В современных фрезерных станках шпиндель, называемый осью С, расположен вертикально, имеет мощность
до 15 кВт с регулируемой частотой вращения до 24,000 мин-1. Устанавливается на высокоточных подшипниковых опорах. Шпиндель станка с ЧПУ выполняется точным, жестким, с повышенной износостойкостью шеек, посадочных и базирующих поверхностей. Конструкция шпинделя существенно усложнена встроенными устройствами для автоматической установки и зажима инструмента.
Точность вращения шпинделя обеспечивается, прежде всего, высокой точностью подшипников. В опорах шпинделя применяются подшипники качения. Для уменьшения влияния зазоров и повышения жесткости опор обычно устанавливают подшипники с предварительным натягом или увеличивают количество тел качения. На шпиндель также может быть установлена любая агрегатная головка с режущим инструментом, крепление осуществляется с помощью стыковочного узла и гидравлической зажимной системы. Корпус шпинделя может поворачиваться вокруг горизонтальной оси на угол в диапазоне 0…360° с помощью цилиндрической передачи с управляемым приводом. Это дает возможность поворачивать агрегатную головку на любой заданный угол. Ее поворот осуществляется автоматически с высокой точностью по управляющей программе.
Главным приводом в станках с ЧПУ обычно является электродвигатель переменного тока. Для управления частотой вращения вала асинхронного двигателя используется преобразователь частоты. Преобразователь представляет собой электронное устройство, построенное на базе микропроцессорной техники. Управление частотой вращения режущего инструмента осуществляется автоматически после ввода параметров электродвигателя в управляющую программу.
Проблема ослабления шпинделя на обрабатывающем центре с ЧПУ может существенно повлиять на качество обрабатываемых деталей, долговечность самого режущего инструмента и размер непредвиденных затрат на доработку изделия. Шпиндель является одним из важнейших элементов, отвечающих за передачу точного вращения инструменту, и любая нестабильность приводит к повышенной вибрации обрабатывающего центра, что в свою очередь снижает точность резки и ускоряет износ деталей станка.
В результате мы получаем повышенный шум, снижение точности обработки и вибрацию во время работы. Часто основными причинами ослабления шпинделя являются:
1) недостаточное натяжение элементов крепления;
2) износ подшипников;
3) отсутствие балансировки шпинделя или его искривление.
Чтобы избежать подобных проблем, важно регулярно, с привлечением сертифицированного персонала, проводить техническое обслуживание ЧПУ-центра и следовать рекомендациям по эксплуатации оборудования, выданным производителем станка.
В настоящее время системы мониторинга уже позволяют отслеживать параметры шпинделя в режиме реального времени (биение, температура, вибрация), что в принципе позволяет предотвратить возникновение проблем почти на 90%.
Шпиндель — дорогостоящая и сложная в изготовлении деталь, поэтому менять его следует только в исключительных случаях, особенно в крупных станках. В шпинделях чаще всего изнашиваются шейки, торцевые отверстия, места для шариковых и роликовых подшипников, резьбы и шпоночные пазы.
Выбор метода восстановления основных поверхностей шпинделя производится в зависимости от степени их износа.
Шпиндельные шейки. Износ шеек во многом зависит от их качества. Если шейки необработанные, то износ может быть весьма значительным и возможны крупные заусенцы по окружности. Если позволяет конструкция шпинделя, шейку необходимо обточить, отшлифовать и отполировать пастой ГОИ или прессами с мелкой наждачной шкуркой, обильно смочив шейку маслом. Если шлифовальных станков нет, то шейки следует зачистить широкой пружинной фрезой на токарном станке, сняв очень мелкую стружку, а затем отполировать до зеркального блеска.
Если невозможно уменьшить диаметр шейки, то можно ее просверлить и надеть на нее втулку из соответствующей стали с горячей посадкой. Если это невозможно, то шпиндель необходимо заменить новым.
На закаленных или азотированных шейках не бывает глубоких забоин. Обычно имеются царапины и равномерный или неравномерный износ. В этих случаях шейки необходимо шлифовать и полировать до зеркального блеска, но перед полировкой необходимо проверить, не снят ли твердый слой полностью или частями. Проверить поломку можно мелким напильником. Если шейка мягкая, ее следует хромировать тонким слоем (до 0.01-0.03 мм хрома). Если сталь шпинделя поддается закалке, шейки можно закаливать токами высокой частоты. Если повысить твердость шеек невозможно, вопрос о замене шпинделя необходимо решать в зависимости от условий работы станка.
Конусность шпинделя для центра или инструмента из-за неаккуратности рабочих часто засоряется и теряет правильную форму. Это происходит также из-за проворачивания хвостовика инструмента или оправки. Проверить правильность конуса можно по калибру. Для этого необходимо предварительно очистить конус от заусенцев и отшлифовать его наждачной шкуркой, а затем хорошо протереть, нанести на калибре три-четыре меловых черты по линиям, образующим конус, вставить калибр в конус шпинделя и осторожно повернуть его несколько раз. О правильности формы конуса шпинделя можно судить по тому, как сотрутся меловые черты на калибре.
Если конус необходимо шлифовать, то лучше всего это сделать на самом станке переносным шлифовальным приспособлением или, в крайнем случае, ручным шабером по калибру. Если же необходимо расточка конуса, то лучше расточка под переходную втулку, в которой внутренний конус должен быть стандартным, чтобы он подходил для нормальных центров и оправок.
В целом можно сделать вывод, что правильная диагностика шпинделя и надлежащее техническое обслуживание оборудования значительно продлят срок службы обрабатывающего центра с ЧПУ.
