Установка шпинделя на станок

Установка шпинделя на станок

Шпиндель — важная часть технологических машин, в частности фрезеров. Так называют двигатель с самозажимным патроном, в котором фиксируется режущий инструмент. В качестве последнего могут выступать фреза, сверло, точильный камень и т.д.

Фрезерный станок передает шпинделю крутящий момент при высокой частоте оборотов. Следовательно, двигатель должен быть прочным. Однако это, конечно, не единственное предъявляемое требование. Как правильно выбрать шпиндель для станка с ЧПУ? Разбираемся в этой статье.

Теория вопроса

Шпиндель — это вал, являющийся посредником между обрабатывающим станком и заготовкой при обработке металлов. Режущий элемент крепится в нем посредством конуса Морзе. У расточных, сверлильных станков и фрезеров вал имеет регулируемую длину, а в движение приводится вручную или автоматически.

Условно шпиндели делят на две группы в зависимости от их мощности:

К первым относятся небольшие бормашины, дрели, перфораторы. Конструкция их проста, срок службы относительно недолог, управление не вызывает сложностей. Для работы на домашних настольных станках используют именно их.

Промышленные шпиндели необходимы для длительной эксплуатации, рассчитаны на внушительные нагрузки. Они снащены системами охлаждения и подачи смазки на участки с высоким уровнем трения или нагревания.

Для производственных агрегатов категорически не подходят маломощные бытовые шпиндели. Причина в том, что они рассчитаны лишь на растяжение и сжатие, но не на боковую нагрузку. При увеличении скорости вращения шпинделя обмотки двигателя нагреваются, что вызывает снижение мощности. В результате элемент перегорает, требуя скорой замены.

Критерии подбора

Подробно рассмотрим, на какие именно факторы стоит обращаться внимание при выборе.

Мощность

Выбор шпинделя для станка с ЧПУ начинается с изучения мощностных характеристик. Здесь не стоит экономить; мы рекомендуем следовать правилу: «Чем больше, тем лучше». Запас мощности — залог исправной работы шпинделя сверх указанного ресурса.

Обратите внимание на следующие советы по выбору:

  • сверление или гравировка возможны при помощи шпинделя мощностью менее 600 Вт;
  • работы по древесине или листовому металлу выполняются устройством мощностью от 800 до 1400 Вт;
  • для устройства с ЧПУ, от которого требуется ежедневная работа, выбирайте шпиндель мощностью свыше 1500 Вт.

Качество работы двигателей зависит и от надежности самого станка. Если фрезер с ЧПУ ветхий, есть вероятность, что новый шпиндель принесет мало пользы.

Обрабатываемая поверхность

Мощность шпинделя выбирается в зависимости от типа обрабатываемого материала. Для фанеры, ДСП, МДФ рекомендуется вал мощностью до 3000 Вт, для дерева и мягких сплавов (алюминий, бронза) — до 6000 Вт.

Вид фрезеровки

Следующий критерий выбора шпинделя — способ фрезеровки. Всего их два:

В первом случае вал подается медленно, но фреза вращается очень быстро. Скоростной способ подразумевает медленное вращение и быструю подачу. Силовая фрезеровка применяется, если нужно быстро удалить определенный объем материала. Скоростная — если важнее качество обработки детали.

Характеристики фрезы указываются в технической документации на изделие. Выставляются параметры на станке с ЧПУ перед началом работ. На них важно обращать внимание, чтобы не перегрузить вал и получить максимальную производительность оборудования.

Система охлаждения

Наличие и тип системы охлаждения — еще один важный критерий выбора. Именно от нее зависит, как долго станок сможет работать без перерыва.

Под воздушным охлаждением подразумевается обдувка обмоток шпинделя через крыльчатку, предусмотренную на корпусе. Минусов у него больше, чем плюсов, например:

  • охлаждение воздухом малоэффективно при работе на низких скоростях;
  • вместе с воздухом под корпус засасываются стружка, пыль, грязь, из-за чего засоряется мотор.

