Einführung
In der modernen Bearbeitung ist die elektrische Spindel eine Schlüsselkomponente für hochpräzise Bearbeitung und effiziente Produktion. Um den effizienten Betrieb der elektrischen Spindel zu gewährleisten, ist es wichtig, den Aufbau der elektrischen Spindel, die Funktionen und Anforderungen des Spindelmotors, die Lagerkonfiguration, das Schmiersystem und das Kühlsystem zu verstehen. Wie ist also die elektrische Spindel aufgebaut?
Die Bauform der CNC-Spindel
Zwei Hauptbauformen der CNC-Frässpindel:
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Der Motor ist zwischen dem vorderen und hinteren Lager der Spindel installiert
Diese Bauform der Elektrospindel verfügt über zwei vordere und hintere Stützen. Aufgrund der relativ geringen axialen Größe ist die Gesamtsteifigkeit der Spindel besser und die Leistung ist signifikanter. Dieses Design eignet sich besonders für Hochgeschwindigkeits-CNC-Werkzeugmaschinen und bietet hervorragende Stabilität und Steifigkeit.
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Der Motor ist hinter dem hinteren Lager der Spindel eingebaut.
Bei dieser Konstruktion sind der Motor und der Spindelkasten in axialer Richtung der Spindel angeordnet. Diese Struktur kann die radiale Größe des vorderen Endes der Spindel effektiv verkürzen, was sich positiv auf die Wärmeableitung des Motors auswirkt. Dennoch ist die axiale Länge der Spindel relativ groß. Daher wird diese Konstruktionsform häufig in kleinen Hochgeschwindigkeits-CNC-Werkzeugmaschinen verwendet.
Spindelmotor
Der Spindelmotor ist ein wesentlicher Bestandteil der elektrischen Spindel und seine technischen Parameter bestimmen direkt die Leistung der elektrischen Spindel. Derzeit gibt es zwei gängige Arten von elektrischen Spindelmotoren:
Wechselstrom-Synchronmotor
Wechselstrom-Synchronmotoren haben ein kleineres Volumen, eine kürzere Anlaufzeit, eine höhere Leistung und ein höheres Drehmoment bei gleichem Drehmoment sowie einen geringeren Rotorleistungsverlust, was die thermische Leistung elektrischer Spindeln effektiv verbessern kann. Daher sind sie für Hochgeschwindigkeits-Elektrospindeln geeignet.
Wechselstrom-Asynchronmotor
Wechselstrom-Asynchronmotoren sind preisgünstig, haben hohe Grenzdrehzahlen, sind leicht zu warten und haben einfache Steuerungssysteme. Obwohl ihre Leistung besser sein könnte als die von Synchronmotoren, haben sie in einigen Anwendungen immer noch Vorteile.
Spindellagerung
Spindellager sind eine der Kernkomponenten von Elektrospindeln, die sich direkt auf die hohe Geschwindigkeit und Präzision von Elektrospindeln auswirken. Bei der Auswahl der Lager sind folgende Punkte zu beachten:
Keramikkugellager
Keramikkugellager bestehen aus hochtemperaturbeständigen Keramikmaterialien mit geringer Dichte, die die Grenzdrehzahl deutlich erhöhen können und gleichzeitig einen geringeren Temperaturanstieg und eine höhere Steifigkeit aufweisen. Keramik-Schrägkugellager werden aufgrund ihrer Hochgeschwindigkeitsleistung und starken Tragfähigkeit häufig zur Unterstützung elektrischer Spindeln ausgewählt.
Magnetlager
Magnetlager erreichen durch intelligente Steuerung keinen mechanischen Kontakt, können die doppelte Geschwindigkeit von Wälzlagern erreichen und eignen sich für ultraschnelle, leistungsstarke Werkzeugmaschinen. Aufgrund der hohen Herstellungskosten und der Erwärmungsprobleme ist der Anwendungsbereich jedoch begrenzt.
Elektrische Spindelschmierung
Die Schmierung der elektrischen Spindel bildet hauptsächlich durch das Schmiermittel einen Schmierölfilm auf der Reibungsfläche des Lagers, verringert Verschleiß und Reibung und sorgt für einen guten Betrieb. Die Schmierung hilft auch, Wärme abzuleiten und die durchschnittliche Betriebstemperatur des Lagers aufrechtzuerhalten. Eine ordnungsgemäße Schmierung kann die Lebensdauer des Lagers verlängern und die Betriebseffizienz der elektrischen Spindel verbessern.
