Что такое шпиндель для фрезерного станка и как его изготовить своими руками

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:

  • силовой;
  • скоростной.

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.

Важно!
Чугун хорошо обрабатывается на низких оборотах с малой подачей. Он не любит больших скоростей.

Охлаждение

Фрезерные шпиндели имеют 2 типа охлаждения:

  • воздушное;
  • водяное.

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.

Важно!
При обработке древесины в силовом режиме, на детали образуются сколы, трещины между волокнами, поверхность шероховатая.

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.

Строение суппорта

Суппорт токарного станка – это узел, благодаря которому обеспечивается фиксация режущего инструмента, а также его перемещение в наклонном, продольном и поперечном направлениях. Именно на суппорте располагается резцедержатель, перемещающийся вместе с ним за счет ручного или механического привода.

Суппорт с кареткой станка Optimum D140x250

Движение данного узла обеспечивается его строением, характерным для всех токарных станков.

  • Продольное перемещение, за которое отвечает ходовой винт, совершает каретка суппорта, при этом она передвигается по продольным направляющим станины.
  • Поперечное перемещение совершает верхняя – поворотная – часть суппорта, на которой устанавливается резцедержатель (такое перемещение, за счет которого можно регулировать глубину обработки, совершается по поперечным направляющим самого суппорта, имеющим форму ласточкиного хвоста).

Резцедержатель быстросменный MULTIFIX картриджного типа

Резцедержатель, который также называют резцовой головкой, устанавливается в верхней части суппорта. Последнюю при помощи специальных гаек можно фиксировать под различным углом. В зависимости от необходимости на токарных станках могут устанавливаться одно- или многоместные резцедержатели. Корпус типовой резцовой головки имеет цилиндрическую форму, а инструмент вставляется в специальную боковую прорезь в нем и фиксируется болтами. На нижней части резцовой головки имеется выступ, который вставляется в соответствующий паз на суппорте. Это наиболее типовая схема крепления резцедержателя, используемая преимущественно на станках, предназначенных для выполнения несложных токарных работ.

Классификация

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

  1. Фрезерный шпиндель поворотного типа. Часто изготавливается самостоятельно.
  2. Вертикально-поворотные механизмы.
  3. Оборудование с двумя шпинделями.
  4. Механизмы, применяемые при работе с торцевыми частями.
  5. 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.


DC мотор

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.

Что представляет собой шпиндель для токарного станка

Шпиндель для токарного станка представляет собой вал с отверстием посередине. В него, в отверстие, вставляют заготовки будущих деталей. Изготавливают его из высокопрочной стали, так как на него постоянно ложится большая нагрузка. Теперь немного поподробнее.

Чертеж и конструкция устройства

То, какой конструкции будет шпиндель, зависит от большого перечня факторов. К примеру, от того, какие работы нужно будет выполнить, или от скорости, с которой будет происходить работа. Также в этот перечень можно внести виды станка, так как для разных видов нужен разный шпиндель.

Требования к шпиндельному узлу

В прошлом основным упором для данного узла были подшипники, на которых вращается шпиндель. Отклонение на них достигало около одного микрометра. Сейчас же всё поменялось: теперь требования к современным шпинделям усилились, и они изготавливаются при помощи либо магнитных, либо воздушных опор.

Это позволяет добиться намного лучших результатов, чем при использовании подшипников: теперь отклонения от нормы составляют лишь около двух десятых микрометров, что позволяет работать даже с самыми сложными деталями, не боясь выпустить брак.

Однако, две десятые микрометров не придел. При помощи маховика, который разгоняет шпиндель, можно добиться снижения погрешности до трёх сотых микрометров, что намного меньше предыдущего результата. Правда, такие работы должны выполняться после того, как маховик будет отключен. То есть, работы выполняются за счёт инерции, при помощи которой шпиндель продолжает движение.

Вот список требований, которым должны соответствовать шпиндельные узлы:

  • Точность. Это требование проверяется на основание того, для какого станка нужен шпиндель и применения.
  • Скорость обработки. Шпиндельные узлы вращаются всегда с разной скоростью (это зависит от вида). Если говорить грубо: чем быстрее — тем лучше. От скорости зависит, на каком уровне будет качество выполненной детали.
  • Жёсткость. Здесь всё не так, как со скоростью. То есть, чем ниже — тем лучше. Вычисляется он при помощи соотношения величины прогиба шпинделя и уровня радиального биения. Вычислив получившееся число у двух шпинделей, можно сказать: какой из них лучше.
  • «Время жизни». Этот показатель означает, сколько шпиндель сможет прослужить при выполнении предназначенных работ. Он зависит от того, какой подшипник используется при эксплуатации. Естественно, чем он хуже — тем быстрее сломается шпиндельный узел.
  • Устойчивость к вибрации. Естественно, при работе станок очень много вибрирует, что может привести к браку, если шпиндель не соответствует этому требованию. Если шпиндельный узел плохо переносит вибрацию, то уровень точности при работе будет заметно ниже.
  • Максимальный уровень нагревания. Это — одно из важнейших требований. При работе шпиндельный узел, из-за силы трения, сильно нагревается, а потому иногда ему нужно, так сказать, «отдохнуть» от работы. При сильном нагреве он может начать видоизменятся и поломаться, а потому нужно выбирать самый устойчивый к высокой температуре.
  • Максимально переносимый вес. Благодаря этому требованию можно определить — какого веса инструменты можно закреплять на шпиндельном узле. Также от этого показателя зависит размер используемого инструмента.

Учитывая все эти требования, которые предъявляют к шпинделю можно выбрать максимально хороший и подходящий для работ шпиндельный узел.

Назначение и принцип действия

Самым главным и, как следствие, основным назначением шпиндельного узла является закрепление на нём патрона, который в свою очередь предназначенных для зажима заготовки будущей детали.

Справка! Закрепление заготовки на шпинделе осуществляется благодаря специальному зажимному патрону, планшайбе или цанговому зажиму, которые крепятся  на конце шпинделя.

Типы интерфейсов шпинделя

В таблице внизу показаны четыре основных соединения и поэтапная эволюция от традиционного конуса ISO к системе Coromant Capto. Все интерфейсы, кроме BIG-PLUS, сегодня стандартизованы по DIN, ISO или ANSI.

Угол конуса ​ Контакт по фланцу​ Метод закрепления Передача крутящего момента​
​Конус ISO 16,26°​​ Нет​​ Центральный болт Приводные торцевые шпонки на фланце​​
​BIG-PLUS 16,26°​​ Да​​ Центральный болт Приводные торцевые шпонки на фланце​​
​HSK-A​ 5,7°​​ Да​​ Внутреннее закрепление сегментной цангой​ Приводные торцевые шпонки на конусе​
Coromant Capto​​ ​2,88°​ ​Да​ Внутреннее закрепление сегментной цангой​ Полигональное соединение​

Конус ISO

BIG-PLUS

HSK-A

Coromant Capto

Конус ISO 7/24

У конусов ISO угол всегда одинаковый. Канавка для захвата манипулятором и резьба под центральный болт могут быть разными. Доступны как CAT, ISO, DIN и MAS BT.

BIG-PLUS

Система BIG-PLUS разработана для обрабатывающих центров. Конус и канавка для захвата манипулятором те же, что и у традиционного конуса ISO, однако благодаря жёстким допускам по стыковому контакту достигнуто повышение жёсткости на изгиб. Стандартный держатель с конусом ISO можно установить в шпиндель BIG-PLUS, однако это не рекомендуется. Дступны как CAT, ISO, DIN и MAS BT.

HSK

Система HSK (DIN 69893) разработана для обрабатывающих центров. Её отличает контакт по фланцу и закрепление сегментной цангой с пустотелым конусом, исключающим необходимость использования центральных болтов. Приводные торцевые шпонки имеют различную конфигурацию в зависимости от исполнения и в некоторых случаях отсутствуют для высокоскоростных исполнений.

  • Тип A: общая механообработка, высокие изгибающие нагрузки и умеренный крутящий момент, автоматическая смена инструмента
  • Тип B: для невращающегося инструмента, умеренные изгибающие нагрузки, высокий крутящий момент, специальные виды обработки, автоматическая смена инструмента
  • Тип C: общая механообработка, высокие изгибающие нагрузки и умеренный крутящий момент, ручная смена инструмента (см. Тип A)
  • Тип D: для невращающегося инструмента, умеренные изгибающие нагрузки, высокий крутящий момент, специальные виды обработки, ручная смена инструмента (см. Тип B)
  • Тип E: высокоскоростная обработка, лёгкие и прочные шпиндели, низкие изгибающие моменты и крутящий момент, автоматическая смена инструмента, лёгкая балансировка
  • Тип F: умеренные скорости, обработка мягких материалов, средние изгибающие моменты и крутящий момент, автоматическая смена инструмента, лёгкая балансировка
  • Тип T: вращающийся и невращающийся инструмент с жёсткими допусками направляющего паза (для установки инструмента). «Шейка» не требуется, поэтому – улучшенное сопротивление изгибающему моменту

Внимание! Большинство станков, использующих интерфейс шпинделя HSK-T, всё ещё требует шейки для автоматической смены инструмента и магазинов – это значит, что требуются инструменты HSK A/C/T

A

B

C

D

E

F

T

A/C/T

Coromant Capto

Coromant Capto (ISO 26623) сочетает в себе преимущества HSK и BIG-PLUS, при этом необходимость в приводных торцевых шпонках отпадает – привод осуществляется через трёхгранный конус с торцевым контактом. Прочное поперечное сечение соединения обеспечивает пространство для закрепления сегментной цангой с самым высоким зажимным усилием, что даёт непревзойдённую жёсткость на изгиб, передачу большого крутящего момента и точность положения относительно оси центров.

Улучшенная радиальная точность и передача крутящего момента потребовались для обеспечения требований трёх областей применения:

  • Интерфейс шпинделя станка – обрабатывающие центры, токарно-карусельные станки
  • Модульное соединение – обрабатывающие центры
  • Ручная система быстрой смены инструмента – токарные станки

Coromant Capto – самый распространённый интерфейс для многоцелевых станков, так как его можно использовать и для невращающегося инструмента (точение), и для вращающегося (фрезерование/сверление).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector