„Анализ на конструкциите на шпинделните трансмисии в обработващи центри“
В областта на съвременната механична обработка, обработващите центрове заемат важно място със своите ефективни и прецизни възможности за обработка. Системата за числово управление, като управляващо ядро на обработващия център, командва целия процес на обработка подобно на човешкия мозък. В същото време, шпинделът на обработващия център е еквивалентен на човешкото сърце и е източникът на основната процесорна мощност на обработващия център. Неговото значение е очевидно. Следователно, при избора на шпиндел на обработващ център, човек трябва да бъде изключително внимателен.
Шпинделите на обработващите центрове могат да бъдат класифицирани основно в четири вида според техните трансмисионни структури: шпиндели със зъбно колело, шпиндели с ремъчно задвижване, директно свързани шпиндели и електрически шпиндели. Тези четири трансмисионни структури имат свои собствени характеристики и различни скорости на въртене и имат уникални предимства в различни сценарии на обработка.
I. Шпиндел, задвижван от зъбно колело
Скоростта на въртене на шпиндел, задвижван от зъбно колело, обикновено е 6000 об/мин. Една от основните му характеристики е добрата твърдост на шпиндела, което го прави много подходящ за тежки рязане. В процеса на тежко рязане, шпинделът трябва да може да издържи на голяма сила на рязане без видима деформация. Шпинделът, задвижван от зъбно колело, точно отговаря на това изискване. Освен това, шпиндели, задвижвани от зъбно колело, обикновено се използват на многошпинделни машини. Многошпинделните машини обикновено трябва да обработват множество детайли едновременно или синхронно да обработват множество части от един детайл, което изисква висока стабилност и надеждност на шпиндела. Методът на зъбно предаване може да осигури плавност и точност на предаване на мощността, като по този начин се гарантира качеството на обработка и ефективността на многошпинделните машини.
Скоростта на въртене на шпиндел, задвижван от зъбно колело, обикновено е 6000 об/мин. Една от основните му характеристики е добрата твърдост на шпиндела, което го прави много подходящ за тежки рязане. В процеса на тежко рязане, шпинделът трябва да може да издържи на голяма сила на рязане без видима деформация. Шпинделът, задвижван от зъбно колело, точно отговаря на това изискване. Освен това, шпиндели, задвижвани от зъбно колело, обикновено се използват на многошпинделни машини. Многошпинделните машини обикновено трябва да обработват множество детайли едновременно или синхронно да обработват множество части от един детайл, което изисква висока стабилност и надеждност на шпиндела. Методът на зъбно предаване може да осигури плавност и точност на предаване на мощността, като по този начин се гарантира качеството на обработка и ефективността на многошпинделните машини.
Въпреки това, шпинделите, задвижвани от зъбни колела, имат и някои недостатъци. Поради сравнително сложната структура на зъбната трансмисия, разходите за производство и поддръжка са сравнително високи. Освен това, зъбните колела генерират известен шум и вибрации по време на процеса на предаване, което може да окаже известно влияние върху точността на обработката. Освен това, ефективността на зъбната трансмисия е сравнително ниска и консумира известно количество енергия.
II. Шпиндел с ремъчно задвижване
Скоростта на въртене на шпиндел с ремъчно задвижване е 8000 об/мин. Тази структура на предаване има няколко съществени предимства. На първо място, опростената структура е една от основните ѝ характеристики. Ремъчната трансмисия се състои от ролки и ремъци. Структурата е сравнително проста и лесна за производство и монтаж. Това не само намалява производствените разходи, но и прави поддръжката и ремонта по-удобни. Второ, лесното производство също е едно от предимствата на шпинделите с ремъчно задвижване. Благодарение на опростената си структура, производственият процес е сравнително лесен за управление, което може да гарантира високо качество на производството и ефективност. Освен това, шпинделите с ремъчно задвижване имат силен буферен капацитет. По време на процеса на обработка шпинделът може да бъде подложен на различни удари и вибрации. Еластичността на ремъка може да играе добра буферна роля и да предпазва шпиндела и другите компоненти на трансмисията от повреди. Освен това, когато шпинделът е претоварен, ремъкът ще се приплъзне, което ефективно предпазва шпиндела и предотвратява повреди, причинени от претоварване.
