Что такое шпиндель для фрезерного станка, обзор видов

Spread the love

Возможно, вы планируете модернизировать имеющийся станок или собираете новый фрезерный станок с нуля, и вам нужен хороший шпиндель для любительского станка с ЧПУ.

В этом руководстве я составил список лучших шпинделей с ЧПУ, доступных на рынке в на сегодняшний день.

Выбор лучшего шпинделя с ЧПУ для вашего станка будет зависеть от твердости материалов, которые вы собираетесь обрабатывать, и скорости, с которой вам нужно это делать. Более научный, теоретический подход к выбору шпинделя вы можете прочитать в статье о выборе шпинделя

Если у вас нет времени или терпения для ручной смены инструмента, вы можете выбрать шпиндель с автоматической сменой инструмента (ATC), но он дороже по сравнению с обычными шпинделями.

Факторы, которые я учел при составлении этого списка, — это выходная мощность, качество сборки шпинделя, размер цанги и система охлаждения.

Я отсортировал их по выходной мощности, начиная с маломощных шпинделей и постепенно продвигаясь к шпинделю мощностью 4 кВт.

В конце этой статьи я рассказал о факторах, которые следует учитывать при выборе шпинделя для вашего ЧПУ.

Комплект шпинделя с водяным охлаждением 1.5 КВт

Комплект шпинделя с водяным охлаждением 1.5 КВт

1 & 220v 1.5kw ER16 шпиндель с водяным охлаждением 4 подшипника 80x220mm

1 & 220v 1.5kw 1000Hz инвертор/VFD

1 & 80 мм шпиндель кронштейн/держатель

1 & 220v 75w Водяной насос и 5m трубы

Баланс между качеством и мощностью — это то, что вы получаете с комплектом шпинделя G-Penny machine 1.5KW ER16.

Шпиндель имеет диаметр 3,14 дюйма и может быть установлен на фрезерный станок с ЧПУ с помощью зажима, входящего в комплект.

Этот комплект шпинделя включает шпиндель ER16 мощностью 1,5 кВт, зажим 80 мм и частотно-регулируемый привод 220 В.

Вы можете увеличить скорость этого двигателя до 24 000 об / мин при мощности 1,5 кВт, используя источник питания 220 В. Но может вращать только по часовой стрелке. Скорость можно изменять с помощью частотно-регулируемого привода, входящего в комплект.

Однако самая низкая стабильная скорость, которую вы можете достичь с помощью этого комплекта, составляет 6000 об / мин. Вы можете использовать другой VFD, чтобы снизить скорость.

Шпиндель имеет предварительно установленную цангу ER16 и может удерживать инструменты в диапазоне 0,02–0,354 дюйма (0,5–9 мм) с биением 0,002 дюйма.

Это шпиндель с водяным охлаждением, изготовленный из нержавеющей стали. Насос и патрубки для охлаждения входят в комплект. Этот шпиндель подходит для гравировки и резки дерева, алюминия и других мягких материалов.

В комплект входят шпиндель, частотно-регулируемый привод 220 В, 400 Гц, водяной насос 220 В 80 Вт, 16-футовая труба.

Основные параметры ВМШ

Основные параметры: мощность и момент двигателя, частоты вращения, допустимые силы резания, -назначались на основе анализа режимов обработки стальных и алюминиевых заготовок торцовыми, длиннокромочными, концевыми, дисковыми фрезами, а также расточным, сверлильным и резьбообрабатывающим инструментом (сверла, развертки, резцы и т.п.). В качестве материала инструмента использовались твердый сплав и керамика. При выборе режимов обработки учитывалось то обстоятельство, что при разгоне вышеопределенных частот вращения в коническом соединении оправки и шпинделя может возникать зазор, который необходимо исключить. Основные параметры разработанных в рамках государственного контракта ВМШ представлены в таблице.

Рис.5. ВМШ HSK 100 (продольный разрез)

