Что такое шпиндель токарного станка: что это такое, для чего нужен, фиксация и устройство с фото и картинками

что это такое, для чего нужен, фиксация и устройство с фото и картинками

18.03.2020

1. Устройство и характеристики
2. Принцип работы шпинделя и из чего он состоит
3. Применение шпинделя: для чего он нужен
4. Классификация шпинделей по типу, размеру и диаметру
5. Выбор типа шпинделя
6. Выбор вида охлаждения
7. Выбор скорости и мощности
8. Как изготовить своими руками шпиндель по картинке
9. Обслуживание

Давно занимаетесь металлообработкой или только начинаете изучать теорию? Мы поможем разобраться с базовыми навыками. В статье расскажем о шпинделе станка: что это такое, покажем фото держателя инструмента и поговорим о том, как с ним работать.

Обработка металла на станках получила широкую распространенность. Это и не удивительно, с появлением машинизированного оборудования значительно, в разы увеличилась производительность труда, а сам процесс изготовления металлических изделий стал намного проще – рабочие тратят меньше времени на один производственный цикл.

Создание станочного оборудования также обеспечило:

• Более высокое качество деталей, хороший класс точности.
• Снижение итоговой стоимости всех работ.
• Увеличение скорости производства.

Практически ни один станок не обходится без фиксации шпинделя – что это расскажем на примере токарного аппарата. Это элемент, который отвечает за крепкую и надежную установку на одном месте заготовки. Если брать в качестве образца токаря, то он крепит металлический брусок или вал между двумя бабками, с одной из сторон которой установлен такой держатель. Вторая очень простая иллюстрация – это дрель. Здесь для того, чтобы удержать сверло или другой инструмент, тоже нужно монтировать его внутрь шпинделя.

Само слово имеет немецкое происхождение. Spindel – это веретено, то есть то, что имеет возможность вращаться в разные стороны. Конструктивно это вал. Сам термин в основном применяется в таких направлениях как станкостроение, металлообработка и деревообработка, соответственно. Это крайне важный элемент, без него не может быть представлена работа ни единого устройства. Задача детали – передавать усилие, которое генерирует электродвигатель, к обрабатываемой заготовке из металла или дерева, пластмасса. На вал крепится приспособление для центрирования и зажима данного бруска.

Объясним еще раз на простом примере, чтобы понять, что есть две основные цели – вращаться и держать заготовку. В токарном станке есть шпиндель. С одной стороны прикреплено зубчатое колесо, посредством него происходит передача усилия. Со второго края вала расположен подшипник. На него прикрепляется патрон для зажима.

Но, казалось бы, зачем еще он нужен, если можно присоединять металлический или деревянный образец непосредственно к коробке передач, редуктору? Дело в том, что эти части станка не приспособлены к повышенным вибрациям и высоким нагрузкам, они просто сломаются от них. А вот вал может стать посредником, который и принимает на себя все механические (и термические) воздействия. К тому же, на одной его стороне есть патрон, который имеет элементы крепления – резьбу, шлицы, пазы, то есть универсально подходят под конкретную цель крепежа.

Какие можно назвать особенности устройства шпинделя:

• Крепление осуществляется с помощью подшипника качения. Это прочный узел, стандартный, но он тоже имеет различные исполнения. Например, одни могут иметь устойчивость к вибрации, другие – более дешевую стоимость. Намного лучше работают станки, оснащенные системой подачи охлаждающей и смазывающей жидкости, потому что в таком случае подшипники меньше испытывают напряжение и трение, тем самым значительно увеличивая срок годности.
• Основное вращательное движение вал получает от асинхронного двигателя. Он устанавливается в корпусе оборудования – обычно в правой бабке. Сперва электродвигатели питались только от трехфазных источников и устанавливались непосредственно на производствах. Считалось, что они обладали более высокой мощностью. Но сейчас производят аппаратуру, которая питается от 220 В, поэтому может быть размещена и в обычных условиях – часто токарные или фрезеровочные установки стоят в гаражах и иных «домашних» постройках для личного пользования.
• Шпиндель может получать вращательное движение напрямую от электродвигателя, но чаще – через дополнительный узел, например, ремень. Ременная передача удобна – эта деталь недорого стоит, легко крепится, а также проста в использовании, но на очень высоких оборотах она может проскальзывать. В таких случаях, когда нужна большая скорость, устанавливают зубчатые колеса, шестерни.
• Основное крепление, которое находится с края вала, – это цанговый патрон. Это позволяет осуществить надежное крепление хвостовика любого диаметра. Практически все инструменты для резки по металлу, для сверления оснащены таким наконечником (хвостом), а если нет, то крепить приходится по внешнему краю, что намного менее надежно и допускает значительные расхождения и вибрации.
• Очень важно при промышленном производстве – наличие системы охлаждения на токарных или фрезерных станках. Она играет большое значение – продлевает максимальный период эксплуатации, а также время беспрерывной металлообработки.
• Самые сложные шпиндели – у аппаратуры с ЧПУ. Дело в том, что наличие пульта числового управления делает возможным изготовление деталей с максимальной точностью. Это, в свою очередь, требует минимальных вибраций. Такую качественную аппаратуру можно заказать через интернет на сайте компании https://stanokcnc.ru/. Здесь представлены качественные станки для обработки металлических заготовок.
• Степень фиксации вала напрямую зависит от скорости вращения. Чем она выше, тем более надежно должно происходить крепление.

