Шпиндель является важнейшим компонентом станков с ЧПУ, используемых в процессах производства и механической обработки. Он служит основной движущей силой, приводом при выполнении операций точения, растачивания, сверления или фрезерования на этих станках.
Главный двигатель, который приводит в действие шпиндель, и тип передачи вращения имеет жизненно важное значение для обеспечения точности и эффективности обработки с ЧПУ.
Понимание основ работы шпинделя.
Шпиндель с ЧПУ является важнейшим узлом станков с ЧПУ, который выполняет операции резания, сверления и фрезерования. Он состоит из нескольких ключевых компонентов, которые работают вместе для обеспечения точной и эффективной обработки.
Компоненты шпинделя ЧПУ станка.
Шпиндель с ЧПУ имеет решающее значение для вращения режущего инструмента на высоких скоростях. Вот ключевые детали, из которых состоит шпиндель с ЧПУ:
-
Двигатель шпинделя: Этот двигатель обеспечивает вращение вала шпинделя.
-
Вал шпинделя: Этот вращающийся вал удерживает режущий инструмент на месте.
-
Подшипники: Эти подшипники поддерживают вал и минимизируют трение при работе на высокой скорости.
-
Держатель инструмента: Держатель инструмента надежно удерживает режущий инструмент, обеспечивая точное позиционирование.
-
Система охлаждения: Эта система управляет выделением тепла шпинделем и процессом резания, предотвращая термическую деформацию и продлевая срок службы инструмента.
Работая вместе, эти компоненты обеспечивают точную и эффективную обработку различных материалов.
Шпиндель в основном выполняет следующие функции:
– Обеспечение постоянной мощности в определенном диапазоне скоростей, чтобы обеспечить достаточную силу резания.
– Позиционирование: остановка шпинделя в определенном положении, точно используемом для смены инструмента, извлечения инструмента.
– Синхронная работа с валом сервопривода; шпиндель вращается один раз, а вал сервопривода перемещается на определенный угол.
– Если в системе несколько шпинделей, два шпинделя могут работать синхронно.
Типы шпинделей с ЧПУ и их применение.
Шпиндели с ременным приводом: Эти экономичные варианты идеально подходят для применения в условиях легкой и средней нагрузки. Они обеспечивают высокую скорость вращения, но превосходно сочетают в себе доступность и функциональность. Отличную ремонтопригодность.
Скорость вращения могут достигать 20-25 тысяч оборотом, в среднем по рынку до 10 тысяч оборотов. Достаточно для обработки широкой номенклатуры материалов, типов поверхностей обработки, черновой обработки или сверления небольших отверстий до 2-4 мм. Крутящий момент на станках с ремнем обычно достигает 120-150 Нм.
Тезисно о преимуществах:
-
бюджетно, ремонтопригодно, плавный ход, безопасно при обрыве, виброустойчивый, прост в установке и регулировке
-
радиальная нагрузка на подшипники, не самый высокий крутящий момент, необходим контроль за износом ремня
Шпиндели с прямым приводом: Шпиндели с прямым приводом, предназначенные для работы в тяжелых условиях, обеспечивают превосходный крутящий момент и точность при высоких скоростях обработки и резания. Их жесткая конструкция сводит к минимуму вибрации, что обеспечивает высокое качество отделки более прочных материалов. При высоких скоростях вращения шумы сводятся к минимуму.
Как правило, показатели частот вращения от 12 000 об\мин и выше (на рынке предлагают и 15, 20 тясяч и даже выше) Станки с таким типом привода и высокой скоростью вращения обладают меньшим крутящим моментом, но учитывая отсутствие вибраций и шума, дают стабильную обработку однотипных повторяющихся операций - сверления, фрезерования мелких отверстий, выборки карманов, пазов и др элементов прессформ на таких материалах как алюминий, латунь и других цветных сплавов. Учитывая, что Мкр не превышает 100 Нм в среднем.
Тезисно о преимуществах:
-
высокая скорость вращения, отсутствие шума и вибраций, стабильность угловой скорости, малое время разгона и торможения
-
относительно невысокие показатели крутящего момента, в виду отсутствия места под установку более мощных двигателей
Шпиндели с редукторной передачей, зубчатой. Шпиндели с таким типом передачи (ч\з планетарный редуктор типа ZF, Baruffaldi, или GTP или встроенной коробки скоростей в сам шпиндель) предназначены для повышенных требований обработки - черновая обдирка с большими припусками от 4-5 мм и выше или фрезерования труднообрабатываемых материалов на производительных режимах резания с большими диаметрами фрез от 100 мм и выше. Показатели крутящего момента могут достигать нескольких тысяч “Нм” в зависимости от мощности привода. Фрезерные центры с редуктором в среднем при мощности 15/18.5 кВт выдают до 400-500 Нм, достаточные для жестких условий обработки. 
