Одной из составных частей металлообрабатывающего станка является шпиндель. Параметры этого компонента напрямую определяют производительность и качество металлообработки. В частности, от характеристик шпиндельного узла во многом зависит точность обработки заготовок и другие качественные параметры продукции.
Существует два концептуально разных типа шпинделей. Первые удерживают инструмент, вторые – обрабатываемую деталь. Первые применяются во фрезерных, сверлильных, расточных станках. Вторые входят в состав токарного оборудования. В соответствии с другой общепринятой классификацией различают скоростные и силовые шпиндельные узлы. Они находят применение в станках специального назначения, используемых для нестандартной металлообработки.
Конструкция шпинделя
Классическая конструкция этого компонента включает следующие элементы:
- вал;
- опоры;
- концевое зажимное устройство (патрон, цанга и пр.);
- приводной узел.
Нужно отметить, что конструкции шпинделей постоянно совершенствуются, и, к примеру, в некоторых из них отсутствует приводной узел. Такие шпиндели не получают вращательный момент от двигателя, а сами являются ротором асинхронного электромотора, помещённым внутрь цилиндрического корпуса со статорной обмоткой.
Особенности конструкции шпинделя
Ключевой конструктивной особенностью шпинделя любого типа является использование в конструкции опорных подшипников, удерживающих вал в рабочем положении (горизонтальном или вертикальном) и предотвращающих его радиальное биение. Дешёвые шпиндели комплектуются, как правило, самыми простыми подшипниками качения. Узлы, к которым предъявляются жёсткие требования по минимизации радиальных биений, оснащаются гидродинамическими подшипниками скольжения. В высокоскоростных прецизионных станках применяются гидростатические и магнитные опоры, обеспечивающие осевые отклонения не более 0,5 мкм. Такие подшипники используются сегодня в большинстве машин с ЧПУ.
Другая особенность конструкции шпинделя состоит в наличии собственной системы охлаждения. Поскольку шпиндель механически непосредственно сопряжён с обрабатываемой заготовкой или инструментом, то выделяемое в процессе металлообработки тепло поглощается зажимным устройством и валом, что вызывает температурные деформации компонентов шпинделя. Этот эффект предотвращает смазочно-охлаждающая жидкость, омывающая специальные технологические полости внутри шпинделя, за счёт чего устраняются условия возникновения деформаций.
Выбирая шпиндель
К выбору шпиндельного узла нужно подходить комплексно, учитывая все конструктивные особенности. При покупке шпинделя для модернизации станка, либо станочного оборудования в зависимости от типа шпиндельного узла анализу подлежат следующие моменты.
- Скорость металлообработки, на которую рассчитана оснастка.
- Величина радиальных биений.
- Тип опорных подшипников.
- Простота обслуживания системы охлаждения.
Если правильно подобрать шпиндель в зависимости от скорости вращения, то это обеспечит долговременное исправное функционирование подшипников, что в свою очередь снизит погрешности обработки заготовок. Тип опор влияет, прежде всего, на точность металлообработки и цену станка, так как, например, оборудование с гидростатическими подшипниками оснащается достаточно дорогостоящими масляными насосами. Как дополнительный критерий выбора шпиндельного узла можно рассмотреть наличие возможности его ремонта, что уменьшает стоимость эксплуатации, снижая расходы на замену шпинделя.
