Андрей Смирнов
Время чтения: ~12 мин.
Просмотров: 0

Изготовление шпинделя для станка с чпу до дереву

Принцип работы

Работа практически всех станков основана на использовании режущих инструментов. Классическая конструкция шпинделя позволяет проводить надежное крепление инструмента в скоростном или силовом режиме.

Ключевыми особенностями подобного процесса можно назвать следующее:

  1. Есть возможность существенно повысить показатель производительности, для чего выбирается большая скорость резания. Стоит учитывать, что практически во всех случаях проводится составление технологической карты, в которой и указываются основные параметры: подача, скорость резания и некоторые другие.
  2. Подобный вариант исполнения шпинделя получил широкое распространение в случае финишного точения или фрезерования на станке. Именно поэтому требуется устройство повышенной мощности.
  3. В большинстве случаев для передачи вращения устанавливается асинхронный двигатель повышенной мощности. Изменить частоту вращения можно за счет зубчатой или ременной передачи.
  4. Некоторые конструкции напрямую соединены с валом устанавливаемого электрического двигателя, все промежуточные элементы отсутствуют. В подобном случае слишком большое усилие может стать причиной перегрузки мотора. Однако, отсутствие промежуточного элемента позволяет существенно уменьшить размер инструмента. Поэтому в электрических инструментах установленный двигатель напрямую связан со шпинделем.

Рассматривая принцип работы следует уделить внимание тому, что силовые и скоростные конструкции также имеют различный принцип работы. Силовые установки характеризуются следующими особенностями:

  1. Устанавливаются специальные переходные втулки конической формы, которые выступают в качестве переходника. Они изготавливаются самыми различными производителями, существенно повышают степень крепления устройства. Втулки подбираются в зависимости от особенностей хвостовика инструмента.
  2. При установке инструмента хвостовик фиксируется непосредственно во втулке, после чего в отверстии шпинделя. За счет этого обеспечивается равномерное распределение возникающей нагрузки.

Сегодня вал шпинделя токарного станка не соединяется напрямую с мотором. Это связано с тем, что возникающая переменная нагрузка может привести к повреждению электрического двигателя. Чаще всего устанавливается клиноременная передача или комплект шестерен. За счет этого обеспечиваются наиболее безопасные условия эксплуатации.

1 Станина и передняя бабка токарного агрегата

Можно выделить следующие основные узлы любого станка для выполнения токарных работ по металлу – станина, две бабки (передняя и задняя), фартук, суппорт, коробки подач и скоростей, шпиндель, электродвигатель. Все механизмы и части токарного агрегата устанавливаются тем или иным образом на станине. Именно этот узел представляет собой базовый центр станка.

Станина – это продольные стенки в количестве двух штук, которые между собой соединяются поперечными ребрами, увеличивающими общую жесткость установки. Интересующий нас узел, кроме того, располагает несколькими направляющими, часть из коих имеет призматический вид. Задняя бабка в токарных агрегатах всегда располагается на внутренних направляющих. По ним она передвигается на требуемое при работе расстояние.

На внешней стороне передняя бабка располагает рукоятками еще одной важной части станка – коробки скоростей. Эти рукоятки позволяют выбирать во время работы нужное число оборотов шпиндельного узла

На табличке, которую прикрепляют к бабке (имеется в виду передняя бабка), есть схематический чертеж с указанием того, каким именно образом нужно поворачивать рукоятку, чтобы выставить требуемые обороты. Шпиндель вращается в подшипниках качения либо скольжения в корпусе бабки. На окончание шпинделя с резьбой надевается патрон поводкового или кулачкового типа.

Классификация

Разделить фрезерный шпиндель можно по техническим характеристикам и способу использованию.

Деление в зависимости от мощности:

  1. Станки для работы с фанерой — 800 Вт. На маломощном оборудовании обрабатывается фанера, ДВП, ДСП, МДФ.
  2. Оптимальная мощность для фрезерного станка по дереву с ЧПУ — 1500 Вт. С такой мощностью обрабатывают мягкие сплавы металлов, текстолит.
  3. Оборудование мощностью от 3000 Вт. Подходит для стали, натурального камня.

Одновременно с разделением по мощности станки подразделяются по своему функционалу. Они могут использоваться для нанесения гравировки, раскроя металла и фрезеровки.

Шпиндель. Некоторые особенности

Также фрезерные шпиндели можно разделить на две группы в зависимости от использования:

  1. Шпиндели, устанавливаемые в бормашинах, ручных фрезерных станках, дрелях.
  2. Промышленные модели. Используются в станках, изготавливаемых для большого производства. Они способны выдерживать большие нагрузки, имеют износоустойчивые детали, керамические подшипники. Чтобы оборудование не выходило из строя из-за интенсивной работы, на него может устанавливаться дополнительно охлаждение. На поверхности с большим уровнем трения с помощью специальной автоматической системы подается смазка.

