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O guia definitivo para rolamentos de eixo de máquinas-ferramenta CNC
À medida que a tecnologia se desenvolve, Máquinas-ferramentas CNC devem ser mais precisos, eficientes e confiáveis do que nunca. Para permanecerem competitivas, as empresas de fabricação de máquinas-ferramentas CNC estão investindo em rolamentos de alta qualidade para garantir o desempenho ideal de seus fusos. Rolamentos de alta qualidade podem melhorar a eficiência e a confiabilidade dos fusos de máquinas-ferramentas, aumentando assim a produção e reduzindo o desgaste das máquinas. Portanto, os fatores considerados ao selecionar rolamentos de fuso de máquinas-ferramentas são muito importantes para obter resultados precisos. Capacidade de carga, requisitos de velocidade, rigidez, lubrificação, condições ambientais e níveis de ruído são as principais considerações que orientam os engenheiros ao selecionar rolamentos de fuso. Neste artigo, discutiremos os tipos comumente encontrados em fusos de máquinas-ferramentas e como avaliar, inspecionar e monitorar a operação do rolamento para garantir o desempenho ideal.
A fuso de máquina ferramenta tem duas funções principais. Uma é girar a ferramenta para girar, fresar, retificar ou furar ou rosquear a peça de trabalho. A segunda é transmitir torque e velocidade para a área de corte. O objetivo dos rolamentos do fuso da máquina-ferramenta é guiar com precisão o movimento do fuso para garantir velocidade e precisão ideais. Os rolamentos afetam a velocidade, rotação, vibração, precisão e temperatura das máquinas-ferramentas, o que por sua vez afeta a qualidade do produto final fabricado. Os rolamentos podem ser projetados para facilitar a movimentação do fuso nos eixos transversal e radial e devem ser capazes de suportar a pressão de carga, temperatura e alta velocidade de rotação do fuso da máquina-ferramenta.
Tipos de rolamentos de fuso de máquinas-ferramenta
Existem cinco tipos principais de rolamentos usados em fusos de máquinas-ferramenta. Cada tipo tem suas próprias vantagens e desvantagens. É importante entender como funcionam e as diferenças entre eles para que você possa escolher o mais adequado.
O ângulo de contato entre as bolas de rolamentos de contato angular e as pistas internas e externas permitem suportar cargas axiais em uma direção e uma certa quantidade de cargas radiais ao mesmo tempo. Portanto, eles são amplamente utilizados em aplicações de precisão de alta velocidade onde a precisão e a rigidez são críticas, como fusos de máquinas-ferramenta. A Aubering oferece rolamentos de fuso de contato angular em tamanhos de 6 a 360 mm, com múltiplas opções de materiais, configurações e para atender às necessidades de aplicações específicas. Vantagens dos rolamentos de contato angular:
Muito adequado para operação em alta velocidade e baixo atrito;
Estrutura compacta, ideal para máquinas com requisitos de espaço limitados.
Não é necessário ajuste para obter folga interna ou pré-carga correta.
O ressalto inferior permite que um grande número de esferas seja acomodado no rolamento, resultando em uma capacidade de carga relativamente alta
Excelente rigidez para minimizar a deflexão durante o processamento, melhorando assim a precisão;
Rolamentos de rolos cilíndricos melhore o movimento usando cilindros em vez de bolas. Os rolamentos de rolos cilíndricos são projetados principalmente para suportar cargas radiais. Os rolamentos de rolos cilíndricos consistem em um anel interno e um anel externo, e os rolos cilíndricos são fixados por uma gaiola. Esses rolamentos fornecem uma área de superfície de contato maior para distribuição eficaz de carga. Os rolamentos de rolos cilíndricos são adequados para aplicações de média a alta velocidade. Os rolamentos de rolos cilíndricos estão disponíveis em vários modelos, diferentes séries e vários tamanhos. Características e benefícios do uso de rolamentos de rolos cilíndricos para fusos de máquinas-ferramenta:
Alta capacidade de carga radial: Os rolamentos de rolos cilíndricos são excelentes em aplicações que exigem capacidade de carga radial substancial, tornando-os adequados para operações de usinagem pesada.
