Den ultimata guiden till spindellager för CNC-verktygsmaskiner

Den ultimata guiden till spindellager för CNC-verktygsmaskiner

Allt eftersom tekniken utvecklas, CNC-verktygsmaskiner förväntas vara exakta, effektiva och pålitliga än någonsin tidigare. För att förbli konkurrenskraftiga investerar företag som tillverkar CNC-verktyg i högkvalitativa lager för att säkerställa optimal prestanda för sina spindlar. Högkvalitativa lager kan förbättra effektiviteten och tillförlitligheten hos verktygsmaskiners spindlar, och därigenom öka produktionen och minska slitaget på maskiner. Därför är faktorer som beaktas vid val av spindellager för verktygsmaskiner mycket viktiga för att få exakta resultat. Belastningskapacitet, hastighetskrav, styvhet, smörjning, miljöförhållanden och ljudnivåer är de viktigaste övervägandena som vägleder ingenjörer vid val av spindellager. I den här artikeln kommer vi att diskutera de typer som vanligtvis finns i verktygsmaskiners spindlar och hur man utvärderar, inspekterar och övervakar lagerdrift för att säkerställa optimal prestanda.

A verktygsmaskin spindel har två huvudfunktioner. En är att rotera verktyget för att svarva, fräsa, slipa eller borra eller knacka på arbetsstycket. Den andra är att överföra vridmoment och hastighet till skärområdet. Syftet med verktygsmaskiners spindellager är att exakt styra spindelrörelsen för att säkerställa optimal hastighet och noggrannhet. Lager påverkar hastigheten, rotationen, vibrationerna, noggrannheten och temperaturen hos verktygsmaskiner, vilket i sin tur påverkar kvaliteten på den slutliga tillverkade produkten. Lager kan utformas för att underlätta spindelns rörelse i de tvärgående och radiella axlarna och måste kunna motstå belastningstrycket, temperaturen och den höga rotationshastigheten hos verktygsmaskinsspindeln.

SKF-Spindel-lager

Typer av verktygsmaskiner spindellager

Det finns fem huvudtyper av lager som används i verktygsmaskiners spindlar. Varje typ har sina egna fördelar och nackdelar. Det är viktigt att förstå hur de fungerar och skillnaderna mellan dem så att du kan välja den mest lämpliga.

Kontaktvinkeln mellan kulorna på vinkelkontaktlager och de inre och yttre löpbanorna gör det möjligt för dem att stödja axiella belastningar i en riktning och en viss mängd radiella belastningar samtidigt. Därför används de i stor utsträckning i höghastighetsprecisionstillämpningar där noggrannhet och styvhet är avgörande, såsom verktygsmaskiner. Aubearing erbjuder vinkelkontaktspindellager i storlekar från 6 till 360 mm, med flera alternativ i material, konfigurationer och för att möta behoven i specifika applikationer. Fördelar med vinkelkontaktlager:

Vinkelkontaktlager

Mycket lämplig för höghastighetsdrift och låg friktion;
Kompakt struktur, idealisk för maskiner med begränsat utrymmesbehov.
 Ingen justering krävs för att erhålla korrekt internt spel eller förspänning.
 Den nedre axeln gör att ett stort antal kulor kan rymmas i lagret, vilket resulterar i en relativt hög bärförmåga
Utmärkt styvhet för att minimera avböjning under bearbetning och därigenom förbättra noggrannheten;

Cylindriska rullager förbättra rörelsen genom att använda cylindrar istället för bollar. Cylindriska rullager är i första hand konstruerade för att bära radiella belastningar. Cylindriska rullager består av en innerring och en yttre ring, och de cylindriska rullarna är fixerade av en bur. Dessa lager ger en större kontaktyta för effektiv lastfördelning. Cylindriska rullager är lämpliga för applikationer med medelhög till hög hastighet. Cylindriska rullager finns i många utföranden, olika serier och olika storlekar. Egenskaper och fördelar med att använda cylindriska rullager för verktygsmaskiner:

Cylindriska rullager
  • Hög radiell belastningskapacitet: Cylindriska rullager utmärker sig i applikationer som kräver betydande radiell belastningskapacitet, vilket gör dem lämpliga för tunga bearbetningsoperationer.

