Что такое шпиндель

Что такое шпиндель

На главную

Глава IV

Устройство токарных станков

1. Основные узлы и механизмы токарного станка

Токарные станки были известны еще в глубокой древности. Станки того времени, как это видно из рис. 20, были весьма примитивны. Суппорт еще не был известен, поэтому резец приходилось удерживать во время работы руками, а вращение обрабатываемой детали также сообщалось вручную при помощи веревки. Ясно, что работа на таком станке требовала большой затраты физической силы и не могла быть производительной.

В 1712 г. впервые в мире русским механиком Андреем Константиновичем Нартовым был создан токарный станок с суппортом, приводившимся в движение механически.

Изобретение А. К. Нартовым суппорта освободило руки токаря от необходимости держать резец во время обтачивания детали и ознаменовало собой начало новой эпохи в развитии не только токарных, но и других металлорежущих станков.

А. Нартов изготовил свой токарный станок с суппортом на 70 лет раньше англичанина Модсли, которому на Западе неверно приписывается изобретение суппорта, и на 70 лет опередил Западную Европу и Америку.

После Нартова особенно широко изготовление токарных станков было развито на Тульском и других оружейных заводах. Один из таких станков изображен на рис. 21. Суппорты 2 этих станков перемещались механически с помощью зубчатых колес 1 и винта 3 с гайкой.

Токарный станок, изображенный на рис. 22, изготовленный в середине прошлого столетия, по своей конструкции ближе подходит к современным станкам. Он имеет переднюю бабку со ступенчатым шкивом 1, позволяющим изменять числа оборотов обрабатываемых деталей. Перемещение суппорта 2 осуществляется при помощи ходового винта 3, гайки, установленной в фартуке, и сменных зубчатых колес 4.

Позднее на токарных станках со ступенчатошкивным приводом для изменения скорости перемещения суппорта стали применять коробки подач; помимо ходового винта, стали применять и ходовой вал. В начале XX в. с изобретением быстрорежущей стали появляются быстроходные мощные токарные станки, в которых изменение числа оборотов шпинделя осуществляется при помощи зубчатых передач, заключенных в коробке скоростей.

Таким образом, современные токарные станки имеют коробки скоростей для перемены числа оборотов обрабатываемой детали и коробку подач для изменения величины подачи.

На рис. 23 приведены названия основных узлов и деталей токарно-винторезного станка.

Станина является опорой для передней и задней бабок, а также служит для перемещения по ней суппорта и задней бабки.

Передняя бабка служит для поддержания обрабатываемой детали и передачи ей вращения.

Задняя бабка служит для поддержания другого конца обрабатываемой детали; используется также для установки сверла, развертки, метчика и других инструментов.

Суппорт предназначен для перемещения резца, закрепленного в резцедержателе, в продольном, поперечном и наклонном к оси станка направлениях.

Коробка подач предназначена для передачи вращения ходовому винту или ходовому валу, а также для изменения числа их оборотов. Ходовой винт используется для передачи движения от коробки подач к каретке суппорта только при нарезании резьбы, а ходовой вал — при выполнении всех основных токарных работ.

Фартук служит для преобразования вращательного движения ходового вала в продольное или поперечное движение суппорта.

2. Станина

Все узлы токарного станка монтируются на станине, стоящей на двух тумбах (ножках).

Станина (рис. 24) состоит из двух продольных стенок 2 и 8, соединенных для большей жесткости поперечными ребрами 1, и имеет четыре направляющие, три из которых призматические 3

и одна плоская 4.

На левом конце станины 5 крепят переднюю бабку,-а на другом, на внутренней паре направляющих, устанавливают заднюю бабку. Заднюю бабку можно перемещать по направляющим вдоль станины и закреплять в требуемом положении. По двум крайним призматическим направляющим станины перемещается нижняя плита суппорта, называемая кареткой. Направляющие станины должны быть точно обработаны по рабочим плоскостям. Кроме того, направляющиe быть строго прямолинейными и взаимно параллельными, так как от этого зависит точность обработки деталей.

3. Передняя бабка

Передней бабкой называется часть токарного станка, служащая для поддержания обрабатываемой детали и приведения ее во вращение. В корпусе передней бабки в подшипниках скольжения или качения вращается шпиндель, который передает вращение обрабатываемой детали при помощи кулачкового или поводкового патрона, навертываемого на правый конец шпинделя с резьбой.

На наружной стенке корпуса передней бабки расположены рукоятки коробки скоростей (см. рис. 23), служащие для переключения числа оборотов шпинделя. Как надо повернуть эти рукоятки, чтобы получить нужное число оборотов шпинделя в минуту, указано на металлической табличке, прикрепленной на наружной стенке передней бабки.

Для предохранения зубчатых колес коробки скоростей от преждевременного износа переключение рукояток нужно производить только после выключения шпинделя, когда его скорость незначительна.

