Квиз по станку

{{ question.text }}







 

Насосы для шпинделей с водяным охлаждением

Фрезерные станки с ЧПУ отличаются высокой универсальностью и обеспечивают отличную производительность и точность обработки для широкого спектра материалов. Во многом такие характеристики обязаны конструктивным особенностям – фрезерные станки изначально проектируются для «форсированной» работы. Этому способствует и жёсткая станина, и лёгкий сплав для подвижного инструментального портала, и мощный шпиндель с высокой частотой вращения и значительной величиной крутящего момента.

Что такое шпиндель?

Шпиндель фрезерного станка обеспечивает главное движение обработки – вращение фрезы. Поскольку для разных материалов условия обработки будут существенно отличаться, необходимо чтобы фрезерный станок поддерживал широкий диапазон изменения частоты вращения и подачи инструмента.

Шпиндели фрезерных станков представляют собой асинхронные электродвигатели переменного тока. Вал двигателя устанавливается в упорные подшипники, для компенсации нагрузки при контакте режущего инструмента с заготовкой в процессе обработки. Электродвигатель и подшипниковые узлы заключены в монолитный корпус для защиты шпинделя от загрязнений. Один из торцов вала электродвигателя оснащается патроном для установки цанги и крепления фрезы. В свою очередь, корпус шпинделя закреплён на подвижной кулисе для обеспечения вертикального и поперечного перемещения над рабочим столом станка.

Поскольку современные фрезерные станки имеют как минимум три степени свободы движения инструмента, шпиндель вместе с инструментальным порталом должен перемещаться относительно заготовки по сложной траектории и со сравнительно высокой скоростью. Поэтому, для снижения динамических нагрузок вес шпинделя (как подвижного элемента) должен быть минимальным. В то же время, шпиндель должен развивать высокую мощность, иначе получить требуемую для техпроцесса силу резания не удастся. Следовательно, обмотка мощного электродвигателя будет иметь значительные размеры, что является противоречием для требования минимальной массы агрегата. Кроме того, для обеспечения высокой жёсткости и ресурса, шпиндель должен иметь прочный корпус, но с лёгким доступом для обслуживания/замены подшипниковых узлов.

Таким образом получается, что шпиндель современного фрезерного станка с ЧПУ имеет очень «тонкую», сбалансированную конструкцию чтобы удовлетворять всем предъявляемым требованиям.

Типы охлаждающих систем шпинделя

По закону Джоуля-Ленца при протекании электрического тока сквозь металлический проводник неизбежны потери энергии в виде выделяющегося тепла. Для асинхронного электродвигателя шпинделя, имеющего значительную мощность и большие размеры обмотки, тепловая нагрузка является серьёзной проблемой. Повышение температуры ведёт к уменьшению зазоров в парах трения подшипниковых узлов, что может вызвать их заклинивание. Кроме того, чрезмерный нагрев обмотки электродвигателя может привести к обгоранию изоляции и даже возгоранию самого шпинделя – или его выходу из строя.

Как отмечалось выше, для современных фрезерных станков характерна работа в широком диапазоне изменения скоростей вращения шпинделя и величины вырабатываемого крутящего момента. Это означает, что и тепловая нагрузка на агрегат будет меняться в широких пределах. А, следовательно, никакая конструкция не сможет обеспечить «пассивное» охлаждение – даже если шпиндель эффективно рассеивает тепло на одном режиме, для другого режима этих характеристик будет недостаточно. Именно поэтому все шпиндели фрезерных станков с ЧПУ оснащаются системами принудительного охлаждения. В качестве теплоносителя может использоваться воздух или вода.

Функционирование системы воздушного охлаждения заключается в «прогоне» сквозь специальные внутренние каналы шпинделя атмосферного воздуха. Такая система отличается простотой, однако требует более массивного корпуса шпинделя (чем он больше, тем лучше рассеивается тепло). Система воздушного охлаждения имеет ограничения по эффективности, а оснащённые её шпиндели, как правило, не развивают максимальные обороты более 20 тыс.

Более эффективной является система водяного охлаждения. Для «прогона» жидкого теплоносителя внутри шпинделя предусмотрены специальные каналы. А рабочее давление для подачи жидкости внутрь шпинделя создаёт специальный насос. Систему дополняет ёмкость для хранения запаса жидкости, радиатор-теплообменник и соединительные трубопроводы-магистрали.

Таким образом, интенсивность охлаждения, зависящая от циркуляции жидкости, будет в значительной мере определяться характеристикой водяной «помпы».

Характеристики жидкостных насосов

Размеры, мощность и производительность насосов системы охлаждения зависят от характеристик шпинделя. Понятно что «помпа» для шпинделя настольного фрезерного станка совершенно не подойдёт для промышленного «монстра» с размерами рабочего стола 2 х 3 метра и мощностью шпинделя в несколько киловатт.

Здесь приводится пример насоса для шпинделя «бюджетной» модели фрезерного станка с ЧПУ. В качестве насоса используется «аквариумная» помпа HAILEA, имеющая следующие характеристики:

• Номинальная производительность – 1750 л/час;
• Номинальная мощность – 50 Вт;
• Рабочее напряжение – переменный ток 220 Вт, 50 Гц;
• Максимальная высота подъёма жидкости – 2,3 м;
• Диаметр входного патрубка – 17,5 мм;
• Вес – 1,7 кг;
• Габаритные размеры 154 х 120 х 170 мм.

Следует отметить, что интенсивность охлаждения шпинделя сильно зависит от режима обработки. Так при фрезеровании «мягких» материалов, или при небольшой длительности обработки, включение системы охлаждения может и не потребоваться. Напротив, интенсивная работа с твёрдыми заготовками будет требовать обязательного охлаждения шпинделя при максимальной производительности охлаждающей системы.

Следует также учесть, что высокая производительность водяного насоса может оказаться «пустым звуком» при недостаточных размерах теплообменника-радиатора, или малом уровне охлаждающей жидкости. Поэтому эффективное охлаждение шпинделя в большей степени зависит от сбалансированности характеристик всех компонентов системы, а не отдельно взятого жидкостного насоса.

Яндекс.Метрика