Практически все оборудование с данным элементом заключается в применении режущей кромки по подготовленному материалу. Конструктивная особенность вала в том, что можно производить надежную фиксацию инструмента в одном из режимов работы станка – в силовом или скоростном. Во втором случае основная задача аппарата заключается в том, чтобы в максимально короткие сроки срезать верхний слой с поверхности обрабатываемой заготовки. У скоростного принципа работы есть свои особенные черты:

• Увеличивается производительность. Перед тем как просто выбрать высокую частоту вращения, необходимо провести измерения и занести все параметры в технологическую карту.
• Максимальное распространение данный вариант получил в случае финишного точения или при тонкой фрезерной обработки, поскольку нужно снимать только крайне тонкий слой на высокой скорости.
• Наиболее частый тип исполнения – это асинхронный двигатель с ременной или зубчатой передачей.
• Но иногда элемента-посредника попросту нет. Но из-за этого нельзя давать на аппарат слишком большое усилие, это грозит перегрузкой мотора. Но это еще и существенно уменьшает минимальные размеры всей установки, поэтому технология прямого подключения применяется в различных ручных электроинструментах.

Вторая категория – силовые аппараты – имеют следующие характерные черты изготовления и эксплуатации:

• Между резцом (сверлом) и самим крепежным устройством электрошпинделя необходимо вставлять втулки – это прокладки конической формы, которые существенно увеличивают положительные качества изделия и снижают вибрации, хорошо влияют на прочность. Их необходимо выбирать в зависимости от хвостовика – диаметра и типа.
• Не рекомендуется подключение напрямую к мотору, так как переменная нагрузка выводит его из строя. Основной способ передач – клиноременная или с помощью шестерен.

Для начала отметим, что сфера использования настолько широка, насколько много различного оборудования для металлообработки и обработки дерева, пластика. Если основное назначение детали заключается в том, чтобы держать оснастку, то и, соответственно, применение исходит из особенностей инструментария:

• Каждый электроинструмент, имеющий насадку, не обходится без электрошпинделя в качестве держателя.
• Необходим узел для фрезерных и токарных станков – они, в свою очередь, имеют очень широкое распространение, так как с их помощью можно создать многочисленные изделия.
• Фиксация проката для его обработки – это еще одно назначение.

Но самой главной функцией остается фиксация оснастки. Причем надежность крепления такая высокая, что она позволяет достигать максимальных вращений и предельной осевой нагрузки на вал.

Есть различные основания для классифицирования. Первая, она же, пожалуй, основная, – это то, для какого оборудования предназначен узел. Безусловно, для разных станков и электрооборудования необходимы различные приборы.

Второй принцип различения – это типоразмер. Аппараты бывают разных размеров, предназначены для промышленного использования и частного применения. В связи с этим и расходные детали нужны самые разные – покрупнее помельче. Если вы хотите заменить шпиндель на собственном станке, то обязательно при покупке необходимо указать номер своего оборудования, название и год выпуска (могут быть разные модификации).

Ну и последняя, но не по назначению, классификация – по виду. Валы могут быть:

• Коллекторные. Это устройство, включающее цанговый валец высокоскоростного типа. Основные сферы использования – фрезерные станки, а также операции по нанесению гравировки.
• Специализированные на высоких оборотах. Они позволяют достигать значительной скорости металлообработки, поэтому повышается производительность. Но так как хорошее качество может быть достигнуто только при большой точности, то применяются высокоскоростные модели в основном только на оборудовании с ЧПУ. Купить такие станки можно на сайте https://stanokcnc.ru/.
• Конструкция со встроенным охлаждением. Охлаждающая система может подавать через деталь или жидкость, или холодный воздух. Это повышает скорость резания и степень шероховатости поверхности, а трение становится меньше, поэтому и износ тоже приходит позже.