Baixo atrito: Esses rolamentos apresentam baixo atrito durante a operação, aumentando assim a eficiência e reduzindo a geração de calor
Adequado para aplicações de alta velocidade: Com projeto e lubrificação adequados, os rolamentos de rolos cilíndricos podem atingir capacidades de alta velocidade
Vida útil mais longa do que rolamentos de esferas do mesmo tamanho
Rolamentos de rolos cônicos são projetados para transportar cargas compostas agindo simultaneamente. Cargas compostas incluem forças radiais e axiais. As linhas projetadas das pistas se cruzam em um ponto comum no eixo do rolamento, proporcionando assim uma verdadeira ação de rolamento. Os rolamentos de rolos cônicos são projetados de forma a fornecer baixo torque de atrito durante a operação. A capacidade de carga axial dos rolamentos de rolos cônicos aumenta com o aumento do ângulo de contato. O ângulo de contato dos rolamentos de rolos cônicos normalmente varia de 10° a 30°. Os rolamentos de uma carreira de rolos cônicos geralmente correspondem a um segundo rolamento de rolos cônicos. Ao aplicar pré-carga, aplicações de rolamentos rígidos podem ser alcançadas. Vantagens dos rolamentos de rolos cônicos:
Os rolamentos de rolos cônicos são capazes de suportar cargas radiais e axiais, tornando-os adequados para uma variedade de aplicações em máquinas-ferramenta.
Esses rolamentos oferecem excelente rigidez e estabilidade, garantindo desempenho de usinagem preciso.
Os rolamentos de rolos cônicos são conhecidos por seu excelente desempenho em aplicações exigentes
Rolamentos de esferas de cerâmica híbrida consistem em anéis de aço AISI 52100 e esferas de nitreto de silício (cerâmica). Os rolamentos cerâmicos híbridos são um excelente isolante elétrico, têm capacidade de velocidade extremamente alta e duram mais do que os rolamentos rígidos de esferas ou radiais padrão. Esferas cerâmicas mais duras apresentam maior rugosidade superficial sem remover material da pista. Bolas de cerâmica mais leves reduzem o risco de danos falsos Brinell. Como as esferas de cerâmica são 40% menos densas que as esferas de aço, elas produzem cargas centrífugas menores e menor atrito interno nos rolamentos. Os rolamentos funcionam muito mais frios durante a operação devido à menor densidade e atrito. O custo inicial dos rolamentos híbridos pode ser superior ao dos rolamentos de aço padrão, mas a diferença é rapidamente compensada através da economia de manutenção. Devido às propriedades da cerâmica, os rolamentos híbridos podem durar até 10 vezes mais que os rolamentos de aço padrão.
Os rolamentos híbridos proporcionam desempenho superior em alta velocidade, reduzem a geração de calor durante a operação e aceleram os processos de usinagem
Os materiais cerâmicos melhoram a resistência do rolamento à corrosão e ao desgaste, prolongando a vida útil
os rolamentos proporcionam menor atrito, ajudando a melhorar a eficiência e o desempenho geral da máquina
Suas propriedades exclusivas os tornam mais adequados para aplicações específicas que exigem desempenho em alta velocidade e resistência à corrosão.
Fatores a serem considerados ao selecionar rolamentos de fuso
Durante o processo de usinagem CNC, o rolamento do fuso será afetado por muitos fatores. Cada trabalho de usinagem CNC é único, mas a física é constante. Ter uma compreensão clara desses fatores o ajudará a tomar decisões melhores que levarão suas habilidades de usinagem a novos patamares.
Requisitos de máquinas-ferramenta CNC
A primeira etapa no processo de seleção do rolamento do fuso é esclarecer os requisitos operacionais da máquina-ferramenta CNC. Isto envolve a compreensão de fatores como tipo de carga (radial, axial ou combinada), velocidade de operação, temperatura e condições ambientais. A natureza da aplicação influenciará a seleção de vários tipos de rolamentos, incluindo rolamentos rígidos de esferas, rolamentos de rolos cilíndricos, rolamentos de contato angular, etc.
Capacidade de carga e requisitos de velocidade
Capacidade de carga é a principal consideração na seleção do rolamento porque determina diretamente a capacidade do rolamento de suportar cargas aplicadas sem falha prematura. Os engenheiros precisam avaliar as capacidades de carga estática e dinâmica do rolamento para determinar a carga máxima que o rolamento pode encontrar durante a operação.
A classificação de carga dinâmica (C) é uma especificação importante fornecida pelos fabricantes de rolamentos e representa a carga na qual 90% de um conjunto de rolamentos idênticos pode operar sem falha por fadiga após um milhão de rotações. Ao calcular a carga dinâmica equivalente do rolamento (P), que leva em consideração vários componentes de carga, como cargas radiais e axiais, os engenheiros podem avaliar o desempenho do rolamento em condições reais.
