Шпиндель - один из самых важных ключевых частей фрезерного станка, от которого зависят такие факторы, как: используемый вид фрез, совместимый с данным оборудованием, способ крепления инструмента и его прямое назначение. Привод данного элемента ЧПУ, как правило, имеет встроенную конструкцию и представляет собой своеобразный высокопроизводительный электродвигатель с цанговым зажимом.

При этом качество играет здесь не последнюю роль – добротный шпиндель при правильной эксплуатации будет работать без сбоев и заминок, обрабатывая материал с должным качеством; нарушение требований инструкции может повредить как само оборудование, так и причинить тяжелые травмы рабочим.

Высокоскоростной шпиндель должен обеспечивать ряд технических требований, к которым, в первую очередь, относится:

• Высокая пиковая мощность и мощность постоянного действия.
• Максимальная скорость вращения.
• Соответствующая требованиям высокоскоростной обработки система крепления инструмента.
• Правильный выбор системы охлаждения: воздух или жидкость.
• Правильный выбор подшипников и способа их смазки.

Тип шпинделя: с ременной передачей или со встроенным мотором.

В первом случае требуемая скорость вращения не превышает 12 000 – 15 000 об/мин. В то время как встроенный мотор гарантирует высокие скорости вращения без ограничений.

Крепление осуществляется с помощью цангового патрона. Разновидности: самозажимные, гидравлические, ручные, пневматические.

На оси шпинделя патрон может крепиться следующим образом:

• тип 1 – через промежуточный фланец;
• тип 2 – на фланцевые концы под поворотную шайбу по ГОСТ 12593 (конус);
• тип 3 – на фланцевые концы шпинделей по ГОСТ 12595 (конус, сквозное крепление).

В стандартных станках применяются цанги ЕР11, ЕР16 и ЕР20, позволяющие зажимать инструмент с хвостовиком до 3,2 мм. Промышленные цанги ЕР25 и ЕР32 используют в случае размера хвостовика до 6 мм. Такой инструмент предназначен для фрезерования толстых слоев металла.

Воздушная – это своеобразный вентилятор на рабочем валу шпинделя. Минус системы – это забивание шпинделя продуктами фрезерования и возможный перегрев и выход из строя при низких скоростях вращения. Водяная система очень эффективна, но может привести к коррозии внутри охлаждающей рубашки.

Без качественного подшипника невозможно обеспечить высокие скорости вращения, необходимый вращающий момент и мощность к инструменту, хорошую нагрузочную способность и длительный срок службы шпинделя.

Типы подшипников – роликовые, роликовые конические, шариковые подшипники с угловым контактом. Критерии выбора подшипников зависят от спецификации шпинделя, как это показано в таблице.

Таким образом, шпиндель, актуальный для фрезерования с максимально высокой скоростью вращения, не может обеспечить высокой жёсткости; или наоборот, шпиндель с предельной жёсткостью не может создавать высокие обороты без значительного уменьшения срока эксплуатации подшипников.

Также решающую роль играет смазка подшипников. В зависимости от требований к шпинделю может быть перманентной или воздушно-масляной. Должным образом организованное техническое обслуживание продлит срок службы подшипников и шпинделя в целом.

Следовательно, конструкционные особенности шпинделя, в зависимости от поставленной задачи, должны обеспечивать следующие условия для обеспечения высокопроизводительной работы: необходимую мощность, скорость, вращающий момент, тип системы зажима инструмента, предельную точность и долговечность. В зависимости от этого подбираются необходимые подшипники, конструкция вала, двигатель, системы смазки и охлаждения. Особая роль уделяется подшипникам, так как часто шпиндели работают на максимально возможных скоростях и тем самым разрушают даже самые качественные подшипники для увеличения производительности. Также для исправной работы данного элемента ЧПУ необходимо точно подобрать тип цанг. Таким образом, при выборе шпинделя необходимо учитывать целый ряд компромиссов: от выбора пиковой мощности до подбора подшипников и типа системы охлаждения.