Как найти мощность шпинделя

В данной статье мы рассмотрим одну из важнейших характеристик шпинделя и ее влияние на работу устройства.

Производительность фрезерного станка характеризуется оптимальным соотношением различных показателей, результатом взаимодействия которых является количество обрабатываемых деталей в единицу времени. Для достижения максимальной продуктивности особую роль играет такой параметр, как «мощность» шпинделя, которая, как правило, зависит от характера выполняемых работ, обрабатываемого материала, скоростных характеристик станка и т.д. Мощность шпинделя ни при каких условиях не рассматривается «в отрыве» от остальных характеристик фрезерного станка с ЧПУ, так как, например, недостаточная жёсткость станины фрезера не позволит обрабатывать прочные заготовки, даже если производитель (с неясной целью) оснастил станок очень мощным шпинделем. Поэтому мощность шпинделя – это одна из составляющих, влияющая на общую производительность.

Диаметры шпинделя, также как и размер цанг, зависят от его мощности, ведь чем мощнее шпиндель, тем больший диаметр фрез он допускает к использованию. В стандартных станках применяются цанги ЕR11, ЕR16 и ЕR20 для работы с диаметрами хвостовиков 7, 10 и 13 мм соответственно. Промышленные цанги ЕR25, ЕR32 и ER40 используют в случае размера хвостовика 16, 20 и 25 мм соответственно.

Кроме перечисленных параметров важны также конструктивные особенности двигателя шпинделя: количество обмоток, вид ротора, способ снятия и подачи нагрузки на обмотки. Также не стоит исключать влияние на производительность станка используемого подшипника, ведь без данного приспособления невозможно обеспечить высокие скорости вращения, необходимый вращающий момент и мощность к инструменту, хорошую нагрузочную способность и длительный срок службы шпинделя.

В свою очередь, в зависимости от используемой мощности, процесс фрезерования можно разделить на два способа: с быстрой подачей и замедленным вращением фрезерного инструмента, либо наоборот. Первый способ называется скоростным, а второй – силовым. Скоростной способ используется при чистовой обработке материалов, поэтому не требует высокой мощности и повышенной силы резания. В то время как при силовом требуется наращенный крутящий момент и достаточная мощность. При необходимости обеспечения высокой мощности на низких оборотах станки могут быть оснащены редуктором, что позволит выполнять на данном оборудовании и черновые, и чистовые операции. В промышленном производстве чаще всего применяется силовое фрезерование для того, чтобы максимально быстро снимать лишний материал на поверхности заготовки. При этом необходимо учитывать правильные режимы резания конкретно для определенного вида фрез и выставлять точные параметры скорости вращения, заглубления и подачи. Таким образом, можно эксплуатировать фрезы, получая максимальную производительность, без чрезмерного износа инструмента. Если из станка нельзя «выжать» хорошее усилие, то лучше не экспериментировать и использовать скоростное фрезерование, установив максимальную скорость подачи и минимальную скорость вращения фрезы.

Основные правила при выборе мощности:

Таким образом, выбирая шпиндель, исходя из его мощностных характеристик, важно учитывать его совместимость с фрезерным оборудованием, чтобы получить впоследствии высокий КПД. Также важно, какой материал будет подвергаться обработке, так как при работе, например, с тонким пластиком, не требуется высокая мощность. В то время как при отделке камня и мрамора, потребуется мощный шпиндель совокупно с высокопроизводительным фрезерным станком ЧПУ.

Как выбрать скорость и мощность шпинделя

Скорость вращения шпинделя определяется видами фрез и обрабатываемыми материалами. Обычно последовательность такая — исходя из изделий определяется диапазон моделей фрез, исходя из него по каталогам производителей определяется диапазон скоростей резания, а по ним соот-но диапазон скоростей вращения шпинделя.

Пример 1

Вы планируете работать по дереву, вырезая рельефы с большим количеством мелких деталей.

