Zarządzanie procesem produkcyjnym, zarządzanie produkcją
Narzedziownie.pl - portal dla firm produkujących formy wtryskowe, tłoczniki, wykrojniki i inne narzędzia

Drukuj | Prześlij link znajomemu | Wyszukaj w serwisie

Wrzeciona do centrów obróbczych: Co powinieneś wiedzieć Dlaczego i jak należy przeanalizować ofertę wrzecion zanim dokona się zakupu centrum obróbczego.

Każdy zdaje sobie sprawę z tego, jak istotne są podstawowe parametry specyfikacji wrzeciona w obrabiarce CNC : maksymalna prędkość wrzeciona, szczytowa moc wrzeciona, moment obrotowy silnika wrzeciona.

Moc jakiej potrzebujesz zależy od rodzaju obrabianego materiału. Oczywiście moment obrotowy, prędkość i moc silnika są istotne, ale należy zwrócić uwagę również na inne elementy, które w przypadku zakupu pionowego centrum obróbczego mogą zadecydować o poziomie Twojego zadowolenia z zakupionej maszyny. Wiele takich elementów jest ukrytych wewnątrz urządzenia, dlatego dobranie najkorzystniejszej opcji wymaga uzyskania odpowiedzi na wcześniej przygotowane, właściwe pytania.

Co jest w środku i dlaczego jest to ważne


Rys.1. Projekt wrzeciona i jakość wykorzystanych do niego części są ważnymi wskaźnikami decydującymi o jego długowieczności. Wrzeciono powinno być tak zaprojektowanie, by trzymać chłodziwo i skrawki materiału z dala od jego systemu łożysk. Rysunek jest własnością Hurco.

Na pierwszy rzut oka może się wydawać, że wrzeciono nie jest najistotniejsze w centrum obróbczym- narzędzie tnie metal, stół się przesuwa, a oprogramowanie robi całą resztę. Wrzeciono jest więc jedynie napędem , który pozwala na umocowanie narzędzia i wykonywanie komend przesyłanych przez sterowanie.

Powyższy opis może być prawdziwy – wrzeciono rzeczywiście nie jest na pierwszym planie, ale nie ulega wątpliwości, że pracuje bardzo ciężko. Moc, siła i trudne warunki w jakich musi pracować bezpośrednio przekładają się na żywotność całego centrum. Wrzeciono jest sercem całego centrum obróbczego.

Wysokiej jakości komponenty nie tylko decydują o żywotności wrzeciona, ale również o tym, jak wrzeciono radzi sobie z dużymi prędkościami, momentami obrotowymi i wibracjami. Gdy analizujemy zagadnienie wrzeciona odkrywamy, że właśnie system łożysk jest w samym centrum dyskusji. Rozważania mogą stać się frustrujące, ponieważ bardzo często używa się w nich skrótów, takich jak: - wartości i formuły; mocowanie O lub DB a montowanie w konfiguracji DF lub X ; standardy ABEC, i tak dalej. Rozmawiając o systemach łożysk do centrów obróbczych CNC należy rozważyć to co najważniejsze, czyli: materiał, rodzaj, rozmieszczenie i smarowanie.

System łożysk wrzeciona

W łożysku kulki obracają się pomiędzy wewnętrznymi i zewnętrznymi metalowymi bieżniami. Materiał użyty do produkcji kulek ma wpływ na temperaturę, poziom wibracji i długość życia łożyska. Hybrydowe, ceramiczne łożyska oferują dodatkowe, większe korzyści niż standardowe stalowe łożyska.

Korzyści z zastosowania hybrydowych łożysk ceramicznych:
  • Mniejszy ciężar
    Ceramiczne łożyska kulkowe są około 60 % lżejsze niż tradycyjne łożyska stalowe. Jest to bardzo ważna cecha, ponieważ, kiedy łożysko pracuje z dużą prędkością obrotową, siła odśrodkowa tak mocno wypycha kulki do zewnętrznej bieżni, tak, że może spowodować nawet zniekształcenie kulek. Kiedy łożysko zaczyna ulegać deformacji uszkodzeniu ulec może całe wrzeciono. Kulki ceramiczne są lżejsze, dzięki czemu siły oddziałujące na nie w trakcie ruchu obrotowego również będą słabsze. W rzeczy samej, zastosowanie kulek ceramicznych pozwala na osiągnięcie prędkości rotacyjnych nawet o 30% większych, bez zwiększania ryzyka uszkodzenia łożyska (według informacji producentów wrzecion HS ).
  • Wyeliminowanie spawania na zimno
    Kulki ceramiczne nie wchodzą w reakcję ze stalową bieżnią, co eliminuje zjawisko nazywane spawaniem na zimno- główną przyczynę uszkodzeń łożyska. Spawanie na zimno zachodzi, kiedy mikroskopijne elementy materiału, z którego zrobione są kulki spajają się z bieżnią łożyska. Mikrospoiny są zrywane gdy łożysko zaczyna pracować, co powoduje powstanie szorstkości na powierzchni, a ta z kolei powoduje generowanie wyższej temperatury, która prowadzi do uszkodzenia łożyska.
  • Działanie przy niższych temperaturach
    Ponieważ kulki ceramiczne są niemal idealnie kuliste, hybrydowe operują w znacznie niższych temperaturach niż łożyska ze stalowymi kulkami, a to powoduje, że wydłuża się żywotność substancji smarującej.
  • Poziom wibracji jest mniejszy
    Badania wykazały, że wrzeciona wykorzystujące łożyska hybrydowe wykazują większą sztywność i mają wyższe naturalne częstotliwości, co sprawia, że są mniej podatne na wibracje, to również skutkuje dłuższą żywotnością środka smarującego.

