수직 머시닝 센터에 적합한 고속 스핀들을 선택하는 방법은 무엇입니까?

고속 전동 스핀들은 최근 CNC 공작 기계 분야에 등장한 신기술로 공작 기계 스핀들과 스핀들 모터를 통합합니다. 고속 CNC 공작 기계의 주 전달 시스템은 풀리 전달과 기어 전달을 제거합니다. 내장된 전동기로 공작기계의 주축을 직접 구동함으로써 공작기계의 주전송 체인 길이를 0으로 단축시켜 공작기계의 "제로 변속"을 실현합니다. 스핀들 모터와 공작 기계 스핀들이 "하나로 결합"된 이러한 종류의 전달 구조는 스핀들 구성 요소를 공작 기계의 전달 시스템 및 전체 구조로부터 상대적으로 독립적으로 만들 수 있으므로 "스핀들 유닛"으로 만들 수 있습니다. 일반적으로 "전기 스핀들"로 알려져 있습니다.

고속 전동 스핀들과 융합한 기술:

전동 스핀들은 최근 몇 년간 CNC 공작기계 분야에 등장한 신기술로 공작기계 스핀들과 스핀들 모터 기술과 고속 공구 기술은 고속 가공을 새로운 시대로 이끌 것입니다. 전기 스핀들은 전기 스핀들 자체와 전기 스핀들, 고주파 주파수 변환 장치, 오일 미스트 윤활 장치, 냉각 장치, 내장 엔코더 및 공구 교환 장치와 같은 액세서리를 포함하는 구성 요소 세트입니다.

고속 전기 스핀들에 통합된 기술:

고속 베어링 기술: 전기 스핀들은 일반적으로 내마모성과 내열성이 뛰어난 복합 세라믹 베어링을 사용하며, 수명은 기존 베어링보다 몇 배나 깁니다. 전자기 서스펜션 베어링이나 정수압 베어링은 내부 링과 외부 링 사이에 접촉이 없으며 이론적으로 무한한 수명을 가집니다.

고속 모터 기술: 전기 스핀들은 모터와 스핀들의 융합의 산물입니다. 모터의 회전자는 스핀들의 회전 부분이며, 이론적으로 전기 스핀들은 고속 모터로 간주될 수 있습니다. 핵심 기술은 고속에서의 동적 균형입니다.

윤활: 전기 스핀들의 윤활은 일반적으로 정기적이고 정량적인 오일 및 가스 윤활을 사용합니다. 그리스 윤활도 사용할 수 있지만 해당 속도는 타협되어야 합니다. 소위 타이밍이란 일정한 간격으로 오일을 주입하는 것을 의미합니다. 소위 정량제어란 정량밸브라는 장치를 통해 윤활유의 양을 매번 정확하게 제어하는 ​​것입니다. 오일-공기 윤활은 압축 공기에 의해 세라믹 베어링에 윤활유가 불어지는 것을 말합니다. 오일량 조절은 매우 중요합니다. 너무 적으면 윤활이 되지 않고, 너무 많으면 베어링이 고속으로 회전할 때 오일의 저항으로 인해 베어링에 열이 발생합니다.

냉각 장치: 고속으로 주행하는 전기 스핀들에 가능한 한 빨리 열을 방출하기 위해 일반적으로 전기 스핀들의 외벽에 냉각수를 순환시키는 것이 냉각 장치의 기능입니다. 냉각수의 온도.

펄스 엔코더 내장: 자동 공구 교환 및 견고한 태핑을 실현하기 위해 전기 스핀들에 펄스 엔코더가 내장되어 있어 정확한 위상 각도 제어 및 피드와의 조정이 가능합니다.

자동 공구 교환 장치: 머시닝 센터에서 사용하기 위해 전기 스핀들에는 디스크 스프링, 브로치 실린더 등을 포함한 자동 공구 교환 장치가 장착되어 있습니다.

방법 고속 공구 설치 : 널리 알려진 BT 및 ISO 절삭 공구는 고속 가공에 적합하지 않은 것으로 입증되었습니다. 이때 HSK, SKI 등 고속 도구가 등장했다.

고주파 인버터 장치: 전기 스핀들의 분당 수만 또는 수십만 회전을 달성하려면 고주파 인버터 장치를 사용하여 내장된 고속을 구동해야 합니다. 전기 스핀들의 모터 출력 주파수는 최대 수천 또는 킬로헤르츠입니다.