Скоростта на въртене на шпиндел с ремъчно задвижване е 8000 об/мин. Тази структура на предаване има няколко съществени предимства. На първо място, опростената структура е една от основните ѝ характеристики. Ремъчната трансмисия се състои от ролки и ремъци. Структурата е сравнително проста и лесна за производство и монтаж. Това не само намалява производствените разходи, но и прави поддръжката и ремонта по-удобни. Второ, лесното производство също е едно от предимствата на шпинделите с ремъчно задвижване. Благодарение на опростената си структура, производственият процес е сравнително лесен за управление, което може да гарантира високо качество на производството и ефективност. Освен това, шпинделите с ремъчно задвижване имат силен буферен капацитет. По време на процеса на обработка шпинделът може да бъде подложен на различни удари и вибрации. Еластичността на ремъка може да играе добра буферна роля и да предпазва шпиндела и другите компоненти на трансмисията от повреди. Освен това, когато шпинделът е претоварен, ремъкът ще се приплъзне, което ефективно предпазва шпиндела и предотвратява повреди, причинени от претоварване.
Въпреки това, ремъчно задвижваните шпиндели не са перфектни. След продължителна употреба ремъкът ще покаже явления на износване и стареене и трябва да се сменя редовно. Освен това, точността на ремъчното предаване е сравнително ниска и може да окаже известно влияние върху точността на обработка. Въпреки това, в случаите, когато изискванията за точност на обработка не са особено високи, ремъчно задвижваният шпиндел все още е добър избор.
III. Директно свързан шпиндел
Директно свързаният шпиндел се задвижва чрез свързване на шпиндела и двигателя чрез съединител. Тази трансмисионна структура се характеризира с голямо усукване и ниска консумация на енергия. Скоростта му на въртене е над 12000 об/мин и обикновено се използва във високоскоростни обработващи центрове. Способността за висока скорост на работа на директно свързания шпиндел му дава големи предимства при обработка на детайли с висока прецизност и сложни форми. Той може бързо да завърши обработката на рязане, да подобри ефективността на обработката и едновременно с това да гарантира качеството на обработката.
Директно свързаният шпиндел се задвижва чрез свързване на шпиндела и двигателя чрез съединител. Тази трансмисионна структура се характеризира с голямо усукване и ниска консумация на енергия. Скоростта му на въртене е над 12000 об/мин и обикновено се използва във високоскоростни обработващи центрове. Способността за висока скорост на работа на директно свързания шпиндел му дава големи предимства при обработка на детайли с висока прецизност и сложни форми. Той може бързо да завърши обработката на рязане, да подобри ефективността на обработката и едновременно с това да гарантира качеството на обработката.
Предимствата на директно свързания шпиндел се състоят и във високата ефективност на предаване. Тъй като шпинделът е директно свързан с двигателя, без други трансмисионни звена по средата, загубите на енергия са намалени, а коефициентът на използване на енергията е подобрен. Освен това, точността на директно свързания шпиндел е сравнително висока и може да отговори на изискванията за по-висока точност на обработка.
Въпреки това, директно свързаният шпиндел има и някои недостатъци. Поради високата си скорост на въртене, изискванията към двигателя и съединителя също са сравнително високи, което увеличава цената на оборудването. Освен това, директно свързаният шпиндел ще генерира голямо количество топлина по време на работа с висока скорост и изисква ефективна система за охлаждане, за да се осигури нормалната му работа.
IV. Електрически шпиндел
Електрическият шпиндел интегрира шпиндела и двигателя. Двигателят е шпинделът, а шпинделът е двигателят. Двете са комбинирани в едно. Този уникален дизайн прави предавателната верига на електрическия шпиндел почти нулева, което значително подобрява ефективността и точността на предаване. Скоростта на въртене на електрическия шпиндел е между 18000 – 40000 об/мин. Дори в развитите чужди страни електрическите шпиндели, използващи магнитно-левитационни лагери и хидростатични лагери, могат да достигнат скорост на въртене от 100000 об/мин. Такава висока скорост на въртене ги прави широко използвани във високоскоростни обработващи центрове.
Електрическият шпиндел интегрира шпиндела и двигателя. Двигателят е шпинделът, а шпинделът е двигателят. Двете са комбинирани в едно. Този уникален дизайн прави предавателната верига на електрическия шпиндел почти нулева, което значително подобрява ефективността и точността на предаване. Скоростта на въртене на електрическия шпиндел е между 18000 – 40000 об/мин. Дори в развитите чужди страни електрическите шпиндели, използващи магнитно-левитационни лагери и хидростатични лагери, могат да достигнат скорост на въртене от 100000 об/мин. Такава висока скорост на въртене ги прави широко използвани във високоскоростни обработващи центрове.
Предимствата на електрическите шпиндели са много очевидни. Първо, тъй като няма традиционни трансмисионни компоненти, конструкцията е по-компактна и заема по-малко място, което е благоприятно за цялостния дизайн и разположение на обработващия център. Второ, скоростта на реакция на електрическия шпиндел е бърза и той може да достигне високоскоростно работно състояние за кратко време, подобрявайки ефективността на обработката. Освен това, точността на електрическия шпиндел е висока и може да отговори на ситуации с изключително високи изисквания за точност на обработката. Освен това, шумът и вибрациите на електрическия шпиндел са малки, което е благоприятно за създаването на добра среда за обработка.
Електрическите шпиндели обаче имат и някои недостатъци. Изискванията към производствената технология на електрическите шпиндели са високи, а цената е сравнително висока. Освен това поддръжката на електрическите шпиндели е по-трудна. След повреда са необходими професионални техници за поддръжка. Освен това, електрическият шпиндел генерира голямо количество топлина по време на работа с висока скорост и изисква ефективна охладителна система, за да се осигури нормалната му работа.
Сред често срещаните обработващи центрове има три вида шпиндели с трансмисионна структура, които са сравнително често срещани, а именно шпиндели с ремъчно задвижване, директно свързани шпиндели и електрически шпиндели. Шпинделите със зъбно колело рядко се използват в обработващи центрове, но са сравнително често срещани в многошпинделни обработващи центрове. Шпинделите с ремъчно задвижване обикновено се използват в малки и големи обработващи центрове. Това е така, защото шпинделът с ремъчно задвижване има проста структура и силен буферен капацитет и може да се адаптира към нуждите от обработка на обработващи центрове с различни размери. Директно свързаните шпиндели и електрическите шпиндели обикновено се използват по-често във високоскоростни обработващи центрове. Това е така, защото те имат характеристиките на висока скорост на въртене и висока прецизност и могат да отговорят на изискванията на високоскоростните обработващи центрове за ефективност на обработката и качество на обработката.
В заключение, трансмисионните структури на шпинделите на обработващите центрове имат своите предимства и недостатъци. При избора е необходимо да се обърне внимание на специфичните нужди и бюджети за обработка. Ако се изисква тежка обработка с рязане, може да се избере шпиндел със зъбно колело; ако изискванията за точност на обработка не са особено високи и се желае проста конструкция и ниска цена, може да се избере шпиндел с ремъчно задвижване; ако се изисква високоскоростна обработка и висока точност на обработка, може да се избере директно свързан шпиндел или електрически шпиндел. Само чрез избор на подходяща трансмисионна структура на шпиндела може да се постигне пълна производителност на обработващия център и да се подобри ефективността и качеството на обработка.