  • Låg friktion: Dessa lager uppvisar låg friktion under drift, vilket ökar effektiviteten och minskar värmeutvecklingen

  • Lämplig för höghastighetsapplikationer: Med korrekt design och smörjning kan cylindriska rullager uppnå höghastighetskapacitet

  • Längre livslängd än kullager av samma storlek

Koniska rullager är konstruerade för att bära sammansatta laster som verkar samtidigt. Kompositlaster inkluderar radiella och axiella krafter. De projicerade linjerna på löpbanorna skär varandra vid en gemensam punkt på lageraxeln, vilket ger verklig rullningsverkan. Koniska rullager är utformade på ett sätt att ge lågt friktionsmoment under drift. Den axiella belastningskapaciteten hos koniska rullager ökar med ökande kontaktvinkel. Kontaktvinkeln för koniska rullager sträcker sig vanligtvis från 10° till 30°. Enradiga koniska rullager motsvarar vanligtvis ett andra koniskt rullager. Genom att applicera förspänning kan stela lagerapplikationer uppnås. Fördelar med koniska rullager:

Avsmalnande rullager
  • Koniska rullager kan bära både radiella och axiella belastningar, vilket gör dem lämpliga för en mängd olika verktygsmaskiner.

  • Dessa lager erbjuder utmärkt styvhet och stabilitet, vilket säkerställer exakt bearbetningsprestanda.

  • Koniska rullager är kända för sina utmärkta prestanda i krävande applikationer

Hybrid keramiska kullager består av AISI 52100 stålringar och kiselnitrid (keramiska) kulor. Hybridkeramiska lager är en utmärkt elektrisk isolator, har extremt hög hastighet och håller längre än vanliga radiella eller djupa spårkullager. Hårdare keramiska kulor har en högre ytjämnhet utan att ta bort material från löpbanan. Lättare keramiska kulor minskar risken för falsk Brinell-skada. Eftersom keramiska kulor är 40 % mindre täta än stålkulor, producerar de mindre centrifugalbelastningar och lägre inre friktion i lagren. Lager går mycket svalare under drift på grund av lägre densitet och friktion. Den initiala kostnaden för hybridlager kan vara högre än standardstållager, men skillnaden kompenseras snabbt genom underhållsbesparingar. På grund av egenskaperna hos keramik kan hybridlager hålla upp till 10 gånger längre än vanliga stållager.

Hybrid-keramiska-kullager
  • Hybridlager ger överlägsen höghastighetsprestanda, minskar värmeutvecklingen under drift och påskyndar bearbetningsprocesser

  • Keramiska material förbättrar lagrets motståndskraft mot korrosion och slitage, vilket förlänger servicen

  • lager ger lägre friktion, vilket hjälper till att förbättra effektiviteten och maskinens totala prestanda

  • Deras unika egenskaper gör dem bäst lämpade för specifika applikationer som kräver höghastighetsprestanda och korrosionsbeständighet.

Faktorer att tänka på när du väljer spindellager

Under CNC-bearbetningsprocessen kommer spindellagret att påverkas av många faktorer. Varje CNC-bearbetningsjobb är unikt, men fysiken är konstant. Att ha en tydlig förståelse för dessa faktorer hjälper dig att fatta bättre beslut som tar dina bearbetningsfärdigheter till nya höjder.

Krav på CNC-verktygsmaskiner

Det första steget i valet av spindellager är att klargöra driftskraven för CNC-verktygsmaskinen. Det handlar om att förstå faktorer som belastningstyp (radiell, axiell eller kombinerad), driftshastighet, temperatur och miljöförhållanden. Applikationens karaktär kommer att påverka valet av olika lagertyper, inklusive spårkullager, cylindriska rullager, vinkelkontaktlager, etc.

Krav på lastkapacitet och hastighet

Lastkapacitet är den primära faktorn vid val av lager eftersom det direkt bestämmer lagrets förmåga att stödja applicerade belastningar utan för tidigt brott. Ingenjörer måste utvärdera de statiska och dynamiska belastningsförmågan hos lagret för att bestämma den maximala belastningen som lagret kan utsättas för under drift.

Dynamisk belastningsklass (C) är en nyckelspecifikation som tillhandahålls av lagertillverkare och representerar den belastning vid vilken 90 % av en uppsättning identiska lager kan arbeta utan utmattningsbrott efter en miljon varv. Genom att beräkna den ekvivalenta dynamiska lagerbelastningen (P), som tar hänsyn till olika lastkomponenter såsom radiella och axiella belastningar, kan ingenjörer utvärdera hur lagret kommer att fungera under verkliga förhållanden.