고속 스핀들의 장점 분석:

고속 스핀들 장치에서는 공작 기계가 황삭 가공과 정삭을 모두 수행해야 하기 때문에 높은 정적 요구 사항이 제시됩니다. 스핀들 유닛의 강성 및 작업 정확도 요구 사항. 또한 고속 공작기계 스핀들 유닛의 동적 특성도 공작기계의 가격, 품질 및 절삭 능력을 크게 결정하거나 제한합니다. 절삭 공정 중 진동이 크면 공구가 심하게 마모되거나 손상되고 스핀들 베어링의 동적 하중이 증가하여 베어링의 정밀도와 수명이 감소하고 가공 정밀도와 표면 품질이 저하됩니다. 영향을 받다. 따라서 스핀들 유닛은 진동 저항이 높아야 합니다.

일반적인 기존 스핀들에 비해 전동 스핀들은 모터가 내장되어 있어 변속기에 벨트와 기어가 필요 없으며 고속 작동 시 진동과 소음 문제를 효과적으로 해결하고 성능을 향상시킵니다. 공작 기계의 가공 정확도 그리고 가공 표면 거칠기는 가능한 한 빨리 더 높은 속도 변화를 달성할 수 있습니다. 즉, 스핀들은 회전할 때 큰 각가속도를 가져야 하므로 생산 효율성이 크게 향상됩니다.

고정밀 공작기계에 사용되는 전동 스핀들은 높은 스핀들 속도뿐만 아니라 높은 회전 정밀도와 낮은 진동도 요구한다. 따라서 전기 스핀들의 설계 단계에서는 동적 특성을 분석하여 차수별 임계 속도와 진동 형태를 결정해야 합니다. 고속샤프트의 경우 로터 동역학 성능의 분석 및 설계는 스핀들의 성능 설계를 직접적으로 결정하는 중요한 내용입니다.

스핀들의 로터 역학 성능은 전체 공작 기계가 고속 가공 및 가공 정확도를 달성할 수 있는지 여부, 스핀들 베어링의 수명 및 기타 주요 구성 요소의 정상적인 작동에 중요한 영향을 미칩니다. 또한 세라믹 앵귤러 콘택트 볼 베어링은 높은 제조 정밀도, 높은 한계 속도, 강력한 내하중 능력을 갖추고 있으며 동시에 반경 방향 및 축 방향 하중을 견딜 수 있으므로 고속 지원에 널리 사용됩니다. 공작 기계 스핀들. 베어링 내부 부품의 움직임과 하중은 상대적으로 복잡하며, 특히 고속 볼 베어링에서는 원심력과 자이로스코프 모멘트로 인해 베어링의 작동 상태가 변경되어 베어링의 변형 및 하중 관계 특성에 영향을 미칩니다. 이로 인해 지원되는 로터 시스템의 동적 성능에 영향을 미칩니다.

고속 스핀들 모터 속도 선택:

경금속 가공용이든 중금속 가공용이든 고속 스핀들 모터의 선택은 소재의 특성에 따라 다릅니다. 처리중입니다. 밀도가 높은 재료를 가공하는데 24,000~60,000rpm이 필요한 이유는 재료의 밀도가 높고 경도가 강하기 때문입니다. 저속 가공에서는 버(burr)가 발생하고 표면이 거칠어집니다. 저밀도 재료를 처리할 때 3000~24000 rpm을 선택하는 이유는 저밀도 재료의 회전 속도가 높으면 균열이 발생할 위험이 있기 때문입니다.

고속 스핀들의 속도 변경 방법:

1. 연속 속도 변경

CNC 공작 기계는 일반적으로 DC 또는 AC 스핀들 서보 모터를 사용하여 무단계를 달성합니다. 스핀들의 속도 변경.

AC 스핀들 모터 및 AC 가변 주파수 구동 장치 (케이지 유도 AC 모터에는 벡터 변환 가변 주파수 속도 조절 시스템이 장착되어 있음) 브러시가 없으며 스파크가 발생하지 않으므로 수명이 길며, 성능은 DC 드라이브 수준에 도달했으며 소음 측면에서도 시스템 수준이 감소했습니다. 따라서 현재 널리 사용되고 있습니다.

스핀들이 전달하는 동력이나 토크와 회전속도의 관계. 공작 기계가 연속 작동 중일 때 스핀들 속도는 437~3500r/min 범위에 있고 스핀들은 스핀들의 정동력 영역 II(실선)인 모터의 최대 출력 11kW를 전달합니다. 이 영역에서는 스핀들 속도가 증가함에 따라 스핀들의 최대 출력 토크(245N.m)가 작아집니다. 스핀들 속도가 35~437r/min 범위에 있을 때 스핀들의 출력 토크는 변하지 않고 유지됩니다. 이를 스핀들의 일정 토크 영역 I(실선)이라고 합니다. 이 영역에서는 스핀들 속도가 감소함에 따라 스핀들이 전달할 수 있는 힘이 감소합니다. 그림의 점선은 모터 과부하 시 정전력 영역과 정토크 영역을 나타냅니다. (과부하는 30분간 허용) 모터의 과부하 전력은 15kW이며, 최대 과부하 출력 토크는 334N.m입니다.