Шпиндели с встроенным двигателем - мотор - шпиндель. Мотор-шпиндель – это шпиндель, обладающий совмещенной конструкцией вала и двигателя. То есть, привод (мотор) и шпиндель – есть одно целое, единый узел. Имеет максимальную скорость 60 000 об/мин, что позволяет выполнять множество задач по обработке, но также ограничивает срок его службы. Подходит для узкоспециализированных задач, менее распространенный тип шпинделя, дорог в обслуживании.
Тезисно о преимуществах:
-
высокие показатели крутящего момента, силовая обработка, высокая производительность
-
повышенный шум, возможные люфты, контроль за смазкой
*Среднеразмерный (часто запрашиваемый) фрезерный центр берем за основу машину с:
-
рабочим столом 1200х500
-
мощностью 11/15 кВт
-
конусом оправки BT40
-
частотой вращения 8-10 тысяч оборотов в мин
3-осевой фрезерный станок LV-1060E, MACO, ТАЙВАНЬ
Помните, что при выборе нужного вам шпинделя необходимо учитывать требования к скорости, совместимости материалов и точности. Высокоскоростные шпиндели, например, превосходно справляются с такими задачами, как сложная гравировка или сверление небольших отверстий в алюминии или дереве. Более “медленные” типа через редуктор и ременную - это уже обработка сталей, нержавейки, жаропрочных сталей и сплавов или черновая обдирка.
Понимание этих типов шпинделей и их применения может обеспечить оптимальную производительность и результаты в ваших проектах по обработке с ЧПУ.
Важность частоты вращения шпинделя и крутящего момента при обработке с ЧПУ
На успех обработки с ЧПУ влияют два ключевых фактора: частота вращения шпинделя и крутящий момент.
Скорость вращения шпинделя: Это скорость вращения шпинделя, которая влияет на качество резки и обработки поверхности. Как правило, более мягкие материалы, такие как пластик или дерево, выигрывают от более высоких скоростей, в то время как более твердые металлы требуют более медленного и контролируемого вращения.
Крутящий момент: Измеряемый в Нм, крутящий момент обеспечивает преодоление режущим инструментом сопротивления обрабатываемого материала. Выбор шпинделя с правильным соотношением скорости и крутящего момента имеет решающее значение для каждого конкретного проекта обработки.
Понимание этих двух факторов и выбор соответствующих возможностей шпинделя необходимы для достижения оптимальных результатов при обработке с ЧПУ.
“Наряду с предложением от поставщиков, запросите диаграмму крутящего момента под выбранный вами станок, для более точного понимания, какие показатели момента вам будут доступны”
Выбор подходящего шпинделя с ЧПУ для Ваших нужд.
При выборе шпинделя с ЧПУ необходимо учитывать несколько факторов. Прежде всего, вам необходимо определить тип операций обработки, которые вы будете выполнять. Различные шпиндели предназначены для конкретных применений, таких как фрезерование, сверление или шлифование. Кроме того, вам следует учитывать размер и вес ваших заготовок, так как это повлияет на требуемую мощность и скорость вращения шпинделя.
Еще одним важным фактором, который следует учитывать, является совместимость шпинделя с вашим станком с ЧПУ. Убедитесь, что шпиндель совместим с интерфейсом и системой крепления инструмента. Также важно проверить, может ли двигатель шпинделя выдерживать требования к напряжению и току вашего станка.
Определение необходимой мощности и частоты вращения шпинделя имеет важное значение для достижения оптимальных результатов обработки. Шпиндели большей мощности могут выдерживать большие нагрузки при резании, в то время как шпиндели меньшей мощности подходят для более легких операций. Скорость вращения шпинделя определяется его максимальной частотой вращения (оборотов в минуту), которая влияет на эффективность резания и чистоту поверхности.
Популярные бренды шпинделей с ЧПУ предлагают различные функции для удовлетворения различных потребностей в обработке. Среди известных брендов - Royal, KENTURN, MicroLab, MACO. Эти бренды наиболее рекомендованы и предлагают различные шпиндели с различной мощностью, скоростью вращения и системами охлаждения. Прежде чем принимать решение, важно изучить репутацию каждого бренда на предмет надежности и поддержки клиентов.
Компания ТЕХНО-СБ предлагает обрабатывающие фрезерные центры собранные исключительно из рекомендованных компонентов и узлов, переходите на каталог сайта, чтобы ознакомиться с продукцией
Охлаждение шпинделя.
Стоит обращать внимание также на метод охлаждения шпинделя в вашем станке.
