Выбираем шпиндели для фрезерных станков

Выбирать шпиндели для фрезерных станков приходится и в заводской цех, и в небольшую мастерскую. Необходимо знать, какие шпиндели нужны для станков с ЧПУ по дереву и другим материалам, как производится регулировка подшипников и вращение шпиндельной головки, каково устройство мотора-шпинделя. Еще следует разобраться, конечно, и с охлаждением этого агрегата.

Шпиндель для фрезерных станков – с ЧПУ и без него – часто представляют себе упрощенно. В расхожих бытовых описаниях говорится только, что вал просто стоит в паре подшипников. Разумеется, это не объясняет всей сути дела, даже мешает во многом ее понять. Один из пары подшипников обязательно выполняет упорную функцию. Он способен принимать осевую нагрузку в моменты, когда вертикально подается сам шпиндель или обрабатываемый предмет.

Второй подшипник всегда радиального типа. Его функция – принимать нагрузку, которая возникает при обработке деталей и полуфабрикатов по горизонтали. Обе части насаживают на единую пустотелую ось, которая и является тем самым валом. На конце осевого приспособления размещают механизм зажима инструмента – конус Морзе, в котором, в свою очередь, могут быть зафиксированы зажимы-цанги. Но на станках необходимо еще и обжимать инструмент.

За эту функцию отвечает шпренгель – то есть винт, длина которого достаточна для проходки через весь вал. Шпренгель закручивают в торцевую часть цанги. Таких винтов всегда два. Радиусный ставят там же, где фиксируют инструмент, а упорный напротив него. Приводимый в движение мотором вал монтируется в пиноль, то есть особый вид корпуса, который может быть немного сдвинут в сторону благодаря специальным зазубринам на корпусе; пиноль, в свою очередь, вмонтируют в главный корпус фрезера методом скользящей посадки.

Главная цель – чтобы нагрузки, которые создает фреза, не нарушали работоспособность привода. Отсюда и использование подшипников: это проверенный тип механических буферов. Такие детали закономерно продают парами. Учитывая существенный механический импульс, валы берут только такие, которые смогут выдержать мощную нагрузку по оси.

Другие значимые особенности современных шпинделей:

• фрезу редко крепят с помощью одной цанги, обычно ей помогает оправка;

• чтобы эта оправка не придавливалась слишком сильно, шпиндель стараются делать конусовидным;

• его монтируют на особых каретках с трехкоординатным перемещением;

• вращательный импульс передается напрямую на фрезу (употребление промежуточных деталей понижало бы точность и общую эффективность устройства).

Такая система пригодна для установки самых разнообразных насадок. Потому сфера применения фрезерного шпинделя существенно расширилась за последние 30-40 лет. С учетом сказанного, ключевым параметром устройства будет его мощность. Во многом она лимитируется характеристиками установленного на станок силового агрегата. Важную роль играет и темп кручения; все сколько-нибудь адекватные модели давно имеют и ступенчатую, и бесступенчатую программы регулировки.

Специалисты также указывают на иные значимые свойства:

• уровень КПД;

• надежность аппарата;

• механическую прочность его корпуса;

• суммарное время беспрерывной эксплуатации.

Шпиндели для фрезерных станков могут быть бытовыми и промышленными.

Такая разновидность шпиндельных головок не может переносить мощных нагрузок. Цена подобных изделий невелика. Различные фирмы предлагают их в широком ассортименте. Возможно использование в связке с различными режущими частями. Но надо понимать, что сечение хвостовика ограничено, и потому не на всякой модели фрезера такой узел, вообще, может быть использован.

Такой тип устройств выпускают фирмы, поставляющие индустриальную технику. Поскольку нагрузки тут будут выше, форма конуса используется чаще, чем в технике бытовой категории. Однако на этом различия не заканчиваются. Они касаются еще:

• размеров;

• потребления энергии;

• суммарной производительности;

• скорости вращения;

• использования охладительных компонентов;

• разнообразия режимов;

• требований к квалификации пользователей.

В промышленном сегменте часто применяется цанговый зажим ER11, ER16. Некоторые патроны специально рассчитываются инженерами на снятие больших слоев металла. Электрошпиндель может встретиться как в домашней, так и в индустриальной группе. Прямое подключение к мотору наращивает КПД и позволяет сделать меньше сам блок. Но серьезным минусом оказывается повышенная подверженность нагрузкам: стоит фрезе застрять – и от долгого застывания в таком положении электромоторы перегорают.

При вращении шпинделя и фрезы выделяется очень большое количество тепла. Части станка нагреваются и даже могут деформироваться. Поэтому в бытовых станках отвод тепла желателен, а в промышленных обязателен. Различают воздушное и водяное охлаждение.

Воздушное охлаждение в последние годы применяется все активнее. Оно позволяет обойтись без дополнительных веществ и наиболее дешево, но велик риск засорения каналов стружкой и пылью, особенно при активной работе, а эффективность недостаточно велика.

Отвод тепла водой лучше отвечает нуждам промышленности. В шпинделе заранее готовятся отверстия, сквозь которые циркулирует охладитель. Вместе с его потоком уходит часть тепла. Но удаление жидкости часто вызывает проблемы. И потому к такому способу прибегают лишь там, где воздушное охлаждение совершенно неэффективно.

Стоит отметить, что шпиндели для фрезерных станков с ЧПУ встречаются чаще, чем изделия для «простых» станков. Ничего удивительного тут нет: подобные аппараты сами почти вытеснены. Но нужно еще сразу уточнять, предназначено ли устройство для работы по металлу или по дереву. Использовать как бытовые агрегаты в промышленности, так и индустриальные дома – не следует. И то и другое означает лишь напрасную затрату средств. В любом случае на первом месте при отборе оказывается мощность.

Экономия на ней категорически противопоказана. Чем больше прилагаемое усилие, тем дольше будет работать устройство (в известных пределах, конечно). Рекомендуемые значения:

• для сверлильных и гравировочных работ хватит показателя менее 600 Вт;

• стандартные работы с деревом и листами металла требуют уже 0,8-1,4 кВт;

• ежедневная заводская работа с ЧПУ подразумевает минимум 1,6 кВт.

Фанеру и другие плитные древесные материалы обрабатывают на мощностях до 3 кВт, а массив дерева, алюминий, бронзу — до 6 кВт.

Однако следует еще понимать, что сама фрезеровка может идти по разным сценариям. При силовом методе темп кручения фрезы намного превосходит интенсивность движения вала. При скоростном – сама режущая часть движется небыстро, но подается активно. Такие подходы применяются, соответственно, при приоритетах на оперативность работы и качество результата. Разумеется, шпиндель подбирают соответствующего класса.

Какой бы хорошей техника ни была изначально, со временем она утрачивает свои положительные качества. Проблемы с подшипниками неизбежны при долгой эксплуатации. Еще раньше они появляются из-за перегрузок и вибраций. Игнорирование этого момента грозит не только плохим качеством обработки, но и повреждениями оборудования. Отрегулировать подшипники (вернее, их зазоры) на консольных фрезерах можно по примерно одинаковой схеме:

• введение оправки;

• прикосновение к цилиндрическому выступу индикаторным штифтом;

• раскачка шпинделя оправкой в опоре;

• отметка наибольших отклонений индикатора (они должны быть не больше 8-10);

• при превышении – регулировка согласно инструкции.