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Der ultimative Leitfaden für Spindellager von CNC-Werkzeugmaschinen
Während sich die Technologie entwickelt, CNC-Werkzeugmaschinen Von Maschinen wird mehr Präzision, Effizienz und Zuverlässigkeit erwartet als je zuvor. Um wettbewerbsfähig zu bleiben, investieren Hersteller von CNC-Werkzeugmaschinen in hochwertige Lager, um eine optimale Leistung ihrer Spindeln sicherzustellen. Hochwertige Lager können die Effizienz und Zuverlässigkeit von Werkzeugmaschinenspindeln verbessern und so die Produktion steigern und den Verschleiß der Maschinen verringern. Daher sind die bei der Auswahl von Werkzeugmaschinenspindellagern zu berücksichtigenden Faktoren sehr wichtig, um genaue Ergebnisse zu erzielen. Tragfähigkeit, Geschwindigkeitsanforderungen, Steifigkeit, Schmierung, Umgebungsbedingungen und Geräuschpegel sind die wichtigsten Überlegungen, die Ingenieure bei der Auswahl von Spindellagern leiten. In diesem Artikel besprechen wir die Typen, die häufig in Werkzeugmaschinenspindeln zu finden sind, und wie man den Lagerbetrieb bewertet, prüft und überwacht, um eine optimale Leistung sicherzustellen.
A Werkzeugmaschinenspindel hat zwei Hauptfunktionen. Eine besteht darin, das Werkzeug zu drehen, um das Werkstück zu drehen, zu fräsen, zu schleifen oder zu bohren oder zu gewindeschneiden. Die zweite besteht darin, Drehmoment und Geschwindigkeit auf den Schneidbereich zu übertragen. Der Zweck von Werkzeugmaschinenspindellagern besteht darin, die Spindelbewegung präzise zu führen, um optimale Geschwindigkeit und Genauigkeit zu gewährleisten. Lager beeinflussen die Geschwindigkeit, Rotation, Vibration, Genauigkeit und Temperatur von Werkzeugmaschinen, was wiederum Auswirkungen auf die Qualität des Endprodukts hat. Lager können so ausgelegt sein, dass sie die Bewegung der Spindel in der Quer- und Radialachse erleichtern und müssen dem Belastungsdruck, der Temperatur und der hohen Drehzahl der Werkzeugmaschinenspindel standhalten.
Arten von Werkzeugmaschinenspindellagern
Es gibt fünf Haupttypen von Lagern, die in Werkzeugmaschinenspindeln verwendet werden. Jeder Typ hat seine eigenen Vor- und Nachteile. Es ist wichtig zu verstehen, wie sie funktionieren und welche Unterschiede zwischen ihnen bestehen, damit Sie die am besten geeignete auswählen können.
Der Kontaktwinkel zwischen den Kugeln von Schrägkugellager und die inneren und äußeren Laufbahnen ermöglichen es ihnen, gleichzeitig axiale Lasten in eine Richtung und eine gewisse Menge an radialen Lasten aufzunehmen. Daher werden sie häufig in Hochgeschwindigkeits-Präzisionsanwendungen eingesetzt, bei denen Genauigkeit und Steifigkeit von entscheidender Bedeutung sind, beispielsweise bei Werkzeugmaschinenspindeln. Au Bearing bietet Schrägkontakt-Spindellager in Größen von 6 bis 360 mm mit zahlreichen Optionen für Materialien und Konfigurationen an, um den Anforderungen spezifischer Anwendungen gerecht zu werden. Vorteile von Schräglagern:
Sehr geeignet für Hochgeschwindigkeitsbetrieb und geringe Reibung;
Kompakte Struktur, ideal für Maschinen mit begrenztem Platzbedarf.
Keine Anpassung erforderlich, um das richtige Innenspiel oder die richtige Vorspannung zu erhalten.
