Охлаждение шпинделя: Типы охлаждения шпинделей

Типы охлаждения шпинделей

Шпиндель – основная составляющая станков, прессов, прокатных станов. Представляет собой вал или ось и служит для передачи вращательного движения (крутящего момента), закрепленной в нем детали или инструменту. Шпиндель является генератором энергии, которая производится в больших количествах при механической обработке деталей и заготовок. Поэтому для того, чтобы избежать перегрева, их снабжают специальными системами охлаждения.

Разработаны следующие типы охлаждения шпинделей:

• Жидкостная система охлаждения




• Система воздушного охлаждения

Система воздушного охлаждения

Воздушное охлаждение – наиболее простой тип систем, предохраняющий шпиндель от перегрева. И в то же время эта система достаточно надежна.

Выделяют два типа воздушного охлаждения:

• Вентилирование




• Охлаждение сжатым воздухом, который подается с помощью компрессора. Используется очень редко.

Конструкция вентиляционной воздушной системы охлаждения шпинделя очень простая, прямоугольной формы, изготовленная из легкосплавных материалов. Воздушные каналы, проходящие внутри корпуса, обеспечивают подачу сжатого воздуха к шпинделю. Сама система охлаждения имеет принудительный характер, благодаря установленной крыльчатке на валу шпинделя. Она и осуществляет подачу и циркуляцию воздуха по каналам к месту назначения.

Достоинства воздушного охлаждения:

• Корпус воздушной системы охлаждения имеет достаточно высокую прочность и низкую вибрацию.




• Простота конструкции и демократичная стоимость.




• Структура системы охлаждения является автономной. Для приведения ее в действие достаточно подвести только кабель питания.




• Легкость и быстрота установки системы.

Недостатки воздушного охлаждения:

• Низкая эффективность. Это обуславливается тем, что мощность и скорость охлаждения напрямую зависит от количества оборотов совершающих шпинделем. Поэтому есть риск перегрева на низких оборотах.




• Повышенный уровень шума. Применение при бесшумном процессе обработки (гравировка, нарезание воска) является нецелесообразным.




• Сильный воздушный поток, который направлен в зону обработки детали. В результате чего происходит раздувание стружки, окалины, пыли в разные стороны.




• Массивность конструкции.

Особенности работы со шпинделем воздушного охлаждения

Изучив все достоинства и главные недостатки воздушной системы охлаждения, можно сделать вывод о том, что её применение целесообразно при высоких мощностях шпинделя на высоких оборотах. Поэтому необходимо избегать работы на низких оборотах, шпиндель может выйти из строя из-за перегрева. Не следует применять вентиляционное воздушное охлаждения в помещениях с загрязненным воздухом, большим скоплением стружки, опилок, пыли. А в процессе обработки необходимо применение мощной системы по удалению стружки или опилок.

Система жидкостного охлаждения

Шпиндель с жидкостным охлаждением является более сложным по своей конструкции, но и незаменимым на производстве. Его применение является обоснованным и эффективным в следующих случаях:

• Процесс обработки на высоких оборотах и мощностях.




• Использование в помещениях с высокой температурой воздуха.




• Воздух окружающей среды содержит вредные вещества, имеет высокую влажность, загазованность или запыленность.

Для процесса отвода-подвода жидкости в корпусе шпинделя расположены специальные штуцеры, которые соединены между собой с насосом, шлангами и баком (теплообменником). С помощью специального насоса охлаждающая жидкость подается из бака к шпинделю, происходит процесс охлаждения, после чего жидкость поступает обратно в бак. Таким образом, происходит непрерывная циркуляция охлаждающей жидкости в системе.

Сегодня российский рынок пестрит большим разнообразием таких популярных и высокопроизводительных систем охлаждения. Поэтому купить шпиндель жидкостного охлаждения не составляет труда. При выборе необходимо опираться на необходимую мощность шпинделя и размер отверстия для крепления инструмента.

Достоинства жидкостного охлаждения:

• Невысокая стоимость сравнительно с системой охлаждения воздухом.




• Компактность размеров шпинделя.




• Бесшумность работы, отсутствие сильной вибрации.




• Крепление системы с помощью хомута позволяет легко регулировать высоту шпинделя, что немаловажно при работе с длинными фрезами.

Недостатки жидкостного охлаждения:

• Навесное дополнительное оборудование (насос, трубки, вентилятор). Все эти составляющие требуют дополнительного времени на крепление и установку, что увеличивает трудоёмкость.




• Опасность возникновения коррозии, появление которой может вывести из строя шпиндель.




• Использование дополнительного оборудования для охлаждения (чиллера).




• В чиллер нельзя лить тосол или антифриз, рекомендуется использовать дистиллированную воду.

Особенности работы со шпинделем жидкостного охлаждения

Для того, чтобы система охлаждения служила долгое время, необходимо соблюдать рекомендации по ее правильной эксплуатации. Необходимо, чтобы жидкостная система вместе с насосом включались одновременно со шпинделем. Такая схема включения позволит предостеречь шпиндель от перегрева. Самое простое, что требуется, следить за тем, чтобы шлаги или трубки охлаждения не перегибались для обеспечения непрерывной подачи жидкости и охлаждения.

В машиностроении и обработке металлов резанием обычно используются шпиндели жидкостного охлаждения. Это связано с тем, что для обработки прочных материалов, таких как сталь, требуются более мощные типы шпинделей, которые при обработке на больших оборотах способны очень нагреваться. Жидкостное охлаждение шпинделя широко применяется на станках с ЧПУ (фрезерных, координатно-расточных, сверлильных и других).

Воздушная система охлаждение нашла свое применение в деревообрабатывающей промышленности, где не требуется обработка с применением высокоскоростных шпинделей. А для того, чтобы опилки не попадали в охлаждающую систему вентилирования, станки снабжают специальными устройствами, которые способны их поглощать.

Шпиндель фрезерного станка. Типы и системы охлаждения.

Ни один фрезерно-гравировальный станок не может обойтись без шпинделя, так как шпиндель — это вал вращения, на котором крепится цанга определенного диаметра, удерживающая фрезу для обработки 2D-3D изделий.  

Устройство любого шпинделя для ЧПУ организовано по одному и тому же принципу.

Роторный вал крепится подшипниками качения к корпусу шпинделя. Благодаря асинхронному электрическому двигателю переменного тока обеспечивается вращательное движение шпинделя. На валу также устанавливается цанга, которая фиксирует инструмент в патроне. 

Шпиндели могут иметь разную мощность от 1,5 кВт до 9 кВт. При мощности шпинделя до 2,2 кВт, станок работает от напряжения 220В, а от 3кВт желательно подключать уже 380В. 

Чтобы не допустить перегрева шпинделя используется воздушная или водяная  система охлаждения. Рассмотрим эти типы шпинделей:

Водяное охлаждение шпинделя

Для системы водяного охлаждения используется резервуар для воды, который обычно идет в комплекте. В резервуар с водой помещается насос, а насос в свою очередь создает циркуляцию потока  воды, бесперебойно охлаждая шпиндель.

Шпиндель с водяным охлаждением работает довольно тихо,  что позволяет эксплуатировать станок в домашних условиях. Но при всей простоте шпинделя с водяным охлаждением, все-таки есть опасность появления коррозии охлаждающей рубашки. Поэтому шпиндели станков оборудованы замкнутой системой охлаждения со специальной жидкостью (дистиллированная вода).

Скорость вращения шпинделя в наших станках 6000- 24000 оборотов в минуту. Диаметр цанги шпинделя фрезерного станка зависит от размера инструмента.

Если сравнивать по стоимости с воздушным, то водяное охлаждение шпинделя значительно дешевле. Его часто выбирают, когда хотят уменьшить цену станка.

Воздушное охлаждение шпинделя

Для системы воздушного охлаждения дополнительных приспособлений не требуется, так как сам корпус изготовлен из легкого сплава и оснащен воздухозаборниками, с помощью которых и охлаждается шпиндель.  

Скорость вращения шпинделя в наших станках 4000- 18000 оборотов в минуту.

Большим плюсом данных шпинделей является их автономность, в отличие от шпинделя с водяным охлаждением, к нему достаточно подвести питающий провод. Также эти шпиндели имеют большой размер цанги, что расширяет возможности инструмента. Но  существует угроза перегрева при низких оборотах шпинделя, из-за того что крыльчатка установлена на валу и объем охлаждающего воздуха уменьшается. А чтобы он не раздувал остатки материала, необходимо дополнительно оснастить станок системой аспирации. При этом вентилятор довольно шумный и использовать его как с водяным охлаждением в домашних условиях не получится.

И с водяным и с воздушным охлаждением можно установить механическую или автоматическую смену инструмента.  Автоматическая смена проходит в течение восьми секунд, в разы увеличивая производительность, что очень удобно для крупных производств.

Выбирая  шпиндель мощностью 1,5 кВт, вы сможете работать с твердой древесиной, акрилом, пластиком и мягкими металлами до 15 мм. 

А при выборе 4,5 кВт и более уже производятся работы по камню, мрамору,  глубокой фрезеровки и раскрою мягких металлов и твердых пород дерева.

Также для увеличения скорости обработки изделий на портал фрезерно-гравировального станка с ЧПУ можно устанавливать не один, а несколько шпинделей,  называются они — многошпиндельные станки с ЧПУ. Количество шпинделей на портале может достигать до восьми штук.

Многошпиндельные станки подразделяются на две группы:

1. Одновременное производство. В системе управления, оператором задается программа для одновременной обработки сразу нескольких заготовок, это очень удобно для серийного производства. Данные модели дополнительно оснащают четвертой токарно-поворотной осью, для производства цилиндрических изделий (например балясин).

2. Последовательное производство. Для того чтобы сэкономить время при смене инструмента, при этом увеличивая время на обработку, используют несколько шпинделей с разными фрезами для последовательной обработки изделия. 

Не можете определиться с типом шпинделя?

Оставьте заявку, инженер подберет станок в течение 15ти минут.

BuildYourCNC — компактный комплект для охлаждения шпинделя

Предыдущие вопросы:

Нажмите на вопрос, чтобы открыть ответ.

• Да, радиатор алюминиевый. Я использую компьютерную охлаждающую жидкость. https://amzn.to/3Oamjke

  Нажмите на ссылку, чтобы добавить информацию к этому решению:
  [772] Является ли радиатор алюминиевым, и вы добавляете альгициды или антикоррозионные средства?

• Количество ватт для этого радиатора не указано. Комбинация вентилятор/радиатор позволит вам рассчитать мощность в ваттах в зависимости от скорости вращения вентилятора, но есть и другие переменные, которые усложняют этот расчет. Предусмотренных вентилятора и радиатора с потоком воды с насосом более чем достаточно для охлаждения шпинделя в среде с температурой окружающей среды ниже 9.0 градусов.

  Радиатор алюминиевый. Плотность плавников составляет 18 плавников на дюйм. Есть 8 трубок и процесс соединения — пайка.

  Щелкните ссылку, чтобы добавить информацию к этому решению:
  [772] Сколько примерно ватт может рассеивать этот радиатор?

• Да, если вам нужно больше трубок, просто отправьте мне электронное письмо по адресу [email protected] с указанием необходимой длины, и трубка будет отправлена ​​в неразрезанном виде. Мне нужно ваше имя в электронном письме, чтобы я мог найти заказ и изменить заказ, чтобы отразить новую длину трубки.

  Если вам нужны трубки гораздо большей длины, вы можете найти трубки по ноге здесь:
  
  https://buildyourcnc. com/item/pneumatic-hydraulic-silicone-tubing

  Нажмите на ссылку, чтобы добавить информацию к этому решению:
  [772] Можем ли мы заказать более длинные/нестандартные длины трубок?

• Да, вот изображение узла оси Z нашего фрезерного станка с ЧПУ greenBullv2, где мы размещаем все компоненты системы водяного охлаждения (кроме источника питания, который крепится к задней части портала).
  
  https://www.buildyourcnc.com/images/greenbullv2-2-800.JPG

  Нажмите на ссылку, чтобы добавить информацию к этому решению:
  [772] Можете ли вы показать мне, где вы крепите систему охлаждения шпинделя на ваши машины?

• На самом деле я не уверен, но думаю, что это как-то связано с уменьшением брызг. По крайней мере, так кажется, когда наблюдаешь за течением воды. Если другие знают, пожалуйста, добавьте к этому.

  Дополнительная информация:
  Это перегородка для предотвращения простого выхода жидкости после входа в камеру

  Щелкните ссылку, чтобы добавить информацию к этому решению:
  [772] Что это за маленький кусочек прозрачного пластика, который попал в резервуар для воды?

• Радиатор (вентилятор и радиатор также называют теплообменником) можно закрепить с помощью винтов M3 с задней стороны радиатора. Это очень маленькие винты, и они могут быть не такими безопасными, как вам нужно, и я иногда использую крепежные винты № 6. Так как металл радиатора тонкий, отверстия легко высверлить с помощью крепежных винтов №6. Мне также нравится использовать короткие жесткие трубки или втулки в качестве стоек, чтобы обеспечить движение воздуха.

  Щелкните ссылку, чтобы добавить информацию к этому решению:
  [772] Как установить радиатор?

• В этой инструкции предполагается, что вы используете блок питания 24 В пост. тока, который продается в качестве опции вместе с комплектом.

  Подключение источника питания 24 В постоянного тока к вентилятору и насосу:
  
  — Возьмите удлинитель, отрежьте гнездовой конец и оголите черный, белый и зеленый проводники.
  
