Шпиндель задает вращение инструмента и держит его на оси, поэтому ошибки этого узла переходят в отверстие. Ниже разобрано, из чего состоит узел, как работает подача, какую посадку выбирают под патрон, какие обороты нужны под диаметр инструмента и как измерить биение. Подшипники и возвратная пружина разобраны в отдельных статьях сайта.
Из чего состоит шпиндельный узел
Рабочий вал узла несет инструмент и передает ему вращение от привода. В станках вертикальной компоновки вал идет внутри гильзы, которую называют пинолью. Подшипники гильзы держат вал, а сама гильза вместе с ним ходит вдоль линии отверстия. Так один узел совмещает вращение и подачу.
Головка со шпинделем крепится на колонне станка. Верхняя часть вала шлицевая. Шкив или шестерня привода сидит на втулке в корпусе головки и передает момент через шлицы, поэтому вал свободно ходит вверх и вниз и продолжает вращаться. Нижняя часть заканчивается посадочным гнездом под патрон или оправку. На гильзе нарезана зубчатая рейка, в которую входит шестерня штурвала подачи.
Вертикально-сверлильные станки
Весь раздел →
E-1516BVL/400 сверлильный станок настольный
VR-6DF/230 сверлильный станок
E-1516B/400 сверлильный станок настольный
Деление на вал и гильзу задает характер износа. Вращающаяся пара вал и подшипники изнашивается от нагрузки и перекосов. Пара гильза и корпус изнашивается от хода, и в ней растет люфт. Диагностика у них разная: состояние вала с подшипниками показывает биение оправки, люфт гильзы выявляется покачиванием выдвинутого вала.
Пиноль и ход подачи без перестановки стола
Длина хода гильзы показывает, на какое расстояние рабочая часть выдвигается вниз без перестановки стола. Он ограничивает глубину отверстия за одну установку заготовки. Если отверстие глубже, высоту стола меняют и продолжают обработку с новой позиции.
Выдвинутая гильза теряет жесткость. Вал уходит из направляющей, плечо силы растет, и даже малое усилие подачи смещает сверло. Поэтому станок настраивают так, чтобы гильза выходила минимально, а к заготовке режущая часть подводилась поднятым рабочим столом.
Для обработки на заданный размер на гильзе стоит упор со шкалой, а стопор запирает ее в нужном положении. Подача ручная, штурвалом, или механическая от привода. У радиальных станков гильза сидит в шпиндельной головке, которая перемещается по рукаву. К длине вылета там добавляется вылет шпиндельной бабки.
Подобрать оборудование под вашу задачу
Посадочный конус Морзе
Посадочное гнездо вала в станках по металлу чаще всего выполнено конусом Морзе. Конус самоудерживающийся: трение в плотно посаженной паре передает момент без шпонки. Номера различаются диаметром большого основания, а конусность у всех близка к 1:20.
Вертикально-сверлильные станки
Весь раздел →
B-1832G/400 сверлильный станок
B-1313B/230 сверлильный станок
E-1316B/400 сверлильный станок настольный
| Номер | Диаметр большого основания, мм | Конусность |
|---|---|---|
| Морзе 1 | 12,065 | 1:20,047 |
| Морзе 2 | 17,780 | 1:20,020 |
| Морзе 3 | 23,825 | 1:19,922 |
На станках до 13 мм чаще всего стоит Морзе 2; для больших диаметров номер берут по паспорту. Сверло с коническим хвостовиком садится в гнездо напрямую, патрон ставят через оправку.
Грязь или забоина на посадочной поверхности дают перекос. Его принимают за износ подшипников, потому что биение выглядит одинаково. Поверхность протирают перед каждой сменой, а сверло выбивают клином через паз в вале. Размеры и допуски собраны в статье о конусе Морзе.
Частота вращения под диаметр
Скорость резания у кромки зависит от диаметра: v = π · D · n / 1000, где D в миллиметрах, n в оборотах в минуту, v в метрах в минуту. При одной частоте вращения крупное сверло режет заметно быстрее малого.
| Диаметр инструмента, мм | Скорость резания при 1000 об/мин, м/мин |
|---|---|
| 3 | 9,4 |
| 6 | 18,8 |
| 10 | 31,4 |
| 13 | 40,8 |
| 20 | 62,8 |
При одинаковых оборотах скорость резания на диаметре 20 мм выше, чем на диаметре 3 мм, в 6,7 раза. Поэтому станок с одной ступенью оборотов подходит для узкого набора диаметров: на крупном диаметре скорость выходит выше допустимой, на тонком ниже оптимальной. Диапазон оборотов у станков с регулировкой широкий: встречаются значения от 100 до 3600 об/мин. Допустимую скорость резания берут из справочника режимов под материал, подробнее об этом в статье о режимах резания при сверлении.