На рис. 5 приведена конструкция ВМШ с конусом HSK-A100. Ротор 1 электродвигателя устанавливается с натягом для передачи момента на шпиндель 2. Влияние электромагнитных полей двигателя уменьшается кольцами 3 из немагнитного материала, которые могут использоваться и для балансировки. Шпиндель 2 вместе с ротором электродвигателя и другими вращающимися деталями балансируется до обеспечения остаточного дисбаланса, при котором центр тяжести шпинделя смещается не более чем на 1…2 мкм. Статор 4 с рубашкой охлаждения 7 устанавливается в корпусе 5 ВМШ и охлаждается при подаче жидкости в полость 6 этой рубашки. С помощью той же системы происходит охлаждение подшипников. Передней опорой шпинделя служат сдвоенные радиально-упорные шарикоподшипники 8 и 9, натяг в которых обеспечивается пружинами 10 (при высоких частотах вращения) и пневматическим цилиндром 11 (при меньших частотах и больших нагрузках). Инструмент устанавливается в оправке 12, которая закрепляется с помощью механизма зажима 13 на шпинделе, базируясь в соединении 14 типа HSK-A. Разжим оправки 12 проводится при подаче масла под давлением в правую полость 15 гидроцилиндра 16, подвижный корпус которого через прихват 17 связан со шпинделем 2. Таким образом, при разжиме оправки 12 осевое усилие разжима пружины воспринимается опорами шпинделя лишь частично. Контроль углового положения шпинделя проводится датчиком , который состоит из намагниченного диска 18, закрепленного на шпинделе, и считывающей головки 19, установленной на фланце корпуса. Датчики колебаний 20 и перемещения переднего конца 22 расположены в корпусе ВМШ. Датчики температуры расположены в непосредственной близости к наружным кольцам опор и на рис. 5 не показаны. Подача СОЖ проводится через сопла 23 или через отверстие в тяге 24 механизма зажима 13.

CNC Шпиндельный двигатель 2,2 кВт

CNC Шпиндельный двигатель 2,2 кВт

Полный комплект шпинделя с ЧПУ для вашей новой сборки с ЧПУ, который может резать мягкие материалы, — это то, что вы получаете с этим комплектом двигателя шпинделя с ЧПУ.

Шпиндель весит 5 кг, а весь комплект весит около 10 кг и включает двигатель шпинделя, частотно-регулируемый привод, водяной насос, 16-футовые водопроводные трубы, 2,75-дюймовую щетку для защиты от пыли, 13 цанг ER20 и 10 сверл.

Вы также можете купить шпиндель без комплекта, связавшись с продавцом по электронной почте.

Вы можете установить шпиндель на любую раму, которая может вместить шпиндель диаметром 3,14 дюйма. Комплект поставляется с цангами ER20 и имеет биение 0,0002 дюйма, что является довольно хорошей точностью.

Вы можете изменять скорость шпинделя от 0 до 24 000 об / мин с помощью частотно-регулируемого привода, который обеспечивает мощность 2,2 кВт. ЧРП, поставляемый с комплектом для управления скоростью шпинделя, представляет собой блок 220 В, 0-400 Гц.

Шпиндель для станка с ЧПУ имеет водяное охлаждение, а в комплект входит погружной насос на 220 В, что делает его пригодным для долгой работы.

Шпиндель, частотно-регулируемый привод и водяной насос вместе могут потреблять ток около 15 А, поэтому вам, возможно, придется предоставить соответствующие выключатели для его настройки.

Используемые разъемы представляют собой авиационные вилки и обеспечивают хорошую гидроизоляцию.

Хорошо промаркированные провода, а также документация и видео помогут вам в процессе установки. Кроме того, на Youtube есть множество видеороликов о настройке этих шпинделей, которые помогут вам в этом.

Регулировка и настройка

На традиционных станках с зафиксированным в одном положении шпинделе регулировка оборотов двигателя проводится классическим, механическим способом, за счет коробки скоростей. На изображении рычаг регулировки скоростей шпинделя на традиционном фрезере:

На шпинделях с встроенным электродвигателем регулировка выполняется электрическим способом, за счет снижения и повышения тока, подаваемого на электродвигатель.

Сам шпиндель перед работой не требует специальной настройки. Внимание уделяется правильному расположению и надежному закреплению фрезы, согласно инструкции по эксплуатации для каждого станка. Неправильно вставленная фреза может делать выборку не на той глубине, где предусмотрено или выскочить из зажима во время работы.

CNC Шпиндельный двигатель 4 кВт

CNC Шпиндель для станка с ЧПУ 4 кВт

Этот шпиндель весит около 8 кг и является крепким шпинделем. Его размер составляет 100 мм.

С этим шпинделем вы получаете цангу ER20, которая позволяет использовать инструменты с диаметром вала от 0,039 до 0,512 дюйма и имеет биение 0,0004 дюйма.

HongYang также производит шпиндели ER11 на 1,5 кВт, ER25 на 4 кВт, ER32 на 7,5 кВт, все из которых доступны на AliExpress

Вы можете изменять скорость шпинделя от 1 до 24 000 об / мин. Чтобы управлять скоростью шпинделя, вам нужно подключить его к VFD.

