Шпиндель станка: определение, назначение, устройство

 Производственное оборудование получило весьма широкое распространение, так как за счет механизации процесса существенно повышается качество получаемого результата, снижается его стоимость, а также ускоряется процедура. Довольно большое распространение получило понятие шпинделя. Шпиндель станка устанавливается для фиксации инструментов, а также заготовок. Бытовой вариант исполнения напоминает фрезерный станок или дрель. Подробное описание того, что такое шпиндель во многом позволяет определить его предназначение и многие другие свойства. Рассмотрим особенности конструкции подробнее.

Устройство и характеристики

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

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. 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.

Принцип работы

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

Рассматривая особенности шпинделя станка скоростного типа следует уделить внимание тому, что его предназначение заключается в срезании небольшого слоя металла с поверхности заготовки.

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.

Применение шпинделя

Используется подобное устройство при создании самого различного оборудования и инструментов. Как ранее было отмечено, назначение заключается в фиксации инструментов и деталей. Область применения может быть существенно расширена за счет применения различной оснастки. Среди особенностей отметим следующее:

1. Все электрооборудование производится при применении шпинделя. Оно используется для непосредственной фиксации различных насадок.
2. Фрезерные станки получили весьма широкое распространение. Это связано с тем, что при применении фрезерного станка можно получить корпусные детали различного типа.
3. Шпиндель можно встретить и как отдельный узел других станков, к примеру, токарной группы. Предназначение в этом случае заключается в фиксации проката для его обработки.

Ключевыми особенностями механизма можно назвать то, что оно обеспечивает надежное крепление инструмента и деталей даже при высокой осевой скорости и вращении.

Классификация шпинделей

Выделяют несколько различных типов рассматриваемого устройства, все виды шпинделей станков фрезерной группы характеризуются своим определенными особенностями. Основными видами можно назвать:

1. Коллекторные получили весьма широкое распространение при изготовлении фрезерных станков, которые предназначены для гравировки и ювелирной обработки. Чаще всего в эту группу относится устройство с цангой высокоскоростного типа. Резка мягких сплавов может проходить при применении версии цанги ER11 на станке различных групп.
2. Высокоскоростные варианты исполнения чаще встречаются в конструкции фрезерных станков. Именно высокоскоростной шпиндель позволяет существенно расширить возможности фрезерных станков с числовым программы управлением.
3. В отдельную групп также относится конструкция, способная подавать охлаждающую жидкость в зону обработки. За счет этого существенно снижается температура в зоне резания, поэтому можно существенно повысить показатель производительности.
4. Крепление фрезы станков осуществляется за счет цанги, которая также дополняется гайками. При изготовлении цанги применяется металл с повышенной твердостью.
5. В продаже встречается продукция европейских и китайских происхождения. Дешевле всего обходится именно продукция китайских производителей. Они применяют подшипники из керамики, которые могут выдерживать существенную нагрузку.

На современном рынке доступно довольно большое количество различных шпинделей, которые могут устанавливаться на фрезерных станках. При этом классификация проводится по типу применяемой системы охлаждения, способу фиксации режущего инструмента и заготовки. Вариант исполнения с мощностью около 0,8 кВт может применяться для обработки небольших изделий, а также выполнения гравировки. Анкерный вариант исполнения распространен в меньшей степени, но все может применяться при в определенных случаях.

Как выбрать шпиндель?

Есть довольно много рекомендаций, касающихся непосредственного выбора шпинделя для фрезерного станка. Стоит учитывать тот момент, что шпиндель токарного станка существенно отличается, так как его предназначение заключается в креплении заготовки. Основными рекомендациями назовем нижеприведенные моменты:

1. Для начала рассматривается то, какая нагрузка будет оказываться на хвостовую часть. При этом не стоит забывать о том, что выделяют два различных типа нагрузки: осевая и центробежная. В случае, когда за один проход будет сниматься большой слой металла следует выбирать механизм с большей устойчивостью к нагрузке.
2. Еще одним критерием выбора можно назвать количество оборотов, при котором будет работать оборудование. Этот показатель указывается в инструкции по эксплуатации всех фрезерных станков и электрического инструмента.
3. Габаритные размеры также имеют важное значение. От этого зависит минимальный и максимальный диаметр устанавливаемого инструмента.
4. Важным моментом является то, какая фирма занимается выпуском устройства для станка. От этого зависит качество сборки, длительность эксплуатации, основные эксплуатационные характеристики.
5. Некоторые производители фрезерных станков также указывают то, какой шпиндель подходит в большей степени. Рекомендуется следовать рекомендациям по выбору, так как указываемый механизм подходит в большей степени.

Как правило, рассматриваемые устройства выполнены в универсальном виде. За счет этого есть возможность подобрать самый подходящий вариант исполнения для самых различных фрезерных станков.

В заключение отметим, что шпиндель является сложной конструкцией, которая предназначена для фиксации различных элементом на момент работы.

Именно поэтому его выбору следует уделять довольно много внимания, так как некачественная и ненадежная конструкция не сможет прослужить в течение длительного периода. Следует уделять внимание и правильности установки, так как допущенные ошибки могут стать причиной появления самых различных дефектов.