Есть и еще одна классификация – по производителю. Конечно, европейское изготовление более предпочтительно, чем китайское. В Европе часто используют фарфоровые подшипники, которые дают очень положительные качества работы.

Теперь представим конкретные разновидности, отметим их достоинства и характерные черты. Их следует учитывать при подборе детали.

Со встроенным электромотором (электрошпиндели)

Они:

• Способствуют развитию очень высоких скоростей. При стандартных 18 000 – 24 000 оборотов в минуту, некоторые модели могут поддерживать и рабочие 120 тысяч об/мин.
• Очень хорошо режут на больших скоростных режимах.
• Имеют ограничения в нагрузках – оно продиктовано использованием небольших шариковых подшипников.
• Не приспособлены для обратного хода. Отсутствие такой функции сильно затрудняет создание некоторых элементов, например, нарезку резьбы.
• В качестве фиксаторов наиболее часто применяются конусы или цанговые зажимы.

Механические с внешним приводом

Они:

• Имеют дело с намного меньшими скоростями. Стандартном можно считать от 300 до 8 000 оборотов в минуту. Это обусловлено тем, что довольно трудно привести в движение все подшипники, шестерни и прочие передающие движение элементы
• Жесткость и нагрузочная способность больше. Почему? потому что можно использовать не только шарикоподшипники, но и более устойчивые – роликовые. Так что такое оборудование может быть использовано даже для силовой фрезеровки титана или других прочных металлов.
• Есть обратная связь – при условии установки мотора с энкодером.
• Применяются инструментальные конусы вместо цанг – последние не отвечают требованиям по жесткости фиксации.

Охлаждать зону вращения требуется, чтобы увеличить срок эксплуатации. Есть два типа.

Водяное (жидкостное)

Отличия:

• Они очень тихие – жидкость поступает почти бесшумно. Но при этом есть еще один громкий звук от движения крыльчатки.
• Наличие контура, которые включает систему трубок, емкость, помпу. Нужно постоянно контролировать подачу влаги и ее температуру.
• Может работать на низких оборотах.

Воздушное

Отличительные черты:

• Сильный и не самый приятный звук.
• Может происходить разлет стружек под воздействием струи воздуха.
• Необходимо с одинаковыми промежутками заниматься прочисткой рубашки, где забиваются частички металла.
• Требуется очень тщательно следить за температурой, идеально – установить датчик с сигналом, потому что весь аппарат очень чувствителен к перегреву.

В результате рекомендуем применять воздушный вариант при работе с мягкими материалами, но когда заготовка из прочного металла, лучше применять жидкостное охлаждение.

Параметры напрямую зависят от того – как и что нужно резать. Алгоритм определения режима приблизительно такой:

• Оценивается твердость материала и поставленная задача (сверление, пазы, разрезание и пр.).
• Выбирается фреза.
• Под инструмент и процедуру подстраивается диапазон скоростей.
• Отсюда – максимальное и минимальное вращение.

Если вы не боитесь самостоятельно создать изделие по готовым образцам из интернета. Для этого обычно требуются точные расчеты и наличие токарного оборудования. Приведем пример чертежа с размерами:

Основные требования к эксплуатации:

• Своевременная очистка от стружки или система стружкоотведения.
• Оснащение охлаждением зоны резания.
• Подбор и фиксация хвостовика по размерам.
• Нельзя вставлять сломанный инструмент.
• Устраняем излишнюю вибрацию.

Мы рассказали об одной из наиболее важных частей станка. Будьте внимательны при выборе и использовании.

Шпиндель токарного станка: устройство, ремонт, виды

Шпиндельный узел (ШУ, коробка скоростей) замкнута в литой чугунный картер. Главным элементом считается шпиндель, как звено станка. Это трубчатый полый вал со сквозным отверстием, на концах которого крепятся зажимные элементы или режущий инструмент. На опорах и посадочных гнездах коробки чаще используются подшипники качения. К ним предъявляются серьезные требования по соблюдению точности посадочного места. Иначе неизбежна деформация подшипниковых колец с негативными последствиями.

При малых скоростях, агрегат получает обороты от шестерни, сидящей на валу. Высокие скорости вращения достигаются от приводного шкива и ремня.  Передняя опора компенсирует осевую нагрузку, причем задняя остается не закрепленной. Такой подход положительно выявляет жесткость, уменьшая нагрев, а также возможную деформацию правой шейки шпинделя.

Оглавление:

1. Характеристики
2. Ремонт
3. Сфера использования
4. Отличительные особенности

Описание и виды

Отличаются по назначению, размерам, мощности, способу привода, классу чистоты, типу опор.

