Особливості конструкцій шпиндельних двигунів і їх приминение на проізхводстве
У традиційному розумінні шпиндель - це вал, який оснащений затискним пристрій для інструменту або заготовки, на який посередництвом пасової передачі передається крутний момент від окремого приводу.
Мотор-шпиндель або інакше званий Електрошпинделі - це шпиндель, що володіє поєднаною конструкцією вала і двигуна. Поєднаний з валом електродвигун історично вперше з'явився на внутрішньошліфувальних і свердлильних верстатах, де потрібні великі обороти при малих діаметрах інструменту.
Шпиндель-мотор являє собою корпус зі статором, всередину якого поміщений вал з пакетом ротора. На передній і задній частині вала встановлюються високошвидкісні радіально-завзятий підшипники, для забезпечення жорсткості і точності, а також для сприйняття осьових навантажень.
У Електрошпинделі створюють преднатяг підшипників для збільшення жорсткості. Найчастіше передні підшипники являють собою дуплексні пари, іноді триплекси, в залежності від параметрів мотора і області його застосування, що впливає на величину і різноманітність навантажень, а так як більшу частину напруги сприймає саме передній підшипниковий вузол, його і підсилюють.
Ззаду, частіше з заводу стоять поодинокі кулько-радіальні підшипники під преднатягом пружин, за допомогою чого такий підшипник працює, як радіально-завзятий і здібний до сприйняття частини несильних осьових навантажень.
Взагалі мотор шпинделі конструктивно схожі і як правило складаються з двох опор і самого електродвигуна (ротор і статор) Однак існує маса варіацій конструкції підшипникових вузлів, все це залежить від призначення шпинделя.
Наприклад швидкісні гравірувальні і внутрішліфувальн мають по одній опорі спереду і ззаду і преднатягом, заданим за допомогою пружин, а чисто фрезерні мотори, як правило, мають потужну передню опору за схемою DB, що сприймає всі навантаження, і дрібніший підшипник ззаду, що підтримує вал і сприймає частина радіального навантаження через важіль утворений інструментом, опорою і валом.
Мотор-шпиндель підключається до частотного перетворювача, за допомогою якого асинхронний двигун розкручує до необхідної частоти і, відповідно, потрібних обертів вала.
Широке поширення мотор-шпніделей пов'язано саме з розвитком і здешевленням напівпровідникової перетворювальної техніки, до цього моменту перетворювачі могли займати цілу шафу і мати вагу десятки кілограм.
Шпиндель-мотори бувають двох видів: з автоматичної і ручної зміною інструменту. Відмінності у цих двох видом Електрошпинделі виражаються в особливостях їх конструкції.
Шпиндель-мотори з автоматичною зміною інструменту конструктивно представляють собою корпус асинхронного електродвигуна з валом і пакетом ротора, а також всередині самого вала розташовується механізм захоплення інструментальної оправки.
Як затискного елемента можуть виступати металеві кульки або ж металеві пелюстки (під оправлення стандарту HSK), для прикладу нижче показано фото механізму з металевими кульками в якості елемента затиску, зроблене під час ремонту шпиндель-мотора HSD ES919A:
Шпиндель-мотори з ручною зміною інструменту конструктивно простіше, ніж з автосменой. Для шпинделів з ручною зміною існує цілий ряд стандартів приєднання інструменту.
Наприклад, на фрезерних дуже популярний внутрішній конус 8 градусів стандарту ER, є й інші варіанти внутрішнього конуса. на шліфовальніка поширене просте циліндричне кріплення з нарізним хвостовиком, на шліфувальних моторах з інструментами великого діаметра (диски) поширений зовнішній конус 1: 5 або 1:10 так як в подібних Електрошпинделі немає пружини, а замість самого загарбного елемента виступає різьблення на валу, на яку накручується інструментальна гайка з цангою відповідного розміру.
Мотор-шпинделі мають 2 типу охолодження: рідинне (при рідинному охолодженні охолоджуюча рідина циркулює під тиском всередині корпусу по спеціально відведених каналах); повітряне (може бути реалізовано за допомогою охолоджуючого вентилятора на задній частині шпинделя або ж за допомогою повітряного потоку від пневматичної системи). Рідинна потрібна для ефективного відводу тепла з невеликого і високонавантаженого двигуна і там, де дуже багато агресивного пилу і бризки рідини.
Повітряне охолодження використовується там, де середовище не така агресивна, наприклад, деревообробка, до того ж це простіше конструктивно і дешевше.
Подібні мотор-шпинделя застосовуються при обробці різних типів матеріалу, починаючи від деревообробки та кольорових м'яких сплавів і до обробки чорних металів.
Високошвидкісні Електрошпинделі мають досить високу популярність в галузі деревообробки. З автоматичною зміною найчастіше встановлюються на деревообробних центрах, з ручною зміною на верстатах, де обробка ведеться, більшу частину, одним інструментів і не вимагає швидкої, постійної зміни.
Для прикладу представлені шпиндель-мотор з автоматичною і ручною зміною інструменту.
З автоматичною зміною інструменту HSD ES929 5.5 kW:
З ручною зміною інструменту Colombo RS73:
