Шпиндель станка – один из основных узлов оборудования, который обеспечивает зажим и перемещение инструмента (фрезерная обработка) или заготовки (точение). Движение на узел передаётся коробкой передач от электродвигателя главного привода.
Как устроен и основные характеристики
Устройство шпинделя станка обычно подразумевает наличие таких элементов:
- Ступенчатого корпуса в виде полого цилиндра, вращающегося на приводном валу.
- Патрона, предназначенного для зажима и удержания обрабатываемой заготовки или рабочего инструмента – фрезы.
- Цанги для крепления.
- Опор, работающих с подшипниками качения.
В конструкциях токарных агрегатов фиксация шпинделя происходит в передней бабке, поэтому рассматриваемый узел кинематически связан с коробкой скоростей.
Что такое шпиндель фрезерного станка? Он представляет собой многоступенчатый вал, вращающийся в подшипниковых опорах. Вал снабжён сквозной полостью, через которую к узлу непрерывно подаётся технологическая смазка. На переднем торцевом участке имеется приспособление для зажима режущего инструмента, а к противоположному присоединяется маслёнка или рукав для подачи смазки.
Определить частоту вращения шпинделя станка можно по суммарному передаточному числу. При этом основные характеристики узлов у станков токарной и фрезерной групп различаются между собой. При точении это:
- Исполнение переднего торца – всегда конус Морзе №5;
- Размеры поперечного сечения закрепляемых заготовок (зависят от мощности привода);
- Обороты шпинделя токарного станка могут допускать реверсирование — вращение в прямом и обратном направлениях (определяется конструкцией коробки скоростей);
- Предельное значение крутящего момента.
Расчёт шпинделя фрезерного станка и выбор его характеристик проводятся в зависимости от размеров режущего инструмента и производительности обработки:
- Допустимая осевая нагрузка на фрезу, которая зависит от мощности оборудования;
- Диапазон чисел оборотов;
- Радиальное и торцевое биение вала в опорах;
- Конструкция полости под установку используемых насадок.
Ввиду постоянно действующих технологических нагрузок и сил трения данные элементы относят к быстроизнашиваемым.
Принцип работы
При точении пруток, который должен обрабатываться, вставляется одним концом в патрон, а другим — в заднюю бабку, расположенную на противоположном конце станины.
При перемещении навстречу друг другу, происходит зажим заготовки. Тогда включают привод токарного станка. Вал начинает вращаться. Резец (или резцы) входят в зацепление с заготовкой, выполняя обработку заготовки, которая удерживается в шпинделе.
Во всех современных токарных станках шпиндельная ось токарного станка с сопутствующей зубчатой передачей, подшипниками, регулировочными винтами находится в передней бабке. Закрытый корпус передней бабки защищает механизмы и оператора от загрязнений и повреждений в случае неправильной эксплуатации или неисправности машины.
Фрезерование ведётся так:
- При помощи цангового зажима производится закрепление фрезы;
- Выбирается режим обработки и устанавливается скорость вращения инструмента;
- Включается подача смазочно-охлаждающей жидкости, что уменьшает износ фрезы. Некоторые модели станков используют воздушное охлаждение;
- При помощи передвижного стола, на котором установлена заготовка, подлежащая фрезерованию, выполняется подвод рабочей части инструмента. Обработка начинается, если относительное взаиморасположение выполнено верно.
Станки с ЧПУ выделяются более жёсткими размерными допусками и повышенной точностью размеров посадочных мест.
Виды и классификация
Данные узлы классифицируются по:
- Типу привода. В мощных металлорежущих станках крутящий момент создаётся электродвигателем, в то время как небольшие станки (преимущественно для деревообработки) могут вращаться и от ручного (например, от педального) привода.
- Наибольшему весу заготовки или инструмента, что обуславливается предельной нагрузкой на подшипники.
- Максимальному числу оборотов, при котором не происходит заклинивание от перегрева.
- Конструктивному расположению – встроенные или с внешним приводом через ременную, зубчатую или цепную передачи.
В последнем случае шпиндель имеет отдельный двигатель.
Шпиндели с внешним приводом называют мотор-шпинделями. Они более компактны и характеризуются повышенной точностью обработки, поскольку тепловая деформация вращающихся деталей здесь минимальна. Вместе с тем такие конструкции менее универсальны, а при внезапном застревании фрезы в металле/древесине приводной двигатель может сгореть.
Допускаемая мощность шпинделя станка весьма условно разделяет их на крупные, средние и мелкие. К крупным относятся узлы, которые имеют возможность обрабатывать изделия диаметром более 400 мм, к мелким – менее 100 мм.
Можно ли самому изготовить станочный шпиндель
Вышел из строя шпиндель? А обработка на токарном станке остановилась? Самодельный шпиндель для него (особенно под деревообработку) можно сделать и своими руками, особенно, если есть необходимые навыки конструирования, а оборудование для выполнения соответствующих работ по металлу доступно, и отличается высокой точностью обработки. Учтём также, что для производства долговечной детали потребуется конструкционная сталь необходимой марки. Если паспорт на оборудование отсутствует, то частоту вращения шпинделя станка можно выяснить лишь приблизительно. В большинстве случаев выполнение перечисленных требований неосуществимо, поэтому стоит прибегнуть к услугам специализированных фирм, выполняющих заказы точных узлов техники для обработки металлов.