Что такое шпиндель?

Что такое шпиндель?

Шпиндель — это вращающийся вал.

Первоначальное значение слова «шпиндель» относится к валу, используемому для намотки пряжи в прядильной машине. Однако в машиностроении оно в первую очередь обозначает вал, который вращается внутри станка. Лезвия инструмента крепятся к этой оси для выполнения обработки.

Когда лезвие закреплено, а заготовка вращается, например, на токарном станке, вращается именно вал, на котором установлена ​​заготовка. Лезвие инструмента и заготовка крепятся к концу вала, который иногда вместе называют шпинделем. Сам вращающийся объект или вращающееся устройство также называют шпиндельным узлом или, для краткости, шпинделем.

Другие области применения шпинделей включают центральные валы задних колес автомобилей с передним приводом и передние колеса автомобилей с задним приводом в автомобилях, жесткие диски и устройства хранения данных, такие как DVD-диски в ПК, а также детали водопроводных кранов.

Области применения шпинделей

Шпиндель — это устройство, которое вращает объект с высокой точностью. Инструментальные ножи и заготовки крепятся к шпинделям и отсоединяются от них, вызывая несоосность между осью вращения и центральной осью заготовки. Эта несоосность называется биением и напрямую связана с ошибками в точности обработки.

Кроме того, если точность вращения шпинделя плохая, качество поверхности заготовки после обработки также ухудшится, что повлияет на внешний вид заготовки. Помимо погрешности вращения самого шпинделя, для точной обработки необходим шпиндель, который вращается стабильно и с минимальным несоосностью при креплении и отсоединении инструментальных ножей и заготовок.

Токарные и фрезерные станки являются типичными примерами станков. Токарные станки используют шпиндель для вращения объекта. Фрезерные станки, с другой стороны, используют шпиндель для вращения инструмента.

Принцип шпинделей

Поскольку шпиндель является механизмом или устройством, которое выполняет вращательное движение, ему требуется энергия для создания вращательного движения. Электродвигатели в основном используются для создания вращательного движения, хотя некоторые шпиндели также используют пневматическую энергию.

В большинстве случаев скорость вращения и крутящий момент контролируются шестернями или шкивами, а не двигателем, напрямую подключенным к силовой передаче, чтобы обрабатывать заготовку в оптимальных условиях обработки. Шпиндели также обычно используют подшипники для поддержания стабильной и высокой точности вращения.

Некоторые шпиндели используют бесконтактные подшипники, такие как воздушные подшипники или гидравлические подшипники, для дальнейшего повышения точности. Поскольку шпиндели структурированы как вращающийся вал станка, износ неизбежен из-за вибрации и давления, вызванных обработкой. Поэтому необходимо постоянно поддерживать определенный уровень точности вращения с помощью периодического обслуживания и замены деталей.

Наиболее распространенный метод проверки — прикрепить инструмент проверки к шпинделю, вращать вокруг цилиндрического объекта и сравнивать разницу в круглости.

Типы шпинделей

Шпиндели можно классифицировать на несколько типов в зависимости от их системы привода, структуры и точности.

1. Шпиндель с внешним приводом

Этот метод используется в сочетании с другой мощностью для вращения внешним двигателем или другой мощностью. Также называется шкивным шпинделем. Скорость увеличивается или уменьшается до определенной скорости вращения.

2. Встроенный мотор-шпиндель

Двигатель и шпиндель объединены в единый блок, также называемый мотор-шпинделем. Вал двигателя служит шпинделем, что делает его компактным и позволяет выполнять высокоточную обработку. Он используется в различных станках, а также в руках роботов.

3. Воздушный шпиндель

Воздушные шпиндели — это шпиндели, поддерживаемые гидростатическими воздушными подшипниками или приводимые в действие сжатым воздухом. Гидростатические воздушные подшипники поддерживают шпиндели без контакта, что обеспечивает низкие потери подшипников, бесшумную работу и отсутствие загрязнения маслом. Они подходят для применений, где нельзя использовать масло.

Воздушные шпиндели, использующие сжатый воздух, обладают преимуществами высокой точности вращения и минимальной тепловой деформации шпинделя. Для привода шпинделя используется воздушная турбина или аналогичное устройство. Недостатком является то, что скорость вращения легко зависит от сопротивления резанию из-за низкого крутящего момента. Также называется шпинделем воздушной турбины.

Пневматические шпиндели, приводимые в действие пневматическим двигателем, используются для низкоскоростных применений. Он подходит для обработки с высоким крутящим моментом на относительно низких скоростях.

4. Высокочастотный шпиндель

Это шпиндель со встроенным в шпиндель высокочастотным двигателем. Используется для увеличения скорости вращения или для управления скоростью вращения и крутящим моментом.