Конус шпинделя по гост 30064 93

Концы шпинделей токарных станков

Эскиз шпинделя токарно-винторезного станка

Шпиндель токарного станка должен сообщать крутящий момент детали, обрабатываемой на станке. Для этого к концу шпинделя крепится зажимное устройство, наиболее соответствующее обрабатываемой детали. Зажимных приспособлений существует большое множество, но обычно это трехкулачковый патрон – он обеспечивакет надежность и точность зажима, удобство установки и снятия большинства симметричных деталей.

Конструкция конца шпинделя токарного станка должен удовлетворять следующим требованиям:

  1. Обеспечивать надежность крепления токарного патрона
  2. Обеспечивать точность центровки патрона по отношению к оси шпинделя
  3. Обеспечивать установку и снятие патрона для замены за минимальное время

ГОСТ 30064-93 Концы шпинделей сверлильных, расточных и фрезерных станков. Размеры. Технические требования

Шпиндель — важнейший элемент станка с ЧПУ. Он совмещает в себе мотор, который передает вращательное движение на фрезу или другой обрабатывающий инструмент, и удерживающую этот инструмент цангу. В нашей новой статье мы рассматриваем разные типы шпинделей для станков с ЧПУ.

Читайте материал, и определите, какой тип шпинделя подходит для решения ваших задач.

Разновидности передних концов шпинделей токарных станков

Передний конец шпинделя токарного станка служит для базирования (центрирования) и закрепления токарного патрона, планшайбы или поводкового патрона.

На сегодняшний день существует четыре разновидности передних концов шпинделей универсальных токарных станков:

  1. Резьбовой конец шпинделя – в обязательном порядке требует промежуточный (переходной) фланец, для того чтобы установить на шпиндель патрон или другое зажимное устройство;
  2. Фланцевый конец шпинделя – с конусной посадкой – форма А. Фланец шпинделя имеет резбовые отверстия для непосредственного крепления патрона спереди винтами с внутренними шестигранниками, проходящими сквозь патрон;
  3. Фланцевый конец шпинделя – с конусной посадкой. Фланец шпинделя имеет отверстия для непосредственного крепления патрона с помощью поворотной (байонетной) шайбы – это наиболее распространенный и предпочтительный вид крепления;
  4. Фланцевый конец шпинделя – с конусной посадкой. Фланец шпинделя имеет отверстия для непосредственного крепления патрона с помощью шпилек типа Camlock

В соответствии с четырьмя существующими разновидностями шпинделей на сегодняшний день действует четыре государственных стандарта регламентирующих конструкцию и размеры передних концов шпинделей:

    – Концы шпинделей резьбовые (Взамен ОСТ 428) – Концы шпинделей фланцевые типа А и фланцы зажимных устройств – Концы шпинделей фланцевые под поворотную шайбу и фланцы зажимных устройств – Концы шпинделей фланцевые типа Кэмлокк и зажимные устройства
    – Фланцы промежуточные к самоцентрирующим патронам.

Что такое шпиндель станка с ЧПУ

Шпиндель для фрезерного станка с ЧПУ — это компактный двигатель, совмещенный с цанговым самозажимным патроном. Шпиндель используется для фиксации режущего инструмента и придания ему вращательного движения. Чаще всего таким инструментом является фреза, но для некоторых задач используют точильный камень или сверло.

Шпиндели различают по основным техническим параметрам: режиму эксплуатации, типу совместимых материалов, мощности. Особенность шпинделя фрезерного станка с ЧПУ — исключительно высокая устойчивость к осевым и радиальным нагрузкам. Устройство обладает высоким запасом прочности.

От надежности механизма и мощности двигателя шпинделя зависит производительность фрезерного станка, максимальные габариты обрабатываемой детали, а также материалы, которые подходят для обработки. Подробнее о материалах мы поговорим ниже, но вкратце можно отметить, что маломощные устройства подходят только для работы по дереву и некоторым полимерам, например акрилу, а высокомощные позволяют обрабатывать мягкие металлы: алюминий, медь.

Концы шпинделей резьбовые. ГОСТ 16868 (Взамен ОСТ 428)

ГОСТ 16868-71 Концы шпинделей резьбовые

Крепление патрона на резьбовой конец шпинделя

ГОСТ 16868 (Концы шпинделей резьбовые) предлагает два типоразмера концов шпинделей:

  1. М39 х 4,0
  2. М45 х 4,5

ГОСТ 16868-71 Концы шпинделей резьбовые

Конец шпинделя резьбовой ГОСТ 16868

В реальности существуют множество моделей станков, выпущенных до начала 60-х годов, с резьбовыми концами шпинделей от М33 до М150. Резьбовой конец шпинделя использовался на токарных станках старых моделей, например, 1А62 (М90 х 6) и в малых токарных станках – учебных и настольных, например, ТВ-7 (М45 х 4,5) и т.д.

Если резьбовой конец шпинделя не соотвтствует ГОСТ 16868 (Концы шпинделей резьбовые) как, например, на станке ТВ-4 (d = М36 х 4), требуется изготовить нестандартный промежуточный фланец, используя посадочные размеры необходимого патрона.

Для того, чтобы на переднем конце шпинделя закрепить токарный патрон, необходимо изготовить или приобрести промежуточный (переходной) фланец, который еще называют планшайбой.

Со стороны шпинделя промежуточный фланец должен навинчиваться на резьбу шпинделя d и очень точно надвигаться на цилиндрический центрирующий поясок диаметром Ø d1 и длиной l мм.

Со стороны токарного патрона промежуточный фланец должен иметь центрирующий поясок – ступеньку D4 для точной установки и центрирования токарного патрона на промежуточном фланце, а также иметь сквозные отверстия для крепления патрона. Очевидно, что для каждого типоразмера токарного патрона должен быть свой промежуточной фланец.

Допускается устанавливать на промежуточном фланце исполнения 1 запорное устройство против самоотвинчивания.

Недостаток шпинделей с резьбой в том, что при торможении или реверсировании быстроходного станка патрон по инерции может соскочить со шпинделя. Кроме того, токарные патроны, устанавливаемые на этих шпинделях по посадке скольжения, не вполне точно центрируются. На точность центрирования оказывает влияние зазор. При частом навинчивании и свинчивании патронов зазор из-за износа сопрягаемых поверхностей увеличивается. В этих условиях даже плотные соединения со временем теряют свою первоначальную точность, и возникает потребность в ремонте головки шпинделя.

В средних и крупных токарных станках используются фланцевые концы шпинделей с центрирующим коротким конусом (7°7′30″). Конические направляющие обеспечивающют более точное центрирование при установке патронов и планшайб.

Классификация шпинделей для станка с ЧПУ

Существует ряд параметров, по которым различают шпиндели для станков с ЧПУ.

По направлению оси вращения

  • Вертикальный;
  • Горизонтальный;
  • Универсальный.

По максимальной скорости вращения

  • Низкоскоростные — до 2500 об/мин;
  • Среднескоростные — до 12 000 об/мин. Шпиндель получает вращение от электродвигателя, причем мотор работает через редуктор и смещен относительно оси шпинделя;
  • Высокоскоростные — до 18 000 об/мин, что требует повышенных требований к исполнению оборудования. В таких устройствах мотор зафиксирован на оси шпинделя;
  • Ультравысокоскоростные — до 70 000 об/мин.

По способу смены инструмента

  • Механизированные — состоят из штревеля и устройства зажима-разжима;
  • Ручные — состоят из штревеля, болта и цанги.

По типу привода

Чем выше скорость вращения шпинделя и чем мощнее мотор, тем сложнее и надежнее должно быть устройство, передающее вращающий момент на обрабатывающий инструмент. Распространенные типы привода в шпинделе:

  • Ременной — электродвигатель через ремень передает момент на расположенный рядом с ним вал. Преимуществом такой конструкции являются высокая скорость вращения, простота устройства, низкая вибрация. Однако у ременной передачи есть и недостатки — ограничение вращающего момента местом под установку двигателя, цена двигателя.
  • Зубчатый — для передачи крутящего момента используется коробка скоростей, которая установлена внутри шпиндельной бабки. Такие механизмы позволяют увеличивать крутящий момент от электродвигателя, но к недостаткам конструкции относится сравнительно низкая скорость вращения, обусловленная ограничениями кинематики (валов и шестерен). Чаще всего зубчатая передача встречается на станках с вращающим моментом на шпинделе больше 200 Нм;
  • С редуктором — такая конструкция позволяет увеличить крутящий момент с максимального значения на моторе в 400 Нм;
  • Прямой — в таком механизме электродвигатель находится над устройством для фиксации фрезы. Допускает вращение шпинделя с высокой скоростью, что удобно при чистовой обработке поверхностей;
  • Электрошпиндели — в одном корпусе совмещены и шпиндель и двигатель, что позволяет легко менять скорость вращения в широком диапазоне значений.

Концы шпинделей фланцевые под поворотную шайбу ГОСТ 12593

ГОСТ 12593-93 (DIN 55027, ИСО 702-3-75). (Взамен ГОСТ 2570-58). Станки металлорежущие. Концы шпинделей фланцевые под поворотную шайбу и фланцы зажимных устройств.

Настоящий стандарт распространяется на фланцевые концы шпинделей с коротким конусом 1:4 (7°7′30″) и поворотной шайбой для токарных станков и на фланцы зажимных устройств, устанавливаемых на концы шпинделей. ГОСТ 12593-93 представляет собой полный аутентичный текст ИСО 702-3-75 “Станки. Концы шпинделей и планшайбы. Размеры для взаимозаменяемости. Часть III. Байонетный тип”.

Фланцевые концы шпинделей типа Б имеют сквозные крепежные отверстия по окружности фланца и байонетную поворотную шайбу которые служат для для крепления патрона без свинчивания крепежных гаек, что позволяет быстро закреплять и снимать патроны. Для концов шпинделей такого типа (Б) должны использаваться зажимные быстросменные патроны 3 типа по ГОСТ 2675-80 Тип 3.

Крепление патрона на фланцевый конец шпинделя под поворотную шайбу

Крепление патрона на фланцевый конец шпинделя под поворотную шайбу

Пример применения фланцевых концов шпинделей под поворотную шайбу

Пример применения фланцевых концов шпинделей под поворотную шайбу

Исполнения фланцевых концов шпинделей под поворотную шайбу

Исполнения фланцевых концов шпинделей под поворотную шайбу

Размеры фланцевых концов шпинделей под поворотную шайбу

Размеры фланцевых концов шпинделей под поворотную шайбу

Токарный патрон по ГОСТ 2675-80 Тип 3 для установки c поворотной шайбой

Токарный патрон по ГОСТ 2675-80 Тип 3 для установки c поворотной шайбой

Фланцы для быстросменных патронов (тип Б) с посадкой на конус 1:4 (7°7′30″) под поворотную шайбу выполняются восьми условных размеров (3, 4, 5, 6, 8, 11, 15, 20) с номинальным наружным диаметром 102, 112, 135, 170, 220, 290, 400, 540 мм.

Фланцевые концы шпинделей с поворотной шайбой могут изготавливаться в трех исполнениях:

  1. Условный размер конца шпинделя 3 и 4;
  2. Условный размер конца шпинделя 5, 6, 8;
  3. Условный размер конца шпинделя 11, 15, 20.

На рисунке показана установка быстросменного токарного патрона 2 на фланцевом шпинделе с помощью байонетной поворотной шайбы 1. Шпильки 5, имеющие в средней части цилиндрическое утолщение с лыской под ключ, завинчиваются в торец патрона и при установке пропускаются через отверстие фланца и поворотной шайбы 1. После этого шайбу поворачивают по часовой стрелке и гайками 6 зажимают патрон на конусе шпинделя.

Сама поворотная шайба крепится к фланцу шпинделя с помощью втулки 3 и винта 4 (вариант 1) или только винтом 7 (вариант 2), при этом она остается подвижной и может вращаться на шпинделе в пределах вытянутого крепежного отверстия.

Крепление на фланцевом шпинделе с поворотной шайбой отнимает немного времени, вместе с тем фланцевое соединение обеспечивает высокую точность центрирования (отсутствует зазор), полную надежность при больших оборотах шпинделя.

Особенности конструкции шпинделя для станка с ЧПУ

Конструкция шпинделя разработана с учетом высоких нагрузок в вертикальном и горизонтальном направлении. Для обеспечения высокой надежности шпиндели собирают в термоконстантных помещениях.

Чтобы устройство обеспечивало исключительную точность вращения, применяются специальные высокоскоростные подшипники. Торцы шпинделя расточены и отшлифованы под конус (ISO, BT, SK, HSK, Морзе и т.д.). Такое решение обеспечивает плотную посадку фрезерной оправки и точную установку фрезы. Для фиксация оправки с режущим инструментом необходимо внешнее усилие, которое обеспечивают набором тарельчатых пружин.

Основные элементы шпинделя — это неподвижный корпус, ротатор, набор подшипников, система полива СОЖ, а также шкивы, балансировочные кольца и другие вспомогательные детали.

Какими качествами должен обладать хороший шпиндельный узел фрезерного станка с ЧПУ?

Качество шпинделей для станков с ЧПУ принято описывать по таким параметрам:

  • Точность вращения — для определения параметра введены нормы ГОСТ 9726-89 п. 3.4.12, 3.4.15;
  • Статическая жесткость — значение, которое можно установить под воздействием сил, возникающих при обработке;
  • Износостойкость — параметр, который зависит от использованных при изготовлении материалов;
  • Виброустойчивость — находится в прямой зависимости от максимальной скорости вращения шпинделя.