Arbetshastigheten är lika viktig, eftersom för högt varvtal kan orsaka allvarliga problem som överhettning och ökat slitage. Lagrets hastighetsgräns (n_limit) definierar den maximala hastighet som lagret tål utan negativa effekter. Ingenjörer måste säkerställa att lagrets dynamiska belastningsklass och hastighetsgräns uppfyller de specifika kraven för applikationen för att undvika förtida fel och säkerställa optimal prestanda.

Styvhet och precision

Styvhet är avgörande för snabba verktygsmaskiner eftersom exakt positionering och minimal avböjning är avgörande för tillverkning av precisionsdelar. Mycket styva lager säkerställer att axlar och komponenter förblir i avsett läge, vilket säkerställer noggrannhet och repeterbarhet.

De två grundläggande måtten på styvhet är axiell styvhet (K_a) och radiell styvhet (K_r). Axiell styvhet reflekterar lagrets motstånd mot axiell avböjning när det utsätts för axiell belastning, medan radiell styvhet anger lagrets motstånd mot radiell avböjning när det utsätts för radiell belastning. Lager med högre styvhetsvärden är lämpliga för applikationer som kräver exakt positionering, såsom CNC-maskiner, robotar och medicinsk inspektionsutrustning.

Inom precisionsteknik är lågt utlopp och axiellt utslag avgörande för att minimera excentricitet under rotation. Lager med snäva dimensionella toleranser, som de som uppfyller ABEC 7 eller högre standarder, säkerställer låga värden för löpning och axiell rörelse, vilket hjälper till att förbättra noggrannheten och smidigare drift av högpresterande verktygsmaskiners spindlar.

Spindellagerlivslängd

Spindellagrets livslängd är avgörande för att förutsäga underhållsintervall och övergripande systemtillförlitlighet. Lagrets livslängd definieras som antalet varv eller drifttimmar innan fel inträffar i 90 % av en grupp identiska lager och kan beräknas med hjälp av industristandardformler inklusive ISO 281 och ASTM F2812. Dessa beräkningar tar hänsyn till faktorer som belastning, hastighet, material, smörjning och driftsförhållanden för att uppskatta lagrets livslängd.

Miljöförhållanden

Miljöfaktorer har en betydande inverkan på valet av spindellager, eftersom tuffa förhållanden kan leda till för tidigt slitage och fel. Faktorer som fukt, damm, partiklar, frätande kemikalier etc. kan påverka lagrets prestanda och livslängd. För att möta dessa utmaningar kan ingenjörer välja lager med ytterligare skyddsfunktioner: Tätade eller skärmade lager ger ett effektivt försvar mot föroreningar, förhindrar externa partiklar från att tränga in i lagret och minskar möjligheten till underhåll. Till exempel i korrosiva miljöer är det bäst att använda lager av rostfritt stål, keramik eller andra korrosionsbeständiga material för att mildra effekterna av kemikalier.

Smörjalternativ

Rätt lagersmörjning är grunden för förlängd lagerlivslängd och optimal prestanda. Smörjmedlens funktion är att minska friktionen, avleda värme och förhindra slitage och korrosion. Valet av smörjmedelstyp (olja eller fett) och egenskaper (viskositet, tillsatser etc.) beror på faktorer som hastighet, temperatur, belastning och tätningsmekanism. Branschstandarder som ISO 281:2007 ger vägledning för att fastställa smörjkrav baserat på driftsförhållanden.

Slutsats

Verktygsmaskiner kan endast använda högkvalitativa precisionslager för att tillverka precisionsdelar. Valet av verktygsmaskiners spindellager är avgörande och måste vara exakt. Brist på smörjning, spelrum, noggrannhetsgrad, kontaktvinkel och andra detaljer kan leda till för tidigt lagerhaveri. Om du är redo att ta dina verktygsmaskiners spindellagers prestanda ännu längre, leta inte längre än till Aubearing. På Aubearing har vi åtagit oss att tillhandahålla kvalitetskullager, vinkelkontaktlager, cylindriska rullager, koniska rullager och keramiska hybridlager. Aubearing är utformad för att leverera överlägsen precision och prestanda, vilket säkerställer att din maskin går som bäst.