Если в качестве шпинделя используется дрель или бормашина, необходимо учитывать, что она не способна выдержать постоянные интенсивные нагрузки и подшипники начнут выть спустя короткий промежуток времени.


Станок для работы с фанерой

Что использовать для настольных станков

Если вам необходимо оснастить настольный станок с ЧПУ подходящим шпинделем, сейчас доступно несколько довольно привлекательных вариантов. Выбирать устройство вам.

Ручные граверы. Стоит такое устройство от 500 рублей. Особых сильных качеств не имеет, но если вам предстоит выполнить ремонт или фрезеровку мягких материалов с небольшими фрезами, то этот агрегат вполне подойдет для оснащения станка с вертикальным шпинделем. Недостатки — это небольшая скорость вращения и незначительная мощность.
Бормашины. Работают очень тихо, оснащаются надежным фиксатором для патрона. При малых оборотах двигателя крутящий момент почти не меняется. Это обеспечивает серьезное превосходство устройства перед гравером.
Шпиндель от двигателей DC. При мощности 0,4 кВт обеспечивают крутящий момент в 12000 оборотов за минуту. Выполнять различный ремонт, фрезерные работы с таким шпинделем удобно, поскольку обеспечивается слабое биение, работает агрегат тихо. Плюс цанга выполнена по широко используемому стандарту. Но есть недостатки — незначительные показатели мощности, сильный нагрев, который вынуждает искать эффективное охлаждение

Для работы устройство потребует отдельный источник питания, к чему также важно быть готовым.

Выбирая шпиндель, ориентируйтесь на его качество и соответствие станку, на котором вы собираетесь использовать данный элемент.

5 Электрическая схема и электродвигатель токарного агрегата

Понятно, что никакая кинематическая схема функционирования станка для токарной обработки металлических изделий не может быть реализована, если на агрегате отсутствует электродвигатель. Двигатель может быть: асинхронным; постоянного тока. Электродвигатель асинхронного типа располагает литой чугунной либо алюминиевой станиной, ротором и статором. В зависимости от установленной на станок модели двигатель способен выдавать несколько скоростей вращения (либо одну).

Обычно электрическая схема токарного станочного оборудования работает за счет двигателя с короткозамкнутым ротором. Коробка передач (как следствие и коробка скоростей, и иные основные электрокомпоненты станка) в данном случае соединяется с «движком» либо посредством ременной передачи, либо напрямую с ротором.

На токарный агрегат может монтироваться и двигатель, позволяющий выполнять изменение скоростей вращения по бесступенчатому принципу. Он представляет собой устройство с независимым возбуждением, обеспечивающее регулировку частоты вращения в интервале 10 к 1. Такое оборудование применяется намного реже, так как короткозамкнутый двигатель характеризуется малыми размерами и высоким уровнем экономичности его применения.

Устройство и характеристики

Практически все конструкции шпинделя схожи, однако технические характеристики могут существенно отличаться. Особенностями можно назвать нижеприведенные моменты:

Роторный вал фиксируется в корпусе за счет подшипника качения. При этом могут применяться самые различные варианты исполнения подшипника качения, некоторые характеризуются повышенной устойчивостью к вибрации, другие обходятся намного дешевле. Большая часть оборудования предусматривает подачу смазывающего вещества в зону скольжения. За счет этого существенно повышается ресурс работы, а также снижается степень нагрева всего механизма.
Главное вращательное движение передается от асинхронного двигателя, который также монтируется в корпусе. Подобный механизм питается от электричества, может работать от напряжения 220 В или 380 В. На протяжении длительного периода проводилась установка исключительно трехфазного варианта исполнения, так как он характеризовался большей мощностью и устойчивостью к возникающей нагрузке. Однако через некоторое время появились более современные конструкции моделей на 220 В, которые позволили ставить оборудование в бытовых условиях.
Не стоит забывать о том, что шпинделю передается вращательное движение. При этом оно может передаваться напрямую или через различный привод, каждый характеризуется своими определенным особенностями. Примером можно назвать клиноременную передачу, представленную сочетанием шкивов различного диаметра и ремня с определенным профилем. За счет натяжения ремень может передавать существенное усилие, в случае превышения допустимого показателя ремень начинает проскальзывать и исключается вероятность повреждения основных элементов. для передачи особых свойств проводится установка зубчатых колес, в некоторых случаях есть возможность провести их замену.
На валу находятся зажимы цангового типа. За счет подобной конструкции обеспечивается крепление инструмента с определенным диаметром хвостовика. Стоит учитывать, что не всем инструменты могут быть зафиксированы в подобном устройстве. В случае, когда фиксация проводится по внешней цилиндрической поверхности обеспечить высокую степень надежности практически невозможно. Именно поэтому инструменты изготавливают со специальными хвостовиками, которые исключают вероятность осевого смещения.
Довольно большое количество вариантов исполнения имеет систему охлаждения. Она может быть воздушного или жидкого типа. Стоит учитывать, что только при обеспечении надлежащего охлаждения можно эксплуатировать устройство на протяжении длительного периода.
Сложное устройство шпинделя станков с ЧПУ. Это связано с тем, что подобные фрезерные станки характеризуется повышенной точностью в работе, а также большой сложностью по причине применения блока числового программного управления. Устройство с ЧПУ может быть подвижным и работать в автоматическом режиме, то есть выполнять сжатие детали без участия оператора. Часто встречается гидравлический привод, который характеризуется относительно невысокой стоимостью и возможностью передачи большого усилия

