Шпиндель фрезерного станка с ЧПУ выполняет ряд важных функций, обеспечивая:
- главное движение обработки (вращение фрезы);
- продольное, поперечное и вертикальное перемещение режущего инструмента;
- крепление фрезы (а также автоматическую смену режущего инструмента – если станок оснащён такой функцией);
- охлаждение электромотора шпинделя с помощью встроенной системы (воздухом или жидкостью – см. ниже).
Помимо этого, современные шпиндели могут оснащаться набором датчиков, предоставляющих системе ЧПУ важную информацию о функционировании систем фрезерного станка.
Устройство шпинделя для фрезерного станка
В конструкции шпинделя для фрезерного станка можно выделить четыре подсистемы: электромотор (обеспечивающий вращение фрезы), упорные подшипники (в которые установлен вал электромотора), цанговый патрон и/или съёмный конус (для крепления/быстрой смены режущего инструмента), систему охлаждения.
Электродвигатель современного шпинделя для фрезерного станка асинхронный, переменного тока, чаще всего – реверсивный.
Ротор электродвигателя устанавливается в подшипники качения. Со стороны фрезы (точнее, цангового патрона электрошпинделя) применяется упорный подшипник – для компенсации реактивной нагрузки при движении фрезы в продольных направлениях.
Для обеспечения высокого качества обработки заготовок вал электродвигателя, подшипники и цанги имеют повышенную точность размеров и строгий допуск на радиальное биение. Кроме того, электродвигатель должен обеспечивать заданную плавность вращения в широком диапазоне рабочих частот.
Все компоненты шпинделя для фрезерного станка «прячутся» в цилиндрический корпус, который выполнен сплошным (для повышения жёсткости конструкции). В корпусе могут быть полости для прохождения охлаждающей жидкости (см. ниже) и съёмные крышки для обслуживания/замены подшипников.
Характеристики шпинделей для фрезерного станка по металлу, древесине, пластику
При выборе шпинделя для фрезерного станка следует обращать внимание на следующие параметры:
- Мощность: для обработки древесины/пластика – 0,8-6,0 кВт, для лёгких металлов – от 1,5 кВт, для камня и твёрдых сталей – свыше 4.5 кВт.
- Тип охлаждения (для обработки твёрдых заготовок предпочтительней жидкостное).
- Предельная скорость вращения (в большинстве случаев максимум 18 тыс. или 24 тыс. об/мин – для высокоскоростной обработки).
- Тип цангового патрона (обычно ER-11, ER-20, ER-25, ER-32).
- Напряжение питания (220 В, или 380 В).
Для охлаждения шпинделя для фрезерного станка может использоваться поток воздуха или жидкости. В первом случае шпиндель имеет специальную крыльчатку для принудительного обдува компонентов электрошпинделя воздухом (для этого «внутренности» корпуса имеют специальные полости).
- Достоинством воздушного охлаждения является простота и компактность системы, отсутствие риска протечек, старения жидкости и т.п.
- А недостатком – сравнительно низкая эффективность, зависимость интенсивности охлаждения от частоты вращения (проблемы с теплоотводом при фрезеровке на низкой скорости), быстрое засорение фильтров (особенно при обработке камня, древесины и т.п.).
Жидкостное охлаждение предполагает принудительную прокачку теплоносителя (воды или антифриза) сквозь полость-«рубашку» внутри корпуса шпинделя. Для этого система охлаждения имеет насос, ёмкость для жидкости, фильтры и в некоторых случаях датчики температуры.
- Достоинства – интенсивный теплоотвод (при любых частотах вращения шпинделя).
- Недостатки – усложнённая система, наличие ёмкости (увеличение габаритов станка) риск протечек, затруднённое обслуживание (жидкость может стареть, «цвести», забивая органической взвесью внутренние полости корпуса).