двигателей для ЧПУ станка

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

1. 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.
2. 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.

Подразделяются двигатели и по скорости вращения:

1. Низкоскоростные с максимальной частотой вращения 2400 об/мин. Вращение, как правило, передается через редуктор (коробку скоростей).
2. 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.
3. 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.
4. 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:

1. 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.
2. 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.
3. С ZF-редуктором. Может обеспечивать передачу с моментом до 400 Нм и переключение скоростей 1:1 и 1:4.
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.

Особенности конструкции шпинделя для станка с ЧПУ в зависимости от вида

Шпиндели для ФС с ЧПУ имеют ряд особенностей:

1. Для обеспечения повышенной производительности станков используются высокоскоростные и сверхскоростные двигатели.
2. Для смены инструмента задействуется специальная программа остановки станка для смены инструмента. В промышленном оборудовании приоритет отдается механизированному способу. В программе может предусматриваться перемещение шпинделя или заготовки на удобное место для смены инструмента с последующим возвратом на место остановки процесса.
3. Ременная передача применяется в основном в ФС вертикального типа с большой скоростью обработки. При установке коробки скоростей или редуктора обеспечивается автоматическая регулировка скорости через ЧПУ, что особо важно в универсальных ФС и при работе с моментом выше 200 Нм. В бытовых и самодельных ФЗ часто применяется прямая передача от электродрели.

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

Какими качествами должен обладать хороший шпиндельный узел фрезерного станка с ЧПУ?

Для ФЗ с ЧПУ особо важно обеспечить следующие параметры шпиндельного узла:

1. Повышенная точность вращения инструмента. ГОСТ 9726-89 (п.п. 3.4.12, 3.4.15) устанавливает пределы допустимого биения конца вала (осевого, торцевого и радиального). Они должны строго соблюдаться. Для импортного оборудования действуют европейские стандарты.
2. Статическая и динамическая жесткость. Шпиндель не должен подвергаться деформации при действии нагрузок в процессе обработки даже очень прочных материалов.
3. Износостойкость. Детали шпинделя изготавливаются из высокопрочных металлов, стойких к истиранию. Особые требования устанавливаются для подшипников.
4. Минимальная вибрация. Станки с ЧПУ работают с большой скоростью, но вибрация должна гаситься. Наиболее сильно влияет она при чистовой обработке изделий.

Надо учитывать, что качество обработки изделий во многом зависит от перечисленных параметров шпинделя.

Мощность шпинделя – как выбрать для фрезерного станка?

Чем больше мощность станка, тем больше у него возможностей. При использовании ЧПУ крайне редко устанавливаются предельные скорости вращения (а значит, и мощность), но резерв позволяет повысить производительность при необходимости. Другое дело, что с повышением мощности станка увеличивается и его цена, а значит, надо выбирать оптимальный вариант с учетом достаточности данного критерия.

Практические нормы устанавливаются с учетом назначения ФС. Для обеспечения сверления, неглубокой обработки (например, гравировки) или фрезерования мягких материалов достаточно иметь мощность порядка 600–650 Вт. Если ФС используется для обработки твердых пород дерева и металлов, то мощность нужна в пределах 0,8–1,5 кВт в зависимости от обрабатываемого материала. При желании иметь универсальный станок для любых изделий и наличии планов по модернизации оборудования рекомендуется иметь запас по мощности, т. е. выбирать станок с мощностью более 2 кВт. Следует также учитывать, что обработка на ФС с ЧПУ, как правило, осуществляется на скоростях в пределах 8000–15000 об/мин.

Способы охлаждения

При выборе ФС необходимо обратить внимание на систему охлаждения. Возможны такие варианты:

1. Без охлаждения или с естественным воздушным охлаждением. Такой принцип вполне применим при вращении инструмента со скоростью не более 4500 об/мин. На скоростях до 6000–8000 об/мин можно работать только кратковременно, не более 20-30 минут.
2. Водяное охлаждение. Подача воды в рабочую зону обеспечит возможность обработки со скоростью до 15000–16000 об/мин. Минус такой системы – необходимость в установке достаточно большого резервуара и обеспечения отвода стока.
3. Масляное охлаждение. Оно наиболее эффективно и обеспечивает работу с любой скоростью. Охлаждающая жидкость располагается в «холодильнике шпинделя» и циркулирует по его охлаждающей рубашке.

Обеспечиваться охлаждение может путем простого полива в рабочую зону или циркуляции жидкости под давлением до 25–30 бар. Для принудительной циркуляции используется специальная помпа, включаемая одновременно с электродвигателем.

Шпиндель фрезерного станка с ЧПУ является важнейшей его деталью, от которой зависит качество обработки и возможности оборудования. К нему предъявляются высокие требования, которые необходимо учитывать при выборе модели. Следует также учитывать, что шпиндельные узлы классифицируются по нескольким категориям, которые определяют назначение станка.

Источник