Шпиндель является основным рабочим узлом электроинструмента и фрезерного оборудования. От его конструкции и мощности зависит, производительность работы, и какие операции он сможет выполнять.

Для каждого технологического процесса подходит определенный тип шпиндельных узлов. При выборе необходимо учитывать ряд характеристик оборудования. Любители мастерить могут сделать простой шпиндель самостоятельно, в домашних условиях.

shpind-dly-frez-1

Основные разновидности и назначение

Шпиндель является главным узлом на фрезерных станках всех типов. Его параметры входят в перечень основных технических характеристик оборудования. Режущий инструмент крепится на шпинделе и через него получает вращательный момент от основного привода.

Мощность узла во многом зависит от его конструкции. Все виды шпинделей условно делят:

  • домашние, до 1,5 кВТ;
  • промышленные, от 3 кВт.

Деление условное. На мощном оборудовании можно мастерить в гараже мебель и делать запчасти. На крупном предприятии массово делают гравировку, используя настольные станки.

Гравер

Шпиндель предназначен для выполнения гравировальных работ на станках с ЧПУ и других операций с малой глубиной обработки. Шпиндельный вал получает обороты непосредственно от двигателя. Скорость и мощность находятся в прямой зависимости. Крепление инструмента цанговое.

Гравером выполняют фрезерные работы:

  • обработка плат;
  • гравировка по металлу, стеклу и камню;
  • выполнение пропилов, пазов и других элементов глубиной до 1,5 мм на мелких деталях.

shpind-dly-frez0

Граверы используют на фрезерных станках с ЧПУ для создания надписей, рисунков, других изображений по трафарету и программе. Производство деталей единичное и серийное.

Бормашинка

Отличается от гравера большой мощностью и патронным зажимом, устанавливаемым в конус шпинделя. Мощность узла стабильная, не зависит от оборотов.

Шпиндель типа бормашина устанавливается на оборудование для проведения работ:

  • глубокая гравировка;
  • создание 3D изображений;
  • изготовление объемных деталей из дерева и сплавов цветных металлов;
  • раскрой листов МДФ, ДСП, фанеры, пластика.

Шпиндель и ведущий вал стоят в одной оси, и соединены муфтой. Число оборотов регулируется на электродвигателе.

Справка! Бормашина работает тише гравера и выполняет глубокую обработку деталей.

DC-мотор

В одном корпусе находятся электродвигатель и шпиндельный вал, соединенные жестко. Применяются на станках с ЧПУ для обработки металлов и мягких материалов. Скорость вращения до 12000 об/мин, мощность 400 Вт. Крепление инструмента цанговое.

Преимущества DC-моторов:

  • отсутствие биения;
  • высокая точность;
  • низкий уровень шума.

Шпиндель конструкции DC-мотор устанавливают на фрезерные станки с револьверной головкой и коротким циклом операций. Регулировка оборотов инструмента производится через изменение режимов работы электромотора.

Важно!
При большой скорости обработки, DC—мотор не относится к высокопроизводительному оборудованию. Время его работы несколько минут. Он быстро перегревается и требует остановки.

shpind-dly-frez-2

Прямошлифовальная машина

Вращательный момент с электродвигателя на шпиндель передается через редуктор. Мощность и частота вращения не регулируются. К прямошлифовальным машинкам имеется большой набор инструмента, которым выполняют:

  • зачистку наружных и внутренних поверхностей;
  • удаление заусенцев;
  • обработку углов и торцов;
  • фрезеровку по плоскости;
  • вырезку пазов.

При установке дисковой пилы, производится порезка и раскрой листовых заготовок из пластика, дерева, цветных металлов.

Важно!
Режим работы станка с прямошлифовальным шпинделем, регулируется подачей стола и глубиной реза.

Профессиональный

Профессиональный узел предназначен для длительной работы с большими нагрузками. Он отличается от маломощных моделей:

  • имеет водяное охлаждение;
  • шпиндельный вал закреплен в шарикоподшипниках;
  • вращение передается через многоступенчатую коробку скоростей;
  • работает тихо.

Достоинство узла заключается в отсутствии в нем щеток. Они быстро изнашиваются, искрят и способствуют нагреву шпинделя.