Elektrisches Spindelkühlsystem
Die elektrische Spindel erzeugt bei Hochgeschwindigkeitsbetrieb viel Wärme, daher ist es notwendig, ein wirksames Kühlsystem zu entwickeln. Die wichtigsten Kühlmaßnahmen umfassen:
Kühlgerät
Das Kühlgerät ist an der Außenwand der Elektrospindel angebracht und kann durch Zirkulation des Kühlmittels die Elektrospindel während des Betriebs auf einer niedrigen Temperatur halten, um Schäden durch übermäßige Temperaturen zu vermeiden.
Encoder
Der Encoder wird verwendet, um die elektrische Spindel präzise zu steuern, einen automatischen Werkzeugwechsel zu realisieren und den Start- und Stoppzustand der ATC-Spindel, das Gewindeschneiden und andere Funktionen zu steuern.
Automatischer Werkzeugwechsler
Durch die Installation eines automatischen Werkzeugwechslers an der elektrischen Spindel kann die Arbeitseffizienz des Bearbeitungszentrums verbessert werden.
Methode zur Werkzeugauswahl
Für die Anforderungen der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung sollten anstelle herkömmlicher Werkzeuge Hochgeschwindigkeitswerkzeuge verwendet werden, die den Bearbeitungsbedingungen entsprechen, um die Anforderungen an hohe Geschwindigkeit zu erfüllen.
Hochfrequenz-Frequenzumwandlungsgerät
Um die hohe Drehzahl der Elektrospindel von Zehntausenden oder gar Hunderttausenden Umdrehungen pro Minute zu erreichen, ist ein Hochfrequenz-Frequenzumrichter erforderlich, dessen Ausgangsfrequenz mehrere Tausend oder mehrere Tausend Hertz betragen muss.
Abschluss
Um die Leistung der Elektrospindel zu optimieren, ist es entscheidend, die Strukturform der Elektrospindel, die Funktionen und Anforderungen des Spindelmotors, die Lagerkonfiguration, das Schmiersystem und das Kühlsystem zu verstehen. Jede Komponente spielt eine wichtige Rolle im Gesamtbetrieb der Elektrospindel. Durch eine sinnvolle Auswahl und Konfiguration können Stabilität, Effizienz und Lebensdauer der Elektrospindel verbessert werden.
Zusammenfassung der häufig gestellten Fragen (FAQ) basierend auf dem Artikel
F1: Was sind die beiden Hauptbauformen von Elektrospindeln?
A1: Zu den wichtigsten Konstruktionsformen elektrischer Spindeln gehören der zwischen dem vorderen und hinteren Lager der Spindel installierte Motor, der für Hochgeschwindigkeits-CNC-Werkzeugmaschinen geeignet ist, und der hinter dem hinteren Lager der Spindel installierte Motor, der für kleine Hochgeschwindigkeits-CNC-Werkzeugmaschinen geeignet ist.
F2: Was sind die Hauptunterschiede zwischen Synchronmotoren und Asynchronmotoren?
A2: Synchronmotoren sind klein, haben eine kurze Anlaufzeit, hohe Leistung und Drehmoment sowie einen geringen Rotorleistungsverlust, wodurch sie für elektrische Hochgeschwindigkeitsspindeln geeignet sind. Asynchronmotoren hingegen sind preisgünstig, haben eine hohe Grenzdrehzahl und sind leicht zu warten, wodurch sie für einige Anwendungen geeignet sind.
F3: Was sind die üblichen Lagertypen für elektrische Spindeln?
A3: Zu den gängigen Arten von elektrischen Spindellagern gehören Keramikkugellager und magnetische Aufhängungslager. Keramikkugellager eignen sich für Hochgeschwindigkeitsanwendungen, während Magnetlager für Werkzeugmaschinen mit ultrahoher Geschwindigkeit und hoher Leistung geeignet sind.
F4: Was ist der Hauptzweck der elektrischen Spindelschmierung?
A4: Der Hauptzweck der elektrischen Spindelschmierung besteht darin, Lagerverschleiß und Reibung zu reduzieren, einen guten Betrieb sicherzustellen und eine Wärmeableitung zu bewirken.
F5: Was sind die Hauptmaßnahmen des Kühlsystems der elektrischen Spindel?
A5: Das Kühlsystem der elektrischen Spindel umfasst hauptsächlich ein Kühlgerät, einen eingebauten Impulsgeber, einen automatischen Werkzeugwechsler, eine geeignete Werkzeugspannmethode und ein Hochfrequenz-Frequenzumwandlungsgerät.
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