Он рассчитан на 220 В, может производить мощность 4 кВт и потреблять максимальный ток 10 А при частоте 400 Гц.

Шпиндель имеет водяное охлаждение и может использоваться для фрезерования или гравировки по дереву, камню и мягким металлам, таким как алюминий.

Эти шпиндели бесшумны и хорошо сбалансированы, что обеспечивает хорошую стабильность при работе на высоких скоростях.

Материал конструкции прочный и может служить долго.

Задняя бабка

Опорный узел, предназначенный для поддержания заготовки соосно со шпиндельной головкой, называется задней бабкой. В состав задней бабки входит пиноль – подвижное устройство, перемещаемое вдоль оси заготовки при помощи винта, приводимого в движение маховиком подачи.

Цифрами обозначены:

1. Маховик подачи.
2. Рычаг эксцентриков фиксации корпуса.
3. Фиксатор пиноли.
4. Корпус задней бабки.
5. Пиноль.
6. Центр.
7. Технологические отверстия.
8. Основание корпуса.
9. Болт поперечного перемещения корпуса.

Перед началом работы рекомендуется сдвинуть заднюю бабку в сторону шпинделя и проверить их соосность визуально. В случае возникновения сомнений, в шпиндельной головке зажимают один конец тестировочного стержня (заготовки), а центром сдвинутой на свое место задней бабки подпирают второй конец. Затем по направляющим станины передвигают по всей длине стержня жестко закрепленный микрометр. Щуп прибора должен касаться стержня – так проверяется осевое биение заготовки. Если биение существует, то под основание задней бабки подкладывают тонкие регулировочные пластины, стремясь свести осевое биение к минимальным значениям или к нулю.

Задняя бабка может выполнять не только функции опорного элемента, но и быть держателем некоторых видов инструмента. Сверло, метчик, проходной резец для внутренней обработки – многие из этих предметов могут быть закреплены в пиноли.

Внутренняя часть пиноли обработана под конус Морзе, поэтому и хвостовики инструмента должны быть иметь этот конус. Конструкция задней бабки сделана так, что при вращении назад, пиноль втягивается в корпус на определенную глубину. В это время в торец инструмента, вставленного в пиноль, упирается торец двигающего ее винта. Таким способом инструмент выталкивается из пиноли.

Простота конструкции задней бабки не отменяет необходимости ее регулировки, настройки или ремонта.

После длительной эксплуатации или по мере необходимости проводят ревизию задней бабки. В случае проведения ремонта, после выполнения всех необходимых работ или замены деталей, проводят регулировку задней бабки, которая называется юстировкой.

При любых работах по регулировке и настройке металлорежущих станков не применяются регулировочные пластины из дерева из-за их мягкости.

Какой шпиндель использовать для обработки стали

Обычно для обработки стали требуются низкие обороты (по сравнению с числом оборотов в минуту для алюминия и дерева) и высокая мощность шпинделя с ЧПУ.

Возможность обработки стали также зависит от жесткости вашего станка и используемых инструментов. Для стали рекомендуется выбирать шпиндель с большой мощностью при низких оборотах.

Силы, действующие на инструмент и, следовательно, на шпиндель, больше при обработке твердых материалов, таких как сталь.

Желательно выбирать шпиндель со стальным корпусом, жесткой конструкцией и керамическими подшипниками. Керамические подшипники выдерживают биение с большей силой, чем металлические шариковые подшипники.

Мощность и скорость фрезерного шпинделя с ЧПУ определяются также типом операции обработки, которую вы собираетесь выполнять.

Например, сверление стали требует больше энергии, чем фрезерование или токарная обработка стали.

Обычно при обработке стали скорость фрезерования на 50% выше, чем скорость сверления.

В случае токарной обработки скорость может быть на 100% больше, чем при сверлении.

Для предприятий, которым необходимо выполнять тяжелую производственную работу, я настоятельно рекомендую шпиндели ATC вместо обычных шпинделей с ЧПУ.

Для станков по дереву

На деревообрабатывающих фрезерах применяются конструктивно практически такие же шпиндели, как и на металлообрабатывающих. На простых станках используются прямые валы с патроном или цангой для зажима фрезы. Также валы с резьбовым зажимом под насадные фрезы.

На изображении – шпиндель простого фрезера по дереву с дисковой насадной фрезой.

На них насаживаются фрезы самого разного профиля, под выборку паз/шип для вагонки, плинтусного профиля, шипы для сращивания, обработки цилиндрических деталей за два прохода (с двух сторон по полукругу) и т.д.