Важно!
Профессиональные шпиндели работают от трехфазного тока. Для установки их на домашнем оборудовании, требуется частотный преобразователь.

shpind-dly-frez

Критерии выбора

Выбор фрезерного станка начинается с анализа материала, с которым ему придется работать: металл или дерево. Затем анализируются технологические операции, объем работ. При выборе шпинделя, обращают внимание на его основные характеристики:

  • частота вращения;
  • мощность;
  • конструкция;
  • регулировка скорости;
  • способ крепления инструмента;
  • выполняемые работы;
  • тип охлаждения.

Стоит обращать внимание на ток, подключаемый к оборудованию.

Мощность

Выбор мощности шпинделя определяется твердостью обрабатываемого материала. Для дерева и плит, изготовленных с его отходов – ДСП, МДФ, достаточно мощности до 3 кВт. На оборудовании можно обрабатывать пластик, фанеру, делать гравировку.

Цветные металлы, их сплавы относительно мягкие, но имеют большой коэффициент вязкости. Чистый рез получается только при мощности до 6 кВт и частоте вращения от 18000 об/мин. Обработка стали и чугуна требует шпинделя с мощностью более 6 кВт, частотой вращения до 22000 об/мин. В зависимости от твердости и вязкости материала, режимы подбираются сочетанием скорости вращения и величиной подачи.

Способ фрезеровки

Фрезеровка производится встречным и обратным способом. Вращение инструмента направлено против движения детали или совпадает с ним.

Различают режимы обработки:

  • силовой;
  • скоростной.

При силовом режиме обработка идет с большой подачей, на малых оборотах, за счет мощности шпинделя. Режущая кромка каждый раз захватывает толстый слой материала. Скоростной режим предполагает возможность инструмента вращаться с большой скоростью. Подача стола небольшая. Режим подходит для цветных металлов и дерева, гарантирует высокую чистоту обрабатываемой поверхности.

Важно!
Чугун хорошо обрабатывается на низких оборотах с малой подачей. Он не любит больших скоростей.

Охлаждение

Фрезерные шпиндели имеют 2 типа охлаждения:

  • воздушное;
  • водяное.

Для охлаждения воздушными потоками в корпусе узла делаются специальные прорези. При вращении вала, происходит завихрение, холодный воздух втягивает снаружи. Система водяного охлаждения сложная в исполнении. Она должна быть герметична. Установленные на домашнем оборудовании шпинделя с воздушным охлаждением работают дольше.

На промышленном оборудовании за счет подшипников снижается трение и нагрев шпинделя. Достаточно воздушного потока. Коробка скоростей смазывается и охлаждается маслом. Двигатель имеет свою систему охлаждения – крыльчатку на валу.

Материал заготовки

Режимы резания и угол заточки режущей кромки подбираются под характеристики материала заготовки.

Дерево

Чистый рез получается при обработке древесины быстро вращающимся инструментом. Подача и глубина реза небольшие. Шпиндель подойдет высокооборотный, с мощностью до 1,5 кВт.

Важно!
При обработке древесины в силовом режиме, на детали образуются сколы, трещины между волокнами, поверхность шероховатая.

Металл

Резка металла требует большой мощности и высокой прочности узла. Во время обработки детали, кроме вращательного момента, на шпиндель действует сопротивление. Его сила направлена перпендикулярно оси вращения.

Шпинделя по металлу имеют прочный массивный корпус, в основном чугунный. На валу установлены упорные и радиальные подшипники. Скорость вращения инструмента должна регулироваться в пределах 20–18000 об/мин.

Как изготовить своими руками?

Для изготовления шпинделя своими руками следует приготовить детали:

  • удлиненный вал;
  • подшипники;
  • бесколлекторный двигатель;
  • контролер;
  • шкивы;
  • корпус с проточенными посадочными местами.

Корпус обрабатывается изнутри, вытачиваются посадочные места под подшипники. Снаружи делается крепление для электродвигателя. Вал-шпиндель с насаженными на него подшипниками устанавливается в корпусе и крепится проходными крышками от осевого перемещения. Двигатель устанавливается снаружи. Вращение передается через контролера, для регулировки числа оборотов и ременной передачи.

Технические характеристики шпинделя определяют, что можно обрабатывать на станке и какие операции производить. При изготовлении фрезерного станка в домашних условиях, можно использовать в качестве фрезерного узла гравер, шлифовальную машинку и дрель. Более мощное оборудование под металл требует изготовления прочного шпинделя.