Таких недостатков лишена система водяного (жидкостного) охлаждения, однако она усложняет конструкцию фрезерного станка с ЧПУ. Для нее требуется резервуар с жидкостью, который крепится на корпусе устройства. Трубки, которые подводят и отводят воду, не всегда легко вмонтировать в станок с двумя шпинделями.

Водяное охлаждение предпочтительнее потому, что жидкость на шпиндель подается равномерно, с одинаковой скоростью. Запускать двигатель фрезера запрещено, пока не активирована помпа. Игнорирование правила вызовет перегрев обмоток и выход всей системы из строя.

Производитель

Определить, на Западе или Востоке изготовлен элемент, можно по внешнему виду. Например, китайские модели имеют сплошной, закрытый корпус в форме цилиндра. Конструкция достаточно жесткая, вибрации при металлообработке минимальны. Крыльчатка или другие подобные отверстия отсутствуют, что делает вал невосприимчивым к стружке и пыли. В числе минусов китайской продукции:

  • высокий процент подделок и брака,
  • склонность внутренних элементов к коррозии (из-за примитивной системы охлаждения),
  • сложность замены подшипников.

Европейские шпиндели отличаются качеством и более дорогой стоимостью. Характерные черты — надежные подшипники, минимальные радиальные биения. Обычно они имеют воздушное охлаждение, поэтому коррозии почти не подвержены, работают плавно.

Читайте также:  Картина из пластилина дерево

Тип инвертора

Инвертор — преобразователь частоты, обеспечивающий передачу крутящего момента с электродвигателя валу. Должен иметь такую же мощность, как двигатель, и чуть более высокий выходной ток (номинальный).

Шпиндель для фрезера с ЧПУ: подходящие модели

Для агрегата, собранного в бытовых условиях, не стоит покупать дорогой вал. Для промышленного же станка не подойдет шпиндель, который раньше был, допустим, частью шуруповерта. Ниже приведен перечень возможных решений, которые облегчат выбор шпинделя для станка с ЧПУ по металлу либо иному материалу:

Гравер / дрель / бормашина.

Подходящий вариант для мягких материалов — дерева, пластика, бронзы, меди. Мощность устройств начинается от 100 Вт.

Достоинства — минимум шума, качественный зажим патрона, минимальные потери крутящего момента на невысоких оборотах. При монтаже важно выставить деталь на нужном уровне и корректно замерить биение фрезы. Обойдется такой шпиндель в 1000-3000 рублей.

Моторы постоянного тока.

Более мощные, усовершенствованные устройства для настольных работ. Мощность – от 400 Вт, скорость — до 12000 об/мин.

  • низкое биение,
  • минимум шума,
  • стандартный патрон (цанга ER11A).
  • нужен дополнительный источник питания;
  • мощность позволяет использовать только фрезы до 4 мм;
  • совместимы только с мягкими материалами;
  • требуют хорошей вентиляции, охлаждения, обдува.

Это профессиональные фрезеры, которыми обрабатывается большинство известных материалов. Шумны, поддержание оборотов нестабильно, что осложняет обработку пластика; имеет подшипники низкого качества. Режим работы без перерывов ограничен 1,5-2 часами.

Профессиональные шпиндели жидкостного охлаждения.

Техника, почти полностью лишенная недостатков. Работает тихо, так как устройство не имеет крыльчатки. Часто применяется для оборудования, которое располагается в непроветриваемых или сильно запыленных помещениях. Стоимость таких шпинделей — от 10000 рублей. Учитывайте, что инвертор обойдется вам примерно в такую же цену. В числе преимуществ шпинделей с жидкостным охлаждением:

  • точное позиционирование на станке с ЧПУ,
  • мощный крутящий момент,
  • надежность,
  • удвоенное количество подшипников,
  • минимальное биение.