Die untere Schulter ermöglicht die Unterbringung einer großen Anzahl von Kugeln im Lager, was zu einer relativ hohen Tragfähigkeit führt
Ausgezeichnete Steifigkeit, um die Durchbiegung während der Bearbeitung zu minimieren und dadurch die Genauigkeit zu verbessern;
Zylinderrollenlager Verbessern Sie die Bewegung, indem Sie Zylinder anstelle von Kugeln verwenden. Zylinderrollenlager sind in erster Linie für die Aufnahme radialer Belastungen ausgelegt. Zylinderrollenlager bestehen aus einem Innenring und einem Außenring, die Zylinderrollen werden durch einen Käfig fixiert. Diese Lager bieten eine größere Kontaktfläche für eine effektive Lastverteilung. Zylinderrollenlager eignen sich für Anwendungen mit mittleren bis hohen Drehzahlen. Zylinderrollenlager gibt es in vielen Ausführungen, verschiedenen Baureihen und verschiedenen Größen. Merkmale und Vorteile der Verwendung von Zylinderrollenlagern für Werkzeugmaschinenspindeln:
Hohe radiale Belastbarkeit: Zylinderrollenlager eignen sich hervorragend für Anwendungen, die eine hohe radiale Belastbarkeit erfordern, und eignen sich daher für schwere Bearbeitungsvorgänge.
Geringe Reibung: Diese Lager weisen im Betrieb eine geringe Reibung auf, wodurch die Effizienz erhöht und die Wärmeentwicklung reduziert wird
Geeignet für Hochgeschwindigkeitsanwendungen: Bei richtiger Konstruktion und Schmierung können Zylinderrollenlager Hochgeschwindigkeitsanwendungen erreichen
Längere Lebensdauer als Kugellager gleicher Größe
Kegelrollenlager sind für die Aufnahme gleichzeitig wirkender Verbundlasten ausgelegt. Zusammengesetzte Belastungen umfassen Radial- und Axialkräfte. Die projizierten Linien der Laufbahnen schneiden sich in einem gemeinsamen Punkt auf der Lagerachse und sorgen so für eine echte Rollwirkung. Kegelrollenlager sind so konstruiert, dass sie im Betrieb ein geringes Reibungsmoment bieten. Die axiale Belastbarkeit von Kegelrollenlagern steigt mit zunehmendem Kontaktwinkel. Der Kontaktwinkel von Kegelrollenlagern liegt typischerweise zwischen 10° und 30°. Einreihige Kegelrollenlager entsprechen in der Regel einem zweiten Kegelrollenlager. Durch die Anwendung einer Vorspannung können starre Lageranwendungen erreicht werden. Vorteile von Kegelrollenlagern:
Kegelrollenlager können sowohl radiale als auch axiale Belastungen aufnehmen und eignen sich daher für eine Vielzahl von Werkzeugmaschinenanwendungen.
Diese Lager bieten eine hervorragende Steifigkeit und Stabilität und gewährleisten eine präzise Bearbeitungsleistung.
Kegelrollenlager sind für ihre hervorragende Leistung in anspruchsvollen Anwendungen bekannt
Hybrid-Keramik-Kugellager bestehen aus AISI 52100-Stahlringen und Siliziumnitrid-Kugeln (Keramik). Hybrid-Keramiklager sind ein hervorragender elektrischer Isolator, haben eine extrem hohe Drehzahlfähigkeit und halten länger als herkömmliche Radial- oder Rillenkugellager. Härtere Keramikkugeln haben eine höhere Oberflächenrauheit, ohne dass Material von der Laufbahn abgetragen wird. Leichtere Keramikkugeln verringern das Risiko einer falschen Brinell-Schädigung. Da Keramikkugeln eine um 40 % geringere Dichte als Stahlkugeln haben, erzeugen sie geringere Zentrifugalkräfte und eine geringere innere Reibung in den Lagern. Aufgrund der geringeren Dichte und Reibung laufen die Lager im Betrieb deutlich kühler. Die Anschaffungskosten für Hybridlager können höher sein als für Standard-Stahllager, aber der Unterschied wird durch Wartungseinsparungen schnell ausgeglichen. Aufgrund der Eigenschaften von Keramik können Hybridlager bis zu zehnmal länger halten als Standard-Stahllager.
