Под шпинделем понимают двигатель, на который надета цанга – патрон для закрепления и вращения рабочего инструмента, такого, как фреза, сверло, нож или гравер. Шпиндели условно классифицируются на две основные  группы — любительские и

промышленные. Шпиндель промышленный представляет собой специальное устройство, как правило рассчитанное на большую боковою нагрузку; имеет сложную воздушную или водяную систему охлаждения и смазку. К любительским можно отнести любой бытовой фрезер или дрель. Следует заметить, что бытовая дрель рассчитана продольные нагрузки, т.е. на высверливание отверстий,

 а потому имеет подверженные быстрому износу подшипники удержания вала. Все нагрузки, возникающие при работе на станке, как правило, перпендикулярны оси шпинделя. Поэтому шпиндель высокого качества оснащен прочными подшипниками, рассчитанными на подобные нагрузки.

Промышленный шпиндель не требует ухода – смазки и чистки – в течение всего периода эксплуатации. При этом специализированный шпиндель оборудован так называемым цанговым зажимом, прошедшим хорошую балансировку, который дает возможность зажима  любого инструмента, имеющего  стандартный хвостовик. В стандартных станках применяется цанга ЕР11 или модификация ЕР13,  позволяющая зажимать инструмент, имеющий рабочий хвостовик от 2,5 до 3,2 мм. Реже используется промышленная цанга ЕР25, позволяющая зажимать инструмент, имеющий 6 миллиметровый хвостовик. Такой инструмент предназначен для снятия толстых слоев металла, так что, не следует гнаться за наибольшим диаметром рабочего инструмента. Станок должен быть сбалансированным, поэтому следует остановить свой выбор на цанге ЕР13, которая прослужит долгие годы.

Что произойдет, если традиционную дрель установить на станок? Функционировать конечно будет, однако по мере износа подшипников будет становиться  сильнее биение патрона, что приведет к уменьшению точности позиционирования инструмента. К тому же, станок в ходе тонких работ производит массу мелкошаговых проходов, при этом шпиндель работает не один час подряд. Дрель в таком случае может сгореть, или перегреться — сработает тепловая защита, и дрель остановится. ПО, отвечающее за управление, не содержит информации о состоянии дрели, поэтому будет продолжать работу инструмента даже того, как вращение остановится.  Это обязательно приведет к неисправности рабочего инструмента.

Выбирая оптимальную мощность  шпинделя, лучше руководствоваться общепринятыми правилами.  Для выполнения небольших сверлильно-гравировальных работ будет достаточно 400-600W, при фрезеровке металлических деталей и толстых слоев древесины необходимо 1000-1400W. Универсальным шпинделем, способным выжимать из фрезы и системы подачи все по  максимуму, считается шпиндель с  мощностью более 2000W.  Однако следует оговориться. Фрезеровочные работы бывают двух типов — силовые и скоростные:  можно либо быстро вращать фрезу, при этом медленно ее подавать; или медленно вращать — быстро подавать. Станки профессиональной категории применяют силовое фрезерование как наиболее быстрый способ обработки заготовки. В данных целях в станок вводят режимы резания с указанием максимальной скорости подачи для каждой конкретной фрезы, а также скорости  заглубления и вращения. Это дает возможность выжимать из инструмента максимальную производительность, избегая его перегрева и повреждения. Если станок не может развить требуемое усилие подачи (главный параметр станка), то единственным вариантом является раскручивание шпинделя до максимальных оборотов и  дальнейшее его аккуратное перемещение по заготовке. Так будет выполняться скоростное фрезерование.

Таким образом, выбирая шпиндель, следует останавливать свой выбор либо на быстром, либо на мощном, способном развивать на инструменте крутящий момент по максимуму. Дорогостоящие специализированные шпиндели способны развивать скорости более 20000 об/мин, передавая при этом  на фрезу усилие до 2000W. Вы будете выполнять фрезеровочные работы на скорости до 15000 оборотов. Стоит помнить, что скоростное вращение  — это не всегда хорошо. К примеру, при обработке малых кусочков древа возможно образование  мелкой пыли, которая затирается между фрезой и заготовкой, а затем начинает подгорать. Это может привести к  перегреву как фрезы, так и заготовки.