Как правило бывают 2 типов:
Воздушное охлаждение шпинделя реализуется через воздушный поток, создаваемый корпусом с внутренними воздушными каналами и крыльчаткой на верхнем валу. Эта система предназначена для обработки материалов, которые не приводят к перегреву подшипников шпинделя, таких как композиты, пластик и простые стали. Частота вращения шпинделя составляет до 8000-10000 оборотов в минуту.
Плюсы:
- Компактность
- низкая себестоимость
- Легкая эксплуатация
Минусы:
- Невысокая эффективность, перегрев все же возможен на максимальных режимах работы
- Зависимость от температуры в цехе
- Засорение воздушных каналов стружкой и пылью
Жидкостное охлаждение (масло или СОЖ)
Жидкостное охлаждение включает в себя подачу масла или СОЖ под давлением в корпус шпинделя по специальным каналам. Для избежания засорения в системе с охлаждением СОЖ дополнительно используется система фильтрации через бумагу, магнитный сепаратор, а также чиллер для охлаждения СОЖ. в Случае с масляным охлаждением, засоры практически исключены ввиду герметичности системы. Комплект жидкостного охлаждения включает насос, бак, гидравлические шланги, радиатор и соединительные элементы. Эффективная работа жидкостного охлаждения требует герметичности системы. Эта система применяется для шпинделей с прямым приводом и мотор-шпинделей, в общем с частотой вращения от 10000 об/мин и выше.
Плюсы:
- Независимость от окружающей температуры
- Отсутствие шума
- Равномерное охлаждение всего шпинделя
Минусы:
- Большая занимаемая площадь в цехе
- Более высокая стоимость
В свою очередь Масляное охлаждение доступно также для охлаждения ШВП, что значительно повышает точность работы станка в цехах без кондиционирования помещений, особенно в летний период времени. К минусам можно отнести высокую стоимость опции. Но при обработке “требовательных” изделий к точности - опция незаменима.
Техническое обслуживание и устранение неполадок шпинделей с ЧПУ
Регулярное техническое обслуживание шпинделей для обеспечения оптимальной производительности шпинделя.
Регулярное техническое обслуживание имеет решающее значение для обеспечения оптимальной производительности и долговечности вашего шпинделя с ЧПУ. Начните с
Поддержания шпинделя в чистоте и удаления мусора - стружки, масла, СОЖ, так как это может повлиять на его работу.
-
Регулярно проверяйте шпиндель на предмет износа или повреждений, таких как незакрепленные соединения или изношенные подшипники.
-
Смажьте шпиндель в соответствии с рекомендациями производителя, чтобы уменьшить трение и предотвратить перегрев.
-
Регулярно проверяйте и регулируйте натяжение ремня для поддержания надлежащей передачи мощности.
Следуя этим рекомендациям по техническому обслуживанию, вы сможете обеспечить наилучшую работу вашего шпинделя с ЧПУ.
Распространенные проблемы со шпинделем и способы их устранения
Несмотря на регулярное техническое обслуживание, шпиндели с ЧПУ могут сталкиваться с обычными проблемами, требующими устранения. Одной из распространенных проблем является чрезмерный шум во время работы, который может быть вызван смещением компонентов или изношенностью подшипников. В таких случаях проблема может быть устранена путем переналадки или замены поврежденных деталей.
Другой проблемой является низкая производительность резания, возможно, из-за неправильного выбора инструмента или неправильной скорости подачи. Регулировка этих параметров в зависимости от обрабатываемого материала может улучшить производительность резания. Важно следить за уровнем температуры во время работы, так как перегрев может привести к преждевременному выходу из строя двигателя шпинделя.
Увеличьте срок службы вашего шпинделя вашего станка ЧПУ.
Чтобы продлить срок службы вашего шпинделя с ЧПУ, важно принимать упреждающие меры, помимо регулярного технического обслуживания. Одним из способов является использование качественных инструментов, специально разработанных для шпинделей с ЧПУ. Некачественные инструменты могут привести к чрезмерному износу компонентов шпинделя и сократить срок его службы. Кроме того, избегайте перегрузки шпинделя, используя соответствующие параметры и режимы резания в зависимости от обрабатываемого материала. Правильное хранение и обращение с инструментами, когда они не используются, также помогает предотвратить повреждение инструментов и шпинделя станка.
Следуя этим рекомендациям по техническому обслуживанию и устранению неполадок, вы сможете обеспечить оптимальную работу вашего шпинделя с ЧПУ и превосходные результаты обработки. Однако важно помнить, что качество самого станка с ЧПУ играет важную роль в достижении оптимальной производительности.
Если у вас остались вопросы, не стесняйтесь спрашивать в комментариях или в нашем Telegram-канале! Получайте свежие статьи, видеообзоры, узнавайте первыми об акциях, участвуйте в розыгрышах, развивайтесь в металлообработке и многое другое. Присоединяйтесь прямо сейчас!