Электрические более точные и характеризуются большой скоростью срабатывания.
Рассматривая характеристики шпинделя следует уделить внимание максимальной и минимальной скорости вращения. Она наиболее актуальна для устройства, которое предназначено для фиксации заготовки.

Стоит учитывать, что стандартный ряд частот вращения во многом зависит не от устройства и где находится шпиндель, а от особенностей механизма привода. Производители фрезерных станков указывают стандартные значения частоты вращения шпинделя или диапазон. Некоторые устройства позволяют проводить плавную регулировку параметров. Также есть шпиндельный привод, который классифицируется по достаточно большому количеству признаков.

Шпиндели для станка с ЧПУ

  • Как выбрать привод шпинделя?
  • Выбор типа охлаждения шпинделя
  • Выбор скорости и мощности шпинделя

Применение бесколлекторных шпинделей

К изобретению бесколлекторных шпинделей инженеров привела потребность в высокоскоростной обработке. Шпиндели на основе электрического бесщеточного (BLDC) двигателя используются для гравировки, фрезерования и сверления разных материалов. Конструкция подобных шпинделей основывается на роторе с постоянными магнитами и статора с обмотками.

Принцип работы бесколлекторных шпинделей

Чаще всего бесколлекторные (бесщеточные) шпиндели работают на основе трехфазного двигателя. Принцип работы бесколлекторных шпинделей на подобном двигателе прост: короткозамкнутый ротор со своим магнитным полем помещается в бегущее магнитное поле трехфазного статора. Ротор начинает вращаться из-за взаимодействия своего магнитного поля и поля статора, с немного меньшей скоростью. Подобная конструкция шпинделя позволяет обрабатывать материалы на высоких скоростях, и это происходит за счет следующих факторов:

  • уменьшенный вес ротора, достигнутый использованием легких материалов с выраженными магнитными свойствами, позволяет шпинделю выдавать большее количество оборотов в минуту;
  • вытянутая цилиндрическая форма шпинделя позволяет наиболее эффективно использовать производительность устройства и повысить его КПД при компактных размерах устройства. Благодаря этому, современный бесщеточный шпиндель имеет компактные размеры при низкой потребляемой мощности. Подобный шпиндель был бы очень подходящим при использовании в настольном ЧПУ станке по металлу при обработке стали, чугуна, дерева, пластика, драг. камней и других, самых различных, материалов.

Регулирование скорости бесщеточного шпинделя

Скорость бесколлекторного шпинделя регулируется преобразованием частоты 3-хфазного тока и напряжения. С этой целью используются частотные преобразователи, которые всегда используются с двигателями асинхронного типа. Важная памятка: мощность шпинделя и частотного преобразователя должны совпадать.

Цены на бесщеточные шпиндели существенно разнятся на рынке станкооборудования. DARXTON предлагает купить бесколлекторный шпиндель по приятной цене. Если у вас появились вопросы, свяжитесь с нашими специалистами по почте info@darxton.ru

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.

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.

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.

Способы охлаждения

При работе на фрезерном станке, закрепленная деталь перегревается и может разрушиться. Для снижения температуры, возникающей при обработке изделия фрезой, применяют такие способы охлаждения:

  • воздушный;
  • смазочно-эмульсионный.

Воздушное охлождение

Метод воздушного охлаждения, часто применяется на современных станках с ЧПУ. Сущность способа заключается в направлении воздуха через сопла, на поверхность детали снабженной воздухозаборниками. Недостаток — засорение фильтров, при обработке материалов, дающих обильную пыль.

Также широко распространено охлаждение деталей при помощи смазочно-эмульсионных жидкостей, положительно влияющих на процесс резки металла:

  • В месте контакта фрезы с деталью происходит образование защитной, смазочной пленки, уменьшающей трение и выделение тепла.
  • Избыток тепла отводится от обрабатываемой заготовки.
  • Приостанавливается образование нароста на режущей кромке фрезы, что улучшает отвод стружки.

Кроме того, эмульсионные смазки защищают готовые изделия от коррозии.

Шпиндель с воздушным охлаждением

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации