Главная » Статьи » Какая может быть частота вращения шпинделя?

Какая может быть частота вращения шпинделя?

 

 

Шпинделем принято называть вращающуюся часть станка, фрезерного или токарного. Если рассматривать токарный станок, то на шпинделе, в патроне закрепляется заготовка, а если рассматривать фрезерный – то вращается фреза. Так как размеры заготовок и фрез могут очень отличаться друг от друга, то и обороты шпинделя могут варьироваться в очень больших пределах.

Напомним, что определяющим параметром для расчета скорости вращения шпинделя, является скорость резания, из чего следует что чем больше размер заготовки для токарной обработки и чем больше диаметр фрезы, тем меньшие требуются обороты. Для токарных станков характерны обороты от 100 и менее до 3000 об/мин, которые сравнительно легко получить, используя самые обычные асинхронные  двигатели вместе с коробкой передач или преобразователем частоты.

То же касается и обычных вертикальных фрезерных станков, у которых обороты редко превышают 3000…5000 об/мин, так как они в основной своей массе предназначены для силового фрезерования фрезами крупного диаметра.

По-иному обстоит дело для шпинделей современных обрабатывающих центров и более простых портальных фрезерных станков, а также гравировальных машин. Недавно появившаяся технология высокоскоростной обработки материалов получила массовое распространение ввиду появления приемлемых по цене высокоскоростных шпинделей.

Основной целью, к которой стремятся производители высокоскоростных шпинделей и станков является повышение производительности операций фрезерования, и в особенности фрезерования мелким инструментом с диаметром меньше 3мм.

Рассмотрим основные категории высокоскоростных шпинделей, которые встречаются на фрезерных станках:

  • шпиндели высокой мощности от 5 кВт и более: применяются в основном на обрабатывающих центрах или крупных станках, имеют диапазон оборотов до 12000…18000 об/мин и предназначены для высокопроизводительной обработки, в том числе труднообрабатываемых материалов.
  • шпиндели средней мощности 1.5…5 кВт: применяются на среднеразмерных портальных фрезерных станках. Такие станки чаще всего применяют для резки различного рода пластиков, дерева и мягких металлов. Верхний диапазон оборотов этих шпинделей лежит в диапазоне 18000…24000 об/мин.
  • шпиндели малой мощности 0.8 кВт и менее: применяются на малоразмерных фрезерных и гравировальных станках, а также на сверлильных станках для производства печатных плат. Верхний предел оборотов таких шпинделей доходит до 40000 об/мин, а для некоторых моделей – до 60000…70000 об/мин.

Выше мы рассмотрели шпиндели, построенные на основе асинхронной трехфазной машины и классических подшипниках. Дальнейший рост скорости вращения в такой схеме затруднен ввиду наличия механического трения и конечной точности изготовления подшипников. Поэтому на самых высококлассных шпинделях используют газодинамические подшипники, питаемые сжатым воздухом. Также существуют модели шпинделей построенных на основе воздушной турбины. Шпиндели такой конструкции при правильной эксплуатации исключительно надежны и имеют долгий срок службы.

Однако вернемся к шпинделям, построенным на основе асинхронной машины. Асинхронный двигатель имеет один существенный недостаток – невозможность работы на частотах значительно ниже номинальной. С понижением частоты вращения падает и выходной момент шпинделя. Хотя современные преобразователи и могут улучшить ситуацию, принципиально изменить ее нельзя. Ситуацию осложняет специфическое применение асинхронного двигателя в качестве шпинделя, так как обычно пониженные обороты нужны для вращения крупного инструмента, которому требуется как раз более высокий момент.

Практические значения нижней границы оборотов лежат в диапазоне 20…30% от максимальных заявленных оборотов шпинделя, они сильно зависят от выполняемой задачи и нагрузки на двигатель. Также заметим, что заявленные максимальные обороты не являются физическим пределом. Все высокоскоростные шпиндели можно легко разгонять до 120% от номинальных оборотов и даже выше, но при этом следует помнить, что ресурс подшипников может резко снизиться.

Резюмируя все вышеизложенное можно сказать, что не существует универсального шпинделя с большим диапазоном оборотов. Правильно подобрать размер, мощность и максимальные обороты шпинделя можно лишь четко обозначив задачу, для решения которой он будет использоваться.