Hybridlager bieten eine überlegene Hochgeschwindigkeitsleistung, reduzieren die Wärmeentwicklung während des Betriebs und beschleunigen Bearbeitungsprozesse
Keramische Materialien erhöhen die Korrosions- und Verschleißbeständigkeit des Lagers und verlängern so die Lebensdauer
Lager sorgen für geringere Reibung und tragen so zur Verbesserung der Effizienz und der Gesamtleistung der Maschine bei
Aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften eignen sie sich am besten für spezifische Anwendungen, die Hochgeschwindigkeitsleistung und Korrosionsbeständigkeit erfordern.
Bei der Auswahl von Spindellagern zu berücksichtigende Faktoren
Während des CNC-Bearbeitungsprozesses wird das Spindellager von vielen Faktoren beeinflusst. Jede CNC-Bearbeitungsaufgabe ist einzigartig, aber die Physik ist konstant. Ein klares Verständnis dieser Faktoren wird Ihnen helfen, bessere Entscheidungen zu treffen, die Ihre Bearbeitungsfähigkeiten auf ein neues Niveau bringen.
Anforderungen an CNC-Werkzeugmaschinen
Der erste Schritt bei der Auswahl des Spindellagers besteht darin, die Betriebsanforderungen der CNC-Werkzeugmaschine zu klären. Dazu gehört das Verständnis von Faktoren wie der Art der Belastung (radial, axial oder kombiniert), der Betriebsgeschwindigkeit, der Temperatur und den Umgebungsbedingungen. Die Art der Anwendung beeinflusst die Auswahl verschiedener Lagertypen, darunter Rillenkugellager, Zylinderrollenlager, Schrägkugellager usw.
Anforderungen an Tragfähigkeit und Geschwindigkeit
Tragfähigkeit ist die wichtigste Überlegung bei der Lagerauswahl, da sie direkt die Fähigkeit des Lagers bestimmt, aufgebrachte Lasten ohne vorzeitigen Ausfall zu tragen. Ingenieure müssen die statischen und dynamischen Belastungsfähigkeiten des Lagers bewerten, um die maximale Belastung zu bestimmen, der das Lager während des Betriebs ausgesetzt sein kann.
Die dynamische Tragzahl (C) ist eine wichtige Spezifikation der Lagerhersteller und stellt die Belastung dar, bei der 90 % eines Satzes identischer Lager nach einer Million Umdrehungen ohne Ermüdungsbruch arbeiten können. Durch die Berechnung der äquivalenten dynamischen Lagerlast (P), die verschiedene Lastkomponenten wie Radial- und Axiallasten berücksichtigt, können Ingenieure beurteilen, wie sich das Lager unter realen Bedingungen verhält.
Ebenso wichtig ist die Betriebsgeschwindigkeit, da eine zu hohe Drehzahl schwerwiegende Probleme wie Überhitzung und erhöhten Verschleiß verursachen kann. Die Drehzahlgrenze des Lagers (n_limit) definiert die maximale Drehzahl, der das Lager ohne negative Auswirkungen standhalten kann. Ingenieure müssen sicherstellen, dass die dynamische Belastbarkeit und die Drehzahlgrenze des Lagers den spezifischen Anforderungen der Anwendung entsprechen, um vorzeitige Ausfälle zu vermeiden und eine optimale Leistung sicherzustellen.
Steifigkeit und Präzision
Die Steifigkeit ist für Hochgeschwindigkeits-Werkzeugmaschinenspindeln von entscheidender Bedeutung, da eine präzise Positionierung und minimale Durchbiegung für die Herstellung von Präzisionsteilen von entscheidender Bedeutung sind. Hochsteife Lager sorgen dafür, dass Wellen und Komponenten in ihrer vorgesehenen Position bleiben und gewährleisten so Genauigkeit und Wiederholbarkeit.
Die beiden Grundmaße der Steifigkeit sind die axiale Steifigkeit (K_a) und die radiale Steifigkeit (K_r). Die axiale Steifigkeit gibt den Widerstand des Lagers gegen eine axiale Durchbiegung bei axialer Belastung wieder, während die radiale Steifigkeit den Widerstand des Lagers gegen eine radiale Durchbiegung bei radialer Belastung angibt. Lager mit höheren Steifigkeitswerten eignen sich für Anwendungen, die eine präzise Positionierung erfordern, wie z. B. CNC-Maschinen, Roboter und medizinische Inspektionsgeräte.
In der Feinmechanik sind ein geringer Rundlauf und ein geringer Axialschlag von entscheidender Bedeutung für die Minimierung der Exzentrizität während der Rotation. Lager mit engen Maßtoleranzen, beispielsweise solche, die ABEC 7 oder höhere Standards erfüllen, sorgen für niedrige Rundlauf- und Planlauffehler und tragen so zur Verbesserung der Genauigkeit und des reibungsloseren Betriebs von Hochleistungs-Werkzeugmaschinenspindeln bei.
Lebensdauer des Spindellagers
Die Lebensdauer des Spindellagers ist entscheidend für die Vorhersage von Wartungsintervallen und der Gesamtsystemzuverlässigkeit. Die Lagernennlebensdauer ist definiert als die Anzahl der Umdrehungen oder Betriebsstunden, bevor bei 90 % einer Gruppe identischer Lager ein Ausfall auftritt, und kann mithilfe branchenüblicher Formeln wie ISO 281 und ASTM F2812 berechnet werden. Diese Berechnungen berücksichtigen Faktoren wie Last, Geschwindigkeit, Material, Schmierung und Betriebsbedingungen, um die Lagerlebensdauer abzuschätzen.
Umweltbedingungen
Umweltfaktoren haben einen erheblichen Einfluss auf die Auswahl von Spindellagern, da raue Bedingungen zu vorzeitigem Verschleiß und Ausfall führen können. Faktoren wie Feuchtigkeit, Staub, Partikel, korrosive Chemikalien usw. können die Leistung und Lebensdauer des Lagers beeinträchtigen. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, können Ingenieure Lager mit zusätzlichen Schutzfunktionen wählen: Abgedichtete oder abgeschirmte Lager bieten einen wirksamen Schutz gegen Verunreinigungen, verhindern das Eindringen externer Partikel in das Lager und verringern die Wartungsmöglichkeit. In korrosiven Umgebungen ist es beispielsweise am besten, Lager aus Edelstahl, Keramik oder anderen korrosionsbeständigen Materialien zu verwenden, um die Auswirkungen von Chemikalien abzuschwächen.
Schmiermöglichkeiten
Proper Lagerschmierung ist die Grundlage für eine längere Lagerlebensdauer und optimale Leistung. Die Funktion von Schmiermitteln besteht darin, die Reibung zu verringern, Wärme abzuleiten und Verschleiß und Korrosion zu verhindern. Die Wahl des Schmierstofftyps (Öl oder Fett) und der Eigenschaften (Viskosität, Additive etc.) hängt von Faktoren wie Geschwindigkeit, Temperatur, Belastung und Dichtungsmechanismus ab. Industrienormen wie ISO 281:2007 bieten Leitlinien zur Bestimmung des Schmierbedarfs auf der Grundlage der Betriebsbedingungen.
Fazit
Werkzeugmaschinenspindeln können nur mit hochwertigen Präzisionslagern Präzisionsteile herstellen. Die Auswahl der Spindellager für Werkzeugmaschinen ist von entscheidender Bedeutung und muss präzise sein. Mangel an Schmierung, Spiel, Genauigkeitsgrad, Kontaktwinkel und anderen Details kann zu einem vorzeitigen Lagerausfall führen. Wenn Sie bereit sind, die Leistung Ihrer Werkzeugmaschinenspindellager noch weiter zu steigern, sind Sie bei Au Bearing genau richtig. Bei Aubearing haben wir es uns zur Aufgabe gemacht, qualitativ hochwertige Kugellager, Schrägkugellager, Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager und Hybridkeramiklager anzubieten. Aulager ist darauf ausgelegt, überragende Präzision und Leistung zu liefern und sicherzustellen, dass Ihre Maschine optimal läuft.