Мотор-шпиндель — это шпиндель, в котором вал и двигатель объединены в один узел. То есть мотор и шпиндель представляют собой неразделимое целое. Эта технология, наряду с технологиями линейных двигателей и высокоскоростной обработки, открывает новые перспективы для машиностроения.
Какие типы шпинделей существуют?
Любому человеку, связанному с машиностроением, известно, что шпиндель — один из ключевых узлов станка. Можно сказать, что это сердце станка, ведь именно шпиндель обеспечивает главное вращательное движение.
В современном мире есть несколько классических механических способов передачи крутящего момента от мотора к шпинделю: ременная передача, прямой привод и редуктор. Во всех случаях между мотором и шпинделем есть передаточное звено, которое и отвечает за передачу крутящего момента. Но технологии не стоят на месте, и сегодня наиболее передовой является технология мотор-шпинделя.
Из чего состоит мотор-шпиндель?
Мотор-шпиндель состоит из неподвижной части – статора, который является катушкой и создает магнитное поле, в котором вращается вал шпинделя и ротор, поддерживаемый с двух сторон подшипниками.
В чем же преимущество мотор-шпинделей по сравнению с классической механической схемой передачи крутящего момента?
Одним из главных плюсов мотор-шпинделя является его короткий трансмиссионный путь. В шпинделе с редукторным приводом этот путь состоит из множества элементов: мотора, редуктора с валами, соединительного вала, муфты и самого шпинделя. Мотор-шпиндель работает иначе: в нём шпиндель вращается в магнитном поле мотора, без передаточных узлов. Это обеспечивает высокую скорость реакции. Операции вроде нарезания или развёртывания резьбы выполняются быстрее и эффективнее.
Мотор-шпиндель также снижает вибрации, поскольку в конструкции меньше узлов. Нет необходимости тщательно выравнивать оси всех компонентов трансмиссии — это нужно для обеспечения динамического баланса. Классический механический привод всегда выделяет много тепла и вибрирует, а мотор-шпиндель исключает эти проблемы.
Ещё одно преимущество мотор-шпинделя — он может работать на максимальной скорости неограниченно долго. Всё потому, что шпиндель охлаждается жидкостью, в отличие от редуктора, прямого привода или ремня, где передаточный узел находится в воздухе и не имеет охлаждения. Механические приводы могут работать с максимальной скоростью, но недолго, так как передаточное звено нагревается, из-за чего снижается жёсткость передачи крутящего момента. В мотор-шпинделе нет соединительных узлов между мотором и шпинделем, поэтому выделение тепла происходит только в зоне работы подшипников.
Также, во встроенных шпинделях со скоростью вращения от 8000 оборотов в минуту и выше чаще всего используются керамические подшипники. Они отличаются от стальных большей осевой жесткостью, они легче, соответственно, имеют меньшее трение по сравнению с металлическими, поэтому срок службы керамических подшипников выше, чем у стальных. При этом допустимая средняя динамическая и статическая нагрузка у стальных и керамических подшипников одинаковая, поэтому жизненный цикл у керамических подшипников выше чем, чем у стальных. У мотор-шпинделя есть еще одна отличительная особенность – он может симулировать работу передач аналогично станку с редукторной передачей.
Как это происходит на станке с редукторной передачей?
Есть две передачи и редуктор может работать с совсем маленькими оборотами и с огромным крутящим моментом или переключиться на более быструю передачу: скорость возрастает, но крутящий момент при этом меньше. Аналогичная система есть и на мотор-шпинделе. У него есть функция переключения разных обмоток для разных режимов работы. Низкая скорость для высокого крутящего момента для черновых операций и высокая скорость для чистовых операций, где большой крутящий момент не нужен.
Почему бы не использовать мотор-шпиндель повсеместно, в чём сложность?
Сложность заключается в изготовлении мотор-шпинделя, точнее сказать, в его сборке. Помимо того, что необходимо использовать высокоточное оборудование для производства деталей, также необходимо иметь сборочный участок с особыми условиями: должна быть постоянная температура воздуха 20°С, нужно контролировать влажность помещения и должно быть избыточное давление воздуха, чтобы избежать попадание пыли извне.
Бытует мнение, что мотор-шпиндель в обслуживание существенно дороже, чем классические шпиндели, так ли это?
Не совсем. При возникновении каких-либо аварийных ситуаций, например, ударов в процессе обработки, ремонт мотор-шпинделя или любого другого шпинделя чаще всего заключается в замене подшипников. То есть, поврежденный мотор-шпиндель не приходит в негодность, и у Вас нет необходимости менять его целиком. На самом деле его ремонт заключается в замене подшипников, а стоимость их замены не отличается по стоимости у классических механических шпинелей. Но ремонт встроенных шпинделей необходимо производить все в том же специальном помещении, и не каждый таким помещением обладает. Тем не менее мы имеем ресурсы для проведения таких видов работ, поэтому наши клиенты не столкнуться с проблемами с простоем оборудования из-за вышедшего из строя шпинделя.
Производство мотор-шпинделя.
Avertum CNC не только использует мотор-шпиндели на своих станках, но и занимается их производством. В 2015 году была освоена технология производства мотор-шпинделей, а с 2018 года изготавливается ежегодно свыше 1 000 мотор-шпинделей. Для этого созданы дополнительные помещения для сборки. В своих шпинделях мы используем моторы известных мировых производителей, таких как Mitsubishi и Fanuc, а валы и сборку производим самостоятельно. Для этого у нас есть современное технологическое оборудование. После сборки осуществляется тестирование мотор-шпинделя, а именно: контроль температуры подшипников, температуры катушки, ток и напряжение, балансировка, осевая вибрация, динамическое отклонение, усилие зажима инструмента, давление воздуха, радиальное биение, торцевое биение. Технология изготовления наших моторшпинделей является интеллектуальной собственностью.
На каких станках Avertum CNC стоят мотор-шпиндели?
На российском рынке мы предоставляем несколько моделей обрабатывающих центров, которые оснащены электрическими шпинделями. Среди них классические 3-х осевые вертикально фрезерные обрабатывающие центы серии VMС, компактные портальные станки GUe и GLUe, и горизонтально-фрезерные станки HPC. Таким образом, у российского машиностроителя появляется возможность использовать оборудование с мотор-шпинделем, при это станки остаются в том же ценовом сегменте, что и станки с классическим шпинделем.
