Най-доброто ръководство за шпинделни лагери на CNC машинни инструменти

Най-доброто ръководство за шпинделни лагери на CNC машинни инструменти

С развитието на технологиите, Инструментални машини с ЦПУ се очаква да бъдат точни, ефективни и надеждни от всякога. За да останат конкурентоспособни, компаниите за производство на металорежещи машини с ЦПУ инвестират във висококачествени лагери, за да осигурят оптимална работа на своите шпиндели. Висококачествените лагери могат да подобрят ефективността и надеждността на шпинделите на машинните инструменти, като по този начин увеличат производството и намалят износването на машините. Следователно факторите, взети предвид при избора на шпинделни лагери на машинни инструменти, са много важни за получаване на точни резултати. Товароносимост, изисквания за скорост, твърдост, смазване, условия на околната среда и нива на шум са основните съображения, които ръководят инженерите при избора на шпинделни лагери. В тази статия ще обсъдим типовете, които обикновено се срещат в шпинделите на машинните инструменти и как да оцените, инспектирате и наблюдавате работата на лагерите, за да осигурите оптимална производителност.

Какво представляват шпинделните лагери?

A шпиндел за машинен инструмент има две основни функции. Единият е да завъртите инструмента, за да струговате, фрезовате, шлайфате или пробивате или натискате детайла. Второто е да предава въртящ момент и скорост към зоната на рязане. Целта на лагерите на шпиндела на машинния инструмент е точно да направляват движението на шпиндела, за да осигурят оптимална скорост и точност. Лагерите влияят върху скоростта, въртенето, вибрациите, точността и температурата на машинните инструменти, което от своя страна влияе върху качеството на крайния произведен продукт. Лагерите могат да бъдат проектирани така, че да улесняват движението на шпиндела в напречната и радиалната ос и трябва да могат да издържат на натоварването, налягането, температурата и високата скорост на въртене на шпиндела на машинния инструмент.

SKF-Шпинделни лагери

Видове шпинделни лагери на машинни инструменти

Има пет основни типа лагери, използвани в шпинделите на машинните инструменти. Всеки тип има своите предимства и недостатъци. Важно е да разберете как работят и разликите между тях, за да можете да изберете най-подходящия.

Контактният ъгъл между топките на ъглови контактни лагери и вътрешните и външните канали им позволяват да поддържат аксиални натоварвания в една посока и определено количество радиални натоварвания едновременно. Поради това те се използват широко във високоскоростни прецизни приложения, където точността и твърдостта са критични, като например шпиндели на машинни инструменти. Aubearing предлага шпинделни лагери с ъглов контакт с размери от 6 до 360 mm, с множество опции в материали, конфигурации и за задоволяване на нуждите на специфични приложения. Предимства на ъгловите контактни лагери:

Ъглови контактни лагери

Много подходящ за високоскоростна работа и ниско триене;
 Компактна структура, идеална за машини с ограничени изисквания за пространство.
 Не е необходима настройка за получаване на правилна вътрешна хлабина или предварително натоварване.
Долното рамо позволява голям брой сачми да бъдат поместени в лагера, което води до относително висока товароносимост
Отлична твърдост за минимизиране на деформацията по време на обработка, като по този начин се подобрява точността;

Цилиндрични ролкови лагери подобрете движението, като използвате цилиндри вместо топки. Цилиндричните ролкови лагери са предназначени предимно за носене на радиални товари. Цилиндричните ролкови лагери се състоят от вътрешен пръстен и външен пръстен, а цилиндричните ролки са фиксирани от клетка. Тези лагери осигуряват по-голяма контактна повърхност за ефективно разпределение на натоварването. Цилиндричните ролкови лагери са подходящи за приложения със средна до висока скорост. Цилиндричните ролкови лагери се предлагат в много дизайни, различни серии и различни размери. Характеристики и предимства на използването на цилиндрични ролкови лагери за шпиндели на металорежещи машини:

Цилиндрични ролкови лагери
  • Висок капацитет на радиално натоварване: Цилиндричните ролкови лагери са отлични в приложения, изискващи значителен капацитет на радиално натоварване, което ги прави подходящи за тежки машинни операции.

