Данная статья будет посвящена ремонту и конструкции шпинделя HSD ES929 с автоматической сменой инструмента.

Характеристики шпинделя HSD ES929:

• Мощность - 12 кВт;
• Число полюсов - 4;
• Обороты до 28000 об/мин;
• Напряжение - 380 В;
• Стандарт патрона - HSK F63.

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.

Полное название данного шпинделя HSD ES929A 4P 12kW H1. Шпиндели с автоматической сменой инструмента семейства ES9x9 конструктивно похожи между собой за исключением мощности, и соответственно размеров статора и ротора. также эти шпиндели выпускаются с двумя разными видами механизма захвата - конусами ISO30, и оправками HSK F63, что существенно отражается на конструкции зажимных элементов шпинделя..

Так выглядит шпиндель в разобранном состоянии.

На столе выложены алюминиевый корпус шпинделя с воздушным охлаждением и 4-х полюсным статором асинхронного двигателя; элементы для подключения шпинделя; вал с ротором, с передний и задний корпуса подшипников; механизм захвата и пневматический цилиндр.

Стоит отметить что в данном случае представлена “длинноносый” вариант шпинделя, предназначенный для установки поворотной оси С на шпиндель.

Вал шпинделя, на котором установлен  корпус ротора с одним кольцом для балансировки. Главной особенностью модификации ES929 под патрон HSK63 является разборный вал, ввиду того, что размеры передней части шпинделя не позволяют установить подшипники с передней части шпинделя. Ротор устанавливается на вал после подшипников и фиксируется от проворота стопорными винтами.

Шпиндель поступил на ремонт с разорванной обмоткой статора асинхронного двигателя, причиной этому стало усталостное разрушение заднего балансировочного кольца (на фото).

Здесь мы видим задний корпус подшипников. Частой поломкой у данной модели шпинделя является износ и выработка посадочных поверхностей подшипника. Как и в модели ES919A на внутренней части корпуса есть пазы, расположенные посередине колец, выполненные для резиновых уплотнителей, служащих для демпфирования.

В этом шпинделе применяются высокоскоростные радиально-упорные дуплексные подшипники H7006C-2RZHQ1 DB P4 (сзади) и H7008CTN-2RZHQ1 DB P4 (спереди), как видим из маркировки, с компоновкой DB (Back-to-Back).

На этой фотографии статор шпинделя. Из статора уже вынули поврежденную обмотку.

Алюминиевый корпус шпинделя.

Воздушная система охлаждения.

Механизм захвата. Особенность для данного шпинделя со стандартом патрона HSK F63, как видно из фотографии, состоит в использовании лепесткового зажима

Принцип работы следующий, при смене инструмента цилиндр давит своим штоком на шток механизма, пружина сжимается и захват немного выдвигается вниз. При этом металлические лепестки оказываются максимально прижатыми друг к другу, что даёт возможность свободно установить оправку. При возврате штока в исходное положение захват перемещается в верхнее положение, где лепестки оказываются в распорку, опираясь на бобышку, и фиксируются за внутренний паз инструментальной оправки под действием силы пружины.

Весь зажимной механизм позиционируется внутри вала.

Шпиндельный патрон по стандарт HSK F63.

Обратите внимание на колодки, которые служат своеобразными ограничителями нагрузок работающего пневмоцилинра на подшипники и являются тормозами для вала, который в момент смены инструмента должен оставаться неподвижным.

Вид снизу в сборе на валу.

Сам пневмоцилиндр с коротким ходом поршня. Внутри него установлено 2 индукционных датчика: 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.

Один из самых частных случаев, происходивших со шпинделем HSD ES929 касается индукционных датчиков.

В шпинделе HSD ES929 установлены индукционные датчики, отвечающие за положение штока цилиндра и наличия инструментальной оправки в шпиндельном патроне. Индукционные датчики, если сказать проще, это болт с катушкой на торце. Поломка, пришедшего к нам на диагностику почти что нового шпинделя, проработавшего 2-3 месяца со дня покупки заключается в том, что датчики стёрты валом. На фотографии можно подробно разглядеть, что от катушки не осталось и следа. Слева неповреждённый датчик, справа тот, что испытал столкновение.

Причиной этой довольно необычной поломки явилось жесткое вертикального столкновения фрезы в горизонтальной плоскости, таким образом, система инструмент-оправка-вал сыграли, своего рода, роль рычага. Подшипник в момент столкновения испытал сильные радиальные нагрузки, а вал, соответственно, сместился относительно оси, повредив при этом датчики и поверхность внутреннего диаметра цилиндра.

На фото видны остатки самого датчика на стенках цилиндра.

Поломки такого рода случаются крайне редко. Поступали шпиндели и с более жесткими случаями, с более серьёзными ударами и везде датчики оставались целыми. Есть предположение, что их положение было не отрегулировано с завода. Возможно, они располагались слишком близко к валу, что и послужило причиной их мгновенного выхода из строя при небольшом радиальном смещении вала.