1. Главная страница
  2. /
  3. Полезная информация
  4. /
  5. Шпиндель фрезерного станка с ЧПУ

Шпиндель фрезерного станка с ЧПУ

Шпиндель для станка с ЧПУ - виды и типы, особенности и как выбрать нужный шпиндель

Почему чугун?
Минеральное литьё
Способность гасить вибрации
Температурный диапазон
Плотность чугуна
Итоги

Почему чугун?

Минеральное литьё в народе называют очень по-разному — искусственный гранит, полимербетон, синтегран, синтетический камень и так далее. Но далее мы будем называть всё это минеральным литьём, поскольку это общее, объединяющее понятие для всего перечисленного.

Поскольку в нашу жизнь (а в нашем случае — и в металлообработку) всё быстрее входят новые технологии, давайте немного разберёмся с ними.

Тема этой статьи — отличие старых добрых чугунных станин от новых станин из минерального литья. Она для тех, кто хочет сделать ЧПУ по металлу своими руками, узнать то-то новое о мире станков из полимера или тех, кто подумывает купить гранитный ЧПУ или чугунный станок.

Итак, начнём.

Минеральное литьё

Чугунная промышленность развита давно и во множестве стран. Конкуренция давно свела оптово-розничные цены
к несократимому минимуму, поэтому чугун относительно недорог.

Исторически чугун был выбран для станков среди всех доступных материалов не случайно. Он значительно выигрывал у сплавов меди и железа по устойчивости к вибрации и жёсткости. Альтернативой по этим характеристикам был лишь натуральный камень, но его хрупкость, сложности обработки и сопряжения деталей не позволили развивать это направление. В 19 веке в Европе появилась литая сталь, но и тогда, и сейчас типы сталей, подходящие для станин станков, стоили дороже чугуна.

Поэтому все технологические линии, относящиеся к производству чугуна, за века довели до совершенства, все доступные типы этого сплава были исследованы и разработаны. Королём станин стал чугун — не из-за какого-то одного наилучшего качества, а по причине удачного соответствия двух характеристик: цены и способности к демпфированию (подавлению колебаний механизмов станка) при должном объеме и массе.

По сравнению со станинами минерального литья чугун — более привычен. Но есть одно "но". Полимеры были впервые синтезированы в 19 веке, разработки наполнителей для полимерных композиционных материалов начались в 20 веке, патент на синтегран (синтетический гранит) был опубликован в 1998 году. Развитие технологий минерального литья продолжается ежедневно, и нельзя не принимать это в расчёт.

Минеральноё литьё — это не одна технология, а общее название сотен видов смесей из фракций природных минералов и различных смол.

Различные типы минерального литья отличаются по характеристикам друг от друга не меньше, чем чугун от алюминия. Поэтому нет смысла при сравнении с литьём из чугуна для станин употреблять термин "минеральное литьё". Сравнивать можно только конкретные технологии изготовления, применяющиеся руками конкретных людей.

Наполнителями для минерального литья могут быть карбонат кальция, каолин, тальк, металлические порошки, оксиды сурьмы и алюминия, слюда и асбест, стеклянные, керамические волокна, а также множество других вещей. На данный момент в производстве станин для станков ЧПУ из искусственного гранита лидируют по распространённости кварцевые и гранитные композиты. Таблица для сравнения серого чугуна СЧ18, используемого для станин, и видов минерального литья, дана ниже.

Характеристики

Серый чугун марки СЧ18

Кварцевое литьё

Гранитное литьё

Плотность, кг/м.куб.

7200

2450-2700

2350-2600

Прочность, Н/мм2

изгиб - 300,
сжатие - 700

изгиб - 515,
удар - 135,
сжатие - 2200

изгиб - 134,
удар - 61,
сжатие - 1921

Шероховатость
обработанных
поверхностей деталей,
Ra

до 3,2

до 1,6

до 2

Температура
эксплуатации без
критических
деформаций геометрии

+23℃  ±2℃

от +18℃ до 28℃

от +20℃ до +25℃

Впитываемость воды по
весу, %

0

0,02

0,33

Стоимость материала, руб/кг

от 180

от 140

от 120

Интересно то, что сегодня минеральные композиты по стоимости примерно равны или ниже, чем литьё из чугуна. Что же остальные характеристики?

Давайте посмотрим, какие из них более важны или менее важны для производственных целей и для вас лично как человека, имеющего дело 
со станком ЧПУ из полимербетона или чугуна.

Способность гасить вибрации

Важнейшей характеристикой является виброустойчивость (или демпфирование). Это способность материала станины гасить колебания от работы самого станка.

Момент важный. От него зависит, насколько вибрирует рабочий инструмент (фреза, сверло или резец) относительно заготовки. Точность станка (а если конкретнее, то точность изделий, выпускаемых на станке) напрямую зависит от этого фактора.

Чугун имеет виброустойчивость 10-15%, этот показатель лучше, чем, например, у стали (1-4%) или алюминия (0.1-1%). Минеральное литьё, однако, имеет показатели виброустойчивости примерно в 6-8 раз выше чугуна.

Непременным спутником вибрации является шум. Больше вибрации — больше шума, больше виброустойчивости — шум станины из гранита снижается.

С точки зрения устойчивости к ударам, изгибам и сжатиям более высокие показатели имеет, опять же, минеральное литьё, в особенности кварцево

Температурный диапазон

Эксплуатации чугуна уже (от слова "узкий"), чем
у минерального литья. И если для чугунной ванны изменение на 20 или 50 градусов не имеет значения,
то для точно откалиброванного и настроенного станка точность уменьшается с каждым лишним градусом. Станина минерального литья менее требовательна
к комнатной температуре. Из-за разности показателей температурных деформаций этих материалов.

Обкатка минерального литья проходила долгое время. Если взять синтегран (синтетический гранит), то:

В 1984 году вильнюсский завод шлифмашин отлил из него станину и державки резцов. Без других изменений шероховатость поверхность после обработки снизилась в 1,5-1,7 раз;

В 1993 году проводилось сравнение синтегранового вертикально-фрезерного станка 65Б90ПМФ4 и чугунного станка. Отклонения в вибрации бабки у синтеграна были в 1,6 раз меньше, чем у станка с чугунной станиной, а отклонения в вибрации самой станины — в 2,6 раза;

В 1993 же году тестировался расточной станок 2754В. Точность обработки на гранитной станине в сравнении с чугунной по основному показателю — круглости отверстий — отличалась в 1,5-2 раза в пользу минерального композита.

(Ссылка — научная работа Ю. В. Кирилина " Применение полимербетона для изготовления базовых деталей тяжелых фрезерных станков", 2008,УДК 621. 914.3-181.2.531)

Плотность чугуна

— выше, чем у любого минерального сырья: он совершенно не гигроскопичен, что положительно влияет на неизменность его характеристик в течение многих лет службы. Минеральные композиты здесь проигрывали еще лет 15 назад.

Ведутся, однако, разработки нового поколения минерального литья в направлении уменьшения в составе доли связующих смол. Это бы уменьшило пористость материала.

Наиболее впечатляющими результатами могут похвастаться разработчики кварцевого литья, где было решено использовать в работе разные фракции кварца с размером частицы от 0.1 до 9 мм. Это дало максимальное заполнение пустот в композите и уменьшение доли эпоксидной смолы до 6-7% и гигроскопичности — до 0.02% веса. В пример можно привести нашу разработку, которую мы серийно выпускаем. Мы поддерживаем именно такие характеристики литья из кварцевого композита.

Кварцевый композит производится в процессе вибропрессования под высоким давлением. Сочетание вибраций и откачивания воздуха из смеси исключают пористость конечного продукта, поскольку все вкрапления воздуха из материала удалены. Также в процессе вибропрессования в состав добавляется кварцевая пудра в заданном количестве – она полностью исключает возможность образования микропустот. Как итог – плотный и твердый материал, который полностью устойчив к любым типам загрязнений и химическим веществам.

Из-за большого количества микропустот в раннем минеральном литье складывалась нездоровая тенденция — отслоение металлических деталей из-за усадки композита после остывания. Однако описанное выше снижение количества эпоксидки до 6-7% и заполнение пустот мелкими фракциями к настоящему времени устранили этот минус.

Одной из особенностей чугунной станины, в свою очередь, является необходимость "отстоять" станину в течение нескольких месяцев, а лучше лет, чтобы медленная, почти незаметная усадка чугуна не сбила геометрию станка в процессе эксплуатации.

Это не помешает вам, если вы, покупая станину из чугуна, знаете дату её производства. Проследите за этим.

Итоги

Что нужно мастеру, который собирается купить станину обрабатывающего центра для станка?

  • Если его не беспокоит шум и вибрация, если производство не требует высокой точности, но хочется иметь вариант станины, проверенный веками — это, конечно, чугун.
  • Если для него важна невысокая стоимость, виброустойчивость и высокая точность обработки — это конечно, минеральное литьё.

Успехов!

Поделитесь статьей , если было интересно:

Фрезерные станки очень популярны в промышленности, поскольку их главная задача заключается в обработке плоских поверхностей, шпонок и других деталей. Для установки режущего инструмента, такого как фреза, применяется шпиндель. Этот механизм обеспечивает высокую точность обработки и ускоряет процесс производства, что позволяет компаниям существенно экономить время и деньги. Фрезерные станки доступны в разных конфигурациях и размерах, что позволяет использовать их для обработки различных материалов и выполнять широкий спектр задач в области металлообработки, деревообработки и других отраслях промышленности.

Что такое шпиндель?

Шпиндель фрезерного станка играет важную роль в процессе обработки материалов. Он предназначен для жесткой фиксации оправки с режущим инструментом, а также для передачи крутящего момента от электродвигателя к оправке с заданной скоростью. Каждый шпиндель обладает уникальными техническими характеристиками, которые определяют режим эксплуатации станка, его возможности по работе с различными материалами и видами работ. Важно, чтобы шпиндель обеспечивал устойчивость к высоким осевым и радиальным нагрузкам, а также обладал достаточным запасом прочности и долговечности работы при правильной эксплуатации. Таким образом, качественное устройство шпинделя является необходимым условием для эффективной и безопасной работы фрезерного станка.

Условное деление по исполнению (направлению оси вращения)

Существует условное деление шпинделей по направлению оси вращения, которое включает:

  1. Шпиндели вертикального исполнения, которые монтируются вертикально и используются для обработки деталей, расположенных на горизонтальной поверхности. Они могут быть установлены на фрезерных, сверлильных или токарных станках.
  1. Шпиндели горизонтального исполнения устанавливаются горизонтально и используются для обработки деталей, расположенных на вертикальной поверхности. Они могут быть использованы на горизонтальных токарных и фрезерных станках.
  1. Шпиндели универсального исполнения могут быть установлены как вертикально, так и горизонтально, и предназначены для обработки деталей любой ориентации. Они могут использоваться на универсальных станках, которые позволяют выполнять различные операции.

Шпиндели также различаются по системе передачи вращающего момента и применяемым вспомогательным приспособлениям.

По скорости вращения

Различают несколько типов шпинделей в зависимости от скорости вращения.

Низкоскоростные шпиндели, которые вращаются до 2500 оборотов в минуту, применяются для передачи большого крутящего момента от двигателя через коробку передач или редуктор.

Среднескоростные шпиндели с ременным приводом имеют скорость вращения до 12 000 оборотов в минуту и получают вращение от электродвигателя шпинделя. Они часто используются для жесткого нарезания резьбы.

Высокоскоростные шпиндели

вращаются от 12 000 до 18 000 оборотов в минуту и могут иметь прямую передачу момента от электродвигателя или быть оснащены электрошпинделем. Они требуют более высококачественных оправок и инструмента. Ультравысокоскоростные шпиндели, вращающиеся от 18 000 до 70 000 оборотов в минуту, обычно выполняются в виде моторшпинделей, которые имеют встроенные обмотки и датчики. Они отличаются большей динамичностью и меньшим уровнем шума по сравнению с другими типами шпинделей.

По способу смены инструмента

Существуют разные способы смены инструмента на станках. В зависимости от выбранного способа выделяют два основных типа - механизированные и ручные.

Механизированные способы смены инструмента основаны на использовании специальных устройств, таких как штревель и устройство зажима-разжима. Они позволяют быстро и легко менять инструменты на станке без необходимости вручную регулировать зажим.

Ручные способы смены инструмента требуют большей ручной работы и могут использоваться только на универсальных станках. Для этого используются различные ручные инструменты, такие как штревель, болт или цанга. Они обеспечивают более гибкую настройку и регулировку инструмента, но требуют большего времени и усилий.

Выбор определенного способа смены инструмента на станке зависит от требований производства, типа станка и характеристик используемых инструментов.

 

Остались вопросы? Задайте их нашим спецалистам

Перезвоним вам в ближайшее время

Мы являемся резидентами Сколково с марта 2023

ООО "Альфа Инжиниринг"

ИНН: 5032327671
КПП: 503201001
ОГРН: 1215000037526

Мы являемся резидентами Сколково
с марта 2023

2024 © PLOT ™