Шпиндели с воздушным охлаждением для фрезерного станка ЧПУ

Что такое шпиндель с воздушным охлаждением

Шпиндель с воздушным охлаждением это асинхронный электродвигатель, на заднем конце вала которого стоит крыльчатка. Она вращается вместе с ротором, засасывает воздух через решётку заднего колпака и гонит его вдоль корпуса к передней части. Тепло от обмотки и подшипников уходит в этот поток, а отдельная система охлаждения не нужна: шпиндель подключают к частотнику и сразу работают.

Нет помпы, бака и трубок, значит нечему протекать, замерзать и забиваться водорослями. Поэтому воздушный шпиндель выбирают для неотапливаемых мастерских, переносных и простых станков и работ, где не нужна большая мощность на малых оборотах: гравировка, раскрой и фрезеровка дерева, фанеры, МДФ, пластика и ПВХ. Ниже разобраны зависимость охлаждения от оборотов, типы корпусов, пыль, шум и длительная работа.

Почему охлаждение зависит от оборотов

Крыльчатка сидит на валу шпинделя, поэтому для неё работают законы вентилятора: поток воздуха пропорционален оборотам, напор пропорционален квадрату оборотов. На 12000 об/мин крыльчатка гонит вдвое меньше воздуха, чем на 24000 об/мин, а напор, который проталкивает воздух вдоль корпуса, падает в 4 раза.

Нагрев при этом падает медленнее. Частотник в режиме V/f держит момент шпинделя постоянным, и при фрезеровке крупной фрезой на малых оборотах ток в обмотке остаётся высоким, а потери в обмотке определяет ток, а не обороты. Отсюда главное правило воздушного шпинделя: долгую работу с большой нагрузкой ведут на высоких оборотах, а крупные фрезы на малых оборотах ставят на водяной шпиндель или работают с паузами и контролем температуры корпуса.

Круглый и квадратный корпус

Воздушные шпиндели выпускают в двух исполнениях. Круглый корпус диаметром 65 или 80 мм зажимают в хомуте, как и водяной шпиндель того же диаметра. Квадратный корпус крепят болтами к станку через опорную плиту, а разъём питания вынесен в отдельную коробку на корпусе.

При замене шпинделя проверяют не только мощность и цангу, но и способ крепления: квадратный шпиндель не встанет в хомут круглого, а круглый не встанет на плиту квадратного без переходного кронштейна.

Пыль и чистота решётки

Крыльчатка засасывает воздух из зоны вокруг шпинделя, а там летит стружка и мелкая пыль. Пыль МДФ и фанеры оседает на решётке, лопастях крыльчатки и корпусе, поток воздуха уменьшается, и шпиндель греется сильнее при той же работе. Решётку и крыльчатку продувают сжатым воздухом и проверяют, что крыльчатка цела и вращается без задевания.

Поток воздуха выходит вдоль корпуса вниз, к фрезе, и раздувает стружку по столу. Поэтому с воздушным шпинделем ставят пылесборную насадку и следят, чтобы её щётка и шланг не перекрывали забор воздуха у задней решётки.

Шум

Крыльчатка добавляет к шуму резания свой шум, и он растёт вместе с оборотами. Водяной шпиндель с гладким корпусом на тех же оборотах тише, поэтому при долгой работе рядом с воздушным шпинделем используют средства защиты слуха. Внезапное изменение звука, свист или вибрация говорят о повреждённой крыльчатке или износе подшипников, и шпиндель останавливают для осмотра.

Длительная работа

Воздушный шпиндель рассчитан на долгую работу, если крыльчатка получает чистый воздух, а нагрузка соответствует оборотам. Для долгих программ режимы выбирают так, чтобы фреза работала ближе к верхним оборотам, а подачу и глубину прохода подбирают под мощность, которую шпиндель реально отдаёт на этих оборотах. Температуру корпуса проверяют в первые полчаса новой программы: если корпус горячий, снижают нагрузку или поднимают обороты.

После долгого простоя смазку в подшипниках разогревают: шпиндель сначала работает на малых оборотах без нагрузки, потом обороты поднимают ступенями до рабочих.

Обслуживание и типичные ошибки

• Продувать решётку, крыльчатку и корпус, особенно после работы с МДФ.
• Не закрывать заднюю решётку кожухами, щёткой насадки или кабелями.
• Не вести долгую фрезеровку крупной фрезой на малых оборотах.
• Проверять затяжку разъёма и состояние кабеля, вибрация шпинделя расшатывает контакты.
• Останавливать шпиндель при постороннем звуке и проверять крыльчатку и подшипники.