9.2. Шпиндельные группы станков с чпу

Шпиндельная группа станков предназначена для осуществле­ния главного вращательного движения шпинделя с необходимой частотой вращения. В шпиндельных группах выполняются закреп­ление и вращение режущих инструментов (в сверлильных и фре­зерных станках) или заготовок (в токарных станках) и обеспечи­вается их заданное положение по отношению к другим узлам станка. Шпиндельные группы станков с ЧПУ и обычных станков су­щественно различаются. Главное различие – в уровнях автома­тизации основных и вспомогательных функций, которые в станках с ЧПУ осуществляются по числовой программе. Например, уста­навливается заданная частота вращения шпинделя, изменяется частота вращения шпинделя на определенных участках обработки, шпиндель останавливается в определенном ориентированном поло­жении для смены инструментов, зажимаются и разжимаются ре­жущие инструменты.

Конструкция шпиндельной группы должна быть такой, чтобы наряду с выполнением комплекса технологических команд дости­галось сохранение точности вращения шпинделя (исключающее осевое и торцовое биение), а также суммарной жесткости всей группы с входящими узлами для предотвращения деформирования.

Шпиндельные группы по функциональным признакам могут быть классифицированы по следующей схеме (табл. 9.1): по уровню частот вращения шпинделя, виду при­вода главного движения и компоновке шпин­дельной группы.

При нерегулируемом приводном асинхрон­ном двигателе изменение частот вращения шпин­деля осуществляется ступенчато, посредством коробок скоростей со сложной кинематической структурой. В приводе главного движения с асинхронным электродвига­телем и ступенчатым регулированием частоты вращения шпинделя затрудняется автоматизация команд управления от управляющей программы. Асинхронный двигатель может работать с высокими перегрузками, что является его преимуществом по сравнению с двигателем постоянного тока.

Регулируемые приводы главного движения подразделяют на три группы. Электроприводы с тиристорным двухзонным бессту­пенчатым регулированием частот вращения шпинделя в сочетании с коробками скоростей обеспечивают широкий диапазон регули­рования частот вращения шпинделей посредством понижающей передачи для получения нижних диапазонов частоты вращения и ускорительной передачи для достижения ее верхних диапазонов. Бесступенчатое регулирование с непрерывным изменением частоты вращения шпинделей может также выполняться благодаря при­менению гидропривода с объемным регулированием или электро­привода с частотным регулированием.

Вид двигателя существенно влияет на конструкцию шпиндель­ных групп. Асинхронный электродвигатель с частотным регули­рованием применяют обычно, если необходима высокая частота вращения шпинделя и если мощность привода главного движения невелика.

По компоновке различают встроенные и разделенные шпин­дельные группы. Компоновка с электроприводом постоянного тока двухзонного регулирования предназначена для автоматиче­ского изменения частоты вращения шпинделя в широком диапа­зоне от управляющего устройства ЧПУ по программе. С таким электроприводом возможны два типа компоновок – со шпинде­лем, отделенным от коробки скоростей, и со шпинделем, встроен­ным в коробку скоростей. Кинематические схемы коробок скоро­стей проектируют так, чтобы при номинальной частоте вращения ротора электропривода главного движения получить две–четыре ступени диапазонов частоты вращения шпинделя.

Таблица 9.1

Классификация шпиндельных групп станков с ЧПУ

Основные признаки	Частота вращения шпинделя, об/мин
	Нормальная до 3000	повышенная 4000 – 6000	высокая 6000 – 20 000		сверхвысокая 20 000 – 60 000
Вид привода	С нерегулируемым асинхрон­ным электроприводом	С регули-руемым электро-приводом с тиристор-ным регу- лированием	С гидро-приводом с объемным регулированием	С электропри­водом с частотным регулированием	С электроприводом с частотным регулированием
Компо­новка шпиндельной группы	Встроенная в коробку скоро­стей (пиноль руч­ного перемеще­ния) или в электродвигатель (без пиноли)	Отделенная от коробки скоростей			Встроенная в электродвигатель