2. 분할된 무단계 속도 변경

실제 생산에서 CNC 공작 기계는 전체 속도 범위에 걸쳐 일정한 출력을 가질 필요가 없습니다. 일반적으로 중속 및 고속 구간에서는 일정한 동력 전달이 필요하고, 저속 구간에서는 일정한 토크 전달이 필요합니다. CNC 공작 기계 스핀들이 저속에서 큰 토크를 갖고 스핀들 속도 범위를 최대한 넓히기 위해 일부 CNC 공작 기계에는 AC 또는 DC 모터 무단 변속을 기반으로 한 기어 속도 변경 기능이 장착되어 있습니다. 분할된 무단계 속도 변경입니다.

고속 스핀들의 윤활 방법:

고속 스핀들의 스핀들 베어링에 대한 일반적인 윤활 방법에는 그리스 윤활, 오일 미스트 윤활, 오일-공기 윤활, 제트 윤활 및 언더 윤활이 포함됩니다. -링 윤활.

그리스 윤활은 장비가 필요하지 않으며 저속 스핀들에 일반적으로 사용되는 윤활 방법입니다. dn 값이 1.0×106보다 큰 스핀들은 대부분 오일 윤활 처리되어 있습니다.

오일미스트 윤활은 윤활유(터빈유 등)를 가압된 공기로 분무한 후 베어링을 윤활하는 것입니다. 이 방식은 구현이 간편하고 장비도 간단하다. 오일 미스트는 윤활 기능뿐 아니라 베어링 냉각 역할도 하지만, 오일 미스트는 회수가 쉽지 않고 심각한 환경 오염을 초래한다. 점차적으로 새로운 오일 및 가스 윤활 방법으로 대체되고 있습니다.

오일 및 공기 윤활은 소량의 윤활유를 압축 공기에 의해 직접 균일하게 전용 오일 및 공기 파이프라인의 벽을 따라 베어링의 윤활 부위에 일정한 간격으로 정량적으로 공급하는 것입니다. 원자화하지 않고. 윤활유는 윤활 작용을 하고, 압축 공기는 윤활유의 움직임을 촉진하고 베어링을 냉각시킵니다. 오일과 가스는 항상 분리된 상태이므로 환경을 오염시키지 않고 윤활유를 회수하는 데 유리합니다. 오일 및 가스 윤활을 구현할 때 각 베어링에는 일반적으로 별도의 오일 및 가스 노즐이 필요하며 베어링 주입 지점의 위치에 대한 엄격한 요구 사항이 있으며 그렇지 않으면 오일 효과를 보장하기가 어렵습니다. 가스 윤활은 압축 공기 흐름과 오일 및 가스 압력의 영향도 받습니다.

일반적으로 공기 흐름을 늘리면 냉각 효과가 향상되고, 오일 및 가스 압력을 높이면 냉각 효과가 향상될 뿐만 아니라 윤활유가 윤활 영역에 도달하는 데 도움이 됩니다. 따라서 오일 및 가스 압력을 높이면 증가하는 데 도움이 됩니다. 베어링의 회전 속도.

실험 결과, 오일 및 가스 윤활의 경우 기존 압력에 비해 압력을 높이면 베어링 속도가 20% 증가할 수 있는 것으로 나타났습니다. 제트 윤활은 고압 윤활유를 직접 사용하여 베어링을 윤활하고 냉각시키며, 전력 소모가 크고 비용이 많이 듭니다. dn 값이 2.5×106 이상인 초고속 스핀들에 일반적으로 사용됩니다.

언더링 윤활은 개선된 윤활 방식으로 언더링 오일 윤활과 언더링 오일 및 가스 윤활로 구분됩니다. 언더링 오일 또는 오일-가스 윤활을 실행할 때 윤활유 또는 오일-가스는 베어링의 내부 링에서 윤활 영역으로 분사되며, 원심력의 작용으로 윤활유가 베어링 윤활 영역에 더 쉽게 도달합니다. , 따라서 일반적인 제트 윤활 및 오일-가스 윤활보다 낫습니다. 일반 오일 및 가스 윤활과 같은 베어링 속도를 더욱 높이려면 앵귤러 콘택트 세라믹 볼 베어링의 dn 값이 약 2.0×106입니다. 오일 및 가스 압력을 증가시켜 2.2×106까지 증가시킬 수 있으며 언더링 오일 및 가스 윤활을 사용하여 dn 값을 2.5×106까지 증가시킬 수 있습니다.