Что такое шпиндель токарного станка: Шпиндели токарных станков. Изготовление и ремонт шпинделей токарных станков

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.

что это такое, назначение, устройство, чертежи

Шпиндель — одна из важнейших частей токарного станка. Не будет преувеличением сказать, что без него станок — лишь груда металла, ведь практически все части, которые используются в токарном станке, предназначены для поддержания работы шпинделя.

Поэтому в этой статье будет рассказано о том, зачем он нужен, какие к нему предъявляются требования и ещё многое другое.

Содержание:

• 1 Что представляет собой шпиндель для токарного станка
  • 1.1 Чертеж и конструкция устройства
  • 1.2 Требования к шпиндельному узлу
  • 1.3 Назначение и принцип действия
• 2 Инструкция по эксплуатации
• 3 Как производится регулировка и ремонт шпинделя
• 4 Заключение

Что представляет собой шпиндель для токарного станка

Шпиндель для токарного станка представляет собой вал с отверстием посередине. В него, в отверстие, вставляют заготовки будущих деталей. Изготавливают его из высокопрочной стали, так как на него постоянно ложится большая нагрузка. Теперь немного поподробнее.

Чертеж и конструкция устройства

То, какой конструкции будет шпиндель, зависит от большого перечня факторов. К примеру, от того, какие работы нужно будет выполнить, или от скорости, с которой будет происходить работа. Также в этот перечень можно внести виды станка, так как для разных видов нужен разный шпиндель.

Требования к шпиндельному узлу

В прошлом основным упором для данного узла были подшипники, на которых вращается шпиндель. Отклонение на них достигало около одного микрометра. Сейчас же всё поменялось: теперь требования к современным шпинделям усилились, и они изготавливаются при помощи либо магнитных, либо воздушных опор.

Это позволяет добиться намного лучших результатов, чем при использовании подшипников: теперь отклонения от нормы составляют лишь около двух десятых микрометров, что позволяет работать даже с самыми сложными деталями, не боясь выпустить брак.

Однако, две десятые микрометров не придел. При помощи маховика, который разгоняет шпиндель, можно добиться снижения погрешности до трёх сотых микрометров, что намного меньше предыдущего результата. Правда, такие работы должны выполняться после того, как маховик будет отключен. То есть, работы выполняются за счёт инерции, при помощи которой шпиндель продолжает движение.

Вот список требований, которым должны соответствовать шпиндельные узлы:

• Точность. Это требование проверяется на основание того, для какого станка нужен шпиндель и применения.
• Скорость обработки. Шпиндельные узлы вращаются всегда с разной скоростью (это зависит от вида). Если говорить грубо: чем быстрее — тем лучше. От скорости зависит, на каком уровне будет качество выполненной детали.
• Жёсткость. Здесь всё не так, как со скоростью. То есть, чем ниже — тем лучше. Вычисляется он при помощи соотношения величины прогиба шпинделя и уровня радиального биения. Вычислив получившееся число у двух шпинделей, можно сказать: какой из них лучше.
• «Время жизни». Этот показатель означает, сколько шпиндель сможет прослужить при выполнении предназначенных работ. Он зависит от того, какой подшипник используется при эксплуатации. Естественно, чем он хуже — тем быстрее сломается шпиндельный узел.
• Устойчивость к вибрации. Естественно, при работе станок очень много вибрирует, что может привести к браку, если шпиндель не соответствует этому требованию. Если шпиндельный узел плохо переносит вибрацию, то уровень точности при работе будет заметно ниже.
• Максимальный уровень нагревания. Это — одно из важнейших требований. При работе шпиндельный узел, из-за силы трения, сильно нагревается, а потому иногда ему нужно, так сказать, «отдохнуть» от работы. При сильном нагреве он может начать видоизменятся и поломаться, а потому нужно выбирать самый устойчивый к высокой температуре.
• Максимально переносимый вес. Благодаря этому требованию можно определить — какого веса инструменты можно закреплять на шпиндельном узле. Также от этого показателя зависит размер используемого инструмента.

Учитывая все эти требования, которые предъявляют к шпинделю можно выбрать максимально хороший и подходящий для работ шпиндельный узел.

Назначение и принцип действия

Самым главным и, как следствие, основным назначением шпиндельного узла является закрепление на нём патрона, который в свою очередь предназначенных для зажима заготовки будущей детали.

Справка! Закрепление заготовки на шпинделе осуществляется благодаря специальному зажимному патрону, планшайбе или цанговому зажиму, которые крепятся  на конце шпинделя.

Инструкция по эксплуатации

Перед тем, как вообще использовать шпиндель с токарным патроном для работы с заготовками, необходимо провести обкатку, о которой чуть позже.

После того, как обкатка была завершена, можно приступать к самой работе. Если в шпиндельном узле используются подшипники, то их смазывают специальной смазкой, которая помогает использовать возможности шпинделя по полной на высокой скорости.

Это позволяет шпиндельным узлам служить на протяжении всего времени, которое им отводят производители. Конструкция шпинделя сделана так, чтобы эта замазка могла смазывать все движущиеся части, при этом не позволяя ей выбраться из подшипника.

Также, благодаря конструкции, не только смазка не может выбраться наружу, но и различная грязь не сможет забраться внутрь шпиндельного узла.