Smarowanie

Odpowiednie smarowanie łożyska jest kwestią podstawową. Jest kilka sposobów smarowania: mgiełka olejowa, olej z powietrzem, natrysk oleju, pulsujący olej z powietrzem. Takie systemy smarowania są czasem koniecznością, jeśli prędkości łożyska przekraczają 18000, ale należy również pamiętać o tym, że przez nie będziemy musieli ponosić większe koszty utrzymania czy wymiany wrzeciona. Dodatkowo takie sposoby smarowania muszą być stale monitorowane, by wrzeciono nie uległo uszkodzeniu.

Stale smarowane łożyska są najlepszym rozwiązaniem jeśli chcemy uzyskać niskie koszty eksploatacji i wymiany. Przy takich łożyskach nie ma potrzeby zamartwiania się smarowaniem- dokonuje się ona przy montażu wrzeciona.

Rodzaje wrzecion

Mamy do wyboru cały szereg technologii napędu wrzeciona: pasy, przekładnie, silniki zintegrowane z wrzecionem, wrzeciona z wbudowanym silnikiem.

Wrzeciona napędzane za pomocą pasa W przypadku napędu za pomocą paska należy się upewnić, że łatwo można go utrzymać w sprawności, nie wiążą się z tym duże koszty i łatwo jest się do niego dostać. Dodatkowo zastosowany rodzaj paska będzie decydował o poziomie hałasu. Pas o użebrowaniu strzałkowym będzie znacznie cichszy od innych (ze względu na to, w jaki sposób rozprasza powietrze).

Wrzeciona z napędem przekładniowym są droższe od omawianych powyżej i mogą być również głośniejsze. Dodatkowo wymagają więcej zabiegów mających na celu utrzymanie ich sprawności. Kiedyś uważano, ze są znacznie lepsze od tych napędzanych pasem, ale innowacyjne technologie stosowane obecnie przy produkcji i projektowaniu pasów sprawiły, że napędy paskowe są tańsza i mniej kłopotliwą w utrzymaniu alternatywą.

Wrzeciona zintegrowane z silnikiem (niekiedy nazywane wrzecionami z napędem bezpośrednim) są tak zaprojektowane, że mają bezpośrednie połączenie z silnikiem. Takie rozwiązania zapewniają doskonałe wykończenie powierzchni, płynniejsze i cichsze działanie.

Kolejnym rozwiązaniem są wrzeciona z wbudowanym silnikiem. Używane są zwykle wtedy, gdy wymagane są duże prędkości wrzeciona (powyżej 16 000). Pod względem kosztów są zbliżone do wrzecion o napędach paskowych.

Niezależnie od użytego rozwiązania- sam silnik jest bardzo istotny. Silniki z dwoma zestawami uzwojenia dają większy moment obrotowy i pozwalają na szybszą obróbkę materiału. Silniki o pojedynczym uzwojeniu są stosowane gdy wystarczając są niższe szybkości obrotowe, a szybkość obróbki nie jest kwestią kluczową.

Wrogowie wrzecion

Dwoma głównymi wrogami wrzecion są:
  • (1) ciepło
  • (2) zanieczyszczenia (czyli opiłki i chłodziwo- mogą one uszkodzić system łożysk).
Oto, jakie elementy mogące ochronić wrzeciona są dostępne (w standardzie lub jako opcja). Kilka słów historii: do tej pory najczęstszymi przyczynami usterki wrzeciona były uszkodzenia łożyska, spowodowane przedostaniem się do nich chłodziwa, uszkodzeniem mechanicznym spowodowanym przez opiłki. Oczywiście należy utrzymywać niską temperaturę wrzeciona (stosując chłodziwa), ale należy zapewnić jednocześnie ochronę łożyskom.


