Оглавление:
- деление по оси вращения
- по скорости вращения
- по способу смены инструмента
- по типу привода
- по дополнительному оснащению: с возможностью подачи СОЖ через инструмент или без

 

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.

• высокоскоростные (12000~18000) 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.<
• ультравысокоскоростные 18000~70 000 об/мин. обычно выполнены в виде моторшпинделей, т.е. со встроенными обмотками и датчиками

По способу смены инструмента:

• механизированные (штревель и устройство зажима-разжима)
• ручные (штревель, болт, цанга) - только для универсальных станков

Особенности конструкции

Шпиндель фрезерного станка — это высокотехнологичное устройство, собранное в термоконстантном помещении, с применением высокоточных и высокоскоростных подшипников. Торец шпинделя расточен и отшлифован под конус (ISO, BT, SK, HSK, Морзе и т.д.). Это необходимо для плотной посадки фрезерной оправки и точной установки фрезы. Фиксация оправки с режущим инструментом осуществляется с помощью внешнего усилия, чаще всего набором тарельчатых пружин.

Шпиндель состоит из нескольких узлов - неподвижного корпуса, вращающейся части, подшипников, системы полива СОЖ, шкивов, балансировочных колец и т.д. Роль неподвижного корпуса на низкоскоростных шпинделях может выполнять шпиндельная бабка.

Также в техническом языке существует подмена понятий: шпиндель как устройство в сборе и шпиндель как вращающаяся часть шпиндельного узла.

Шпиндель вращается в опорах. Роль опор выполняют - высокоточные подшипники, диаметр и тип которых зависит от размерного ряда шпинделя. На фрезерных станках не применяются шпинделя на гидростатических подшипниках, т.к. не обеспечивается усилие резания и минимальная величина отклонения от оси вращения

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.

Шпиндели классифицируются по типу привода

• ременной. Вращение передается на вал от рядом расположенного электродвигателя. Преимущества: высокая скорость вращения, простота установки, низкая вибрация. Недостатки - ограничение вращающего момента местом под установку двигателя, ценой двигателя и устройства управления. Устройства работают практически бесшумно и применяются обычно на вертикальных обрабатывающих центрах с ЧПУ. Иногда при вращении на скоростях выше 5 000 об/мин может появляться свист от выходящего между зубьев воздуха;
• зубчатый. Передача крутящего момента происходит через коробку скоростей, расположенной внутри шпиндельной бабки. Преимущества возможность увеличения крутящего момента от электродвигателя. Несколько диапазонов вращения. Недостатки - относительно низкая скорость вращения, вызванная ограничениями кинематики (валов и шестерен). Регулировка вращения может осуществляться автоматически через ЧПУ. Шпиндели такого типа чаще всего устанавливают на универсальные фрезерные станки или обрабатывающие центра с вращающим моментом на шпинделе больше 200 Нм;
• с редуктором. Для увеличения крутящего момента на среднеразмерные фрезерные центра возможна установка ZF редуктора. Осуществляет передачу момента до 400 Нм с переключением скоростей в соотношении 1:1 или 1:4.
• прямой. Электродвигатель располагается непосредственно над шпинделем, может вращаться с высокой скоростью. Такое устройство узла позволяет качественно и быстро выполнять чистовую обработку, когда не требуется снятия толстых слоев материала и не прилагаются большие боковые нагрузки. Скорость вращения ограничивается скоростью вращения электродвигателя;
• электрошпинделя - совмещение в одном корпусе шпинделя и двигателя. Отличаются высокой скоростью вращения и диапазоном изменения скорости вращения.

Система охлаждения:
- без охлаждения. рекомендуемые режимы работ - до 4 000 об/мин или кратковременно (15-30 минут) выше 4000 об/мин
- с системой охлаждения протоком масла. Масло из "холодильника шпинделя" - специального устройства, обеспечивающего контроль за прокачкой и охлаждением масла, циркулирует через рубашку шпинделя и производит отвод тепла, выделяемого при вращении шпинделя.

Система подачи СОЖ:
- полив вокруг шпинделя
- подача СОЖ под давлением - через инструмент до 30 бар