Использование шпиндельной бабки привязано к быстроходности, точности поверхности заготовки, производительности токарного станка. Показатель низкого качества обработки свидетельствует о малых оборотах, изношенности гнезда, рабочего инструмента (резца), отсутствия балансировки ШУ.

Техническая характеристика шпиндельного узла ориентирована нарезать винтовую резьбу разного профиля, шага. Оборудование растачивает, сверлит заготовки любой твердости, включая каленный прокат.

Технической особенностью устройства считается точение метрической, модульной, других профилей резьбы необходимого шага.  Параметры, характеризующие шпиндель:

1. Диаметр обрабатываемого изделия, Д.
2. Высота центров, ВЦ — означает половину (0,5Д), которая может разместиться над станиной.
3. Расстояние между центрами, РМЦ — расстояние между центром задней (подвижной) бабки и кулачками патрона.

Шпиндель токарно-винторезного станка имеет правую и заднюю опоры. Первая входит в радиальный двухрядный роликовый, а задняя сидит на двух упорных шариковых подшипниках. Валы входят в конические ролики качения и получают обороты от клиноременного шкива. Конструктивная простота шпиндельного узла определяется количеством подшипников, надежной фиксацией, герметичностью элементов уплотнения.

Ремонт

Ремонт заключается в точном восстановлении шеек шпинделя. При наличии заусениц, шейки посадочных мест подвергаются проточке, шлифовке, полированию (желательно пастой ГОИ) мелкозернистой наждачной бумагой, смачивая поверхности маслом.

Посадочные места подшипников склонны к ослаблению, если не сказать изнашиванию. Приемлемый вариант реставрации: хромировка, лучше металлическое напыление требуемой высоты. Не возбраняется растачивать шейку настолько, чтоб впрессовать на нее стальную горячую втулку. После обкатки подшипники проверяют на предмет биения.

Конус шпинделя нарезается на станке. По окончании операции его шлифуют наждачным полотном. Ремонт детали выполняется при наличии станков: токарного, вертикально-фрезерного, круглошлифовального. Внутренний диаметр шпинделя привязан к РМЦ и большим размерам обработки, особенно, изделий трубного сортамента. Такие машины целесообразно приобрести для использования в нефтяной, геологоразведочной отраслях.

Шпиндель, как элемент токарного станка, состоит из полого ступенчатого вала. На торце его монтируется патрон или вспомогательные планшайбы для установки, фасонных изделий нестандартной формы.

Назначение

Точение наружной цилиндрической, конусной поверхности изделия, расточка внутренней оболочки. Помимо металлических материалов токарь торцует цилиндры, конуса, нарезает резьбу на древесном, композитном сырье. Вкупе со специальными навесными устройствами токарный станок выполняет также операции сверления, шлифования, фрезерования.

При этом, узел настроен на переменный режим работы, но высокой производительности с учетом применения твердосплавных инструментов (резцов).

Технологические характеристики оборудования среднего класса обеспечены достаточным уровнем автоматизации и, как следствие, качеством конечной продукции.

Шпиндельные бабки применяются в сфере энергетической, машиностроительной, авиастроения, изготовления колесных пар железнодорожного подвижного состава, турбин, конструкций прокатных станов. Продукцию этого ряда можно и желательно купить у солидных поставщиков.

Отличия

• Опоры на подшипниках качения. Не подвергаются нагреву, поскольку охлаждаются жидкой смазкой. Процесс упреждает тепловую деформацию от нагрева.
• Аэростатические посадочные места имеют электрический или воздушный привод. Работают с высокими скоростями, что повышает эксплуатационные характеристики обработки внутренних поверхностей.
• Гидростатические опорные шейки. Характеризуются отсутствием выработки при постоянных нагрузках. Фактором тому служит отсутствие контактов в металлических сочленениях шпинделя.
• Магнитные опоры. Отличаются продолжительным периодом эксплуатации под нагрузкой, без смазки. Устройство работает под воздействием магнитного поля, обеспечивая устойчивость шпинделя в заданном положении.

Стоимость описанных выше агрегатов варьируют в зависимости от диаметра заготовки, ВЦ, РМЦ, других опций.

Что такое шпиндель токарного станка? (с изображением)

`;

Промышленность

Факт проверен

Дата последнего изменения: 20 октября 2022 г.

Шпиндель токарного станка является «рабочей частью» токарного станка. Токарные станки используются для резки, придания формы и обработки дерева или металла и бывают самых разных конфигураций и размеров. Шпиндель обычно располагается на левом конце станины станка, если смотреть с точки зрения оператора.

Цель шпинделя состоит в том, чтобы удерживать и вращать обрабатываемый материал, не допуская чрезмерной вибрации или трепета во время процесса обработки. Биты или режущие инструменты могут быть встроены в токарный станок, установлены в качестве аксессуара или переносятся вручную. Токарный шпиндель, следовательно, является частью машины, которая делает ее токарной.