  • Ниско триене: Тези лагери показват ниско триене по време на работа, като по този начин повишават ефективността и намаляват генерирането на топлина

  • Подходящи за високоскоростни приложения: С подходящ дизайн и смазване, цилиндричните ролкови лагери могат да постигнат високоскоростни възможности

  • По-дълъг експлоатационен живот от сачмените лагери със същия размер

Лагери с конусни ролки са проектирани да носят комбинирани товари, действащи едновременно. Композитните натоварвания включват радиални и аксиални сили. Проектираните линии на релсите се пресичат в обща точка на оста на лагера, като по този начин осигуряват истинско търкалящо действие. Конусните ролкови лагери са проектирани по начин, който осигурява нисък въртящ момент на триене по време на работа. Капацитетът на аксиално натоварване на конусните ролкови лагери се увеличава с увеличаване на контактния ъгъл. Контактният ъгъл на конусните ролкови лагери обикновено варира от 10° до 30°. Едноредовите конусни ролкови лагери обикновено съответстват на втори конусни ролкови лагери. Чрез прилагане на предварително натоварване могат да се постигнат твърди лагерни приложения. Предимства на конусните ролкови лагери:

Лагери с цилиндрични ролки
  • Конусните ролкови лагери са способни да понасят както радиални, така и аксиални натоварвания, което ги прави подходящи за различни приложения на машинни инструменти.

  • Тези лагери предлагат отлична твърдост и стабилност, осигурявайки прецизна обработка.

  • Конусните ролкови лагери са известни с отличната си производителност при взискателни приложения

Хибридни керамични сачмени лагери се състои от стоманени пръстени AISI 52100 и топки от силициев нитрид (керамика). Хибридните керамични лагери са отличен електрически изолатор, имат изключително висока скорост и издържат по-дълго от стандартните радиални или дълбоки сачмени лагери. По-твърдите керамични топки имат по-висока грапавост на повърхността, без да се отстранява материал от каналите. По-леките керамични топки намаляват риска от фалшиво увреждане на Brinell. Тъй като керамичните топки са с 40% по-малко плътни от стоманените топки, те произвеждат по-малки центробежни натоварвания и по-ниско вътрешно триене в лагерите. Лагерите работят много по-хладно по време на работа поради по-ниската плътност и триене. Първоначалната цена на хибридните лагери може да е по-висока от тази на стандартните стоманени лагери, но разликата бързо се компенсира чрез спестяване на поддръжка. Благодарение на свойствата на керамиката, хибридните лагери могат да издържат до 10 пъти по-дълго от стандартните стоманени лагери.

Хибридни керамични сачмени лагери
  • Хибридните лагери осигуряват превъзходна производителност при висока скорост, намаляват генерирането на топлина по време на работа и ускоряват процесите на обработка

  • Керамичните материали повишават устойчивостта на лагера срещу корозия и износване, като удължават срока на експлоатация

  • лагерите осигуряват по-ниско триене, спомагайки за подобряване на ефективността и цялостната производителност на машината

  • Техните уникални свойства ги правят най-подходящи за специфични приложения, изискващи висока скорост и устойчивост на корозия.

Фактори, които трябва да имате предвид при избора на шпинделни лагери

По време на процеса на CNC обработка, лагерът на шпиндела ще бъде повлиян от много фактори. Всяка CNC обработка е уникална, но физиката е постоянна. Ясното разбиране на тези фактори ще ви помогне да вземете по-добри решения, които ще издигнат уменията ви за обработка на нови висоти.

Изисквания за металорежещи машини с ЦПУ

Първата стъпка в процеса на избор на шпинделни лагери е да се изяснят изискванията за работа на CNC машинния инструмент. Това включва разбиране на фактори като тип натоварване (радиално, аксиално или комбинирано), работна скорост, температура и условия на околната среда. Естеството на приложението ще повлияе на избора на различни типове лагери, включително сачмени лагери с дълбок канал, цилиндрични ролкови лагери, лагери с ъглов контакт и др.

Изисквания за товароносимост и скорост

Товароносимост е основното съображение при избора на лагер, защото пряко определя способността на лагера да поддържа приложени натоварвания без преждевременна повреда. Инженерите трябва да оценят възможностите за статично и динамично натоварване на лагера, за да определят максималното натоварване, което лагерът може да понесе по време на работа.

Динамичният рейтинг на натоварване (C) е ключова спецификация, предоставена от производителите на лагери, и представлява натоварването, при което 90% от набор от идентични лагери могат да работят без отказ от умора след един милион оборота. Чрез изчисляване на еквивалентното динамично натоварване на лагера (P), което взема предвид различни компоненти на натоварването, като радиални и аксиални натоварвания, инженерите могат да оценят как ще работи лагерът при реални условия.