4. Шпиндель

Конструкция шпинделя. Шпиндель (рис. 25, а) является наиболее ответственной частью токарного станка. Он представляет собой стальной пустотелый вал 1, в коническое отверстие которого вставляют передний центр 5, а также различные оправки, приспособления и др. Сквозное отверстие 7 в шпинделе служит для пропускания прутка при выполнении прутковой работы, а также для выбивания переднего центра.

На переднем конце шпинделя нарезана точная резьба 4, на которую можно навернуть патрон или планшайбу, а за резьбой имеется шейка 6 с буртиком 3 для центрирования патрона; у станка 1А62, кроме того, имеется канавка 2 для предохранителей патрона, предотвращающих его самопроизвольное свертывание при быстром торможении шпинделя.

Шпиндель вращается в подшипниках передней бабки и передает вращение обрабатываемой детали. В токарных станках шпиндели обычно вращаются в подшипниках скольжения, но шпиндели скоростных станков вращаются в подшипниках качения (шариковых и роликовых), обладающих более высокой жесткостью по сравнению с подшипниками скольжения.

Одно из главных условий точной обработки деталей на токарных станках — это правильное вращение шпинделя. Необходимо, чтобы шпиндель под действием нагрузки не имел в подшипниках никакого люфта — ни в осевом, ни в радиальном направлениях — и вместе с тем равномерно, легко вращался. Наличие слабины между шпинделем и подшипниками вызывает биение шпинделя, а это в свою очередь приводит к неточности обработки, дрожанию резца и обрабатываемой детали. Устойчивость шпинделя обеспечивается применением нового типа массивных регулируемых подшипников качения.

Передний подшипник шпинделя. На рис. 25, в показано устройство переднего (правого) подшипника шпинделя токарного станка. Коническая шейка 8 шпинделя вращается в двухрядном роликовом подшипнике 9, получающем принудительную смазку от особого насоса, расположенного в коробке скоростей. Внутреннее коническое кольцо 10 роликоподшипника расточено по шейке шпинделя.

При регулировании подшипника ослабляют стопорный винт 11 и повертывают гайку 12, благодаря чему кольцо 10 перемещается вдоль оси. При этом в силу конусности шейки 8 зазор между нею и коническим кольцом изменяется. При повертывании гайки 12 вправо происходит затягивание подшипника, а при повертывании влево — его ослабление. Перемещение кольца 10 производят настолько, чтобы шпиндель с патроном можно было провернуть вручную. После регулирования затягивают стопорный винт 11, предохраняющий гайку 12 от отвертывания.

Задний подшипник шпинделя. Задний подшипник шпинделя нагружен значительно меньше переднего. Его главное назначение— воспринимать усилия, действующие на шпиндель в осевом направлении.

Задняя шейка шпинделя обычно вращается в коническом роликовом подшипнике 14 (рис. 25, б). Осевое усилие, действующее на шпиндель справа налево, воспринимается упорным шариковым подшипником 13, расположенным у задней опоры шпинделя. Если же осевое усилие направлено слева направо, стремясь как бы вытянуть шпиндель из коробки скоростей, то оно воспринимается коническим роликовым подшипником 14. Этот подшипник служит также опорой в поперечном направлении для заднего конца шпинделя. Регулируется он с помощью гайки 15 таким же образом, как и передний подшипник.

5. Задняя бабка

Задняя бабка служит для поддержания правого конца длинных деталей при обработке их в центрах. В ряде случаев она используется также для установки в ней сверл, разверток, метчиков и других инструментов.

Задняя бабка с обычным центром. Корпус 1 задней бабки (рис. 26, а) расположен на плите 9, лежащей на направляющих станины. В отверстии корпуса может продольно перемещаться пиноль 6 с закрепленной в ней гайкой 7. С переднего конца пиноль снабжена коническим отверстием, в которое вставляется центр 3, а иногда хвостовая часть сверла, зенкера или развертки. Перемещение пиноли 6 производится посредством маховичка 8, вращающего винт 5; винт при вращении перемещает гайку 7, а вместе с ней и пиноль. Рукоятка 4 служит для жесткого, закрепления пиноли в корпусе бабки. Посредством винтов 10 можно смещать корпус 1 относительно плиты 9 в поперечном направлении и тем самым смещать ось пиноли задней бабки относительно оси шпинделя.

Устройство токарного станка – за счет чего он работает?

К этому прибегают иногда при точении пологих конусов.

Для обтачивания в центрах деталей разной длины плиту 9 перемещают вместе с корпусом задней бабки вдоль станины и закрепляют в нужном положении. Закрепление бабки на станине производится зажимными болтами или с помощью эксцентрикового зажима и скобы 11. Рукояткой 2 поворачивают эксцентриковый валик и отпускают или затягивают скобу 11. Отпустив скобу, передвигают заднюю бабку и, установив ее в нужном положении, снова затягивают скобу.

Чтобы удалить задний центр из конического гнезда пиноли, поворачивают маховичок 8 таким образом, чтобы втянуть пиноль в корпус задней бабки до отказа. В крайнем положении конец винта 5 выталкивает центр 3.

Задняя бабка со встроенным вращающимся центром. В токарных станках для скоростного резания находят применение задние бабки со встроенным вращающимся центром. На рис. 26, б показана одна из конструкций такой задней бабки.