Шпиндель токарного станка обычно состоит из пластины или диска, закрепленного на валу или с интегрированным валом, и снабженного патроном, предназначенным для захвата конкретного обрабатываемого материала. Заготовка, подлежащая обработке на токарном станке, помещается встык, обычно горизонтально, над станиной станка, при этом один конец вставляется в патрон шпинделя, а другой — в свободно вращающуюся заднюю бабку, расположенную на противоположном конце станины от шпинделя.

Шпиндель и задняя бабка смещаются друг к другу, что приводит к заклиниванию бабки. Токарный станок запускается, и шпиндель начинает быстро вращаться. Затем режущие долота входят в зацепление с заготовкой, и вращение материала осуществляется за счет того, что стационарные долота режут и придают форму материалу, который удерживается и вращается шпинделем.

Во всех современных токарных станках ось шпинделя с соответствующей передачей, подшипниками, регулировочными винтами и, во многих случаях, двигателем находится в передней бабке. По сути, передняя бабка представляет собой корпус, защищающий закрытые механизмы от загрязнения и повреждений. Корпус передней бабки также защищает оператора от травм из-за неправильной эксплуатации или неисправности станка.

Токарные станки по металлу, которые используются для точной обработки металлических заготовок при больших объемах операций, представляют собой большие машины и, по необходимости, имеют большие мощные шпиндели, которые вращаются с помощью электродвигателей. Такие тяжелые шпиндели лучше выдерживают большие нагрузки и деформации, связанные с обработкой металлического пакета. Металлообрабатывающие станки также доступны для дома или небольшого цеха, но используются только для очень небольших объемов и легких операций, поскольку шпиндели и подшипники, которые принимают на себя основную нагрузку в процессе обработки, значительно уменьшены.

Токарный станок по дереву и его токарный шпиндель не обязательно должны быть такими большими или прочными, поэтому, за исключением крупносерийного производства, такие станки меньшего размера обычно подходят для домашней мастерской.

Вам также может понравиться

Рекомендуется

КАК ПОКАЗАНО НА:

Токарный шпиндель

: как это работает?

Шпиндель токарного станка является одним из наиболее важных компонентов токарного станка, который определяет его возможности обработки.

Вращает заготовку, в то время как режущий инструмент перемещается по осям X и Z для выполнения требуемой операции обработки.

В этой статье содержится подробное руководство по шпинделю токарного станка и его различным аспектам, таким как конструкция, типы и назначение.

Я также расскажу о вероятных проблемах, с которыми вы можете столкнуться при работе со шпинделем токарного станка, и о том, что следует учитывать при покупке шпинделя.

Что в этой статье?

• Шпиндель токарного станка
• Компоненты шпинделя токарного станка
• Типы шпинделей токарных станков
• Ручной и токарный шпиндели с ЧПУ
• Общие термины, используемые со шпинделями токарных станков
• Проблемы с токарными шпинделями
• Что следует учитывать при покупке токарного шпинделя
• Заключительные мысли
• 90 Часто задаваемые вопросы (Q
• Часто задаваемые вопросы)

MellowPine поддерживается считывателем. Когда вы покупаете по ссылкам на моем сайте, я могу получить партнерскую комиссию без каких-либо дополнительных затрат для вас.

Что такое токарный шпиндель?

Шпиндель токарного станка (Источник: Rockler)

Шпиндель токарного станка является важным вращающимся компонентом передней бабки токарного станка. В нем находится вал шпинделя, который передает вращательное движение на патрон, тем самым вращая заготовку. Как правило, токарные станки позволяют изменять скорость вращения шпинделя в соответствии с требованиями обработки.

Обычно он состоит из компонентов из высокоуглеродистой хромсодержащей стали или мартенситной нержавеющей стали, которые обеспечивают жесткость и обеспечивают высокое усилие резания во время операции обработки.

Шпиндель токарного станка проходит через переднюю бабку и передает вращательное движение от первичного двигателя к оси, на которой закреплена бабка, через промежуточную систему привода.

Для выполнения требуемой операции обработки режущий инструмент создает большую силу резания, тем самым удаляя материал с заготовки.

В зависимости от типа токарного станка шпиндель может быть высокоскоростным (токарные станки по дереву) или мощным шпинделем (токарные станки по металлу).

Кроме того, токарные станки также могут иметь многошпиндельную конфигурацию, которая может использоваться для выполнения нескольких операций обработки за один проход.

Компоненты шпинделя токарного станка

Четыре основных компонента шпинделя токарного станка — это вал шпинделя, двигатель, подшипники и корпус шпинделя.

