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.
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.
Основные параметры ВМШ
Основные параметры: мощность и момент двигателя, частоты вращения, допустимые силы резания, -назначались на основе анализа режимов обработки стальных и алюминиевых заготовок торцовыми, длиннокромочными, концевыми, дисковыми фрезами, а также расточным, сверлильным и резьбообрабатывающим инструментом (сверла, развертки, резцы и т.п.). В качестве материала инструмента использовались твердый сплав и керамика. При выборе режимов обработки учитывалось то обстоятельство, что при разгоне вышеопределенных частот вращения в коническом соединении оправки и шпинделя может возникать зазор, который необходимо исключить. Основные параметры разработанных в рамках государственного контракта ВМШ представлены в таблице.
Рис.5. ВМШ HSK 100 (продольный разрез)
На рис. 5 приведена конструкция ВМШ с конусом HSK-A100. Ротор 1 электродвигателя устанавливается с натягом для передачи момента на шпиндель 2. Влияние электромагнитных полей двигателя уменьшается кольцами 3 из немагнитного материала, которые могут использоваться и для балансировки. Шпиндель 2 вместе с ротором электродвигателя и другими вращающимися деталями балансируется до обеспечения остаточного дисбаланса, при котором центр тяжести шпинделя смещается не более чем на 1…2 мкм. Статор 4 с рубашкой охлаждения 7 устанавливается в корпусе 5 ВМШ и охлаждается при подаче жидкости в полость 6 этой рубашки. С помощью той же системы происходит охлаждение подшипников. Передней опорой шпинделя служат сдвоенные радиально-упорные шарикоподшипники 8 и 9, натяг в которых обеспечивается пружинами 10 (при высоких частотах вращения) и пневматическим цилиндром 11 (при меньших частотах и больших нагрузках). Инструмент устанавливается в оправке 12, которая закрепляется с помощью механизма зажима 13 на шпинделе, базируясь в соединении 14 типа HSK-A. Разжим оправки 12 проводится при подаче масла под давлением в правую полость 15 гидроцилиндра 16, подвижный корпус которого через прихват 17 связан со шпинделем 2. Таким образом, при разжиме оправки 12 осевое усилие разжима пружины воспринимается опорами шпинделя лишь частично. Контроль углового положения шпинделя проводится датчиком , который состоит из намагниченного диска 18, закрепленного на шпинделе, и считывающей головки 19, установленной на фланце корпуса. Датчики колебаний 20 и перемещения переднего конца 22 расположены в корпусе ВМШ. Датчики температуры расположены в непосредственной близости к наружным кольцам опор и на рис. 5 не показаны. Подача СОЖ проводится через сопла 23 или через отверстие в тяге 24 механизма зажима 13.
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.
Изготовление передней (задней) бабки
Для самодельного станка можно своими руками сделать переднюю бабку. Подойдут:
- доска из дерева;
- толстая фанера (10 мм);
- металлический лист небольшой толщины, который можно резать ножницами по металлу.
Проще сделать переднюю бабку, если основой для токарного станка выбрана дрель. Необходимо своими руками сделать подставку, где дрель будет закреплена жестко и ее ось будет строго горизонтальна.
Оба центра бабок должны крепиться жестко, это важное условие. Для задней бабки следует предусмотреть возможность движения по оси вращения и крепкую фиксацию в нужном месте
Читать также: Верстак для торцовочной пилы своими руками
Тип электропривода и его мощность подбираются своими руками в зависимости от будущего назначения токарного станка. Но мощность двигателя не должна быть менее 250 Вт, иначе ничего толкового на станке не выточить.
Подробное видео об устройстве передней бабки:
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.
Устройство передней бабки
Основным узлом передней баки является шпиндель. Шпиндельная бабка закреплена на левом краю станины. Это наиболее важная деталь из всей конструкции.
Во внутреннем коническом отверстии шпинделя фиксируются различные необходимые приспособления, инструменты, оправки.
Как работает
Движение шпинделю передается от шкива клиноременной передачи. Все валы и сам шпиндель установлены на опорах качения.
При прямом направлении вращения у станка, необходимы большие крутящие моменты. Это возникает за счет большого числа дисков, которые расположены в левой части фрикционной муфты.
Если коробка передач закреплена в тумбе станины, то со шпинделем она связана ременной передачей. Такие модели оборудования названы станками с разделенным приводом.