Промывку необходимо производить с тщательным соблюдением мер обеспечения чистоты рабочего места и инструментов. При промывке подшипника, в случае констатации предельных или запредельных люфтов, а также износа беговых дорожек или выкрашивании текстолитового сепаратора, рекомендуется произвести полную замену подшипников шпинделя.

Кроме, выше указанного, в ряде случаев, когда шпиндель имеет высокую степень технологической загрузки, а режим его работы относится или близок к категории «круглосуточный», замену смазки в подшипниках следует производить по истечении определённого эмпирическим путем периода времени работы шпинделя.

Как производится регулировка и ремонт шпинделя

Обкатка или регулировка шпинделя, осуществляют следующим образом: нужно выполнить пять циклов каждый по двадцать минут. При этом необходимо делать перерывы между циклами по примерно две минуты.

Если же режимы работы были нарушены, а также если воздух в помещении, где выполняются работы, был сильно загрязнён пылью и грязью, то трущиеся поверхности достаточно быстро приходят в негодность, смазка, которая заливается ещё при производстве и должна служить на протяжении всего срока работ, начинает терять свои свойства.

Из-за этого трения начинает вызывать сильное повышение температуры и подшипники, после некоторого времени такой работы, приходят в негодность и больше не могут выполнять возложенные на них функции.

Чтобы избежать такого печального развития событий, нужно при первых признаках перегрева, а также при появлении вибраций и необычных звуков, шпиндельного узла немедленно прекратить работу с заготовкой и в срочном порядке произвести техническое обслуживание шпинделя. Оно состоит из: снятия защиты со шпиндельного узла, очистки и смазывания новой, качественной смазкой, которая предназначена для высоких скоростей.

Важно!

Не стоит забывать про выбор марки, так как она зависит от того, какой вид шпинделя и подшипника используется.

Заключение

Из этой статьи понятно, для чего нужен шпиндельный узел в токарном станке. Это очень важная деталь, которая используется во всех токарных станках в наше время, не исключая и станки с ЧПУ.

Важно лишь знать, какой вид подойдёт под конкретные виды работ, ведь от этого зависит то, насколько хорошо шпиндель будет справляться со своей работой и сколько он сможет прослужить. А поэтому всегда внимательно следите за своим рабочим местом и тогда неожиданные поломки не смогут прервать вашу работу.

Что такое шпиндель токарного станка? (с изображением)

`;

Промышленность

Факт проверен

Эрик Таллберг

Дата последнего изменения: 28 ноября 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. Токарные станки по металлу также доступны для дома или небольшого магазина, 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 (трех-/четырехкулачковые) и магнитные патроны 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.

Как правило, стоимость токарных станков с зубчатым шпинделем сравнительно выше, чем у токарных станков с ременным приводом.

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, так как 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 быстрое регулирование скорости, что делает ее идеальной для применений, где регулирование скорости является решающим фактором, например, при деревообработке.

Некоторыми из распространенных применений являются обработка более мягких материалов, чистовая обработка и шлифовка деревянных заготовок и т. д. используется для обработки различных 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 шпинделя на токарных станках с ручным управлением можно изменять путем изменения конфигурации зубчатой ​​передачи (шестерня и ременный 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 режиме реверса 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 станка

Проблема	Возможная причина s	Решение s
Вибрации	Биение заготовки. Вибрация двигателя. Повреждены подшипники шпинделя.	Регулировка скорости вращения шпинделя. Проверить эксцентриситет вала шпинделя. Анализ вибрации.
Шум подшипника	Взаимодействие сепаратора и подшипника. Пронзительный свистящий шум из-за чрезмерной предварительной нагрузки. Щелчки из-за бринеллирования.	Анализ вибрации для анализа состояния подшипника. Определите, произошла ли остаточная деформация ступени стопорного кольца шпинделя.
Шумный ремень	Износ зуба, разрыв при растяжении, неправильное натяжение ремня.	Отрегулируйте натяжение ремня, проверьте наличие утечек охлаждающей жидкости или масла, удалите загрязнения и, в идеале, замените изношенный ремень новым.
Плохое качество поверхности	Несоосность наконечника. Чрезмерный или неудовлетворительный расход СОЖ. Неудовлетворительная скорость вращения шпинделя.	Убедитесь, что всплывающая подсказка выровнена. Убедитесь, что подача смазочно-охлаждающей жидкости не перекрыта, а скорость потока регулируется. Используйте оптимальные скорости вращения шпинделя в соответствии с требованиями к материалу и качеству поверхности
Превышена нагрузка на инструмент	Режущий инструмент/вставка повреждены. Предельная нагрузка на инструмент задана неправильно. Экстремальные скорости подачи.	Замените изношенный инструмент новым. Правильно откалибруйте датчики и приборы токарного станка. Используйте более консервативную скорость подачи
Неверная ориентация шпинделя	Вал шпинделя деформирован. Вал шпинделя смещен. Заготовка закреплена неправильно.	Замените неисправный вал шпинделя. Обеспечьте надлежащее крепление и выравнивание шпиндельных валов.

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 рекомендуется использовать высокую скорость вращения и низкий крутящий момент, тогда как для токарных станков по металлу идеально выбирать шпиндель с низкой частотой вращения и высоким крутящим моментом.