В этом случае вы много будете работать с мелкими фрезами и граверами, для чего требуется шпиндель с большими оборотами — 24000 об/мин(а лучше больше, например 36000), и станок с высокой скоростью подачи (5000 мм/мин). А также будут использоваться фасонные и пазовые фрезы большого диаметра, что накладывает ограничения на минимальную мощность шпинделя — она должна быть достаточно большой, чтобы фреза не вязла в материале, в зависимости от диаметра фрез и режима работы — от 2.2 до 7 кВт. 

Пример 2

Планируется станок для обработки алюминиевых сплавов небольшими цельными твердосплавными фрезами.

Исходя из чертежа изделий, максимальный диаметр фрезы, который потребуется — 16 мм, минимальный — 0.2 мм, основная работа будет вестись фрезами диаметром 6-10 мм. Согласно каталогам производителя фрез ZCC-CT, рекомендуемая скорость вращения фрез диаметром 6 мм — 13000 об/мин с подачей 1250 мм/мин, 10 мм — 8000 об/мин с подачей 1600 мм/мин,откуда следует задача подобрать шпиндель, оптимально работающий на скорости 10-12 тыс. об/мин, но при этом имеющий запас как по увеличению скорости, так и по уменьшению. Ременноприводные шпиндели не разгоняются выше 8 тыс. оборотов, поэтому работа мелкими фрезами будет происходить очень медленно, а обычные водоохлаждаемые электрошпиндели в целом хотя могут работать в таком режиме, но могут возникнуть проблемы с работой большими фрезами на низких оборотах, поэтому наиболее подходящим вариантов видятся электрошпиндели с 2 парами полюсов — у них базовая частота вращения ниже вдвое(до 12 000 об/мин обычно), но за счет  этого момент вращения увеличен пропорционально — на 8000 об/мин они выдадут момент в несколько раз больший, чем водник с одной парой полюсов, а кроме того, ничто не запрещает настроить частотник на превышение базовой частоты, что(с падением момента, конечно) позволит фрезеровать мелкими фрезами с частотой выше базовой.

Пример 3

Планируется станок для обработки небольших алюминиевых и стальных деталей, с небольшим съемом и заглублением. 

Данная задача несколько противоречива, сталь настолько по режимам обработки отличается от алюминия, что для них по-хорошему нужны 2 разных станка. Если такое невозможно, то надо определиться, либо мы хорошо обрабатываем алюминий и кое-как сталь, либо хорошо обрабатываем сталь и медленно алюминий. В случае второго варианта мы для начала сразу отказываемся от скоростных электрошпинделей — в них стоят слишком слабые подшипники, они рассчитаны на большую скорость и маленькие усилия, тогда как при обработке стали все наоборот и подшипники просто долго не проживут. Во вторую очередь — шпиндель по стали требуется весьма крупный, по той же причине (размер подшипников), и конусов типа BT30/ISO30 очевидным образом будет недостаточно. Ну и далее определяется, какого размера будут фрезы и скорость вращения. Для фрезы диаметром 6 мм требуется 7000 об/мин при подаче 675 мм/мин, для фрез 20 мм — 2000 об/мин, таким образом нам подойдет шпиндель с конусом BT40 и скоростью вращения до 8000 об/мин. Если работа будет в основном мелкими фрезами, то задача несколько усложняется — использовать шпиндели с механическим приводом также возможно, но подачи станут совсем низкими. 
Также, скорее всего вам потребуется шпиндель с отверстием для подачи СОЖ в конус — инструмент склонен очень сильно греться при работе со сталью, просто полива может не хватать и многие виды работ потребуют подачи СОЖ сквозь фрезы и сверла. 

После определения основных моментов, можно попробовать дополнительно сузить выбор. 

> Электрошпиндель или механический
> Выбор типа охлаждения шпинделя

Когда мы программируем токарные или фрезерные станки с ЧПУ, расчет правильной скорости шпинделя важен для достижения хорошего качества поверхности и однородности размеров наших деталей. Это также помогает нашим инструментам прослужить дольше. Если мы сделаем большой срез слишком быстро, это может даже повредить машину.