Вал шпинделя

Вал шпинделя

Вал шпинделя является основным компонентом шпинделя токарного станка. С одной стороны он соединяется с первичным двигателем (двигателем), а с другой обеспечивает возможность установки удерживающего устройства.

Этот вал имеет секции разного диаметра, которые служат для крепления различных компонентов шпинделя. Максимальный внешний диаметр может варьироваться до 10 дюймов (250 мм).

На переднем конце вала шпинделя находится патрон, удерживающий заготовку.

Приводной двигатель  

Шпиндель токарного станка, соединенный с двигателем

Традиционные токарные станки состояли из двигателей внутреннего сгорания для привода их шпинделей.

Однако с развитием технологий электродвигатели заменили двигатели, чтобы обеспечить лучший контроль скорости и устранить нежелательные выбросы.

Передача движения от двигателя к валу шпинделя осуществляется двумя способами.

Внешний двигатель соединен с валом шпинделя с помощью зубчатой ​​передачи или системы ременной передачи. В этой конфигурации двигатель может быть размещен вне корпуса шпинделя.

Эти двигатели обычно представляют собой асинхронные двигатели с фиксированной скоростью, а зубчатый механизм обеспечивает изменение скорости.

В то время как внутренние двигатели размещены в корпусе шпинделя и напрямую соединены со шпинделем, что устраняет необходимость в трансмиссии или соединительной системе.

Обычно это асинхронные или синхронные двигатели со встроенными электронными частотно-регулируемыми приводами, такими как ЧРП HUANYANG, для изменения скорости вращения.

Внутренние двигатели обычно используются в небольших токарных станках, таких как токарные станки по дереву.

Подшипники

Шпиндель обычно состоит из двух комплектов радиально-упорных шарикоподшипников, которые удерживают шпиндель и воспринимают как радиальные, так и осевые нагрузки.

Один комплект подшипников расположен рядом с патроном, а другой рядом с двигателем.

Подшипники между валом шпинделя и корпусом противодействуют силам реакции, создаваемым двигателем, и минимизируют выделение тепла из-за трения, тем самым увеличивая срок службы шпинделя.

Корпус шпинделя  

Корпус шпинделя

Корпус — это подкомпонент, который охватывает и поддерживает все остальные компоненты шпинделя.

Это может быть встроенная часть корпуса токарного станка, отдельный индивидуальный корпус или картриджное крепление фланцевого типа.

Корпус должен быть конструктивно прочным, чтобы выдерживать усталость, вибрации и случайные высокие нагрузки.

Крепление заготовки

Варианты крепления заготовки к шпинделю токарного станка

Планшайба может быть закреплена на валу шпинделя для установки ложи. Это круглая чугунная пластина, на которой закреплены заготовки.

Заготовку можно прикрепить к лицевой панели с помощью таких крепежных элементов, как гайки с Т-образными пазами, которые входят в соответствующие пазы, или болты, которые входят в резьбовые отверстия лицевой панели.

Кулачковые патроны, такие как 3-х и 4-х кулачковые, чаще всего используются для установки заготовки на шпиндель токарного станка.

В ручных патронах вы вручную затягиваете или ослабляете кулачки патрона с помощью гаечного ключа. В то время как в механических патронах движение кулачков внутрь и наружу контролируется автоматически.

Аналогичным образом, цанги могут использоваться для удержания относительно небольших заготовок и обычно используются в токарных станках с токарными станками.

Он быстрый и простой в эксплуатации, но в отличие от кулачковых патронов подходит только для узкого диапазона размеров заготовок.

Другим распространенным вариантом крепления является шпиндель. Он обычно используется в токарных станках по дереву.

Цилиндры шпинделя представляют собой удлиненные стержни с заостренным профилем и острыми зубьями, которые впиваются в заготовку и прочно удерживают ее.

Используется одновременно с противошпинделем, прикрепленным к подвижной задней бабке, которая оказывает давление на поверхность, затягивая захват заготовки.

Типы шпинделей токарных станков

Шпиндель с ременным приводом

Токарный станок с ременным приводом шпинделя (Источник: Supertechmachines)

Шпиндель с ременным приводом состоит из шпинделя, подшипниковых валов, заключенных в корпус шпинделя, и внешнего двигателя, приводящего систему в действие через система ременных шкивов.

Двигатель может иметь разную мощность и крутящий момент, а обычная скорость составляет от 12 000 до 15 000 об/мин.

Изменение скорости шпинделя этого типа достигается за счет изменения конфигурации ремня с меньшего шкива на больший шкив или наоборот.