Если же вы сомневаетесь в своем выборе шпинделя для станка с ЧПУ, свяжитесь с нашими менеджерами по телефону или электронной почте: сотрудники компании ответят на вопросы и помогут определиться с наиболее подходящим для вашего оборудования элементом.

Электрические шпиндели для станков с программным управлением

Шпиндель – главный рабочий орган фрезерного станка с ЧПУ (непосредственно на предприятиях иногда используется название «главный привод»). Отличается от серийных электродвигателей бытового и промышленного применения характеристиками и конструкционными особенностями исполнения:

  • максимальное количество оборотов у шпинделя для фрезерного станка с ЧПУ выше;
  • на эти двигатели устанавливаются системы принудительного охлаждения;
  • поскольку ось шпинделя сильнее нагружается в радиальном направлении, в нем используются усиленные радиальные подшипники.

Как подобрать шпиндель под конкретные задачи

Основные критерии выбора при проведении модернизации станка – требования к мощности шпинделя и диапазону скоростей вращения. Причем рассматривать эти требования нужно в комплексе. Численные характеристики первого показателя определяются обрабатываемыми на станке материалами и развиваемым им усилием резания.

Для фрезерования металла фрезами диаметром свыше 4 мм нужен шпиндель мощностью выше 2 кВт. Но есть один нюанс. Если обеспечиваемый приводами момент и прочность рамы станка и портала не дают применять силовое фрезерование (большая глубина резания, средние обороты, малые подачи), то используется скоростное фрезерование (ускоренные проходы с малым заглублением инструмента в материал), в этом случае мощность не так важна.

Выбор скорости вращения шпинделя зависит от материала, который обрабатывается на станке, и типа используемого инструмента. При работе по металлу твердосплавная фреза диаметром 4 мм отработает на 10000 оборотов в минуту, но быстрорежущая таких режимов не выдержит даже при фрезеровании с малой глубиной резания и сгорит.

Точка зрения «для обработки дерева нужны высокие обороты» не всегда оправдана – при малых подачах нарушается нормальное стружкообразование и образуется мелкодисперсная пыль, попадание которой между материалом и фрезой приводит к повышению температуры в зоне резания.

В среднем для фрезерования хватает 8000-12000 оборотов в минуту, для гравировки – минимум 20000.

Водяное охлаждение или воздушное

Тип охлаждения шпинделя определяется спецификой решаемых на станке задач. Воздушное охлаждение отличается повышенным уровнем шума и резким падением эффективности при переходе на низкие обороты из-за замедления вращения крыльчатки, прогоняющей воздух через рубашку шпинделя. Особенно это критично при работе по металлу, поскольку потребляемая мощность возрастает и двигатель нагревается еще сильнее. Водяное дороже, но эффективнее, поскольку температура носителя не зависит от частоты вращения ротора.

При замене шпинделя на сходный по характеристикам аналог потребуется перенастройка частотного преобразователя, а если подбирается шпиндель большей или меньшей мощности – его замена.

Фрезерный шпиндель – это электрический двигатель, оснащенный механизмом для зажима инструмента. Основная задача фрезерного шпинделя станка ЧПУ в производстве МДФ фасадов – обработка заготовок профильными фрезами, формирование криволинейных сторон деталей, раскрой широкоформатных панелей МДФ, обработка кромок и углов фасадов, фрезерование 3Д рельефа, замысловатых решеток и оригинальных узоров на поверхности фасада и т.п. Не стоит забывать о возможности обработки фрезерным шпинделем других материалов используемых в мебельной промышленности и производстве фасадов: ДСП, массива дерева, пластика, акрила. Кроме того, фрезерный шпиндель станка ЧПУ, оснащенный специальными агрегатами способен выполнять операции вертикального и горизонтального сверления, пазования и распила циркулярными пилами, шлифования и даже нанесения кромки.