Для тонких сверл проверяют верхний предел оборотов, для крупных нижний. Шкивная передача с ремнем дает дискретные ступени, а вариатор дает любое значение в диапазоне.
Вертикально-сверлильные станки
Весь раздел →
B-1835G/400 сверлильный станок с автоматической подачей
B-1316B/400 сверлильный станок настольный
B-1840G/400 сверлильный станок с автоматической подачей
Как проверить биение и люфт шпинделя
Биение измеряют индикатором часового типа на неподвижной стойке. В гнездо вставляют контрольную оправку, то есть гладкий шлифованный цилиндр. Наконечник индикатора подводят к оправке, вал проворачивают вручную на оборот, разница крайних показаний и есть биение.
Одного замера мало. Измеряют в двух сечениях: ближе к торцу и на удалении. Если показания в обоих сечениях равны, линия вращения смещена параллельно: виноват эксцентриситет посадки или оправки. Если показания растут по мере удаления, она наклонена. Рост пропорционален расстоянию: при 0,02 мм на 20 мм от торца на расстоянии 100 мм получается 0,10 мм.
Дальше биение разделяют по звеньям цепи. Сначала оправка, потом патрон на оправке, потом сверло в патроне. Каждое звено вносит свой вклад, и после проверки видно, где биение появилось. Биение оправки в гнезде относится к валу и подшипникам. Если у оправки оно мало, а у сверла велико, причина в зажиме или кривом хвостовике, шпиндель исправен.
Допустимое значение указано в паспорте станка и зависит от класса точности. Проверка вхолостую имеет границу: под осевой нагрузкой гильза садится в корпусе, подшипники выбирают зазор, и в работе биение оказывается больше замеренного. Поэтому дополнительно покачивают выдвинутый вал поперечным усилием руки. Ощутимый ход гильзы в корпусе означает люфт, а ход патрона на оправке проверяют отдельно.
Без индикатора люфт гильзы оценивают на ощупь. Выдвинутую гильзу покачивают поперек оси, а палец лежит на стыке гильзы и корпуса. Ход, который чувствуется под пальцем, требует регулировки зазора или ремонта пары.
Многошпиндельные станки и глубокое сверление
В многошпиндельных станках несколько шпинделей собраны в головку с общим приводом. Расстояния между ними устанавливают под схему отверстий детали, и вся группа обрабатывает деталь за один ход. Расстояния между рабочими валами фиксированы, поэтому биение проверяют отдельно на каждом из них.
В станках для глубокого сверления охлаждающую жидкость подводят к режущей кромке по каналу инструмента, и она же выносит стружку из отверстия. Конструкция головки учитывает такой подвод, а длинный инструмент требует жесткой посадки. Сквозное отверстие и глухое отверстие под резьбу предъявляют к узлу разные требования: во втором случае важна остановка хода в заданной точке.
В горизонтальных станках вес вала нагружает гильзу поперек, поэтому люфт там сильнее сказывается на положении отверстия. У сверлильно-фрезерных станков фреза нагружает вал поперечной силой, которой при сверлении почти нет. В паспорте таких моделей смотрят тип подшипников и способ зажима.
Сверлильно-фрезерные станки
Весь раздел →
Сверлильно-фрезерный станок MetalMaster MF-45V
Сверлильно-фрезерный станок NORDBERG NDM30405T
Сверлильно-фрезерный станок NORDBERG NDM3047
Что проверить в паспорте станка
Перед выбором станка по шпинделю в паспорте смотрят пять параметров:
- ход подачи и наличие упора с фиксацией;
- номер посадки Морзе и способ зажима сверла;
- диапазон оборотов и число ступеней;
- допуск биения и сечение, в котором его замеряли;
- максимальный диаметр сверления в стали, указанный для конкретного материала.
Цена ошибки различается. Неподходящий диапазон оборотов заставляет работать на неудобных режимах. Биение, которое дает сам шпиндельный узел, исправляется ремонтом: перешлифовкой или заменой подшипников. Если на станке выполняют операции под развертку или резьбу, на биение стоит смотреть в первую очередь. Модели для таких задач собраны в разделах вертикально-сверлильных станков и настольных сверлильных станков.