Этот тип шпинделя сравнительно дешевле и имеет простую конструкцию.

Шпиндель с зубчатым приводом

Как и шпиндель с ременным приводом, шпиндель с зубчатым приводом состоит из шпинделя и подшипниковых валов, заключенных в корпус шпинделя. Внешний двигатель приводит в действие шпиндель через зубчатую передачу.

Мощность и крутящий момент можно изменять путем изменения передаточного числа, и, как правило, эти шпиндели могут иметь максимальную скорость около 24 000 об/мин.

Преимущества этой конфигурации включают высокий КПД, более широкий диапазон скоростей и передачу высокого крутящего момента.

Шпиндели с ременным и зубчатым приводом идеально подходят для операций, связанных с вращением больших и тяжелых заготовок.

В этих приводных системах снижение числа оборотов приводит к увеличению крутящего момента и наоборот.

Шпиндель с прямым приводом

Токарный станок с шпинделем с прямым приводом (Источник: Rockler)

В шпинделях с прямым приводом двигатель напрямую соединен со шпинделем, что устраняет необходимость в системе ремня или зубчатой ​​передачи.

Двигатель имеет ограниченную мощность и крутящий момент, а скорость варьируется от 20 000 до 60 000 об/мин.

Эта конфигурация более эффективна, поскольку мощность передается непосредственно на шпиндель без потерь энергии.

Точность позиционирования выше, возможен более широкий диапазон скоростей. Кроме того, шпиндель работает тише и имеет более длительный срок службы.

Система прямого привода обеспечивает быструю регулировку скорости, что делает ее идеальной для применений, где решающим фактором является регулировка скорости, например, при деревообработке.

Некоторые из распространенных применений — обработка более мягких материалов, отделка и шлифовка деревянных заготовок и т. д.

Шпиндель токарного станка с ручным управлением и шпиндель станка с ЧПУ

Раньше шпиндели токарных станков имели только одну скорость работы, что ограничивало их использование для обработки различных типов материалов.

Современные шпиндели токарных станков имеют такие функции, как переменная скорость резания, режим управления положением и режим реверса.

Переменная скорость резания достигается за счет использования потенциометра для изменения сопротивления и, соответственно, изменения напряжения на двигателе.

Скорость вращения шпинделя на токарных станках с ручным управлением можно изменять путем изменения конфигурации зубчатой ​​передачи (шестеренчатый и ременной привод) или с помощью переключателей управления (прямой привод).

По сравнению с токарными станками с ручным управлением, в токарных станках с ЧПУ запрограммированный G-код автоматически изменяет скорость вращения шпинделя в процессе обработки.

Токарные станки с ЧПУ также имеют режим управления положением, при котором шпиндель вращается для точного позиционирования для различных операций, таких как нарезание резьбы, монтаж и демонтаж заготовки.

В реверсивном режиме направление вращения шпинделя меняется на противоположное путем переключения полярности напряжения, подаваемого на двигатель.

Важным применением реверсивного режима является обработка правой и левой резьбы или отверстий.

Термины, связанные со шпинделем токарного станка, которые необходимо знать

Конус шпинделя

Конус шпинделя представляет собой коническую область, расположенную на внутренней поверхности шпинделя.

Патрон, который захватывает ложу, расположен на этой конической поверхности. Вы монтируете заготовку на эту поверхность.

Грязный, поврежденный или смещенный конус шпинделя снижает точность обработки и качество поверхности.

Биение шпинделя

Биение шпинделя относится к неточностям из-за того, что шпиндель не вращается вокруг своей первоначальной (идеальной) оси вращения.

Это может привести к очень неточной обработке поверхностей, чрезмерному удалению стружки и чрезмерному износу режущего инструмента.

Исправления возможных проблем при работе со шпинделем токарного станка0241

Проблемы со шпинделем токарного станка и их решения

Вибрация, шум подшипников и шум ремня — наиболее распространенные проблемы, которые могут возникнуть в шпинделях.

Анализатор вибрации определяет и отслеживает уровни и характер вибрации, что помогает определить, находится ли вибрация в допустимых пределах.

Бринеллирование — это износ внутренних дорожек качения подшипников из-за чрезмерных нагрузок, которые также могут привести к нежелательным вибрациям.

Что следует учитывать при покупке шпинделя токарного станка

Мощность шпинделя

Мощность шпинделя определяет максимальный съем материала в единицу времени.

Мощный шпиндель обеспечивает высокое усилие резания, позволяя выполнять глубокие пропилы, тем самым увеличивая скорость съема материала.

Однако скорость съема материала также зависит от типа инструмента, используемой охлаждающей жидкости и скорости вращения шпинделя.

