Скорость шпинделя

Скорость, или частота, вращения шпинделя является одним из параметров фрезерного станка и выражается в оборотах в минуту (сокращенно об/мин). Она указывает на то, как быстро вращается шпиндель с установленной в цанговом патроне фрезой.

Шпиндели бывают двух основных типов:

1. Ременные.
2. Электрошпиндели (моторшпиндели).

Ременные шпиндели обладают более низким крутящим моментом. Традиционный ременной вариант состоит из шпиндельного вала и подшипников, которые позволяют устанавливать и фиксировать фрезу. Энергия и динамические характеристики передаются шпинделю с помощью внешнего двигателя, размещённого поблизости и соединённого ременной передачей. Мощность и производительность шпинделя зависят от параметров внешнего мотора и самой ременной передачи. Благодаря внешнему размещению двигателя можно подобрать его размеры для корректировки скорости и мощности шпинделя. Ременные шпиндели подходят для работ, где скорость вращения не должна превышать 12 000 – 15 000 об/мин. Однако, из-за ременной передачи скорость ограничена по сравнению с электрошпинделем, и натяжение ремня создаёт дополнительную нагрузку на задние подшипники, сокращая их срок службы.

Электрошпиндель представляет собой устройство, которое включает в себя три основных компонента:

1. Синхронный электродвигатель.
2. Патрон для удержания фрезы.
3. Подшипник.

Максимальная скорость вращения электрошпинделей может достигать до 180 000 оборотов в минуту. Эти шпиндели обычно стоят дороже, чем их ременные аналоги.

Подсчет количества оборотов

Для определения количества оборотов шпинделя следует учитывать их классификацию по мощности:

• с высокой мощностью, начиная от 5 кВт, часто используются на крупных фрезерных станках. Их скорость вращения варьируется в пределах от 12000 до 18000 оборотов в минуту. Такие шпиндели предназначены для выполнения работ, требующих высокой производительности. Однако высокая скорость вращения может стать недостатком при использовании твердосплавных и тонких фрез, поскольку это может привести к уменьшению эффективности работы фрезерного станка.

Товары из этой категории в нашем каталоге Фреза.ру:

Шпиндель 5.5 кВт GDZ125-5.5

Шпиндель 6 кВт GDZ125-6

Шпиндель 5.5 кВт GDZ120x103-5.5

Шпиндель 6.0 кВт GDZ120x103-6

• с мощностью от 1.2 до 5 кВт используются на фрезерных станках среднего размера. Они находят применение при обработке пластика, дерева и мягких металлов. Скорость их вращения колеблется в диапазоне от 18000 до 24000 оборотов в минуту, что делает их идеальными для выполнения тонких гравировальных работ.

В этом классе шпинделей также присутствуют модели с воздушным и жидкостным охлаждением.

• с малой мощностью до 0.8 кВт применяются на компактных фрезерных станках. Их скорость вращения может достигать от 60000 до 70000 оборотов в минуту. Скорость вращения определяется согласно следующей формуле:

d – диаметр активной части фрезы в миллиметрах,

π (Пи) – математическая константа, равная приблизительно 3.14;

V – скорость резания в метрах в минуту, которая представляет собой расстояние, преодолеваемое режущим краем инструмента за одну минуту.

При наличии на станке устройства для изменения частоты вращения шпинделя (инвертора) можно подбирать скорость мотора в зависимости от диаметра используемой фрезы и материала обрабатываемой детали. Важно помнить, что при значительном уменьшении скорости вращения неизбежно происходит снижение крутящего момента. Однако благодаря функционалу инвертора, поддерживающему крутящий момент при уменьшении оборотов, это снижение частично компенсируется. Для выбора оптимальных параметров можно обратиться к таблице соотношений между количеством оборотов двигателя и диаметром фрезы.

Исследования показали, что максимальные обороты, указанные в техническом паспорте шпинделя, не представляют собой предельную возможность. Все высокоскоростные шпиндели могут разгоняться до 120% и более от заявленных характеристик. Однако стоит учитывать, что при таких скоростях срок службы подшипников может значительно уменьшиться. Кроме того, чрезмерно высокие обороты не всегда благоприятны, особенно при обработке таких материалов, как дерево. Во время фрезерования из дерева может выделяться мелкая пыль, которая, оседая между материалом и инструментом, может вызвать их перегрев из-за трения и начать подгорать.

Вот пример, иллюстрирующий влияние количества оборотов шпинделя на обработку материала.

Подведём итоги по поводу скорости вращения шпинделя в фрезерных работах. К сожалению, универсальный шпиндель, способный работать в широком диапазоне оборотов, не существует. Важно подбирать шпиндель, учитывая его размер, мощность и максимально возможные обороты для конкретной операции. Равномерное распределение скорости подачи критично для достижения высокого качества обработки. При расчёте оборотов шпинделя необходимо принимать во внимание скорость резания и диаметр режущей части фрезы, чтобы обеспечить точную и эффективную работу станка.

В случаях, когда происходит «закрытое» фрезерование и отвод стружки ограничен (например, при работе с пазами или шпунтами), можно избежать прижогов, существенно снизив скорость вращения шпинделя. Также крайне важно учитывать износ подшипников и не повышать обороты шпинделя сверх номинальных значений ради увеличения производительности, чтобы не ускорить их износ.