Содержание
- Шпиндели. Что это такое? Сферы применения.
- По каким признакам отличаются шпиндели?
- Чем управляется Шпиндель? Частотные преобразователи.
- Виды охлаждения шпинделей: воздушное и жидкостное. Плюсы и минусы.
- Подшипники шпинделя.
- Способы крепления шпинделя.
Шпиндели. Что это такое? Сферы применения.
Шпиндель станка ЧПУ – это электродвигатель, имеющий в конструкции вала зажимное устройство для режущего инструмента либо детали.Так выглядит один из распространенных типов шпинделя:
Пример такого шпинделя на фото ниже: вал находится в корпусе,но не имеет в своей конструкции двигателя.
По каким признакам отличаются шпиндели?
Так как шпиндели используются в обработке разных материалов, сильно отличаться по множеству признаков: мощность, количество оборотов, типы зажимного устройства ,и другие. Сейчас я постараюсь максимально подробно классифицировать самые распространенные варианты.Мощность
Один из самых важных критериев шпинделя это мощность. Мощность шпинделя часто может прямо влиять на скорость, качество и производительность. Для подбора шпинделя по мощности нужно определить, какие материалы будут обрабатываться. Приведу пример: для гравировки печатных плат достаточно шпинделя около 100W мощности.
И, наконец, мощность шпинделя для полноценной обработки стали, чугуна, титана, высокопроизводительной обработке цветных металлов, камня, и других твердых материалов, обычно в разы больше. Шпиндели для стали могут иметь мощность от 3 до 12кВт и больше.
Количество оборотов в минуту.
Помимо мощности шпинделя, один из важнейших параметров это минимальное и максимальное количество оборотов, поддерживаемых Шпинделем. Этот параметр очень важен, так как при обработке разных материалов нужно чтобы сохранялась определенная скорость резания.
- Скорость резания - отношение перемещения режущей кромки инструмента относительно обрабатываемой поверхности к времени обработки.
Например, при гравировке печатной платы используется фреза диаметром 0.2 мм. Для достижения условной скорости резания 15 метров в минуту нужны обороты порядка 24000 об/минуту. Можно сделать вывод, что при использовании инструмента с очень маленьким диаметром, а это ювелирная, часовая, и многие другие сферы, нужен высокооборотистый шпиндель. По этой причине шпиндели для обработки, например, восковых моделей ювелирных изделий могут иметь и 50 тыс об/мин. Так как фрезы там используют с очень маленьким рабочим диаметром.
В деревообработке диаметр инструментов больше, однако дерево позволяет работать на больших скоростях резания, соответственно и оборотах. Для обработки дерева, пластиков, композитов чаще используют шпиндели с диапазоном оборотов 6-24тыс об/мин. Изменение количества оборотов необходимо, так как используются фрезы от гравировальных до обдирочных диаметром 25 мм и больше.
Пример работы с инструментом маленького диаметра
И пример фрезы большого диаметра:
Из приведенных выше примеров можно понять, почему шпиндели для мелких точных работ, шпиндели для работ с деревом и пластиком и Шпиндели для работ со с черными и цветными металлами должны иметь разную скорость вращения.
- У многих людей возникнет вопрос: «Почему нельзя сделать универсальный Шпиндель с регулировкой оборотов?».
Зажимные устройства
Ещё одним немаловажным критерием при выборе и эксплуатации шпинделя является патрон и способ его крепления. 1: Шпиндель с интегрированным цанговым патроном – шпиндель, у которого на валу сразу имеется посадка под цанги и гайку ,иными словами цанговый патрон. Чаще всего патрон и цанги стандарта ER.
Так выглядит цанговый патрон стандарта ER.
Чаще на шпинделях станков, где нужна смена инструмента, разного по диаметру и виду крепления, используют шпиндели с инструментальным конусом. Например, Шпиндели стандарта BT, BBT, ISO, DV, SK. Основные отличия в размере конуса, прилегающих поверхностях и способе удерживания оправки в шпинделе. Сама оправка для подобного шпинделя выглядит так:
Чем управляется Шпиндель? Частотные преобразователи.
Частотный преобразователь - это электронное или электромеханическое устройство, преобразующее переменный ток одной частоты в переменный ток другой частоты.
- Минимальная и максимальная выходная частоты. От них зависит диапазон min-max оборотов шпинделя.
- Поддержка векторного режима. Векторный режим у частотного преобразователя позволяет поддерживать нужный крутящий момент на валу электродвигателя на большом диапазоне оборотов.
- Напряжение питания и выходное напряжение. Количество фаз на входе, выходная мощность. Тут все просто, частотный преобразователь выбирается по характеристикам под конкретный шпиндель.
- Так же частотные преобразователи бывают разной степени защиты от внешних воздействий – от обычных до пылевлагозащищенных.
Виды охлаждения шпинделей : воздушное и жидкостное. Плюсы и минусы.
При работе любого шпинделя выделяется достаточно большое количество тепла. Соответственно, это тепло нужно куда то отводить. Для этого у шпинделей есть системы охлаждения. Две наиболее распространенных системы это воздушное и жидкостное охлаждение.
Шпиндели с воздушным охлаждением имеют в корпусе вентиляционные каналы. В задней части шпинделя находится крыльчатка, которая создаёт воздушный поток, приходящий через каналы в корпусе и охлаждающие Шпиндель.
На фото ниже с торца корпуса видны воздушные каналы
Плюсы воздушного охлаждения шпинделя заключаются в компактности: не требуется ёмкость с жидкостью, насосы, шланги идущие к шпинделю. Нет затрат на охлаждающую жидкость и поддержание системы в рабочем состоянии.
Необходимы Ардуино запчасти для проектов?Купить Arduino комплектующие можно в нашем магазине 3DIY!Но есть и свои недостатки. Например, шпиндели для дерева и пластиков с воздушным охлаждением при долгой работе на слишком низких оборотах могут перегреваться. Так же, если нет хорошей аспирационной системы, то может создавать проблемы то, что шпиндель поднимает в воздух пыль из за проходящего через него воздуха.
Жидкостная система охлаждения работает похожим образом, только в каналах внутри шпинделя проходит не воздух, а охлаждающая жидкость . Жидкость прокачивается в замкнутой системе. Из ёмкости, через шпиндель и опять попадает в ёмкость. В некоторых случаях в системе есть радиатор для увеличения эффективности.
Пример шпинделя с водяным охлаждением: в задней части видно 2 выходящие трубки для ввода и вывода охлаждающей жидкости.
Жидкостная система шпинделей не допускает перегрева шпинделя на всем диапазоне оборотов, так как интенсивность охлаждения не зависит от вращения шпинделя. Так же Шпиндель с жидкостной системой охлаждения не будет поднимать в воздух стружку и пыль (если речь о деревообработке). И одним из приятных бонусов будет меньший шум от включенного шпинделя.
Минус такой системы что она в любом случае занимает больше места и имеет большие габариты. В ряде случаев это очень критично.
Однозначно сказать что лучше – невозможно. Выбор зависит от того, куда именно будет ставиться шпиндель и в каких условиях работать, с какой интенсивностью.
Подшипники шпинделя.
Вал шпинделя всегда вращается в подшипниках
Есть много видов подшипников : подшипники качения, подшипники скольжения в виде бронзовых втулок, гидростатические подшипники, и прочие. Ниже я не буду описывать каждый из них, так как по большей части в современных шпинделях чпу используют шариковые либо роликовые подшипники качения. Рассмотрим плюсы и минусы разных типов таких подшипников.Часто при выборе шпинделя оказывается, что в продаже есть абсолютно одинаковые шпиндели с единственным отличием в виде разных подшипников: керамические и стальные.
- Плюсы керамических подшипников в том, что у керамики намного большая твердость чем у стали, лучше качество поверхностей шариков и колец подшипника. Все это обеспечивает большую точность и износостойкость относительно стальных подшипников.
Однако при выходе из стоя таких подшипников, либо плановой замене, найти в продаже такие подшипники будет сложнее. Стоимость из тоже скорее всего будет выше. Так же вероятно, что керамические подшипники более чувствительны к таким ситуациям, когда на вал шпинделя оказывается чрезмерно большое усилие. Например при поломке фрезы.
- Стальные подшипники практически всегда есть в продаже, есть возможность выбрать производителя и класс точности. Цена на них будет меньше.
Роликовые конические подшипники имеют большую жесткость относительно шариковых, но на шпинделях небольшой мощности и с небольшим диаметром вала, соответственно небольшими нагрузками, используют шариковые радиально упорные подшипники. Роликовые же подшипники чаще встречаются на более мощных шпинделях предназначенных для обработки металлов.
В любом случае, в шпинделях станков с ЧПУ всегда установлены подшипники, соответствующие нагрузкам и оборотам. Достаточно эксплуатировать шпиндель по назначению, и проблем с подшипниками (не считая нормального износа со временем, либо аварийных ситуаций) быть не должно.В нашем магазине вы можете купить модули Arduino, а так же различные датчики.
Способы крепления шпинделя.
Есть несколько основных способов крепления шпинделя на станке.
- Первый из них это цилиндрическое исполнение шпинделя, а зажим осуществляется специальным креплением (иногда называют хомутом ). Этот способ очень удобен для универсальных станков тем, что позволяет менять вылет шпинделя из крепления и соответственно увеличивает возможности станка.
- Второй, тоже довольно распространенный вариант, это шпиндель, имеющий у корпуса «уши» крепления с отверстиями, через которые он прикручивается на станок. Такой вариант довольно шпинделя позволяет избежать лишних соединений ,но переставление Шпинделя по высоте не представляется возможным. Его часто используют на шпинделях с воздушным охлаждением.
- И последний вариант из тех, о которых тут будет написано, это Шпиндель с фланцевым креплением. Как понятно из предыдущего предложения, такие Шпиндели имеют фланец с отверстиями и крепятся за него.
