Шпиндели

Электрошпиндель — это шпиндель, в конструкции которого совмещены вал, электрический двигатель и патрон для зажима инструмента. Электрошпиндель подключается к преобразователю частот, посредством которого двигатель раскручивается до необходимой частоты и, соответственно, нужных оборотов вала. В электрошпинделях применяются высокоточные подшипниковые узлы. В зависимости от назначения и выставляемых требований, в электрошпинделях могут устанавливаться высококлассные гибридные подшипники.

Рекомендации по выбору шпинделя

Мощность шпинделя

• 0.8 кВт с цангой ER-11 — шпиндель для небольших неглубоких граверных работ по латуни, тонкому пластику (до 5 мм), тонкой фанере, для сверления и резки печатных плат, изготовления сувенирных изделий или моделек. Диапазон зажимаемых свёрл и фрез диаметром от 3,175 до 6 мм. Рекомендуется при резке/раскрое применять фрезу диаметром 3.175 мм и глубину реза до 12 мм.
• 1.2 кВт с цангой ER-11 (60 тыс. об/мин) — специальный шпиндель для работ твёрдосплавными фрезами по металлу. Он применяется на многошпиндельных скоростных станках для дерева с горизонтальной подачей для обработки рельефов до 20-25 метров в минуту.
• 1.5 кВт с цангой ER-11 — применяется для граверных работ, неглубокого фрезерования изделий из алюминия и латуни. Диапазон зажимаемых свёрл и фрез диаметром до 6 мм. Назначение шпинделя — мелкие граверные работы миниатюрными короткими фрезами, гравировка латуни и меди, но с большей мощностью, чем шпинделем 0.8 кВт. Рекомендуется при резке/раскрое использовать фрезы диаметром до 4 мм до с глубиной реза до 15 мм.
• 1.5 кВт с цангой ER-16 — шпиндель для работы по твёрдой древесине и пластику толщиной до 15 мм. Шпиндель применяется для гравировки, фрезерования 3D-рельефов, а также для раскроя неглубоких заготовок толщиной до 40 мм в несколько проходов. Диапазон зажимаемых свёрл и фрез диаметром от 3,175 до 8 мм. Рекомендуется при резке/раскрое: применение фрезы диаметром до 6 мм и глубиной реза не более 20 мм.
• 2.2 кВт с цангой ER-20 — базовый шпиндель для работы по твёрдой древесине и пластику до 30 мм. Шпиндель используется для гравировки, фрезерования 3D-рельефов на дереве, пластике, также позволяет производить неглубокую гравировку и фрезеровку по мягкому металлу. Не рекомендуется работать фигурной фрезой на полную глубину из-за недостаточной для этого мощности. Диапазон зажимаемых свёрл и фрез диаметром до 12,7 мм. Рекомендуется при резке/раскрое применять фрезы с диаметром до 8 мм с глубиной реза до 30 мм.
• 3 кВт с цангой ER-20 — шпиндель для 3D-работ по твёрдой древесине, пластикам, металлам и резки камня с небольшими глубинами (в проход до 4 мм). Такие шпиндели допускают работу фигурной фрезой на полную глубину с небольшой подачей. Диапазон зажимаемых свёрл и фрез диаметром до 12,7 мм. При резке/раскрое рекомендуется применение фрез диаметром до 12.7 мм и с глубиной реза до 50 мм. Производится два вида шпинделей с этой мощностью: 18000 об/мин и 24000 об/мин. При мелкой гравировке и фрезеровке, а также при работе с металлами, следует выбирать шпиндель с 24000 об/мин, поскольку этот шпиндель имеет более высокий КПД при мелких работах, особенно с металлами при обработке твёрдыми фрезами. Кроме того, при низких скоростях в 1.3 раза придётся снизить горизонтальную подачу при обработке древесины для предотвращения поломки фрез.
• 3,5 кВт с цангой ER-25 (диаметр фрезы 42 мм) — такой шпиндель имеет скорость не более 18000 мм/об, что позволяет эксплуатировать его с большим диаметром твердосплавных фрез. Эти шпиндели подходят для резки по камню, мрамору с небольшой глубиной реза, а также для обработки твердой древесины, пластика, металла. Эти шпиндели не подходят для работ с фигурными фрезами.
• 4 кВт с цангой ER-20 — такой шпиндель применяется когда не хватает мощности при резке с большой глубиной реза, а также при высокой подаче с фигурными фрезами. Рекомендуется при резке/раскрое применять фрезы с диаметром до 12.7 мм в и с глубиной реза до 60 мм. Шпиндель имеет скорость вращения 24000 об/мин, что позволяет работать твёрдосплавными фрезами небольшого размера.
• 4.5 кВт и более — имеют цанги ER-25 с гайками диаметром 42 мм, или ER-32 с гайками 60 мм. Применяется в основном для резки по камню, мрамору, для глубокой фрезеровки металлов, в том числе с большими диаметрами фрез, а также для резки толстых деревянных заготовок и брёвен. Как правило, шпиндели с этой мощностью имеют скорость до 18000 об/мин, что иногда является недостатком при работе с твёрдосплавными фрезами и при мелких фрезеровках тонкими фрезами. Это снижает общий КПД станка. Такие шпиндели следует эксплуатировать с твердосплавными фрезами больших диаметров, которым не требуются большие обороты. При производстве мелких изделий и фрезеровок, эксплуатация этого шпинделя часто затруднительна, поскольку требует трех фазной сети 380 В для питания преобразователя шпинделя, большое энергопотребление — более 1000 Вт*час и дорогое плановое обслуживание. Это привести к экономической неэффективности самой фрезеровки.

