Шпиндель – основная составляющая станков, прессов, прокатных станов. Представляет собой вал или ось и служит для передачи вращательного движения (крутящего момента), закрепленной в нем детали или инструменту. Шпиндель является генератором энергии, которая производится в больших количествах при механической обработке деталей и заготовок. Поэтому для того, чтобы избежать перегрева, их снабжают специальными системами охлаждения.

Разработаны следующие типы охлаждения шпинделей:

• Жидкостная система охлаждения
• Система воздушного охлаждения

Система воздушного охлаждения

Воздушное охлаждение – наиболее простой тип систем, предохраняющий шпиндель от перегрева. И в то же время эта система достаточно надежна.

Выделяют два типа воздушного охлаждения:

• Вентилирование
• Охлаждение сжатым воздухом, который подается с помощью компрессора. Используется очень редко.

Конструкция вентиляционной воздушной системы охлаждения шпинделя очень простая, прямоугольной формы, изготовленная из легкосплавных материалов. Воздушные каналы, проходящие внутри корпуса, обеспечивают подачу сжатого воздуха к шпинделю. Сама система охлаждения имеет принудительный характер, благодаря установленной крыльчатке на валу шпинделя. Она и осуществляет подачу и циркуляцию воздуха по каналам к месту назначения.

Достоинства воздушного охлаждения:

• Корпус воздушной системы охлаждения имеет достаточно высокую прочность и низкую вибрацию.
• Простота конструкции и демократичная стоимость.
• Структура системы охлаждения является автономной. Для приведения ее в действие достаточно подвести только кабель питания.
• Легкость и быстрота установки системы.

Недостатки воздушного охлаждения:

• Низкая эффективность. Это обуславливается тем, что мощность и скорость охлаждения напрямую зависит от количества оборотов совершающих шпинделем. Поэтому есть риск перегрева на низких оборотах.
• Повышенный уровень шума. Применение при бесшумном процессе обработки (гравировка, нарезание воска) является нецелесообразным.
• Сильный воздушный поток, который направлен в зону обработки детали. В результате чего происходит раздувание стружки, окалины, пыли в разные стороны.
• Массивность конструкции.

Особенности работы со шпинделем воздушного охлаждения

Изучив все достоинства и главные недостатки воздушной системы охлаждения, можно сделать вывод о том, что её применение целесообразно при высоких мощностях шпинделя на высоких оборотах. Поэтому необходимо избегать работы на низких оборотах, шпиндель может выйти из строя из-за перегрева. Не следует применять вентиляционное воздушное охлаждения в помещениях с загрязненным воздухом, большим скоплением стружки, опилок, пыли. А в процессе обработки необходимо применение мощной системы по удалению стружки или опилок.

Система жидкостного охлаждения

Шпиндель с жидкостным охлаждением является более сложным по своей конструкции, но и незаменимым на производстве. Его применение является обоснованным и эффективным в следующих случаях:

• Процесс обработки на высоких оборотах и мощностях.
• Использование в помещениях с высокой температурой воздуха.
• Воздух окружающей среды содержит вредные вещества, имеет высокую влажность, загазованность или запыленность.

Для процесса отвода-подвода жидкости в корпусе шпинделя расположены специальные штуцеры, которые соединены между собой с насосом, шлангами и баком (теплообменником). С помощью специального насоса охлаждающая жидкость подается из бака к шпинделю, происходит процесс охлаждения, после чего жидкость поступает обратно в бак. Таким образом, происходит непрерывная циркуляция охлаждающей жидкости в системе.

Сегодня российский рынок пестрит большим разнообразием таких популярных и высокопроизводительных систем охлаждения. Поэтому купить шпиндель жидкостного охлаждения не составляет труда. При выборе необходимо опираться на необходимую мощность шпинделя и размер отверстия для крепления инструмента.

Достоинства жидкостного охлаждения:

• Невысокая стоимость сравнительно с системой охлаждения воздухом.
• Компактность размеров шпинделя.
• Бесшумность работы, отсутствие сильной вибрации.
• Крепление системы с помощью хомута позволяет легко регулировать высоту шпинделя, что немаловажно при работе с длинными фрезами.

Недостатки жидкостного охлаждения:

• Навесное дополнительное оборудование (насос, трубки, вентилятор). Все эти составляющие требуют дополнительного времени на крепление и установку, что увеличивает трудоёмкость.
• Опасность возникновения коррозии, появление которой может вывести из строя шпиндель.
• Использование дополнительного оборудования для охлаждения (чиллера).
• В чиллер нельзя лить тосол или антифриз, рекомендуется использовать дистиллированную воду.

Особенности работы со шпинделем жидкостного охлаждения

Для того, чтобы система охлаждения служила долгое время, необходимо соблюдать рекомендации по ее правильной эксплуатации. Необходимо, чтобы жидкостная система вместе с насосом включались одновременно со шпинделем. Такая схема включения позволит предостеречь шпиндель от перегрева. Самое простое, что требуется, следить за тем, чтобы шлаги или трубки охлаждения не перегибались для обеспечения непрерывной подачи жидкости и охлаждения.

В машиностроении и обработке металлов резанием обычно используются шпиндели жидкостного охлаждения. Это связано с тем, что для обработки прочных материалов, таких как сталь, требуются более мощные типы шпинделей, которые при обработке на больших оборотах способны очень нагреваться. Жидкостное охлаждение шпинделя широко применяется на станках с ЧПУ (фрезерных, координатно-расточных, сверлильных и других).

Воздушная система охлаждение нашла свое применение в деревообрабатывающей промышленности, где не требуется обработка с применением высокоскоростных шпинделей. А для того, чтобы опилки не попадали в охлаждающую систему вентилирования, станки снабжают специальными устройствами, которые способны их поглощать.