В передней части пиноли 5 расточено отверстие, в котором запрессовывают подшипник 3 с коническими роликами, передний упорный шариковый подшипник 4 и задний шариковый подшипник 6 для втулки 2. Эта втулка имеет коническое отверстие, в которое вставляют центр 1. Осевая сила воспринимается упорным шарикоподшипником 6. Если при помощи стопора соединить втулку 2 с пинолью 5, втулка вращаться не будет. В этом случае в заднюю бабку можно установить сверло или другой центровой инструмент (зенкер, развертку).

6. Механизм подач

Механизм для передачи движения от шпинделя к суппорту (рис. 27) состоит: из трензеля I, предназначенного для изменения направления подачи; гитары II со сменными зубчатыми колесами, которая дает возможность совместно с коробкой подач получать различные подачи (крупные и мелкие); коробки подач III; ходового винта 1; ходового вала 2; фартука IV, в котором расположены механизмы, превращающие вращательное движение ходового вала и ходового винта в поступательное движение резца.

Не во всех станках имеются все перечисленные механизмы. Например, в станках, предназначенных исключительно для нарезания точных резьб, отсутствует коробка подач, подачи здесь изменяют сменой зубчатых колес на гитаре. С другой стороны, на некоторых станках узел подач имеет два реверсирующих механизма: один служит только для изменения направления вращения ходового винта (что требуется, например, для перехода от нарезания правых резьб к нарезанию левых резьб), а другой изменяет направление вращения ходового вала, изменяя таким образом направления продольной или поперечной подачи.

Трензель. На рис. 28 показан трензель, широко применявшийся в токарно-винторезных станках старых типов. На конце шпинделя закреплено зубчатое колесо 1, с которым посредством рычага А можно сцеплять либо колесо 4, либо колесо 2. Зубчатое колесо 2 находится постоянно в зацеплении с колесом 4 и с колесом 3. Если, повернув рычаг А вниз, сцепить с колесом 1 колесо 4, то вращение колесу 3 будет передаваться через два промежуточных колеса 4 и 2 (рис. 28, в). Повернув рычаг А вверх (рис. 28, а), сцепим колесо 1 непосредственно с колесом 2. В последнем случае колесо 5 получит вращение только через одно промежуточное колесо, следовательно, будет вращаться в другом направлении, чем в первом случае. Если рычаг А закрепить в среднем положении, как показано на рис. 28, 6, то зубчатые колеса 4 и 2 не сцепляются с колесом 1 и механизм подачи будет выключен.

В современных токарных станках применяются механизмы для направления движения, более удобные в отношении управления, чем описанный трензель. Схема современного реверсирующего Механизма, составленного из цилиндрических зубчатых колес, показана на рис. 29, а. На ведущем валу I закреплены на шпонках колеса z1 и z3. На ведомом валу II на шлицах скользит блок из двух колес z2 и z4, который может быть сцеплен либо с паразитным колесом z, либо с колесом z3 (показано пунктиром). Таким образом, ведомый вал II получает вращение либо в одном, либо в другом направлении.

На рис. 29, б. показана другая конструкция реверсирующего механизма из цилиндрических колес. На ведущем валу I свободно сидит блок из двух колес 1 и 3 для сообщения прямого хода ведомому валу II и колесо 5— для обратного хода. Колеса 1, 3 и 5 могут быть жестко связаны с валом I при помощи пластинчатой фрикционной муфты М.

На ведомом валу II находится передвижной блок, состоящий из колес 2 и 4 — слева, и колесо 6, жестко закрепленное на шпонке, справа.

При включении фрикционной муфты М влево вал II получает два различных числа оборотов, осуществляя прямой ход; при включении муфты М вправо вал II получает обратное вращение через зубчатое колесо 5 — паразитное колесо 7 — колесо 6.

Коробка подач. У большинства современных токарно-винторезных станков имеются коробки подач; они служат для быстрого переключения скорости вращения ходового винта и ходового вала, т. е. для изменения подачи. Сменные же колеса у этих станков используются лишь тогда, когда требуемой подачи нельзя достигнуть переключением рукояток коробки подач.

Существует много различных систем коробок подач. Весьма распространенным типом является коробка подач, в которой применяется механизм накидного зубчатого колеса (рис. 30).

Первый валик 7 коробки подач получает вращение от сменных колес гитары. Этот валик имеет длинную шпоночную канавку 6, в которой скользит шпонка зубчатого колеса 3, расположенного в рычаге 2. Рычаг 2 несет ось 5, на которой свободно вращается накидное колесо 4, постоянно сцепленное с колесом 3. Посредством рычага 2 колесо 3 вместе с колесом 4 можно перемещать вдоль валика 7; поворачивая рычаг 2, можно сцепить накидное колесо 4 с любым из десяти колес зубчатого конуса 8, закрепленных на валике 9.

Рычаг 2 может иметь десять положений по числу колес зубчатого конуса 8. В каждом из этих положений рычаг удерживается штифтом 1, входящим в одно из отверстий передней стенки 15 коробки подач.

При перестановке рычага 2 благодаря сцеплению колеса 4 с различными колесами зубчатого конуса 8 изменяется скорость вращения валика 9. На правом конце этого валика, на скользящей шпонке, расположено колесо 10, имеющее на правом торце ряд выступов. В левом положении колесо 10 сцеплено с колесом 14, закрепленным на ходовом валу 13. Если колесо 10 сместить вправо, вдоль валика 9, то оно выйдет из зацепления с колесом 14 и торцовыми выступами сцепится с кулачковой муфтой 11, жестко сидящей на ходовом винте 12. При этом вал 9 будет непосредственно соединен с ходовым винтом 12. При включении ходового винта ходовой вал 13 остается неподвижным; наоборот, при включении ходового вала остается неподвижным ходовой винт.

На стенке коробки подач обычно имеется табличка, указывающая, какие именно подачи или какие шаги резьб получаются при каждом из десяти положений рычага 2 при определенном подборе «венных колес гитары.

7. Суппорт

Суппорт токарного станка (рис. 31) предназначен для перемещения резцедержателя с резцом в продольном, поперечном и наклонном к оси станка направлениях. Резцу можно сообщить движение вдоль и поперек станины как механически, так и вручную.

Нижняя плита 1 суппорта, называемая кареткой или продольными салазками, перемещается по направляющим станины механически или вручную, и резец движется в продольном направлении. На верхней поверхности каретки 1 имеются поперечные направляющие 12 в форме ласточкина хвоста, расположенные перпендикулярно к направляющим станины. На направляющих 12 перемещается нижняя поперечная часть 3 — поперечные салазки суппорта, посредством которых резец получает движение, перпендикулярное к оси шпинделя.

На верхней поверхности поперечных салазок 3 расположена поворотная часть 4 суппорта. Отвернув гайки 10, можно повернуть эту часть суппорта под нужным углом относительно направляющих станины, после чего гайки 10 нужно завернуть.

На верхней поверхности поворотной части расположены направляющие 5 в форме ласточкина хвоста, по которым при вращении рукоятки 13 перемещается верхняя часть 11 — верхние салазки суппорта.

Регулировка суппорта. После некоторого срока работы станка, когда на боковых поверхностях ласточкина хвоста появляется зазор, точность работы станка снижается. Для уменьшения этого зазора до нормальной величины необходимо подтянуть имеющуюся для этих целей клиновую планку (на рис. 31 не показана).

Излишний зазор, возникающий после некоторого периода работы между гайкой и поперечным ходовым винтом, следует также уменьшить до нормальной величины.

Как видно из рис. 32, гайка, охватывающая поперечный винт 1, состоит из двух половин 2 и 7. Для уменьшения зазора между гайкой и винтом до нормальной величины необходимо проделать следующее. Отвернуть слегка винты 3 и 6, при помощи которых обе половины гайки привинчены к нижней части суппорта, затем посредством винта 5 сдвинуть вверх односторонний клин 4, при этом обе половины гайки раздвинутся и зазор между поперечным винтом и гайкой уменьшится. Отрегулировав зазор, нужно снова затянуть винты. 3 и 6, крепящие обе половины гайки.

Резцедержатели. На верхней части суппорта устанавливают резцедержатель для закрепления резцов. Резцедержатели бывают различных конструкций.

На легких станках применяется одноместный резцедержатель (рис. 33, а). Он представляет собой цилиндрический корпус 1, в прорезь которого вставляют резец и закрепляют болтом 2. Резец опирается на подкладку 3, нижняя сферическая поверхность которой соприкасается с такой же поверхностью кольца 4. Такое устройство позволяет наклонять подкладку с резцом и устанавливать его режущую кромку по высоте центров. Нижняя часть 5 резцедержателя, имеющая Т-образную форму, вставляется в паз верхней части суппорта. Закрепление резца в резцедержателе данного типа производится быстро, однако недостаточно прочно, поэтому такой резцедержатель применяют главным образом для мелких работ.

Более прочно закрепляется резец в резцедержателе, показанном на рис. 33, б. Резцедержатель 5, снабженный Т-образным сухарем 1, закрепляется на верхней части суппорта гайкой 4. Для регулирования положения режущей кромки резца по высоте в резцедержателе имеется подкладка 2, нижняя сферическая поверхность которой опирается на такую же поверхность колодки резцедержателя. Закрепляют резец двумя болтами 3. Резцедержатель этого типа применяется как на малых, так и на больших станках.

На больших токарных станках применяются одноместные резцедержатели (рис. 33, б). В этом случае резец устанавливают на плоскость 7 верхней части суппорта и закрепляют планкой 2, затягивая гайку 4. Для предохранения болта 3 от изгиба планка 2 поддерживается винтом, опирающимся на башмак 6. При отвертывании гайки 4 пружина 1 приподнимает планку 2.

Чаще всего на токарно-винторезных станках средних размеров применяют четырехгранные поворотные резцовые головки (см. рис. 31).

Резцовая головка (резцедержатель) 6 устанавливается на верхней части суппорта 11; в резцедержателе можно закрепить винтами 8 четыре резца одновременно. Работать можно любым из установленных резцов. Для этого нужно повернуть головку и поставить требуемый резец в рабочее положение. Перед поворотом головки необходимо ее открепить, повернув рукоятку 9, связанную с гайкой, сидящей на винте 7. После каждого поворота головку нужно снова зажать с помощью той же рукоятки 9.

8. Фартук

К нижней поверхности каретки 1 (см. рис. 31) прикреплен фартук 17 — так называется часть станка, в которой заключены механизмы для продольного и поперечного перемещений резца (подачи) и механизмы управления подачи. Эти перемещения могут совершаться вручную или механически.

Поперечная подача резца производится перемещением нижней части 3 суппорта. Для этого рукояткой 14 вращают винт, гайка которого скреплена с нижней частью суппорта.

Маховичок 16 служит для сообщения суппорту вручную продольной подачи по направляющим станины. Для более точного механического перемещения суппорта пользуются ходовым винтом (рис. 34). Винт 1 приводится во вращение от коробки подач. По нему перемещается разъемная гайка 2 и 8, установленная в фартуке суппорта и называемая маточной. При нарезании резьбы резцом обе половины гайки 2 и 8 сближают при помощи рукоятки 5; они захватывают нарезку винта 1 так, что при его вращении фартук, а вместе с.ним и суппорт, получают продольное перемещение.

Механизм для сдвигания и раздвигания половин разъемной гайки устроен следующим образом. На валике рукоятки 5 (рис. 34) закреплен диск 4 с двумя спиральными прорезями 6, в которые входят пальцы 7 нижней 8 и верхней 2 половин гайки. При повороте диска 4 прорези заставляют пальцы, а следовательно, и половины гайки сближаться или расходиться. Половины гайки скользят по направляющим 3 фартука, имеющим форму ласточкина хвоста.

При всех токарных работах, кроме нарезания резьбы резцом, продольная подача осуществляется при помощи жестко скрепленной со станиной зубчатой рейки и катящегося по ней зубчатого колеса, установленного в фартуке (см. рис. 36 а). Это колесо получает вращение либо вручную, либо от ходового вала.

На токарном станке нельзя включать механизм продольной подачи от ходового вала одновременно с замыканием маточной гайки на ходовом винте: это ведет к неизбежной поломке механизма фартука или коробки подачи.

Для предотвращения таких неправильных включений на станке имеется специальный механизм, называемый механизмом блокировки.

Контрольные вопросы
1. Назовите основные узлы и детали токарного станка.
2. Как устроена станина токарного станка и каково ее назначение?
3. Для чего служит передняя бабка токарного станка?
4. Из каких основных деталей и механизмов состоит передняя бабка?
5. Для чего служит коробка скоростей станка?
6 Как устроен шпиндель и каково его назначение?
7. Расскажите об устройстве подшипников шпинделя (рис. 25).
8. Расскажите об устройстве и назначении задней бабки у токарного станка.
9. Через какие механизмы передается движение от шпинделя к суппорту станка?
10. Как устроен трензель?
11. Для чего служит коробка подач?
12. Из каких основных частей состоит суппорт?
13. Какие механизмы содержатся в фартуке станка?
14. Как передается движение от ходового вала к суппорту станка?

Шпиндель фрезерного станка: виды, типы. Как выбрать нужный?

Шпиндель фрезерного станка необходим для прочной фиксации оправки с режущим инструментом. Различаются между собой по основным техническим характеристикам, которые определяют режим эксплуатации, виды работ и тип материалов, с которыми сможет работать машина. Устройство шпинделя фрезерного станка обеспечивает его устойчивость к высоким осевым и радиальным нагрузкам, хороший запас прочности и долговечность работы при правильной эксплуатации.

Условное деление по исполнению:

  • вертикального исполнения/использования;
  • горизонтального исполнения/использования;
  • универсального исполнения/использования.

Отличаются системой передачи вращающего момента, и применением различных резинотехнических уплотнений.

По скорости вращения:

  • низкоскоростные (до 2500 об/мин). часто применяются для передачи высокого крутящего момента от двигателя через коробку скоростей. На шпинделе установлена одна или несколько шестерен.>

  • высокоскоростные (2000~24000) об/мин, ременная или прямая передача момента от электродвигателя. Используются различные зубчатые или соединительные безлюфтовые муфты.
  • ультравысокоскоростные 15000~70 000 об/мин. обычно выполнены в виде моторшпинделей, т.е. со встроеннными обмотками и датчиками

По способу смены инструмента:

  • ручные (штревель, болт, цанга)
  • механизированные (штревель и устройство зажима-разжима)

Особенности конструкции

Шпиндель фрезерного станка — это полый длинный вал, изготовленный из прочной стали. Передняя часть элемента изнутри расточена и отшлифована под конус (Морзе, ISO, BT, HSK и т.д). Это необходимо для плотной посадки фрезерной оправки и точной установки фрезы. Фиксация оправки с режущим инструментом осуществляется с помощью внешнего усилия, источник которого может быть как ручным (затяжка оператором тягового болта на универсальном станке), так и механизированным (гидро или пневмо разжим) с передачей оправки в магазин инструментов.

Шпиндель состоит из нескольких узлов — неподвижного корпуса, вращающейся части, подшипников, устройства зажима/разжима, охлаждения, обдува, подачи СОЖ, регулировочных гаек, балансировочных колец и т.д. Роль неподвижного корпуса может выполнять шпиндельная бабка.

Также в техническом языке существует подмена понятий: шпиндель как устройство в сборе и шпиндель как вращающаяся часть шпиндельного узла.

Шпиндель вращается в опорах. Роль опор могут выполнять — высокоточные подшипники, а также масляная или воздушная прослойка.

Деталь изготавливают из углеродистых и легированных сталей, которые подвергают закалке с отпуском до высокой твердости. Для изделий, работающих в подшипниках скольжения, применяют обработку цементацией на глубину до 1 мм с последующей закалкой и отпуском.

Основные требования к деталям

Шпиндели для станков с ЧПУ или ручным управлением должны обладать следующими качествами:

  • точностью вращения.

    Устройство токарного станка по металлу

    Нормы осевого, радиального и торцового биения переднего конца регламентирует ГОСТ 9726-89 п. 3.4.12, 3.4.15 или аналогичные импортные;

  • статической жесткостью. Параметр определяется упругими деформациями шпинделя под воздействием сил, возникающих при обработке;
  • износостойкостью. Для изготовления деталей используются сплавы с низкой склонностью к истиранию и образованию задиров;
  • виброустойчивостью. Максимальные требования предъявляются к высокоскоростным устройствам с ЧПУ, которые используются для чистовой обработки.

Виды изделий

Шпиндели классифицируются по типу привода:

  • ременной. Вращение передается на вал от рядом расположенного электродвигателя. Преимущества: высокая скорость вращения, простота установки, низкая вибрация. Недостатки — ограничение вращающего момента местом под установку двигателя, ценой двигателя и устройства управления. Устройства работают практически бесшумно и применяются обычно на вертикальных обрабатывающих центрах с ЧПУ. Иногда при вращении на скоростях выше 5 000 об/мин может появляться свист от выходящего между зубьев воздуха;
  • зубчатый. Передача крутящего момента происходит через коробку скоростей. Преимущества возможность увеличения крутящего момента от электродвигателя. Несколько диапазонов вращения. Недостатки — относительно низкая скорость вращения, вызванная ограничениями кинематики (валов и шестерен). Регулировка вращения может осуществляться автоматически через ЧПУ. Шпиндели такого типа чаще всего устанавливают на универсальные фрезерные станки или обрабатывающие центра с вращающим моментом на шпинделе больше 200 Нм;
  • прямой. Электродвигатель располагается непосредственно над шпинделем, может вращаться с высокой скоростью. Такое устройство узла позволяет качественно и быстро выполнять чистовую обработку, когда не требуется снятия толстых слоев материала и не прилагаются большие боковые нагрузки. Скорость вращения ограничивается скоростью вращения электродвигателя;
  • электрошпинделя — совмещение в одном корпусе шпинделя и двигателя. Отличаются высокой скоростью вращения и диапазоном изменения скорости вращения.

По частоте вращения шпиндели для фрезерных станков бывают: (см. также пункт “по скорости вращения” (выше) данной статьи — a href)

  • высокооборотные. Детали применяются для гравировки и раскроя “цветных” металлов, таких как алюминий, магний и латунь марок ЛС-63, ЛС-59, пластика, древесины, МДФ,;
  • низкооборотные. Узлы с невысокой скоростью вращения позволяют обрабатывать вязкие металлы и сплавы: медь, сталь, дюраль и т. д.

При выборе устройства также важно учесть его габариты: диаметр и длину. От размеров шпинделя зависят параметры/режимы обработки и как следствие — величина съема материала в единицу времени, т.е. экономическая целесообразность.. При серийном выпуске мелких деталей используют узлы диаметром от 16 мм (например в гравировальных станках с цангами ER11, ER16, ER25 и т.д.) Шпиндели размером до 300 мм позволяют обрабатывать крупные элементы корпусов и агрегатов, т.к. могут обеспечить передачу вращающего момента к режущему инструменту большого диаметра. Часто чем больше размеры шпинделя, тем больше размеры рабочей зоны станка, на который он устанавливается.

 

 

Условия приобретения и заказ

Купить станок, посмотреть его в работе, ознакомиться со складом станков — Вы можете, связавшись с нашими менеджерами по телефонам 8 (4822) 620-620 или заказать обратный звонок.

 

Также Вы можете подобрать и приобрести режущий инструмент и оснастку к станку, производства Тайваня, Израиля

 

 

Способы крепления режущего инструмента на станках

По способу крепления на станках все инструменты делятся на стержневые, насадные и концевые (хвостовые). У стержневых инстру­ментов крепежная часть представляет собой стержень круглого, прямо­угольного или квадратного сечений, выполненный заодно с корпусом и закрепляемый в суппорте станка.

У насадных инструментов в корпусе имеются отверстия цилиндри­ческой или конической формы (рис 3.1), с помощью которых инструмен­ты насаживаются на оправки. Сами же инструменты представляют собой тела вращения, на цилиндрической или конической поверхности которых находятся режущие зубья. Цилиндрические посадочные отверстия диа­метрами мм стандартизованы, их выполняют с высокой точно­стью — по и , а для передачи крутящего момента делают продоль­ную шпоночную канавку шириной мм. Базирование инстру­мента осуществляется по отверстию и его торцам. Однако в связи с тем, что эта посадка подвижная и всегда имеется зазор между инструментом и оправкой, это вызывает нежелательное биение режущих кромок.

Более точную посадку обеспечивают конические отверстия с ко­нусностью 1:30 (рис. 3.1,), используемые, например, у разверток и зенкеров. Чтобы не ослаблять стенки корпуса инструмента, шпоночные пазы, служащие для передачи крутящего момента, выполняют на торце корпуса.

С обоих торцов цилиндрических и конических посадочных отвер­стий снимают фаски , а в середине отверстий делают выточку глубиной 1 мм и длиной 1/3… 1/4 от длины отверстия. Выточка уменьшает длину посадочной поверхности, сокращает трудоемкость ее изготовления, а также уменьшает износ шлифовального круга. У инструментов дискового типа (фрезы, долбяки) такие выточки не делают

Диаметры оправок для насадных инструментов определяют расче­том из условия допустимой прочности на кручение и изгиб.

Концевые инструменты изготавливают с цилиндрическими или ко­ническими хвостовиками, которые входят в отверстия шпинделей стан­ков непосредственно или через переходные втулки, оправки и патроны.

Рис. 3.1. Крепежная часть насадных режущих инструментов с цилиндрическим (а) и коническим (б) отверстиями

Достоинствами цилиндрических хвостовиков (рис. 3.2) являются: простота при высокой точности изготовления, возможность регулирова­ния вылета инструмента в осевом направлении. Недостаток — наличие зазора при подвижной посадке. Для передачи крутящего момента неко­торые типы хвостовиков имеют поводки в виде квадратов, лысок или вырезов для крепления винтами. Гладкие цилиндрические хвостовики применяют у инструментов малых диаметров, закрепляемых в цанговых или кулачковых патронах.

Лучшее центрирование с посадкой без зазора обеспечивает крепле­ние с помощью конических хвостовиков. Чаще всего используют само­тормозящиеся хвостовики типа Морзе (№ 0…6) и метрические с конус­ностью 1:20 (угол конуса ). Достоинством этих конусов являет­ся возможность передачи крутящих моментов без дополнительных эле­ментов и только за счет сил трения на поверхностях контакта конуса с гнездом. При этом, например, у сверл момент трения увеличивается при возрастании осевой составляющей силы резания (рис.3.3).

Рис. 3.2. Типы цилиндрических хвостовиков режущих инструментов

Рис. 3.3. Конические хвостовики Морзе:

а, б — типы; в — схема выбивания клином конического хвостовика из шпинделя станка

На рис. 3.3 показаны конические хвостовики с лапкой (рис. 3.3, а) и за­тяжкой (рис. 3.3, б) в гнезде болтом.

Самодельный шпиндель токарного станка с ЧПУ "на коленке"

При этом следует иметь в виду, что лапка не должна передавать крутящий момент, а предназначена только для «выбивания» инструмента из гнезда с помощью клина (рис. 3.3, в). Для увеличения силы трения хвостовики обычно термически не об­рабатывают за исключением лапки, которую закаливают для предохране­ния от смятия. Чтобы не повредить клином центровое отверстие, торец лапки обрабатывают по радиусу.

Крутящий момент, передаваемый конусом, можно определить из расчетной схемы (рис. 3.4). Здесь касательная составляющая силы трения на поверхности конуса

где — осевая составляющая силы резания, нормальная состав­ляющая силы трения; — угол наклона образующей конуса; — коэф­фициент трения.

Рис. 3.4. Расчетная схема для определения крутящего момента, передаваемого коническим хвостовиком (2а < 3°)

Крутящий момент от касательной составляющей силы трения на среднем диаметре:

где

При изготовлении конуса возможна угловая погрешность , кото­рая снижает и влияет на биение режущих кромок. С учетом этого уточненное значение

(3.1)

Здесь допускаемое значение , а коэффициент трения (сталь по стали).

Определив экспериментально отношение для заданного зна­чения диаметра инструмента, можно по уравнению (3.1) найти диаметры конуса , и подобрать по ГОСТ 25557-82 ближайший номер хвос­товика.

У хвостовиков без лапок (см. рис. 3.3, б) для создания осевого уси­лия и предотвращения выпадения хвостовика из гнезда на торце делают резьбовое отверстие, в которое ввертывается болт-тяга (штревель). Такие хвостовики применяют на фрезах при малых осевых составляющих силы резания.