Читайте также:  Технология нанесения пленочной маски на печатной плате

Типы двигателей шпинделя в деревообрабатывающих станках ЧПУ

Производители станков с ЧПУ для деревообработки на современном рынке предлагают два варианта оснащения фрезерного шпинделя:

  • Коллекторным двигателем с воздушным охлаждением;
  • Асинхронным двигателем с воздушным или водяным охлаждением.

Коллекторные (щеточные) двигатели обычно устанавливаются на недорогих, можно даже сказать кустарных станках ЧПУ. У них куча недостатков против одного достоинства – низкой стоимости. Они сильно шумят, их полная мощность достигается только при максимальных оборотах, частота вращения вала непостоянна и сильно зависит от нагрузки на фрезу, они менее надежны и более требовательны в обслуживании.

Асинхронные двигатели фрезерного шпинделя для станков ЧПУ имеют более широкий диапазон рабочих скоростей без какой-либо значительной потери мощности. Для запитывания подобных двигателей на станках ЧПУ используется инвертор (преобразователь частоты). В зависимости от заданного режима обработки он преобразует частоту переменного тока, регулирует напряжение и силу тока, тем самым обеспечивает плавный запуск, остановку и стабильную работу шпинделя, защищает его от перегрузок и перегрева.

Рабочий вал шпиндельного двигателя у современных производителей устанавливается на керамических подшипниках с пониженной плотностью, высокой твердостью и низким коэффициентом температурного расширения, что дает сразу несколько положительных эффектов:

  • Двигатель значительно меньше греется;
  • Уменьшаются потери мощности от трения в подшипниках;
  • Показатель биения вала не изменяется при нагреве двигателя и увеличении скорости вращения шпинделя;
  • Подшипники не изнашиваются даже при сильных боковых нагрузках;
  • Смазка в подшипниках не теряет свои свойства долгие годы;

Кроме того, асинхронный двигатель фрезерного шпинделя станка ЧПУ не имеет щеток, что исключает необходимость его обслуживания на протяжении всего срока эксплуатации.

Система охлаждения шпинделя ЧПУ

Система охлаждения фрезерного шпинделя станка ЧПУ может быть воздушной или водяной. Обе системы имеют свои достоинства и недостатки.

Шпиндели с воздушным охлаждением изготавливаются в алюминиевом корпусе с высокими показателями теплоотдачи. Вентилятор воздушного охлаждения может устанавливаться на вал ротора, или иметь независимый привод. Такие шпиндели стоят дешевле и не требуют особого ухода. Однако они имеют некоторые недостатки. С одной стороны на низких оборотах могут сильно нагреваться, а с другой стороны производители не рекомендуют их использование с выключенной системой аспирации.

Фрезерные шпиндели с системой водяного охлаждения работают в пределах наиболее благоприятных температур, что положительно отражается как на сроке службы подшипников, так и на рабочих характеристиках шпинделя в целом. Они практически бесшумны. Единственный недостаток – это обязательное подключение к устройству подачи охлаждающей жидкости (тосола или антифриза).

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.

Читайте также:  Смешные клички для кошки

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

Агрегаты станка ЧПУ. Позиционирование агрегатов ЧПУ по осям C, A и B

Главное преимущество станка ЧПУ – это возможность быстро и с высокой точностью обрабатывать сложные геометрические формы. Однако чтобы добиться желаемого результата, порой недостаточно одного фрезерного шпинделя со стандартным набором фрез. Поэтому появляется необходимость оснащения шпинделя станка ЧПУ дополнительными механизмами – агрегатами, способными производить обработку заготовки под заданным углом и в нужном направлении.

Современные агрегаты для фрезерных шпинделей позволяют выполнять широкий спектр операций обработки, гарантируя максимальную гибкость использования станков и обрабатывающих центров ЧПУ. Кроме стандартных операций фрезерования они быстро и качественно, под нужным углом и в заданном направлении выполняют распил и присадку заготовки, пазование и шлифовку ее поверхностей, а также вставку фурнитуры, наклеивание стикеров, облицовку торцов деталей кромкой и многое другое.

Для подключения агрегата к фрезерному шпинделю станка ЧПУ, необходимо соблюсти два условия: чтобы шпиндель был оснащен устройством автоматической смены инструмента и чтобы был установлен специальный переходник для позиционирования агрегатов, в том числе с приводом для угловых перемещений по оси С.

Здесь следует выделить три типа устройств позиционирования головки агрегата на станке ЧПУ:

  • Механический. Представляет собой устанавливаемый на шпиндель фланец с 4-мя коническими отверстиями для позиционирования агрегатов по оси C с шагом 90°. Оси A и B устанавливаются на агрегате вручную.
  • Пневматический. Фрезерный шпиндель оснащается поворотным устройством с пневматическим приводом вращения на оси C на ±90°-180°.
  • Электронный. На главный шпиндель станка ЧПУ устанавливается поворотное устройство оснащенное сервоприводом для позиционирования агрегата по оси C на 360° или «Интерполированная ось C» с поддержкой агрегатов с поворотом головы по осям C, A и B.

Существуют также другие способы позиционирования инструмента по осям станка ЧПУ. Например, поворотное устройство устанавливается непосредственно на шпиндельную площадку портальной балки станка ЧПУ, а на него уже крепится фрезерный шпиндель. Или станок оборудуется вращающимся рабочим столом. Однако подобные конструкции станков имеют ограниченные возможности и подходят лишь для выполнения узкого круга операций обработки, например для изготовления гнутых фасадов из МДФ, массива дерева или обработки объемных деталей со сложной геометрией.

Как подобрать шпиндель для станка ЧПУ

Фрезерный шпиндель – это главный элемент любого станка ЧПУ. Его основная задача – быстро и качественно выполнять обработку заготовок. При этом он должен обладать способностью выполнять широкий спектр операций обработки, бесперебойно выполнять свои функции на протяжении всего срока службы.

При выборе станка ЧПУ для изготовления фасадов МДФ в первую очередь важно определиться с мощностью электродвигателя фрезерного шпинделя. Для обработки МДФ или дерева подойдут и малосильные двигатели мощностью до 2 кВт. Однако при этом время процесса фрезерования будет пропорционально мощности фрезерного шпинделя станка ЧПУ. Целесообразность использования подобных станков ЧПУ в промышленном масштабе под большим вопросом.

Чтобы за один проход раскроить панель МДФ, или выполнить профильную фрезеровку фасада потребуется силовой агрегат мощностью около 5 кВт. Чтобы использовать автоматическую смену инструмента, расширить диапазон применяемого инструмента, иметь возможность подключать дополнительные агрегаты – потребуется шпиндель мощностью 10 кВт и более.

Скорость вращения шпинделя при работе станка ЧПУ с фрезеровальным и гравировальным инструментом для обработки древесных материалов варьируется от 12 до 24 тыс. оборотов в минуту. Если же планируется использование дополнительных агрегатов, то электродвигатель шпинделя должен выдерживать нагрузку и работать без потери мощности на скоростях 3-8 тыс. оборотов в минуту.

При подборе фрезерного шпинделя станка ЧПУ нельзя забывать о таких параметрах как надежность и долговечность. Некоторые операции станка ЧПУ могут выполняться по несколько часов, и если в середине процесса потребуется заменить щетки коллекторного двигателя фрезерного шпинделя, можно не только упустить драгоценное время, но и потерять фрезу, испортить заготовку.

Современные фрезерные шпиндели для станков ЧПУ с асинхронным двигателем на керамических подшипниках (в том числе их китайские аналоги), с воздушным или водяным охлаждением, обладают запасом надежности и неприхотливостью в обслуживании весь срок эксплуатации. К тому же, набор дополнительных опций поможет обезопасить оборудование от перегрева, внезапных перегрузок, скачков напряжения в сети.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector