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.

Как выбрать охлаждение шпинделя

Электрошпиндели по типу охлаждения бывают 2 видов — жидкостного и воздушного. Шпиндели водяного охлаждения отличаются следующим:

• Звук. Они существенно тише воздушных. Это преимущество нивелируется звуком от фрезы, который намного громче работающей крыльчатки
• Контур охлаждения. Это означает подключение помпы, трубки охлаждения, емкость с тосолом, и т. п. В идеале также контролировать силу потока и его температуру.
• Возможность работы на низких оборотах. Воздухоохлаждаемые же шпиндели быстро начинают перегреваться — поскольку крыльчатка устанавливается на вал шпинделя, с падением оборотов растет ток и одновременно падает воздушный поток.

Отличительные особенности шпинделей воздушного охлаждения:

• Звук. Крыльчатка воздушников весьма сильно воет
• Разлет стружки. Крыльчатка дует практически прямо в зону реза, что вызывает разлет стружки повсюду.
• Прочистка рубашки. Рубашка охлаждения может забиваться продуктами резания. Периодически её необходимо прочищать.
• Чувствительность к перегреву. Воздушное охлаждение менее эффективно, чем жидкостное, в связи с чем надо тщательно следить за температурой шпинделя. Обычно на них есть простой термодатчик (термопара), который можно завести в ЧПУ контроллер.
• Обороты ограничены снизу. На воздушниках нельзя работать на скоростях ниже определенного предела. Если в случае с жидкостными максимум что произойдет — момент упадет до минимума, фрезу заклинит и она сломается, то воздушник из-за перегрева может просто сгореть.

При прочих равных воздушные шпиндели хорошо себя показывают при обработке мягких материалов, там, где обработка идет на больших скоростях — МДФ, массива, пластиков и т.п.

Водяные шпиндели с равным успехом показывают себя при обработке как дерева/пластиков, так и мягких металлов (алюминий, медь и их сплавы). 

Если вы определились какой шпиндель выбрать, и это воздушное охлаждение, далее вам надо определиться с брендом, после чего уже не будет большой проблемы выбрать конкретную модель. 

Со шпинделями водяного охлаждения немного сложнее, т.к. разброс в их типах, сериях и т.п. достаточно велик. Обычно если в описании написано «для деревообработки и рекламных работ» — это означает, что шпиндель спроектирован исходя из минимальных требований, минимум подшипников, минимум защит, минимум точности при изготовлении. Дешево и сердито, по сути — расходный материал, ремонтопригодность близка к нулю, т.к. стоимость ремонта сопоставима с ценой нового шпинделя. Таковы серии популярных китайских шпинделей GDZ и TDK, в противоположность сериям GDK, в которых в переднем и заднем узле стоят полноценные дуплексы, с тщательным выполнением натяга, передний подшипниковый узел защищен от пыли накладкой и т.п.

> Как выбрать скорость и мощность шпинделя

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?

Охлаждение двигателя шпинделя — GMN

Эффективная система жидкостного охлаждения поддерживает температуру двигателя и подшипников на постоянном, низком и, следовательно, безопасном рабочем уровне.

Охлаждение двигателя и подшипников

Высокоскоростные шпиндели GMN оснащены эффективной системой жидкостного охлаждения.

Охлаждающая втулка в области подшипника вала, а также на двигателе шпинделя сводит к минимуму повышение рабочей температуры, которое может быть вызвано трением подшипника, а также потерями двигателя.

Уменьшение тепловыделения, связанного с работой, повышает производительность съемного шпинделя и обеспечивает максимальную производительность, а также высокое качество обработки.

Температура охлаждающей жидкости

Максимальная съемная способность шпинделя достигается в указанном диапазоне температур охлаждающей жидкости от 20 °C до 25 °C.

Фактически доступная производительность зависит от температуры охлаждающей жидкости и используемой среды.

Высокая точность обработки

Низкие перепады температуры охлаждающей среды уменьшают осевое смещение вала и повышают точность обработки.

Системы охлаждения GMN с высокой точностью управления доступны в качестве принадлежностей.

Подача СОЖ через вал шпинделя

Дополнительный блок подачи СОЖ через вал шпинделя обеспечивает значительное улучшение охлаждения инструмента при обработке отверстий со смещением и глухих отверстий.

• Более короткое время цикла
• Улучшенное качество поверхности
• Повышенная точность размеров благодаря более холодной шлифовке
• Снижение риска возгорания при высокопроизводительном шлифовании

GMN предлагает две различные системы подачи СОЖ через вал в зависимости от требований обработки:

Уплотнения низкого давления

Диапазон оборотов до: 120 000 об/мин

• Уплотнение: уплотнительный газ/воздушный замок
• Максимальное давление охлаждающей жидкости: 4 бар
• Допускается сухой ход
• Нечувствительны к скачкам давления
• Требуемая тонкость фильтрации: < 0,1 мм
• Положение вставки шпинделя: горизонтальное (другие положения вставки по запросу)

Уплотнение высокого давления

Диапазон скоростей до: 75 000 об/мин

• Уплотнение: соприкасается с уплотнительными дисками
• Максимальное давление охлаждающей жидкости: в зависимости от типа шпинделя, максимально до 50 бар (более высокое давление по запросу)
• Минимальное давление: 3 бар
• Допускается сухой ход
• Следует избегать скачков давления
• Требуемая тонкость фильтрации: < 0,01 мм
• Положение вставки шпинделя: горизонтальное (другие положения вставки по запросу)

Настройки файлов cookie

Ссылка на использование файлов cookie: Мы используем файлы cookie на нашем веб-сайте. Некоторые из них необходимы (технически необходимы), в то время как другие помогают нам сделать наш веб-сайт и ваш опыт просмотра лучше. Вы можете принять необязательные файлы cookie или подтвердить, нажав «Сохранить только необходимые / выбранные файлы cookie» текущий или индивидуально настроенный выбор. Ваши настройки файлов cookie можно просмотреть на нашем веб-сайте (Положение о конфиденциальности, 2.3 Cookies), и вы можете изменить их в любое время.

Ссылка на обработку данных Google, YouTube в США ваших данных, собранных на нашем веб-сайте: Нажимая «Я принимаю все файлы cookie», вы даете свое согласие в соответствии со статьей 49, разделом 1, предложением 1, лит. GDPR на передачу ваших данных в США и их обработку там. Соединенные Штаты оцениваются Европейским судом как страна с неадекватным уровнем защиты данных в соответствии со стандартами ЕС. В частности, существует риск того, что ваши данные могут быть обработаны властями США в целях контроля и мониторинга, возможно, без возможности обжалования.