  — Зачистите концы этих проводников.
  
  — Подсоедините черный к L, белый к N и зеленый к символу заземления на блоке питания.
  
  — V+ и V- на блоке питания будут подключаться как к насосу, так и к вентилятору.
  
  — Вентилятор красный к V+ и черный к V-.
  
  — Если помпа поставляется с черно-серым проводом, серый провод на большом разъеме помпы — это V+, а черный провод на том же разъеме — это V-. провод сам по себе с маленьким разъемом не подключается.
  
  — Если насос поставляется с красным, белым и черным проводом, подключите красный к V+, а черный к V-, как и вентилятор. Белый провод не подключен.

  Щелкните ссылку, чтобы добавить информацию к этому решению:
  [772] Как подключить насос и вентилятор к источнику питания?

Шлифовка и охлаждение шпинделя – промышленное водяное охлаждение

Тепло – враг №1 компонентов станков.

Поскольку шпиндель является основным источником тепла в любом станке, необходимо принять меры предосторожности, чтобы свести к минимуму любые неблагоприятные воздействия. Холодный шпиндель прослужит дольше, обеспечит большую мощность и большую точность.

Меньшие высокоскоростные шпиндели обычно имеют воздушное охлаждение. Уровни мощности относительно низкие, а небольшие подшипники выделяют умеренное количество тепла. Избыточное тепло, создаваемое потерями в двигателе и подшипниками, обычно рассеивается воздухом, подаваемым через шпиндель, потоком воздуха вокруг корпуса шпинделя и теплом, поглощаемым металлическим держателем шпинделя.

 
Однако более крупные высокоскоростные шпиндели обычно охлаждаются внешней жидкостью, включая масло или раствор на водной основе. Жидкость подается системой охлаждения, такой как наша система Koolant Koolers, состоящая из насоса, резервуара для хранения, холодильного агрегата на основе фреона и электрического управления. Основная функция охладителя заключается в циркуляции жидкости через корпус шпинделя при поддержании температуры жидкости в пределах одного градуса по Цельсию. Электрические элементы управления поддерживают расход, температуру и сообщают ЧПУ, если возникают какие-либо аварийные ситуации.

Моторизованные шпиндели подвержены тепловым помехам, так как двигатель напрямую соединен с валом шпинделя, который находится в прямом контакте с режущим инструментом. Поскольку тепло от двигателя распространяется вниз по валу, тепловое расширение может изменить размеры шпинделя и повлиять на точность режущего инструмента. Избыточное тепло также может сократить ожидаемый срок службы подшипников шпинделя, уплотнений и других внутренних компонентов. По этим причинам легко понять, почему охлаждение шпинделя жизненно важно для долгосрочной производительности и эффективности.

Охладители для шпинделей станков:                  

Использование промышленного охладителя Koolant Koolers является отличным вариантом для отвода избыточного тепла в шпинделе станка. Охладители жидкости работают почти так же, как ваш холодильник. Охлаждающая жидкость (вода, гликоль и т. д.) циркулирует от чиллера по изолированным трубопроводам к охлаждающей рубашке, окружающей ротор шпинделя, где выделяется наибольшее количество тепла. Этот нагретый хладагент затем возвращается в охладитель, где охлаждается и снова циркулирует к шпинделю. Эти устройства идеально подходят для мотор-шпинделей с высокой мощностью.

Хотя первоначальные капиталовложения могут быть несколько выше для систем жидкостного охлаждения, со временем более низкие эксплуатационные расходы и увеличенный срок службы шпинделя могут привести к снижению совокупной стоимости владения. Для тех клиентов, у которых несколько шпинделей в одном месте, блок Koolant Koolers подходящего размера обычно может обеспечить потребности в охлаждении для нескольких шпинделей одновременно.

Охладители для шлифовальных станков:                  

От смазочно-охлаждающих жидкостей до гидравлических масел и охлаждающей жидкости. Кроме того, чиллер может устранять тепло охлаждающей жидкости и гидравлического масла при круглосуточной работе без отключения света.

Мы предлагаем клиентам различные охлаждающие системы Koolant Koolers для бесцентровых, внутренних, наружных, двухдисковых и плоскошлифовальных станков. Если для вашего приложения требуется специальное или специальное решение для охлаждения, инженеры отдела производственного проектирования и компании Glen Dimplex могут помочь предоставить продукты, соответствующие вашим точным спецификациям, включая элементы управления, интеграцию, занимаемую площадь, функциональность и температурную стабильность.