10.04.2024
СтатьиКраткое содержание
- 1 — Классификация шпинделя по оси и скорости вращения, по способу смены инструмента
- 2 — Особенности конструкции
- 3 — Основные требования к деталям
- 4 — Классификация по типу привода
- 5 — Классификация по системе охлаждения и подачи СОЖ
Классификация шпинделя по оси и скорости вращения, по способу смены инструмента
Условное деление по исполнению (направлению оси вращения)
- вертикального исполнения/использования
- горизонтального исполнения/использования
- универсального исполнения/использования
Также шпиндели 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 с прямой передачей момента от электродвигателя или с применением электрошпинделя. В этом случае необходимы повышенные требования к качеству оправок и инструмента. Шпиндель получает вращение от электродвигателя шпинделя. Мотор устанавливается на оси шпинделя. Он 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 шпиндели 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 должны 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 по типу привода
Ременной. Вращение передается на вал от рядом расположенного электродвигателя. Преимущество — 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. Преимущество — 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 центры с вращающим моментом на шпинделе больше 200 Нм.
С редуктором. Для увеличения крутящего момента на среднеразмерные фрезерные центры возможна установка ZF редуктора. Он 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 снятие 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.
Классификация по системе охлаждения и подачи СОЖ
По системе охлаждения шпиндели делятся на две группы:
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.
По подаче СОЖ различают две вариации:
- полив вокруг шпинделя;
- подача СОЖ под давлением через инструмент до 30 бар.