Milling-master.ru

В помощь хозяину
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Шпиндель для металлообработки

Шпиндель металлообрабатывающего станка: особенности конструкции, типы, критерии выбора

Одной из составных частей металлообрабатывающего станка является шпиндель. Параметры этого компонента напрямую определяют производительность и качество металлообработки. В частности, от характеристик шпиндельного узла во многом зависит точность обработки заготовок и другие качественные параметры продукции.

Существует два концептуально разных типа шпинделей. Первые удерживают инструмент, вторые – обрабатываемую деталь. Первые применяются во фрезерных, сверлильных, расточных станках. Вторые входят в состав токарного оборудования. В соответствии с другой общепринятой классификацией различают скоростные и силовые шпиндельные узлы. Они находят применение в станках специального назначения, используемых для нестандартной металлообработки.

Конструкция шпинделя

Классическая конструкция этого компонента включает следующие элементы:

  • вал;
  • опоры;
  • концевое зажимное устройство (патрон, цанга и пр.);
  • приводной узел.

Нужно отметить, что конструкции шпинделей постоянно совершенствуются, и, к примеру, в некоторых из них отсутствует приводной узел. Такие шпиндели не получают вращательный момент от двигателя, а сами являются ротором асинхронного электромотора, помещённым внутрь цилиндрического корпуса со статорной обмоткой.

Особенности конструкции шпинделя

Ключевой конструктивной особенностью шпинделя любого типа является использование в конструкции опорных подшипников, удерживающих вал в рабочем положении (горизонтальном или вертикальном) и предотвращающих его радиальное биение. Дешёвые шпиндели комплектуются, как правило, самыми простыми подшипниками качения. Узлы, к которым предъявляются жёсткие требования по минимизации радиальных биений, оснащаются гидродинамическими подшипниками скольжения. В высокоскоростных прецизионных станках применяются гидростатические и магнитные опоры, обеспечивающие осевые отклонения не более 0,5 мкм. Такие подшипники используются сегодня в большинстве машин с ЧПУ.

Другая особенность конструкции шпинделя состоит в наличии собственной системы охлаждения. Поскольку шпиндель механически непосредственно сопряжён с обрабатываемой заготовкой или инструментом, то выделяемое в процессе металлообработки тепло поглощается зажимным устройством и валом, что вызывает температурные деформации компонентов шпинделя. Этот эффект предотвращает смазочно-охлаждающая жидкость, омывающая специальные технологические полости внутри шпинделя, за счёт чего устраняются условия возникновения деформаций.

Выбирая шпиндель

К выбору шпиндельного узла нужно подходить комплексно, учитывая все конструктивные особенности. При покупке шпинделя для модернизации станка, либо станочного оборудования в зависимости от типа шпиндельного узла анализу подлежат следующие моменты.

  1. Скорость металлообработки, на которую рассчитана оснастка.
  2. Величина радиальных биений.
  3. Тип опорных подшипников.
  4. Простота обслуживания системы охлаждения.

Если правильно подобрать шпиндель в зависимости от скорости вращения, то это обеспечит долговременное исправное функционирование подшипников, что в свою очередь снизит погрешности обработки заготовок. Тип опор влияет, прежде всего, на точность металлообработки и цену станка, так как, например, оборудование с гидростатическими подшипниками оснащается достаточно дорогостоящими масляными насосами. Как дополнительный критерий выбора шпиндельного узла можно рассмотреть наличие возможности его ремонта, что уменьшает стоимость эксплуатации, снижая расходы на замену шпинделя.

Производство шпинделей по низкой цене

Уточнить наличие у менеджера

Описание: вал, обеспечивающий надежное крепление инструмента и деталей

Виды:

  • коллекторные
  • высокоскоростные
  • с воздушным или жидкостным охлаждением
  • с электродвигателем
  • ременноприводные

Назначение:

  • для токарных станков
  • для фрезерных станков
  • для расточных станков
  • для шлифовальных станков
  • для ЧПУ станков

Материалы:
сталь

Применение:

  • — строительство;
  • — металлообработка;
  • — деревообработка;
  • — электрооборудование.

Государственный стандарт:
ГОСТ 24644-81

Что такое шпиндель

Шпиндель, как правило, является необходимым элементом устройств, которые используются в производстве. Шпиндель, как ось вращения, применяется в различных двигателях, станках и прочем механическом оборудовании. Устанавливаемый в металлорежущие станки, представляет собой вал, оборудованный устройством для закрепления на станке подвергаемых обработке деталей. Под шпинделем также понимается асинхронный двигатель, имеющий специальный вал, используемый для закрепления на нем фрезы.

Шпиндель для ЧПУ

Шпиндель для ЧПУ представляет собой основное рабочее устройство фрезерного станка с числовым управлением, выполняющее такие важные функции, как крепление и вращение фрезы, охлаждение посредством встроенной водяной или воздушной системы охлаждения, перемещение режущего инструмента. Шпиндели, в зависимости от типа привода, можно разделить на 2 вида: с механическим приводом (работают на относительно небольших оборотах и позволяют применять практически любые виды подшипников) или с электромотором (могут достигать больших скоростей оборотов).

Как выбрать шпиндель

Шпиндель выбирается в зависимости от режимов обработки и от того, какой материал будет обрабатываться. Выбор детали – это ключевое решение, потому что оно зачастую задает ограничения по эффективности резки металла. В зависимости от поставленной задачи, конструкционные особенности шпинделя должны обеспечивать такие условия, как:
— вращающий момент;
— предельная точность;
— необходимая мощность;
— долговечность;
— скорость;
— тип системы зажима для инструмента.

Как выбрать охлаждение

Так, при выборе шпинделя необходимо учесть целый ряд компромиссов, начиная от предельной мощности и заканчивая системой охлаждения. Шпиндели оберегаются от перегрева 2-мя способами: воздухом и водой. При воздушном охлаждении параметры кругового движения лопастей вентилятора находятся в непосредственной зависимости от скорости оборотов вала, т.е. вентилятор будет медленнее вращаться при замедлении вала, что приведет к перегреву шпиндельного блока. Водное охлаждение позволяет работать при низких оборотах, и оно гораздо тише воздушного.

К основным видам шпинделей относятся:
— шпиндели малой мощности устанавливаются на станках для обработки печатных плат и на небольших фрезерных станках. Мощность составляет до 1,5 кВт;
— шпиндели средней мощности подходят для обработки цветных металлов, дерева и пластика. Мощность составляет от 1,5 до 4 кВт;
— шпиндели с высокой мощностью используются в обрабатывающих центрах и на крупных станках. Подходят для обработки всех видов материалов, включая камень и сталь. Мощность составляет от 4 кВт и более.

Читать еще:  Технология нагрева металла

Область применения

Область применения шпинделей очень велика, они могут использоваться:
— в инструментальном промышленном производстве;
— для производства графитовых электродов;
— в строительстве;
— при металлообработке;
— для обработки штампов и литейных форм;
— на портальных и многошпиндельных станках;
— для обработки композитных материалов;
— в автоматических линиях автомобильной промышленности;
— для черновой и тонкой чистовой обработки различных элементов;
— в любительском и профессиональном применении на станках с ЧПУ и пр.

Установка шпинделя

Для точной установки шпинделя используется электронный индикатор положения. Так при переоснащении и при пусконаладочных работах существенно экономится время при проведении данных мероприятий. Электронный индикатор положения шпинделя требуется не только для точной установки данного элемента, но также он выводит ошибки, если деталь поставлена неправильно. Изменение положения регистрируется в обесточенном и в рабочем состоянии.

Виды шпинделей для фрезерного станка с ЧПУ

Любой станок состоит из нескольких ключевых узлов, которые связаны между собой и не смогут функционировать при поломке какого-либо. Одним из главных элементов является шпиндель. На нём закрепляется главная рабочая часть станка и он приводит её в движение. Эта деталь часто выходит из строя. Людям, занимающимся металлообработкой, желательно знать больше информации про то, что такое шпиндель для фрезерного станка с ЧПУ.

Конструкция и технические параметры

Если речь идёт про устройство станка для фрезерования, то каждый из них будет иметь шпиндель. Это элемент присутствует в любом оборудовании независимо от того, какие материалы им можно обрабатывать. От вида материала меняется, в первую очередь, мощность двигателя.

При вращении шпинделя в движение приходит фреза, с помощью которой и происходит обработка материала. Её работа напрямую зависит от состояния и характеристик этого элемента оборудования. Устройство шпинделя подразумевает под собой наличие направляющих для его перемещения вместе с фрезой. Перемещается он по оси Z и в пределах рабочего стола. Универсальные модели оборудуются переключателем скоростей. Этот дополнительный элемент позволяет работать с деревом, металлом, пластиком, камнем. На современных станках шпиндели снабжаются водным или воздушным охлаждением.

Охлаждение является обязательным элементом при серийном изготовлении изделий из металла. Желательно выбирать воздушную систему, так как она позволяет сэкономить место. При отсутствии охлаждения фреза по металлу будет перегреваться и повреждать поверхность металла.

Классификация

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

  • Фрезерный шпиндель поворотного типа. Часто изготавливается самостоятельно.
  • Вертикально-поворотные механизмы.
  • Оборудование с двумя шпинделями.
  • Механизмы, применяемые при работе с торцевыми частями.
  • 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.

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.

Преимущества

Возможности фрезерного ЧПУ станка обуславливаются выбранной разновидностью шпинделя и его техническими характеристиками. Фрезерные шпиндели обладают такими преимуществами:

  • Общая прочность конструкции станка значительно возрастает.
  • Увеличивается КПД оборудования.
  • Современные механизмы изготавливаются из высококачественных материалов, которые выдерживают большие нагрузки.

Чтобы оборудование прослужило дольше, а заготовки не портились в процессе обработки, нельзя забывать про установку системы охлаждения. Если выбрано водное охлаждение, необходимо придумать куда спрятать шланги для подачи жидкости и установить емкость с самой жидкостью. При выборе воздушной системы охлаждения нельзя забывать про очистку фильтров, которые засоряются во время работы с различными материалами.

Читать еще:  Обзор рынка металлообрабатывающего оборудования 2020

Особенности выбора

При выборе шпинделя для фрезерного станка необходимо обращать внимание на некоторые моменты. Первым из них является страна производитель. Чаще всего, можно встретить станки китайской и итальянской сборки. Оно значительно различается в качестве и технических характеристиках.

Итальянское оборудование отличается хорошим качеством. Однако за это придётся заплатить большие деньги. Главная особенность конструкции — наличие подшипников высокой стойкости. Итальянские станки работают тихо и спокойно. Они не создают мощной вибрации при работе. Оснащаются воздушными системами охлаждения, чтобы элементы конструкции не подвергались коррозийным процессам.

Китайские станки не могут похвастаться такими же качеством, как итальянские. Шпиндели заключаются в цилиндрический корпус. Все соединительные элементы жестко фиксируются, что позволяет добиться снижения уровня вибрации. Дополнительно конструкция защищается от попадания пыли и мусора. От итальянских моделей отличаются малыми размерами и низкой ценой. Однако это оборудование обладает множеством недостатков:

  • При наличии водного охлаждения конструкция быстро покрывается ржавчиной.
  • Высокий процент брака. Оборудование не может похвастаться высоким качеством сборки.
  • Частые поломки подшипников.

Китайские станки гораздо сложнее поддаются ремонту нежели их аналоги.

Изготовление своими руками

При недостатке средств на покупку импортного оборудования можно задуматься над изготовлением шпинделя для станка своими руками. В первую очередь необходимо определиться с тем, какой станок нужен. Если нужен механизм для проведения простых работ, можно сделать конструкцию на основе ручного гравера или бормашины. Сам корпус станка в таких случаях изготавливается из фанеры. Охлаждение для настольного оборудования не требуется.

Однако, если нужно обрабатывать твердые материалы, необходимо собирать большой станок. Для этого необходимо найти чертёж подходящего оборудования для своей площади помещения. Этапы сборки:

  • После подготовки чертежа требуется купить все материалы и инструменты для проведения работы.
  • Собрать каркас из металлических профилей или уголков. Соединения можно сделать с помощью сварочного аппарата. Станина должна быть тяжёлой, чтобы заглушать возможные вибрации, исходящие от двигателя при работе.
  • Установить рабочий стол. При работе со стальными заготовками его желательно изготавливать из толстой листовой стали. Размер выбирается исходя из свободного пространства в помещении и габаритов станины.
  • Поставить направляющие для шпинделя. Закрепить на них шпиндель.
  • Установить оборудование для регулировки мощности двигателя. Спрятать провода в защитные кожухи.

Дополнительно поставить охлаждение. Для самодельного оборудования подойдёт конструкция с подачей жидкости. При самостоятельной сборке можно сделать станок с двумя шпинделями.

При выборе мощности двигателя требуется отталкиваться от того, какие материалы будут обрабатываться на станке. Если нужно универсальное оборудования, выбирают максимальную мощность. Нельзя использовать двигатель на высокой мощности. Если при работе самодельного станка есть вибрации, необходимо проверить основание на котором он установлен и дополнительно утяжелить станину.

Обслуживание

Как самодельный ЧПУ, так и промышленный фрезерный станок требует правильного ухода:

  • Перед началом работ требуется проводить прогревание. Для этого запустите двигатель и оставьте его поработать на 10 минут при минимальных оборотах.
  • Подвижные элементы нужно очищать от грязи и смазывать машинным маслом.
  • Если на оборудовании установлена водная система охлаждения, важно использовать специальную смазочно-охлаждающую жидкость.

Также нужно периодически менять подшипники ротора. Перед первым включением оборудования требуется проверить крепёжные элементы, чтобы не допустить нарушения целостности конструкции при работе.

Шпиндель для фрезерного станка с ЧПУ является главной деталью, благодаря которой фреза приходит в движение. При желании можно сделать самодельное оборудование, чтобы не покупать промышленное. Однако для этого нужно правильно выбирать комплектующие, заранее найти чертёж и собрать станок без собственных изменений.

Пожалуйста поддержите канал: ставьте лайки, делайте репосты, а мы будем размещать для Вас полезную информацию о металлах!
Так же Вы можете посетить наш информационный сайт всё о металлах .

Виды, характеристики и критерии выбора шпинделя для домашнего и промышленного оборудования

Шпиндель является основным рабочим узлом электроинструмента и фрезерного оборудования. От его конструкции и мощности зависит, производительность работы, и какие операции он сможет выполнять.

Для каждого технологического процесса подходит определенный тип шпиндельных узлов. При выборе необходимо учитывать ряд характеристик оборудования. Любители мастерить могут сделать простой шпиндель самостоятельно, в домашних условиях.

Основные разновидности и назначение

Шпиндель является главным узлом на фрезерных станках всех типов. Его параметры входят в перечень основных технических характеристик оборудования. Режущий инструмент крепится на шпинделе и через него получает вращательный момент от основного привода.

Мощность узла во многом зависит от его конструкции. Все виды шпинделей условно делят:

  • домашние, до 1,5 кВТ;
  • промышленные, от 3 кВт.

Деление условное. На мощном оборудовании можно мастерить в гараже мебель и делать запчасти. На крупном предприятии массово делают гравировку, используя настольные станки.

Гравер

Шпиндель предназначен для выполнения гравировальных работ на станках с ЧПУ и других операций с малой глубиной обработки. Шпиндельный вал получает обороты непосредственно от двигателя. Скорость и мощность находятся в прямой зависимости. Крепление инструмента цанговое.

Гравером выполняют фрезерные работы:

  • обработка плат;
  • гравировка по металлу, стеклу и камню;
  • выполнение пропилов, пазов и других элементов глубиной до 1,5 мм на мелких деталях.
Читать еще:  Купить оборудование для металлообработки

Граверы используют на фрезерных станках с ЧПУ для создания надписей, рисунков, других изображений по трафарету и программе. Производство деталей единичное и серийное.

Бормашинка

Отличается от гравера большой мощностью и патронным зажимом, устанавливаемым в конус шпинделя. Мощность узла стабильная, не зависит от оборотов.

Шпиндель типа бормашина устанавливается на оборудование для проведения работ:

  • глубокая гравировка;
  • создание 3D изображений;
  • изготовление объемных деталей из дерева и сплавов цветных металлов;
  • раскрой листов МДФ, ДСП, фанеры, пластика.

Шпиндель и ведущий вал стоят в одной оси, и соединены муфтой. Число оборотов регулируется на электродвигателе.

DC-мотор

В одном корпусе находятся электродвигатель и шпиндельный вал, соединенные жестко. Применяются на станках с ЧПУ для обработки металлов и мягких материалов. Скорость вращения до 12000 об/мин, мощность 400 Вт. Крепление инструмента цанговое.

  • отсутствие биения;
  • высокая точность;
  • низкий уровень шума.

Шпиндель конструкции DC-мотор устанавливают на фрезерные станки с револьверной головкой и коротким циклом операций. Регулировка оборотов инструмента производится через изменение режимов работы электромотора.

Прямошлифовальная машина

Вращательный момент с электродвигателя на шпиндель передается через редуктор. Мощность и частота вращения не регулируются. К прямошлифовальным машинкам имеется большой набор инструмента, которым выполняют:

  • зачистку наружных и внутренних поверхностей;
  • удаление заусенцев;
  • обработку углов и торцов;
  • фрезеровку по плоскости;
  • вырезку пазов.

При установке дисковой пилы, производится порезка и раскрой листовых заготовок из пластика, дерева, цветных металлов.

Профессиональный

Профессиональный узел предназначен для длительной работы с большими нагрузками. Он отличается от маломощных моделей:

  • имеет водяное охлаждение;
  • шпиндельный вал закреплен в шарикоподшипниках;
  • вращение передается через многоступенчатую коробку скоростей;
  • работает тихо.

Достоинство узла заключается в отсутствии в нем щеток. Они быстро изнашиваются, искрят и способствуют нагреву шпинделя.

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:

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.

Охлаждение

Фрезерные шпиндели имеют 2 типа охлаждения:

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.

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.

Как изготовить своими руками?

Для изготовления шпинделя своими руками следует приготовить детали:

  • удлиненный вал;
  • подшипники;
  • бесколлекторный двигатель;
  • контролер;
  • шкивы;
  • корпус с проточенными посадочными местами.

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

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

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector