В данной статье будет рассмотрена конструкция и ремонт шпинделя с автоматической сменой инструмента итальянской фирмы HSD модели ES919.

Характеристики шпинделя с автоматической сменой инструмента HSD ES919:

• Мощность – 7 кВт;
• Число полюсов – 2;
• Обороты до 28000 об/мин;
• Напряжение – 380 В;
• Стандарт патрона под инструмент ISO30.

Наиболее часто встречающиеся причины поломок подобных шпинделей, и шпинделей в целом:

1. Выход из строя подшипников, в силу их износа, а также неправильных условий эксплуатации оборудования (неправильные режимы резания, недостаточная квалифицированность оператора);

2. Разного рода повреждения конической поверхности патрона шпинделя ввиду неаккуратной установки инструмента.

3. Выход из строя механизма автоматической смены, как правило, вследствие жесткого контакта с узлами станка и приспособлениями, либо изначальный дефект и последующее развитие усталостных трещин.

Выход из строя подшипников неспроста стоит на первом месте, так как эта проблема самая часто встречающаяся. В большинстве случаев выход из строя связан с выработкой ресурса, либо возникновении событий ускоряющих износ (удары, энергичная работа большими инструментами, либо плохо сбалансированными инструментом).

Ремонт данного шпинделя достаточно объемная задача, требующая определенной оснастки и опыта.

Установку подшипников необходимо выполнять с большой аккуратностью и точностью, с выполнением контрольных имерений. Эти меры необходимы, чтобы в процессе работы не возникали радиальные и осевые вибрации, которые в дальнейшем могут вызвать преждевременный выход из строя подшипников.

Крайне немаловажным является правильная сборка и настройка механизма захвата оправки.

На фото показаны основные конструктивные элементы шпинделя в разобранном виде.

Если смотреть слева направо, то мы видим: корпус со статором, пневматический цилиндр шпинделя, вал ротора с корпусами подшипников и балансировочными кольцами, крышка пневмоцилиндра, шток пневмоцилиндра, зажимной механизм со стопорным болтом, пружина зажимного механизма с регулировочным винтом.

Вал шпинделя выполнен под популярный патрон стандарта ISO30 без шпоночных пазов, что не требует позиционирования вала при смене инструмента.

Задний дуплексный радиально-упорный подшипник вала модели H7006C-2RZ HQ1 DBA P4 с компоновкой DB (Back-to-Back). Также видно кольцо для балансировочных грузиков.

Здесь хорошо видно статор асинхронного двигателя вставленный в алюминиевый  корпус.

Фото заднего корпуса заднего подшипника. Одна из типичных поломок данных шпинделей - износ и выработка посадочной поверхности подшипников. Пазы, расположенные посередине колец, необходимы для резиновых уплотнителей, которые служат своего рода демпферами.

Крупным планом показан сам механизм зажима штревеля. Принцип его работы следующей, при смене инструмента цилиндр давит своим штоком на шток механизма, пружина сжимается и захват немного выдвигается вниз. При этом металлические шарики оказываются напротив проточки большего диаметра, что позволяет штревелю свободно войти в захват. При возврате штока в исходное положение захват перемещается в верхнее положение, где шарики оказываются в проточке меньшего диаметра и фиксируют штревель инструментальной оправки под действием силы пружины. Также, на фотографии видна сама оправка, пружина пассивного зажима, стопорный регулировочный болт.

Так выглядит в сборе полностью весь зажимной механизм, сверху устанавливается пневматический цилиндр, за счёт которого происходит разжим.

Захват оправки происходит механически и удерживается за счёт очень жесткой пружины.

Весь механизм позиционируется внутри вала. Очень важно правильно и точно настроить механизм при сборке шпинделя, добиваясь необходимого усилия втягивания и четкой работы механизма при пороговом давлении.

Одной из поломок этого шпинделя (хотя и редкой) может быть лопнувшая пружина, как это видно из фото.

На фотографии ниже показаны колодки. Роль их очень важна, так как он снимают большую нагрузку с подшипников, возникающую во время работы пневмоцилиндра, они также тормозят вал т.е. вал во время смены инструмента остаётся неподвижным.

Так выглядит сам механизм в сборе. Нижняя часть цилиндра сделана подвижной и имеет небольшой ход порядка 2мм. Сама деталь крепится на заднем корпусе через шесть болтов с пружинами.

Вид снизу.

Это сам пневматический цилиндр, с коротким ходом поршня. В нём установлены два индукционных  - датчика положения штока цилиндра и датчика наличия оправки в патроне.

Также, при выходе штока цилиндра вниз, через центральное отверстие обоих штоков происходит продувка механизма автосмены и конической полости для удаления посторонних частиц.

Здесь показана передняя часть вала с передними подшипниками H7008C-2RZ HQ1 DBA P4, установленными компоновкой DB, и гайка для фиксации подшипников в корпусе.

В передней неподвижной гайке сделаны каналы для подачи воздуха, работающие как воздушное уплотнение, служащее для дополнительной защиты подшипников от пыли, помимо лабиринтной гайки.

Сравнительная фотография. Разница между валам шпинделя HSD ES919 (слева) и HSD ES929 (справа).