Rys. 2. Pierścień z dyszami chłodzącymi

Niektóre wrzeciona posiadają specjalnie zaprojektowane pierścienie chłodzące (wyposażone w regulowane dysze). Rys. 2. pokazuje pierścień chłodzący wyposażony w 8 dysz, które można tak ustawić, by zapewniały odpowiednie chłodzenie wrzeciona i obrabianego metalu, a jednocześnie usuwały opiłki.

W większości wypadków zanieczyszczenia przedostają się do wrzeciona, ponieważ uszkodzeniu uległa uszczelka. Przy zakupie wrzeciona koniecznie zapytaj, jakie działania podjął producent, by zapewnić odpowiednie zabezpieczenie uszczelki.

Temperatura to kolejny czynnik prowadzący do problemów z wrzecionem. Ponieważ ciepło sprawia, że stal się rozszerza, producenci powinni wyjaśnić, jakie kroki zostały podjęte, by uchronić wrzeciono przed zmianami w osi Y i Z.

Wymienniki ciepła lub schładzacze (najpowszechniejsze) są używane do utrzymania niskiej temperatury wrzeciona i pozwalają kontrolować rozszerzanie się wrzeciona i materiału. Ich zastosowanie znacznie wydłuża żywotność wrzeciona i redukuje rozszerzanie metalu- jest standardowo wykorzystywane przy długich cyklach lub pracy z dużą szybkością obrotową. Dobór sposobu chłodzenia zależy od rodzaju pracy, która ma być wykonana. Dla długich cyklów i dużych prędkości należy rozważyć zastosowanie systemu stabilizującego temperaturę. Systemy takie wykorzystują termostaty z olejowym chłodziwem i automatycznie chłodzą wrzeciono, gdy zachodzi teka potrzeba.

Innym wskaźnikiem mającym wpływ na wydajność wrzeciona jest wykorzystywane oprzyrządowanie. Wykorzystywanie niewyważonych narzędzi, zużytych lub zbyt długich narzędzi, może znacząco wpłynąć na żywotność wrzeciona.

Oprzyrządowanie

Tak jak wrzeciono, temperatura może mieć negatywny wpływ na obróbkę. Dowiedz się, czy wrzeciono posiada pierścień chłodzący lub wykorzystuje elastyczne dysze chłodzące. W przypadku pierścienia powinieneś spytać ile dysz posiada i czy można je dowolnie ustawić. Oczywiście im więcej dysz tym lepiej, a możliwość ich ustawania sprawi, że będziesz mógł stosować narzędzia o bardzo różnej długości, bez konieczności dodatkowych wydatków na ich prawidłowe chłodzenie.


Rys.3. Chłodziwo przez wrzeciono (CTS) zastosowanie tej metody jest ważne ze względu na konieczność ochrony drogich, robionych na zamówienie narzędzi. Jeśli przy projektowaniu wrzeciona uwzględniono wymagania CTS, dużo łatwiej będzie zastosować tę opcję.

Chłodziwo przez wrzeciono (Coolant Through the Spindle- CTS)

Zastosowanie tego rozwiązania jest zalecane do prac przy prędkościach 12,000 rpm lub większych, gdy stosujesz narzędzia zrobione na zamówienie lub bardzo drogie (i chcesz mieć pewność, że są bardzo dobrze chronione). CTS zalecane jest również dla niższych prędkości, w pewnych określonych zadań. Ceny takiego rozwiązania różnią się i zależą głównie od ciśnienia pod jakim ma być dostarczane chłodziwo i od sposobu w jaki zostało zaprojektowane wrzeciono.

Koszty wymiany

Tak jak wymieniasz opony w samochodzie tej prawdopodobnie będziesz musiał wymienić wrzeciono w pionowym centrum obróbczym. Już przy zakupie nowego centrum spójrz w przyszłość i spytaj o koszty wymiany. Musisz wiedzieć: ile Cię to zakosztuje, jak długo będziesz czekał na sprowadzenie części, jak długo zajmie sama wymiana.

Podsumowanie

Wrzeciono jest siłą pociągową Twojego centrum obróbczego. Musisz być pewien, cze producent do jego wykonania użył materiałów najwyższej jakości a jego projekt pozwala na maksymalnie bezusterkową pracę i niskie koszty przy konieczności wymiany czy rozbudowy o CTS.

Autor: Maggie Smith
www.hurco.de Wrzeciona firmy HURCO

Liczba wyświetleń tego artykułu: 18998

Artykuł pochodzi ze strony: www.Narzedziownie.pl
© 2005 - Galactica Sp.j.