Как правило, для обработки металлов, таких как сталь, требуется шпиндель большей мощности, тогда как в случае обработки неметаллов, таких как дерево, предпочтительнее использовать шпиндель меньшей мощности.

Скорость вращения шпинделя 

Скорость вращения шпинделя определяет число оборотов заготовки.

Для токарной обработки больших заготовок (как правило) требуется высокий крутящий момент и низкоскоростная конфигурация, тогда как для небольших заготовок, таких как деревянные чаши, требуется высокоскоростная и низкоскоростная конфигурация.

Высокоскоростные шпиндели, обычно используемые в токарных станках по дереву, имеют максимальную скорость около 24 000 об/мин.

Однако токарные станки по металлу, подходящие для обработки таких материалов, как термопласты, сталь и другие черные металлы, требуют скорости вращения шпинделя от 6000 до 15000 об/мин.

Кроме того, разные инструменты оптимально работают в разных диапазонах скоростей. Поэтому важно убедиться, что выбранный вами шпиндель обеспечивает оптимальный диапазон скоростей.

Размер шпинделя и качество сборки

Размер токарных станков прямо пропорционален размеру шпинделя.

Для больших токарных станков требуется больший шпиндель, чтобы выдерживать тяжелые заготовки и соответствующие им нагрузки.

Шпиндели являются одним из основных источников вибрации в токарных станках, поэтому предпочтительнее использовать более прочный и жесткий корпус шпинделя.

Алюминиевый шпиндель рекомендуется для гравировки и обработки мягких материалов, тогда как стальной или чугунный шпиндель идеально подходит для тяжелых условий эксплуатации, таких как обработка твердых металлов.

Шпиндель переменного тока или шпиндель постоянного тока

Шпиндели постоянного тока сравнительно дешевле и безопаснее в использовании, что делает их идеальными для токарных станков для любителей.

Коллекторные двигатели постоянного тока более доступны по цене по сравнению с бесщеточными двигателями, но создают более сильные вибрации и требуют периодической замены щеток.

В то время как бесщеточные двигатели обеспечивают равномерную мощность, тем самым обеспечивая более гладкую поверхность.

Скоростью шпинделя постоянного тока можно управлять с помощью схемы ШИМ (широтно-импульсной модуляции), которая проще и дешевле по сравнению со схемой управления скоростью для шпинделей переменного тока.

Однако крутящий момент на шпинделях постоянного тока оптимален только в узком диапазоне скоростей, что делает их идеальными для операций, требующих ограниченного диапазона скоростей.

Кроме того, шпиндели постоянного тока лучше подходят для приложений с низким энергопотреблением, поскольку они работают при более низком напряжении.

Шпиндели переменного тока имеют более широкий диапазон скоростей, могут использоваться для приложений с большой мощностью и лучше контролируют скорость при использовании с частотно-регулируемыми приводами. Единственным сдерживающим фактором в данном случае является высокая стоимость.

Подшипники шпинделя

Подшипники играют решающую роль в определении биения и стабильности вала шпинделя. Большие шпиндели для мощных приложений требуют больших подшипников.

При вращении шпинделя подшипники упираются в стену. Этот эффект преобладает в высокоскоростных приложениях, что приводит к сильному нагреву. Поэтому для таких применений рекомендуется использовать керамические подшипники.

Для обработки твердых материалов следует использовать подшипники с предварительным натягом, так как они достаточно жесткие для выполнения резов на заготовке.

Механизм охлаждения

Шпиндели с водяным охлаждением имеют более длительный срок службы и идеально подходят для приложений с высокой мощностью, требующих 24 000 об/мин или более.

Эти шпиндели полностью герметичны и поэтому работают тише.

Обычно шпиндель с водяным охлаждением идеально подходит для операций, требующих длительной обработки.

Основным недостатком использования шпинделей с водяным охлаждением является влияние климатических условий, так как при низких температурах вода может замерзнуть и заклинить шпиндель.

Шпиндели с воздушным охлаждением идеально подходят для приложений, требующих высокого крутящего момента и конфигурации с низкой скоростью.

Однако использование вентилятора приводит к шумной работе.

Заключительные мысли

Шпиндель токарного станка является сердцем токарного станка, так как он отвечает за вращательное движение заготовки.

Шпиндели с ременным и зубчатым приводом идеально подходят для глубоких пропилов в твердых материалах, тогда как шпиндели с прямым приводом рекомендуются для обработки более мягких материалов, таких как дерево.

При выборе шпинделя для токарных станков по дереву рекомендуются высокие обороты и низкий крутящий момент, тогда как для токарных станков по металлу идеален выбор конфигурации шпинделя с низкими оборотами и высоким крутящим моментом.