Einführung
In den letzten Jahren hat sich die Leistung mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung von CNC-Spindeln schrittweise in Richtung hohe Geschwindigkeit, hohe Präzision und hohe Steifigkeit entwickelt. Dieser Trend hat höhere Anforderungen an das Design, die Materialauswahl und den Lagerherstellungsprozess von CNC-Spindeln gestellt. Um den Anforderungen einer modernen, effizienten Verarbeitung gerecht zu werden, weisen Werkzeugmaschinenspindeln viele neue Designmerkmale auf, insbesondere bei der Auswahl und Materialanwendung von Spindellagern, die eine solide Grundlage für die Erzielung einer hochpräzisen und schnellen Verarbeitung bieten.
Besonderheiten des Designs
Die Genauigkeit der Werkzeugmaschinenspindel wird direkt durch den Rundlauf, den Planflächenschlag und die Inkonsistenz des Wälzkörperdurchmessers des Lagers beeinflusst. Um die Genauigkeit des Spindelsystems und seiner Werkstücke sicherzustellen, sollte die Lagergenauigkeit der Präzisionswerkzeugmaschinenspindel P5 oder höher erreichen. Für Hochgeschwindigkeits- und Hochpräzisionswerkzeugmaschinen wie CNC-Maschinen und Bearbeitungszentren sind Ultrapräzisionslager mit P4 oder höher erforderlich.
Auch für Spindellager ist die Hochgeschwindigkeitsanpassungsfähigkeit von entscheidender Bedeutung. Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Verarbeitungsgeschwindigkeit, insbesondere bei der Entwicklung und Verbesserung von Hochgeschwindigkeitsspindeln wie Elektrospindeln, werden höhere Anforderungen an die Hochgeschwindigkeitsanpassungsfähigkeit von Lagern gestellt. Angenommen, die Hochgeschwindigkeitsanpassungsfähigkeit des Lagers ist nicht gut. In diesem Fall führt das Spindelsystem dazu, dass das Lager aufgrund eines übermäßigen Temperaturanstiegs durchbrennt und ausfällt, was die Verarbeitungsgenauigkeit und die Lebensdauer der Ausrüstung beeinträchtigt.
Materialforschung
Was die Materialauswahl betrifft, so machen es die hohen Anforderungen an Präzision, hohe Geschwindigkeit und hohe Zuverlässigkeit von Spindellagern für Werkzeugmaschinen schwierig, mit herkömmlichen Materialien die Anforderungen moderner Werkzeugmaschinen zu erfüllen. Der Ring besteht normalerweise aus hochwertigem, veredeltem Stahl, während das Käfigmaterial aus Kupfer, Kunststoff und einem speziellen selbstschmierenden Material besteht. Zu den Wälzkörpermaterialien gehören Lagerstahl und Keramikmaterialien.
Aufgrund ihrer hervorragenden Leistung werden keramische Werkstoffe, vor allem Siliziumnitridkeramik, bei der Herstellung von Hochgeschwindigkeitspräzisionslagern zunehmend geschätzt. Im Vergleich zu herkömmlichem Lagerstahl beträgt das spezifische Gewicht von Siliziumnitridkeramik nur ein Drittel des von Stahl, wodurch die Belastung der Wälzkörper an den Ringen während des Hochgeschwindigkeitsbetriebs erheblich reduziert und die Grenzdrehzahl des Lagers deutlich verbessert wird.
Seine Härte beträgt bis zu 1500 HV, also das Doppelte von Lagerstahl, und seine Hochtemperaturbeständigkeit beträgt bis zu 1200 °C, was den Anwendungsbereich von Lagern erheblich erweitert.
Der Einsatz keramischer Werkstoffe eröffnet eine neue Welt der Wälzlagermaterialien und fördert die Entwicklung von Hochgeschwindigkeits- und Hochpräzisionswerkzeugmaschinen enorm.
Aufgrund ihrer geringen Dichte, ihres hohen Elastizitätsmoduls, ihres niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, ihrer Verschleißfestigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit eignen sich Keramiklager ideal für die Herstellung von Hochgeschwindigkeitspräzisionslagern.
Realisierung höchster Führungsgenauigkeit und Geschwindigkeit
Bei Elektrospindelanwendungen ist die Lagertemperatur aufgrund des großen Gradienten des Spindeltemperaturfelds ungleichmäßig, was zu einem Ungleichgewicht bei axialen und radialen Belastungen führt. Diese ungleichmäßige Belastung wirkt sich auf die Steifigkeit des Lagers und die Lebensdauer der Tandemlagergruppe aus. Daher ist es wichtig, geeignete Materialien und Konstruktionen zu verwenden, um die Stabilität und Genauigkeit der Lager während des Hochgeschwindigkeitsbetriebs sicherzustellen.
Abschluss
Da Werkzeugmaschinenspindeln immer schneller und präziser werden, werden an Spindellager immer höhere Anforderungen an Konstruktion und Material gestellt. Die Einführung keramischer Werkstoffe bietet neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Hochleistungslagern, die zu höherer Bearbeitungsgenauigkeit und -geschwindigkeit beitragen. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie werden Werkzeugmaschinenspindeln auch künftig immer schneller, präziser und langlebiger.
Zusammenfassung der FAQ basierend auf dem Artikel
1. Wie ist der Entwicklungstrend moderner Werkzeugmaschinenspindeln?
CNC-Spindeln werden in Richtung hohe Geschwindigkeit, Präzision und Steifigkeit entwickelt.
2. Warum ist die Hochgeschwindigkeitsanpassungsfähigkeit bei Spindellagern wichtig?
Die Hochgeschwindigkeitsanpassungsfähigkeit bestimmt die Stabilität des Lagers und die Fähigkeit zur Kontrolle des Temperaturanstiegs bei hoher Geschwindigkeit und wirkt sich auf die Genauigkeit und Lebensdauer des Spindelsystems aus.
3. Welche Vorteile bieten keramische Werkstoffe bei Spindellagern?
Keramische Werkstoffe weisen eine geringe Dichte, eine hohe Steifigkeit und einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, was die Grenzdrehzahl und Steifigkeit von Lagern verbessern, die Wärmeentwicklung verringern und die Verschleißfestigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit verbessern kann.
4. Welchen Einfluss hat eine ungleichmäßige Lagertemperatur auf die Spindelleistung bei Elektrospindeln?
Die ungleichmäßige Lagertemperatur führt zu unausgeglichenen axialen und radialen Belastungen, was sich auf die Steifigkeit und Lebensdauer des Lagers auswirkt und wiederum die Bearbeitungsgenauigkeit der Spindel beeinträchtigt.
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