Для уменьшения габаритов хвостовиков в некоторых инструментах используют укороченные хвостовики Морзе (№ 1…4) с сохранением наибольшего диаметра и уменьшением длины конуса.

Широкое применение у быстросменных инструментов нашли также хвостовики (рис. 3.5) с конусностью 7:24 ( ). Они обеспечива­ют хорошее центрирование, но не являются самотормозящими. Поэтому для передачи крутящего момента на торце хвостовиков предусмотрены шпоночные пазы. Крепление в шпинделе осуществляется путем затяжки штревелем или специальным захватом за цилиндрическую выточку на конце хвостовика. Раньше такие конусы применялись на фрезерных станках для крепления фрез в шпинделе непосредственно или через оп­равку, однако в последние годы их стали широко применять для крепле­ния режущих и вспомогательных инструментов на станках с числовым программным управлением.

Рис. 3.5. Конический хвостовик с конусностью 7:24

В настоящее время разработан ГОСТ Р 51547-2000 на полые кони­ческие хвостовики типа (Hohlschafte Kegel), обеспечивающие на­дежное базирование и закрепление режущих инструментов при сверх­скоростной обработке (с частотами вращения более 8000 мин"1). В отли­чие от хвостовиков 7:24 они имеют значительно меньшие габариты, а крепление инструмента в них осуществляется по «горячей» посадке — с натягом ( , . Действие таких патронов основано на том, что при нагреве в специальных устройствах посадочное отверстие патрона увеличивается в диаметре, и хвостовик закрепляемого инструмента вставляется в это расширенное отверстие (рис. 3.6). После охлаждения патрона до температуры в помещении диаметр посадочного отверстия возвращается к исходному размеру и обеспечиваются очень большие усилия зажима.

У всех концевых инструментов на торцах предусматривают центро­вые отверстия, необходимые для их изготовления и переточки. Они, как правило, имеют предохранительные выточки или фаски, так как при по­вреждении конической опорной поверхности центровых отверстий уве­личивается биение режущих кромок. У инструментов малых диаметров вместо отверстий делают прямые конусы.

Рис. 3.6. Крепление по «горячей» посадке сверла в патроне типа для сверхскоростной обработки

Контрольные вопросы

  1. Классификация инструментов по способу крепления на станках
  2. Базирование насадных инструментов
  3. Сравнение цилиндрических и конических хвостовиков

Идея собрать самодельный станок с ЧПУ возникла давно. Сдерживало отсутствие знаний и нужных деталей. Сегодня есть всё! Это первая статья, в которой я покажу как я собрал шпиндель. Электроника и станина будут описаны в других статьях.

Первым делом я собрал шпиндель с бесколлекторным мотором. Можно было конечно купить готовый фрезер, но у него есть свои недостатки:

— шум
— щётки

Мой фрезер не ноу-хау, таких конструкций в Интернете уже полно, я лишь повторил и эксперимент оказался удачным. Я пока не проводил серьёзных тестов, но первый запуск и попытка фрезеровать фанеру прошли успешно.

Бесколлекторный мотор Aeolian C5045 KV900 (35$)

Скорость вращения: 900 (KV) об/мин/вольт
Постоянный ток: 80 ампер
Макс. Ток: 90 ампер
Входное напряжение: 6-28 вольт
Макс. Эффективность: 98%
Без нагрузки ток: 2.6 ампер
Внутреннее сопротивление: 21 м (Омега)
Мощность: 1185 Вт
Мотор, размеры (диаметр х длина): 50 мм x 45 мм

К мотору регулятор оборотов MYSTERY Fire Dragon 100A

Для регулировки ещё нужен сервотестер

Блок питания любой на 24 вольта не менее 10 ампер. Update: Мой мотор под нагрузкой потреблял около 4 ампер.

Не знаю почему так мало, пишут что мотор на 80 ампер. Ответ на этот вопрос я так и не нашел.

Покупал мотор специально с диаметром вала 8 мм, тут и подшипник большой (дольше прослужит) и шкив легко найти с таким же диаметром.

Цанговый патрон купил с диаметром хвостовика 10 мм, хотя наверное сейчас купил бы с диаметром 8 мм, было бы проще, потому что найти шкив с диаметром 10 мм и подходящим количеством и размером зубов оказалось не просто. Кроме того можно у мотора вытащить родной вал и вставить сам хвостовик цангового патрона, в таком случае необходимость в ременной передаче вообще отпадает. Иными словами маховик мотора садят прямо на хвостовик патрона. Хотя и в этом случае есть свои недостатки.

Конструкция у меня простая, всего несколько деталей из фанеры и час времени потрачено на сборку.

Первый тест был с аккумулятором от шуруповёрта на 18 вольт, аккумулятор подсажен. Ремень позволяет избавиться от вибраций, а если мотор поставить на резиновую подушку, то шум будет минимальным. Сверху к мотору можно привинтить лопасти, которые будут обдувать его во время работы.

Результат теста шпинделя положительный, в следующих статьях покажу как я буду собирать станину для самодельного ЧПУ станка.

Update: Мой первый ЧПУ

КОММЕНТАРИИ

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

admin