A velocidade operacional é igualmente importante, pois uma RPM muito alta pode causar sérios problemas, como superaquecimento e aumento das taxas de desgaste. O limite de velocidade do rolamento (n_limit) define a velocidade máxima que o rolamento pode suportar sem efeitos adversos. Os engenheiros devem garantir que a classificação de carga dinâmica e o limite de velocidade do rolamento atendam aos requisitos específicos da aplicação para evitar falhas prematuras e garantir desempenho ideal.
Rigidez e precisão
A rigidez é crítica para fusos de máquinas-ferramenta de alta velocidade porque o posicionamento preciso e a deflexão mínima são essenciais para a fabricação de peças de precisão. Rolamentos altamente rígidos garantem que os eixos e os componentes permaneçam na posição pretendida, garantindo precisão e repetibilidade.
As duas medidas básicas de rigidez são rigidez axial (K_a) e rigidez radial (K_r). A rigidez axial reflete a resistência do rolamento à deflexão axial quando sujeito a carga axial, enquanto a rigidez radial indica a resistência do rolamento à deflexão radial quando sujeito a carga radial. Rolamentos com valores de rigidez mais elevados são adequados para aplicações que exigem posicionamento preciso, como máquinas CNC, robôs e equipamentos de inspeção médica.
Na engenharia de precisão, o desvio baixo e o desvio axial são essenciais para minimizar a excentricidade durante a rotação. Rolamentos com tolerâncias dimensionais restritas, como aqueles que atendem aos padrões ABEC 7 ou superiores, garantem baixos valores de desvio e desvio axial, ajudando a melhorar a precisão e a operação mais suave de fusos de máquinas-ferramenta de alto desempenho.
Vida útil do rolamento do fuso
A vida útil do rolamento do fuso é crítica para prever os intervalos de manutenção e a confiabilidade geral do sistema. A vida nominal do rolamento é definida como o número de rotações ou horas de operação antes que a falha ocorra em 90% de um grupo de rolamentos idênticos e pode ser calculada usando fórmulas padrão da indústria, incluindo ISO 281 e ASTM F2812. Esses cálculos levam em consideração fatores como carga, velocidade, material, lubrificação e condições operacionais para estimar a vida útil do rolamento.
Condições ambientais
Os fatores ambientais têm um impacto significativo na seleção do rolamento do fuso, pois condições adversas podem levar ao desgaste prematuro e à falha. Fatores como umidade, poeira, partículas, produtos químicos corrosivos, etc. podem afetar o desempenho e a vida útil do rolamento. Para enfrentar esses desafios, os engenheiros podem escolher rolamentos com recursos de proteção adicionais: Rolamentos vedados ou blindados fornecem defesa eficaz contra contaminantes, evitando que partículas externas penetrem no rolamento e reduzindo a oportunidade de manutenção. Por exemplo, em ambientes corrosivos, é melhor usar rolamentos feitos de aço inoxidável, cerâmica ou outros materiais resistentes à corrosão para mitigar os efeitos dos produtos químicos.
Opções de lubrificação
Adequado lubrificação do rolamento é a base para prolongar a vida útil do rolamento e otimizar o desempenho. A função dos lubrificantes é reduzir o atrito, dissipar o calor e prevenir desgaste e corrosão. A escolha do tipo de lubrificante (óleo ou graxa) e propriedades (viscosidade, aditivos, etc.) depende de fatores como velocidade, temperatura, carga e mecanismo de vedação. As normas da indústria, como a ISO 281:2007, fornecem orientação sobre a determinação dos requisitos de lubrificação com base nas condições operacionais.
Conclusão
Os fusos de máquinas-ferramenta só podem usar rolamentos de precisão de alta qualidade para produzir peças de precisão. A seleção dos rolamentos do fuso da máquina-ferramenta é crucial e deve ser precisa. A falta de lubrificação, folga, grau de precisão, ângulo de contato e outros detalhes podem levar à falha prematura do rolamento. Se você está pronto para levar o desempenho do rolamento do fuso da sua máquina-ferramenta ainda mais longe, não procure além da Aubearing. Na Aubearing, temos o compromisso de fornecer rolamentos de esferas de qualidade, rolamentos de contato angular, rolamentos de rolos cilíndricos, rolamentos de rolos cônicos e rolamentos de cerâmica híbrida. Aubearing foi projetado para oferecer precisão e desempenho superiores, garantindo que sua máquina funcione da melhor forma.