Шпиндель в станке с числовым программным управлением, является основным и самым ответственным устройством. Очень часто еще его называют главный привод. В большинстве случаев это асинхронный трехфазный двигатель, на валу которого закреплен цанговый патрон – специальное удерживающее рабочий инструмент устройство (например, фрезу). Но этот двигатель имеет ряд особенностей, в отличие от обычного двигателя. При работе шпинделя, основные нагрузки направлены перпендикулярно ротору. Поэтому шпиндель фрезерного станка с ЧПУ имеет несколько радиально упорных подшипников в своей конструкции. Такие подшипники должны быть очень качественные, наполнены специальной устойчивой к высоким температурам смазкой, которая не требует замены на протяжении всего срока службы шпинделя. Кроме того, все вращающиеся элементы шпинделя такие как, ротор, вал, цанговый патрон очень хорошо сбалансированы, и на высоких оборотах не создают вибраций, что положительно влияет на качество обработки поверхности заготовки.
Шпиндель фрезерного станка ЧПУ управляется специальным электронным устройством, которое чаще всего называют частотник, инвертор или преобразователь частоты. Моделей частотников существует огромное количество, но все они работают по одному и тому же принципу. Частотный преобразователь трансформирует входное напряжение переменного тока 220В (380В) и 50Гц бытовой сети в трехфазное напряжение 220В (380В), необходимое для питания шпинделя станка ЧПУ и при этом позволяет регулировать частоту выходного напряжения от 50 до 400Гц, что соответствует частоте вращения вала шпинделя от 3000 до 24000 оборотов в минуту.
Важным моментом при построении станка является соответствие мощности шпинделя и преобразователя частоты. Характеристики и настройки параметров инвертора должны соответствовать номинальным параметрам шпинделя, иначе последний быстро выйдет из строя.
Именно благодаря шпинделю, происходит обработка заготовки, и от правильности выбора шпинделя будет зависеть качество продукции и эффективность производства в целом. Данный элемент конструкции станка с ЧПУ подвержен очень высоким нагрузкам. Частота вращения в большинстве случаев находится в пределах 6000 – 24000 оборотов в минуту, но бывают случаи, когда необходимо применять и более скоростные шпиндели вплоть до 70000 об/мин. Такие устройства очень подвержены тепловым, механическим осевым и радиальным нагрузкам. Поэтому к выбору шпинделя для станка ЧПУ необходимо подойти крайне ответственно.
Первое, что необходимо определить при выборе шпинделя – это его мощность, вид охлаждения и напряжение питания. С мощностью все понятно – чем больше, тем лучше. Но при этом выше и стоимость шпинделя. Поэтому если вы планируете гравировать, сверлить достаточно будет шпинделя мощностью 800 Вт. Для обработки цветных металлов и твердых пород древесины потребуется уже шпиндель от 1500Вт. Для более сложных работ уже применяют шпиндели от 2200Вт, 3000Вт и выше.
Следующим этапом при выборе шпинделя фрезерного станка с ЧПУ будет тип охлаждения двигателя. Самые распространенные виды охлаждения – это воздушное и жидкостное. Каждый вид имеет свою плюсы и минусы. В воздушном охлаждении шпинделя главным действующим элементом является крыльчатка, закрепленная на валу двигателя. Она вращается вместе с ротором и нагнетает воздух из внешней среды внутрь шпинделя, что обеспечивает охлаждение двигателя. Недостатком является то, что при малых оборотах вращения ротора, эффективность охлаждения будет сильно снижаться, что может привести к перегреву шпинделя и его выходу из строя. Вторым негативным моментом является засос пыли из внешней среды внутрь мотора, что также не добавит надежности станка в долгосрочной перспективе. Поэтому при использовании шпинделя с воздушным охлаждением одновременно необходимо применять систему пылеудаления и аспирации. Плюсом в использовании таких шпинделей с воздушным охлаждением будет то, что не нужно заморачиваться с дополнительными источниками охлаждения, т.е. простота конструкции.
Второй вид охлаждения шпинделя ЧПУ является жидкостное. На корпусе таких шпинделей размещено два фланца, для подключения трубок с циркулирующей жидкостью. Чаще всего применяют воду и тосол, что не даст «зацвести» воде. В такой системе необходимо дополнительно приобрести помпу для прокачки жидкости, силиконовые патрубки и саму емкость для хранения жидкости. В жаркую летнюю погоду при температуре окружающей среды выше 30C и при интенсивной работе станка иногда дополнительно в контур охлаждения включают радиаторы, которые значительно повышают эффективность системы. При первом запуске станка прежде чем использовать шпиндель в работе, необходимо убедиться, что система охлаждения исправна и работает нормально. Силиконовые шланги должны быть надежно подключены к фланцам шпинделя и не протекать в местах соединения. Объем охлаждающей жидкости рассчитывается по формуле 1 литр на 1кВт мощности, в минуту, и минимальный поток охлаждающей воды не менее 5 л/мин. Охлаждающая жидкость должна быть чистой и без смазки. В идеале температура должна быть в пределах 5-30C.
Несомненным преимуществом шпинделей с водяным охлаждением является то, что эффективность охлаждения достигается на любых оборотах двигателя. Также работа таких шпинделей значительно тише, чем у собратьев с воздушным охлаждением. Но есть и минусы – это дополнительные затраты на систему охлаждения, а также постоянный контроль за работой помпы и всей системы в целом. Без принудительного охлаждения такой шпиндель ЧПУ проработает считанные минуты и выйдет из строя.
Следующим моментом при выборе шпинделя для станка ЧПУ является размер цангового патрона. Самые распространенные это цанга ER11, ER16 и ER20. На более мощных шпинделях 4,5 и 5,5 кВт встречаются цанги ER25. Тут уже необходимо выбирать по конструкции всего станка и его возможностей на механические нагрузки и виды работ. При неправильном выборе возможна деформация направляющих станка ЧПУ, что приведет к дорогостоящему ремонту в дальнейшем.
После того как вы определились с параметрами шпинделя, приобрели его и установили на свой станок, подключили и проверили систему охлаждения, выполнили все настройки в частотном преобразователе, можно делать пробный запуск главного привода. Не торопитесь сразу запускать его в работу и давать ему высокие нагрузки. Шпинделю, как и любому другому высоко нагруженному механизму требуется обкатка. При хранении и транспортировках нового шпинделя состояние высокоскоростной смазки подшипников меняется. При первом запуске необходимо запустить его на самой низкой скорости и дать поработать в течение 30 минут. Затем через каждые 20 минут поднимать обороты вращения примерно на 3000 оборотов в минуту. Если этого не сделать в дальнейшем могут появиться ненормальные звуки, шум и нагрев подшипников внутри шпинделя, что значительно сократит срок их службы. При длительном простое станка и во время хранения рекомендуется хотя бы раз в неделю на 15-30 минут дать поработать шпинделю на низких оборотах.
Все эти рекомендации позволят вам не ошибиться в выборе шпинделя для станка с ЧПУ и дадут гарантию безаварийной долговременной работы всей системы в целом.
В нашей компании Вы можете приобрести качественные шпиндели с гарантией качества по доступным ценам.