Охлаждение шпинделя

Каждый из видов охлаждения обладает своими преимуществами и недостатками.

Шпиндель с воздушным охлаждением

Шпиндель с воздушным охлаждением обычно имеет конструкцию вытянутой прямоугольной формы и легкого сплава. Сам корпус вместе с внутренними воздушными каналами и образует охлаждающую поверхность. Для принудительной вентиляции, на верхний вал шпинделя насажена крыльчатка, протягивающая воздух через каналы. Нижний вал оснащен цанговым зажимом для крепления инструмента.

Такие шпиндели часто можно встретить на деревообрабатывающих станках, и тому есть несколько причин. Рассмотрим подробнее все плюсы и минусы шпинделей с воздушным охлаждением.

Достоинства:

• Сложившаяся конструкция таких шпинделей такова, что при одинаковой мощности в сравнении со шпинделем с водяным охлаждением, они имеет куда более массивную и мощную конструкцию, что положительно сказывается на ресурсе шпинделя и величине выдерживаемых нагрузок. Особое значение это приобретает при деревообработке, так как фрезы для таких видов работ часто не имеют хорошей балансировки, и могут иметь довольно крупные размеры.
• Так же при сравнимой мощности, эти шпиндели имеют больший размер цанги, таким образом расширяются возможности по применяемому инструменту.
• Огромным плюсом является большая автономность, шпинделю с воздушным охлаждением требуется подвести только питающий кабель, в отличие от шпинделя с водяным охлаждением, у него отсутствуют трубки с охлаждающей жидкостью, которые требуется проложить через все гибкие кабель-каналы. Эта особенность особенно заметна в случае установки шпинделя на большие станки, более 3м.

Недостатки:

• Конструкция шпинделя с воздушным охлаждением более массивна и рассчитана на большие нагрузки, поэтому это сказывается на его стоимости. Цена шпинделей с воздушным охлаждением несколько выше, чем у шпинделей с водяным охлаждением.
• У шпинделя с воздушным охлаждением есть опасность перегрева при работе на пониженных оборотах, и за того что крыльчатка закреплена на валу, и при снижении оборотов объем охлаждающего воздуха снижается. Положение усугубляется, если шпиндель работает при высокой температуре наружного воздуха.
• Крепление шпинделя выполнено таким образом,что невозможно регулировать его положение по высоте, если на станке не предусмотрена специальная переходная пластина, это может вызвать некоторые затруднения при ограниченном ходе по оси Z станка.
• Поток охлаждающего воздуха у шпинделя с воздушным охлаждением достаточно сильный и раздувает срезанный материал в стороны, поэтому в этом случае требуется довольно мощная система удаления пыли и стружки.
• Вентилятор охлаждения достаточно шумный, поэтому применять такой шпиндель на станках, где используется инструмент и материал не дающих шума не целесообразно (гравировальные машины, резка воска и модельного пластика).

Шпиндель с водяным охлаждением

Достоинства:

• При сравнимой мощности по сравнению с воздушными, шпиндели с водяным охлаждением имеют ощутимо меньшую стоимость
• Более компактные размеры шпинделя
• Для шпинделя с водяным охлаждением характерна достаточно бесшумная работа, при условии, что фреза сама не производит сильного шума. Это свойство позволяет создать станок, который можно эксплуатировать в не специализированных производственных помещениях.
• Цилиндрическая форма шпинделя и крепление хомутом позволяет легко регулировать высоту шпинделя, и расширить возможности станка при работе с длинными фрезами и высокими заготовками.

Недостатки:

• Главным недостатком шпинделя с водяным охлаждением является все навесное дополнительное оборудование для охлаждения: трубки, радиатор, вентилятор, насос и расширительный бачок. Хотя все эти компоненты и нельзя назвать дорогостоящими, однако их размещение на станке и обслуживание требует временных ресурсов.
• У шпинделя с водяным охлаждением есть опасность коррозии внутри охлаждающей рубашки, что может вызвать попадание охлаждающей жидкости внутрь обмоток с последующим полным выходом из строя.

Важные замечания при эксплуатации шпинделей

Для шпинделей с воздушным охлаждением:

• Старайтесь не давать шпинделю работать на низких оборотах, это может вызвать его перегрев и выход из строя.
• Следите за состоянием каналов охлаждения, и за тем, чтобы они были свободны для воздуха, протекающего через них, а также, чтобы входное отверстие было свободно от посторонних предметов.
• Не рекомендуется применять шпиндели с воздушным охлаждением в среде, содержащую водяную или масляную взвесь.

Для шпинделей с водяным охлаждением:

• Если вы хотите чтобы шпиндель прослужил долго, и не возникло проблем с его корпусом и обмотками из-за коррозии, ни в коем случае не используйте обыкновенную воду для охлаждения шпинделя. Мы рекомендуем оснащать шпиндель полностью замкнутой системой охлаждения, заправленной специальной жидкостью. Этой жидкостью могут служить любые составы, которые применяются для систем охлаждения автомобилей. Допускается разбавлять эти жидкости чистой дистиллированной водой, так как опасность замерзания всей системы отсутствует. Смысл применения именно охлаждающих жидкостей, заключается в их антикоррозийных свойствах.
• Часто встречаются случаи эксплуатации шпинделя без системы охлаждения, из-за того что питание насоса сделано независимо от питания шпинделя, и оператор может забыть его включить. Мы рекомендуем подсоединить насос так, чтобы он автоматически включался при работе станка и шпинделя.
• Используйте подходящий насос или помпу для прокачки охлаждающей жидкости. Частой ошибкой является применение насоса, который не рассчитан на длительную непрерывную работу или насоса с негерметичными электрическими соединениями, например некоторых моделей топливных насосов.
• Для укладки линий охлаждающей системы в гибкие кабель-каналы, используйте трубки достаточной жесткости, чтобы избежать их перегибов при работе машины. Также некоторые виды трубок могут сильно терять свою форму уже при температурах выше 40°С, поэтому их применять также не рекомендуется.

Условия эксплуатации

Шпиндели предназначены для эксплуатации в длительном режиме работы (S1). При жидкостном охлаждении расход охлаждающей жидкости, проходящей через шпиндель, должен быть обеспечен исходя из расчета 2,5л/мин на каждый киловатт номинальной мощности шпинделя. Температура охлаждающей жидкости на входном штуцере от 0 до 40°С. Окружающая среда — в помещении, защищенном от прямого солнечного света, без пыли, агрессивных газов, горючих газов, паров и пр. Предельное значение относительной влажности — 95%, без конденсата и обледенения. Температура окружающего воздуха — от 0°С до +40°С. Обеспечивается функционирование без снижения эксплуатационных характеристик при работе на высоте до 1000м над уровнем моря. Степень защиты корпуса — IP54.