Цена промышленного шпинделя, имеющего трехфазное питание и водяное охлаждение, мощностью 1,5 кВт составляет порядка 9 тыс. рублей. Однако необходимо будет приобрести преобразователь частоты (порядка 3 тыс. рублей).

Цена на специализированный шпиндель с воздушной системой охлаждения оставляет около 8 тыс. рублей. Преобразователь частоты также стоит приобрести.

Фрезер  Kress-1050 представляет на сегодня одно из самых лучших устройств на отечественном рынке. Его цена составляет 4 тыс. рублей. В Сети можно  найти руководство по замене в нем подшипников, а также инструкции по  доработке до максимально высокого уровня. Нет лучше бюджетного  варианта.

Цена дрели составляет около 1200 рублей. Этот вариант приемлем только в случае,  когда на станке выполняется только  координатное сверление.

Отдельно стоит коснуться трехфазных шпинделей. Они оснащаются тремя проводами питания, одной нейтралью и одним проводом заземления. Напрямую подключаются к бытовой сети — из одной фазы делается три посредством преобразователя частоты. Устройство позволяет выпрямить переменный ток и сгенерировать из него переменный нужной частоты и фазности. Следует заметить, что ПЧ несет массу сервисных функций. Так, если напряжение на входе составляет 50Гц и изменить его нет возможности, то на выходе преобразователь частот может развить частоту в диапазоне 1-400 Гц согласно установке. Для наших задач это значит, что возможно устанавливать требуемую частоту вращения шпинделя. Кроме того, ПЧ управляется программным обеспечением станка, и программа в автоматическом режиме может установить требуемые обороты шпинделя исходя из таблицы скоростей для выбранного материала. Также дорогостоящие ПЧ содержат векторное управление мотором, что позволяет развивать максимальный момент на инструменте через косвенное определение фактической скорости шпинделя, а также своевременной трансформации эпюры формируемых  импульсов. Преобразователь частоты дает возможность устанавливать скорость разгона/замедления оборотов, что хорошо сказывается на длительности его ресурса. ПЧ может сигнализировать о готовности шпинделя программному обеспечению, т.е. передавать, что шпиндель набрал заданные обороты, либо от них отклонился. Это дает возможность при необходимости остановить программу и избежать поломки  инструмента в случае неожиданного отключения шпинделя. Т.о., наличие ПЧ существенно увеличивает надежность и эргономичность шпинделя.

Шпиндель  может быть оснащен воздушной или  водяной системой охлаждения. Воздушная система оборудована как у  стандартной дрели — на валу шпинделя находится вентилятор. Отрицательным моментом данной системы является то, что функционально она напоминает пылесос, засасывая в шпиндель все обрезки, а также то, что эффективность самого вентилятора напрямую связана со скоростью вращения вала, и на низких скоростях возможен перегрев шпинделя и его поломка. Водяная система не имеет  недостатков предыдущей и очень эффективна, однако необходима доработка гидравлики. Можно применять стандартные пищевые шланги, имеющие внешний диаметр 8 мм и внутренний 6 мм. Для создания станков можно применять компьютерную систему водяного охлаждения процессора фирмы Termaltake, состоящую из  насоса, радиатора и вентилятора. Единственный недостаток данной системы – высокая стоимость. Также можно использовать  в качестве насоса бензиновый от автомобиля, который является более надежным и недорогим. Стоит обратить внимание на то, что существуют бензонасосы среднего и низкого давления. Впрысковые машины оснащаются насосами среднего давления, они способны развивать порядка трех атмосфер, что слишком много. Насосы от карбюраторных авто  развивают давление порядка 0.3 атмосферы, что более приемлемо. В крайнем случае, можно использовать насосы для аквариумов, но надежность бензонасосов и аквариумных насосов несопоставима. Нужно помнить, что при запуске шпинделя без циркуляции воды может возникнуть его перегрев и поломка.

Вода охлаждения готовится как раствор дистиллированной воды и неагрессивного антисептика. Шпиндель 1.5кВт потребляет трехлитровый  баллон с водой, и в радиаторе нет необходимости – когда шпиндель работает непрерывно, вода остается теплой, ее остывание происходит за счет большой площади баллонных стенок  и трубок.