Работната скорост е еднакво важна, тъй като твърде високите обороти могат да причинят сериозни проблеми като прегряване и повишени нива на износване. Ограничението на скоростта на лагера (n_limit) определя максималната скорост, която лагерът може да издържи без неблагоприятни ефекти. Инженерите трябва да гарантират, че динамичното натоварване на лагера и ограничението на скоростта отговарят на специфичните изисквания на приложението, за да се избегне преждевременна повреда и да се осигури оптимална производителност.

Твърдост и прецизност

Твърдостта е критична за високоскоростните шпиндели на машинни инструменти, тъй като прецизното позициониране и минималното отклонение са критични за производството на прецизни части. Изключително твърдите лагери гарантират, че валовете и компонентите остават в предвидената им позиция, осигурявайки точност и повторяемост.

Двете основни мерки за твърдост са аксиална твърдост (K_a) и радиална твърдост (K_r). Аксиалната твърдост отразява съпротивлението на лагера на аксиална деформация, когато е подложен на аксиално натоварване, докато радиалната твърдост показва устойчивостта на лагера на радиална деформация, когато е подложен на радиално натоварване. Лагерите с по-високи стойности на коравина са подходящи за приложения, изискващи прецизно позициониране, като CNC машини, роботи и медицинско оборудване за инспекция.

В прецизното инженерство ниското биене и аксиалното биене са критични за минимизиране на ексцентрицитета по време на въртене. Лагерите с тесни толеранси на размерите, като тези, които отговарят на ABEC 7 или по-високи стандарти, осигуряват ниски стойности на биене и аксиално биене, което спомага за подобряване на точността и по-плавната работа на шпинделите на високопроизводителни машинни инструменти.

Живот на шпинделния лагер

Животът на лагерите на шпиндела е от решаващо значение за прогнозиране на интервалите за поддръжка и цялостната надеждност на системата. Номиналният живот на лагерите се определя като броя обороти или часове на работа, преди да настъпи повреда в 90% от група идентични лагери и може да се изчисли с помощта на индустриални стандартни формули, включително ISO 281 и ASTM F2812. Тези изчисления вземат предвид фактори като натоварване, скорост, материал, смазване и работни условия, за да се оцени експлоатационният живот на лагера.

Условия на околната среда

Факторите на околната среда оказват значително влияние върху избора на лагер на шпиндела, тъй като тежките условия могат да доведат до преждевременно износване и повреда. Фактори като влажност, прах, частици, корозивни химикали и т.н. могат да повлияят на производителността и експлоатационния живот на лагера. За да се справят с тези предизвикателства, инженерите могат да изберат лагери с допълнителни защитни характеристики: Запечатаните или екранирани лагери осигуряват ефективна защита срещу замърсители, предотвратявайки проникването на външни частици в лагера и намалявайки възможността за поддръжка. Например, в корозивни среди е най-добре да използвате лагери, изработени от неръждаема стомана, керамика или други устойчиви на корозия материали, за да смекчите въздействието на химикалите.

Опции за смазване

надлежен смазване на лагери е основата за удължен живот на лагерите и оптимална производителност. Функцията на лубрикантите е да намаляват триенето, да разсейват топлината и да предотвратяват износването и корозията. Изборът на тип смазка (масло или грес) и свойства (вискозитет, добавки и т.н.) зависи от фактори като скорост, температура, натоварване и уплътняващ механизъм. Индустриални стандарти като ISO 281:2007 предоставят насоки за определяне на изискванията за смазване въз основа на работни условия.

Заключение

Шпинделите на машинните инструменти могат да използват само висококачествени прецизни лагери за производство на прецизни части. Изборът на лагери на шпиндела на машинния инструмент е от решаващо значение и трябва да бъде точен. Липсата на смазване, хлабина, степен на точност, контактен ъгъл и други подробности могат да доведат до преждевременна повреда на лагера. Ако сте готови да увеличите производителността на шпинделните лагери на вашата машина още повече, не търсете повече от Aubearing. В Aubearing ние се ангажираме да предоставяме качествени сачмени лагери, лагери с ъглов контакт, цилиндрични ролкови лагери, конусовидни ролкови лагери и хибридни керамични лагери. Aubearing е проектиран да предоставя превъзходна прецизност и производителност, гарантирайки, че вашата машина работи по най-добрия начин.