На современных деревообрабатывающих фрезерах с программным управлением применяются сложные шпиндели с собственным электродвигателем, описанные выше.

Особенность шпинделей для деревообработки в более высоких оборотах. При этом смазка в подшипниках склонна к перегреву, поэтому применяются термостойкие смазки для высокооборотных узлов.

Факторы, которые следует учитывать при выборе шпинделя для вашего фрезерного станка с ЧПУ

Размер и вес.

Размер двигателя определяет, можно ли его правильно установить на ваш фрезерный станок с ЧПУ. Также важно учитывать форму шпинделя, поскольку существуют шпиндели цилиндрической и квадратной формы.

Убедитесь, что рама вашего фрезерного станка с ЧПУ достаточно прочна, чтобы выдержать вес шпинделя. В шаговых двигателях на осях должны иметь достаточный крутящий момент для обработки веса двигателя.

Скорость и мощность

Скорость шпинделя определяет диапазон работы, которую вы можете выполнить. Например, резка мягких материалов требует низкой скорости, так как большие куски материала можно легко отрезать.

В случае металлов срезание больших кусков металлов затруднено, и, следовательно, количество материала, удаляемого за один проход, значительно уменьшается.

Чтобы добиться высокой скорости резания, вам придется увеличить скорость шпинделя, чтобы делать больше резов в минуту.

Мощность шпинделя — еще один фактор, ограничивающий ваши проекты. Шпиндель с достаточной мощностью может обеспечить плавный рез и предотвратить повреждение заготовки. С другой стороны, шпиндель без достаточной мощности может привести к его остановке.

Тип охлаждения

Шпиндели с очень высокими оборотами имеют тенденцию быстро нагреваться, поэтому важно обеспечить надлежащее охлаждение шпинделя.

Наиболее распространенными типами охлаждения, доступными для шпинделей, являются воздушное охлаждение и водяное охлаждение. Вода имеет более высокую теплоемкость, чем воздух, и, следовательно, она может отводить больше тепла от двигателя. Лучше использовать дистиллированную воду вместо обычной, чтобы не повредить шпиндель.

Шпиндели с воздушным охлаждением, как правило, имеют лучшие характеристики крутящего момента, чем шпиндели с водяным охлаждением, благодаря своей конструкции. Но шпиндели с воздушным охлаждением производят больше шума, чем шпиндели с водяным охлаждением.

Обычно, шпиндели с водяным охлаждением служат дольше и обеспечивают лучшую точность, чем шпиндели с воздушным охлаждением.

Основной проблемой при эксплуатации шпинделя с водяным охлаждением является влияние климатических условий. Так как в холодную погоду вода может замерзнуть и помешать вращению шпинделя.

Водяное охлаждение предпочтительнее воздушного охлаждения, если шпиндель используется в течение продолжительных периодов времени.

Контроль скорости

Шпиндель с низким энергопотреблением может управляться драйверами двигателя с ШИМ (широтно-импульсной модуляцией).

VFD (частотно-регулируемый привод) предпочтительнее для мощных шпинделей, поскольку они обеспечивают лучший контроль и стабильную работу.

Необходимо выбрать правильный ЧРП для вашего шпинделя. Неправильная конфигурация может немедленно вывести из строя ваш шпиндель. Убедитесь, что номинальное напряжение, ток и частота шпинделя соответствуют вашему VFD (если у вас уже есть VFD).

Также можно управлять скоростью шпинделя с помощью контроллера, который запускает ваши шаговые двигатели. Я подробно рассказываю о контроллерах GRBL с ЧПУ здесь — Лучшие контроллеры с ЧПУ GRBL для любителей .

Преимущества

Возможности фрезерного ЧПУ станка обуславливаются выбранной разновидностью шпинделя и его техническими характеристиками. Фрезерные шпиндели обладают такими преимуществами:

1. Общая прочность конструкции станка значительно возрастает.
2. Увеличивается КПД оборудования.
3. Современные механизмы изготавливаются из высококачественных материалов, которые выдерживают большие нагрузки.

Чтобы оборудование прослужило дольше, а заготовки не портились в процессе обработки, нельзя забывать про установку системы охлаждения. Если выбрано водное охлаждение, необходимо придумать куда спрятать шланги для подачи жидкости и установить емкость с самой жидкостью. При выборе воздушной системы охлаждения нельзя забывать про очистку фильтров, которые засоряются во время работы с различными материалами.