Есть много математических расчетов в механическом цехе, в которых нам нужно быть уверенными при работе на станках, а скорость шпинделя, возможно, одна из самых важных для понимания для безопасной эксплуатации наших станков.

Давайте посмотрим, как произвести самый простой расчет скорости шпинделя токарного станка с ЧПУ.

Как рассчитать скорость шпинделя?

При работе в метрической или британской системе формулы немного отличаются. В метрической формуле используется 1000 для преобразования в правильные единицы, а в британской версии используется 12. В остальном уравнение такое же.

Переменные, используемые в наших уравнениях, представляют следующие значения:

N = скорость шпинделя. Это значение, на которое выводится формула. После того, как мы введем всю информацию в уравнение, нам в результате будет дана скорость шпинделя.

D = диаметр инструмента или детали. При работе на фрезерном станке в метрических или дюймовых единицах измерения, мы выдвигаем диаметр инструмента вместо буквы «D». 1000 (или 12) в верхней половине уравнения позаботятся о преобразовании его в правильные единицы. При работе на токарном станке с ЧПУ мы используем диаметр обрабатываемой детали.

Пи = 3,14159 При работе в метрической системе трех знаков после запятой более чем достаточно, чтобы дать нам точный результат, с английской системой мер мне нравится работать с 4.

V = скорость резания . Значение, которое мы используем для скорости резания, обычно определяется производством вашего инструмента и наконечников. В Интернете есть различные источники, но их следует использовать только в качестве приблизительных рекомендаций, поскольку они не предназначены для вашего конкретного инструмента. Подробнее об этом в этой статье.

1000 или 12 Эта часть уравнения преобразует ответ в метрическую или британскую систему мер, мы используем 1000 для метрических и 12 для британских расчетов.

Расчет скорости шпинделя в метрической системе

Чтобы найти правильную скорость шпинделя для метрической детали, сначала нам нужно найти скорость резания. На обратной стороне коробки с инструментами с правым ножом, которые у меня есть, написано, что если мы используем инструмент из быстрорежущей стали, режущий нержавеющую сталь, то скорость резания равна 15. Итак, V = 15 в этом случае.

Единственное другое неизвестное значение, которое нам нужно вставить в формулу, — это диаметр детали, и мы сможем легко получить эту информацию путем измерения. Допустим, мы на токарном станке нарезаем вал диаметром 20 мм.

Вершина уравнения — V x 1000 или 15 x 1000, теперь мы знаем наше значение для V.

Можно сказать, что 15000 — это значение числителя.

Нижняя часть уравнения — это PI x диаметр инструмента / детали, или 3,141 X 20. Итак, теперь мы знаем, что знаменатель равен 62,82.

Теперь, когда нашему уравнению известны значения, мы можем проводить вычисления.

15000 разделить на 62,82 = 241,9, округлим до 242

Теперь мы знаем N = 242 об / мин, поэтому мы знаем, что установить скорость вращения шпинделя.

Расчет скорости шпинделя в английских единицах

Чтобы найти правильную скорость шпинделя для британской части, все то же самое, за исключением того, что мы используем 12 вместо 1000.

Мощность N по-прежнему указывается в оборотах в минуту.

Мы вставляем правильную скорость резания для инструмента вместо V.

И мы заменяем правильный диаметр (D) детали или инструмента в зависимости от того, рассчитываем ли мы скорость шпинделя для токарных или фрезерных станков.

Это вернет правильные обороты (N). Чтобы увидеть этот расчет, посмотрите видео выше.

Изменение формулы для поиска любой переменной

Если мы знаем число оборотов в минуту, но хотим найти либо диаметр инструмента, либо скорость резания, мы можем транспонировать формулу, чтобы сделать любую деталь объектом.

Страницы: [1]   Вниз

Страницы: [1]   Вверх