Водяная или воздушная системы охлаждения шпинделя станка ЧПУ, что выбрать?

Подбирая оборудование под определенную задачу, владелец мастерской или цеха в первую очередь обращает внимание на мощность и скорость вращения шпинделя  фрезерного станка ЧПУ , тип двигателя и параметры, определяющие размер и конфигурацию изготавливаемой детали. При этом мало кто задумывается, что избыточное потребление электроэнергии – не всегда гарантия высоких возможностей оборудования, если оно будет перегреваться из-за неправильно подобранной системы охлаждения.

• Что такое шпиндель?
• Система охлаждения станка ЧПУ
• Виды систем охлаждения шпинделя: плюсы и минусы
  • Воздушная
  • Водяная
• Рекомендации по выбору типа охлаждения

Что такое шпиндель?

Шпиндель станка с числовым программным управлением – это вал асинхронного двигателя переменного тока, предназначенный для перемещения относительно обрабатываемой поверхности в соответствии с задаваемым программой маршрутом режущего инструмента, закрепленного на нем посредством цангового патрона, и передачи ему крутящего момента.

Двигатель, его вал, установленный в радиально-упорных подшипниках, которые компенсируют нагрузку, и система охлаждения объединены неразборным корпусом. Чтобы преодолеть межмолекулярное притяжение, отделить частицы материала и в результате получить гладкую обработанную поверхность заготовки, требуется немало энергии, особенно при обработке металлов, стекла или камня.

Подшипники вала, шпиндель и обмотка асинхронного двигателя в процессе выполнения работы разогреваются. 50 °C – это тот порог нормального нагрева оборудования, перешагнув который необходимо дать станку возможность остыть, отключив его, или увеличить интенсивность теплообмена для снижения температуры.

Система охлаждения станка ЧПУ

Охлаждение шпинделя необходимо для отведения излишков образующегося при работе тепла от нагревающихся частей оборудования. Станки, теплообмен шпинделя которых увеличен за счет вентилирования или циркуляции жидкости, реже выходят из строя и могут бесперебойно работать продолжительное время.

Несмотря на то что воздушное охлаждение устанавливается чаще на маломощном оборудовании, нельзя сказать, что оно хуже водяного. Каждая система имеет свои особенности, которые можно считать как достоинствами, так и недостатками в зависимости от способа использования станка.

Например, размер координатных столов деревообрабатывающих фрезеров потребовал бы при монтаже водяного охлаждения подсоединения достаточно длинных шлангов для подачи хладагента, в результате которого работать со станком стало бы менее удобно.

Виды систем охлаждения шпинделя: плюсы и минусы

Воздушная

Охлаждение оборудования невысокой мощности достаточно просто обеспечить принудительной подачей воздуха, нагнетаемого крыльчаткой, установленной на шпиндель, через каналы внутри корпуса из легкосплавных материалов прямоугольного сечения. В систему также может при помощи компрессора подаваться сжатый воздух.

Достоинствами такого способа снижения температуры являются надежность, простота использования и невысокая стоимость. В качестве недостатков можно назвать незначительную эффективность, громоздкость шпинделя, шумность, раздувание стружки и опилок, если на станок не установлена система аспирации.

Водяная

В мощных станках, при продолжительной работе которых требуется более интенсивный теплоотвод, в качестве охладителя применяется жидкость, обладающая большей теплоемкостью, чем воздух. Вода, тосол или их смесь под действием давления, создаваемого насосом, перемещается по шлангам из специального резервуара и подается через штуцеры в «рубашку» шпинделя, представляющую собой полости внутри его корпуса, а затем через теплообменник возвращается.

Совет! Обычно в качестве хладагента используется дистиллированная вода. Чтобы избежать коррозии металлических элементов шпинделя и образования внутри системы бактериальной слизи, препятствующей полноценному теплообмену, в нее добавляют тосол.

Бесшумное водяное охлаждение хорошо себя зарекомендовало в помещениях с загрязненным, горячим и влажным воздухом. Оно успешно применяется при работе на любых оборотах. Недостатками системы можно считать необходимость крепления дополнительного оборудования, возможность возникновения коррозии деталей шпинделя.

Рекомендации по выбору типа охлаждения

Подбирая вариант охлаждения шпинделя под нужды бизнеса, нужно учитывать особенности эксплуатации станка и обработки тех материалов, которые будут применяться в производстве:

• В машиностроительной и металлообрабатывающей отраслях и при работе с драгоценными камнями обычно используются мощные станки с водяным охлаждением, работающие на высоких скоростях.
• Для изготовления изделий из дерева, пластика и композитных материалов лучше и дешевле приобрести оборудование невысокой мощности с воздушным охлаждением или вообще без охлаждения.
• Мощные металлообрабатывающие станки с ЧПУ бывают оснащены также подачей охлаждающей жидкости в область рабочего контакта и раструбом для крепления промышленной системы аспирации.
• Для работы со стеклом, поликарбонатом и оргстеклом станок ЧПУ должен быть оборудован не только водяным охлаждением, но и подачей охлаждающей жидкости к месту контакта фрезы с заготовкой.
• Постоянная циркуляция воды в зоне контакта режущего инструмента с материалом в сочетании с качественной системой водяного охлаждения необходима и оборудованию, которое планируется использовать для гравировки по камню.

Выбирая станок с ЧПУ для своей мастерской, нужно тщательно проанализировать те из его возможностей, которые важны в вашем конкретном случае. Если, например, вы планируете выполнять раскрой материалов невысокой твердости на низких оборотах, покупка маломощного станка с охлаждением вентилированием станет ошибкой.

При снижении скорости вращения фрезы уменьшится и скорость вращения крыльчатки, шпиндель начнет перегреваться. Чтобы избежать поломок и простоев, для такой работы лучше выбрать более мощный агрегат, теплообмен которого с окружающей средой будет усиливаться за счет обдува сжатым воздухом или водяного охлаждения.