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.
Содержание:
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.
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 моделей;
- 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