Мощность шпинделя: как выбрать шпиндель для фрезерного станка?

Существует прямая закономерность — чем выше мощность шпинделя, тем выше производительность фрезерного станка с ЧПУ. Соответственно, на мощных модификациях допускается обработка металлических заготовок и деревянных плит большой толщины.

Типология шпинделей, в зависимости от мощности, выглядит следующим образом:

  • До 600 Вт — для сверловки или гравировки небольших деталей;
  • До 1400 Вт — для обработки твердых пород древесины и мягкого металла;
  • Свыше 1400 Вт — для сложных интенсивных работ по различным материалам.

Способы охлаждения

В зависимости от мощности и скорости вращения шпинделей, они могут дополнительно оснащаться системами охлаждения. Наиболее распространенные технологии:

  • без охлаждения — такая конструкция используется только на моторах со скоростью вращения меньше 4 000 об/мин;
  • Жидкостное охлаждение — примитивная система с циркулирующей жидкостью, через рубашку шпинделя, с накопителем около станка, в роли накопителя используется любая емкость, защищенная от попадания пыли и стружки;
  • Масляное охлаждение — масло охлаждается в холодильной установке, после чего прокачивается через рубашку шпинделя, что и обеспечивает теплоотвод.

Выводы

Как видно из нашей статьи, выбор шпинделей с определенными характеристиками зависит от условий эксплуатации. В одних случаях важнейшим параметром является высокий крутящий момент, в других — низкий уровень шума при работе аппарата. Определив для себя приоритеты в работе фрезерного станка, вы сможете быстро определить оптимальный тип шпинделя.

Приобретайте фрезерные станки с ЧПУ в Top 3D Shop — оригинальное оборудование с официальной гарантией, отзывчивая техподдержка и лучший возможный сервис к вашим услугам.

Узнайте больше о возможностях усовершенствовать ваше производство интеграцией нового оборудования:

Классификация

Технические характеристики, схемы и эксплуатация фрезерного станка 6р12

При разнообразии фрезерных станков и шпинделей к ним проще их классифицировать по техническим характеристикам:

  1. Фрезерный шпиндель поворотного типа. Часто изготавливается самостоятельно.
  2. Вертикально-поворотные механизмы.
  3. Оборудование с двумя шпинделями.
  4. Механизмы, применяемые при работе с торцевыми частями.
  5. Вертикально-поворотные конструкции для ручной обработки.

Если говорить о применении шпинделей в домашних условиях, можно выделить граверы. Их часто устанавливают на самодельных фрезеровочных станках. Однако, эти машинки имеют серьёзный недостаток. Из-за слабого крутящего момента, металл обрабатывается с большим трудом. Чаще всего таким оборудованием обрабатывают древесину или пластик.

Бормашинка

Часто эти приспособления сравниваются с граверами. Главное отличие — сохранение крутящего момента независимо от изменения оборотов. Также бормашинки комплектуются патронным зажимом и работают они тише, чем граверы.

Dc мотор

Специальный механизм, который комплектуется ЧПУ. Работает тихо и не создаёт вибраций. Благодаря наличию ЧПУ, появляется возможность изменять мощность при работе. Ключевой недостаток dc мотора — это плохая система охлаждения, и как следствие быстрый перегрев при работе с твёрдыми материалами. Чтобы не повредить металлические заготовки и не вывести двигатель из строя, требуется дополнительное охлаждение.


DC мотор

Прямошлифовальная машина

Часто это оборудование используют в качестве фрезеровочного шпинделя. С его помощью можно обрабатывать как дерево, так и металл. В комплекте отсутствует устройство для регулировки мощности, что снижает функционал прямошлифовальной машины. Также при работе с металлом она издаёт громкие звуки.

Фрезер sparky

Используется в качестве поворотного фрезерного шпинделя. Достоинствами этого оборудования является большая мощность, высокая производительность и возможность регулировать обороты. Также на фрезерах Sparky хорошее охлаждение, которое не позволяет обрабатываемым материалам перегреваться. Используются для работы с деревом и металлом.

Фрезер kress

Отличное соотношение цена/качество. Могут комплектоваться системами ЧПУ. Высокая производительность, возможность регулировать обороты. Возможно работать с различными материалами.

Профессиональный шпиндель

Это механизм, который был разработан специально для фрезерных станков. На нём устанавливается водное охлаждение, что позволяет работать длительное время без риска испортить заготовку. Характерные особенности этого оборудования — высокая точность и надёжность. Тихий при эксплуатации. Главный недостаток — высокая стоимость.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Егор Новиков
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий