Gemäß der Definition in GB/T 12204-2010 ist der Spindelkasten eine kastenförmige Komponente, die die Spindel beherbergt. Der Spindelkasten ist ein wichtiger Bestandteil der Werkzeugmaschine. Es dient der Anordnung der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine, ihrer Getriebeteile und entsprechenden Zusatzmechanismen. Der Spindelkasten ist eine komplexe Getriebekomponente, einschließlich der Spindelbaugruppe, des Umkehrmechanismus, des Übertragungsmechanismus, der Bremsvorrichtung, des Betätigungsmechanismus und der Schmiervorrichtung. Seine Hauptfunktion besteht darin, die Spindel zu stützen und zu drehen, um die Funktionen Starten, Bremsen, Geschwindigkeitsänderung und Umkehren der Spindel zu realisieren.
(Dieser Artikel ist ausgewählt aus Kapitel 2, Abschnitt 3 des „Bearbeitungszentrum-Auswahlleitfadens“ Der Spindelkasten des Bearbeitungszentrums)
Die Spindelkomponente des Bearbeitungszentrums besteht aus Spindelleistungs-, Getriebe- und Spindelkomponenten. Sie ist eine der wichtigen Ausführungskomponenten der Umformbewegung des Bearbeitungszentrums. Daher muss die Spindelkomponente des Bearbeitungszentrums eine hohe Betriebsgenauigkeit, langfristige Beibehaltung der Genauigkeit und einen langfristigen Betrieb aufweisen. Genauigkeit Stabilität.
Bearbeitungszentren werden in der Regel als Präzisionswerkzeugmaschinen eingesetzt und die Laufgenauigkeit der Spindelkomponenten bestimmt die Bearbeitungsgenauigkeit der Werkzeugmaschine. Im Allgemeinen gibt es zwei Methoden zur Beurteilung der Betriebsgenauigkeit von Werkzeugmaschinen: statische Inspektion und dynamische Inspektion. Unter statischer Inspektion versteht man die Prüfung des Rundlauffehlers jeder Positionierungsfläche und Arbeitsfläche der Spindelkomponente, wenn die Spindel mit niedriger Geschwindigkeit oder manuell gedreht wird. Die dynamische Inspektion erfordert den Einsatz bestimmter Instrumente, um die Rotationsgenauigkeit der Spindel mithilfe berührungsloser Erkennungsmethoden bei der Nenngeschwindigkeit der Werkzeugmaschinenspindel zu testen. Da Bearbeitungszentren normalerweise über automatische Werkzeugwechselfunktionen verfügen und die Werkzeuge durch einen in der Spindel des Bearbeitungszentrums installierten Spannmechanismus über einen speziellen Werkzeughalter gespannt werden, muss die Rotationsgenauigkeit der Spindel den durch den Bearbeitungsfehler verursachten Fehler berücksichtigen Werkzeughalter-Positionierungsfläche.
1. Anforderungen, die das Hauptübertragungssystem erfüllen sollte
Das Bearbeitungszentrum ist eine CNC-Werkzeugmaschine mit großer Vielseitigkeit, großem Anwendungsbereich und hoher Bearbeitungseffizienz. Daher muss sein Hauptübertragungssystem vier Anforderungen erfüllen: Erstens muss es einen großen Geschwindigkeitsbereich haben; Zweitens verfügt es nicht nur über ausreichende Leistung und Drehmoment, sondern kann auch die Anforderungen der Aufrechterhaltung einer konstanten Leistung unter Hochgeschwindigkeitsbedingungen (über der berechneten Geschwindigkeit) und der Aufrechterhaltung eines konstanten Drehmoments unter Niedriggeschwindigkeitsbedingungen (unter der berechneten Geschwindigkeit) erfüllen. Drittens sollten die Komponenten des Spindelkastens über ausreichende Festigkeit, Steifigkeit und Vibrationsfestigkeit verfügen. viertens, reibungsloser und geräuscharmer Betrieb.
2. Typischer Aufbau von Spindelkasten und Elektrospindel
1. Typischer Aufbau eines Spindelkastens
(1) Einstufiger Spindelkasten mit Poly-V-Riemenantrieb. Die Hauptmotorleistung des Spindelkastens liegt unter 7,5 kW. Häufig wird die Übertragungsform der ersten Stufe mit Poly-V-Riemen (Verbundkeilriemen) verwendet. Der Hauptmotor läuft durch ein Paar Poly-V-Riemenscheiben und einen Poly-V-Riemen. Der Riemen ist mit der Hauptwelle verbunden und zur Erhöhung des Drehmoments wird eine Geschwindigkeitsreduzierungsübertragungsmethode verwendet.
(2)) Das Zahnradgetriebe-Spindelgehäuse verwendet im Allgemeinen eine Expansionsgruppe der ersten Stufe, um den Drehzahlbereich zu vergrößern und das Drehmoment bei niedriger Drehzahl zu verbessern. Da es nur zwei Gänge gibt, einen hohen und einen niedrigen, ist der Übertragungsmechanismus relativ einfach.
(3) Direkt gekoppelter Spindelkasten Unter direkt gekoppeltem Spindelkasten versteht man einen Spindelkasten, bei dem der Spindelmotor und die Spindel direkt verbunden sind. Es gibt zwei Direktverbindungsmethoden für direkt gekoppelte Spindelkästen: Zum einen wird der Hauptmotor über eine Kupplung mit der Spindel verbunden. Das andere ist, dass der Hauptmotor in einen Spindelkasten umgewandelt wird, der Rotor als Spindel ausgeführt ist und der Stator im Inneren des Spindelkastens installiert ist.
2. Elektrische Spindel
Die Werkzeugmaschinenspindel bezieht sich auf die Achse der Werkzeugmaschine, die das Werkstück oder Werkzeug in Rotation versetzt. Es besteht normalerweise aus einer Spindel, Lagern und Übertragungsteilen (Zahnrädern oder Riemenscheiben). Mit der rasanten Entwicklung und Verbesserung der elektrischen Übertragungstechnik wurde die mechanische Struktur des Hauptübertragungssystems von Hochgeschwindigkeits-CNC-Werkzeugmaschinen erheblich vereinfacht und Riemenscheibenübertragung und Zahnradübertragung wurden eliminiert. Die Werkzeugmaschinenspindel wird direkt von einem eingebauten Motor angetrieben. Diese Getriebestruktur, bei der der Spindelmotor und die Werkzeugmaschinenspindel „in einem vereint“ sind, wird „elektrische Spindel“ genannt. Es macht die Spindelkomponenten unabhängig vom Übertragungssystem und der Gesamtstruktur der Werkzeugmaschine.
Die elektrische Spindel bietet nicht nur die Vorteile einer kompakten Bauweise, eines geringen Gewichts, einer geringen Trägheit, eines geringen Geräuschpegels und einer schnellen Reaktion, sondern verfügt auch über eine hohe Drehzahl und eine hohe Leistung, was die Konstruktion von Werkzeugmaschinen vereinfachen und die Spindelpositionierung erleichtern kann. Es ist eine ideale Struktur für Hochgeschwindigkeitsspindeleinheiten. Das elektrische Spindellager nutzt die Hochgeschwindigkeitslagertechnologie, ist verschleißfest und hitzebeständig und hat eine um ein Vielfaches höhere Lebensdauer als herkömmliche Lager. Abbildung 2-26 zeigt die tatsächliche elektrische Spindel.
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Abbildung 2-26 Tatsächliche elektrische Spindel
Tabelle 2-2 zeigt die Parameter der Elektrospindel eines Bearbeitungszentrums einer bestimmten Marke. Wie aus der Tabelle hervorgeht, können je nach Bearbeitungsmaterial und -prozess im gleichen Bearbeitungszentrumsmodell Elektrospindeln mit unterschiedlichen Drehzahlen und Drehmomenten eingesetzt werden. Das Aufkommen von Doppelspindel- oder sogar Mehrachsen-Bearbeitungszentren hat die Bearbeitungseffizienz von Bearbeitungszentren weiter verbessert.
Tabelle 2-2 Elektrische Spindelparameter einer bestimmten Marke eines Bearbeitungszentrums
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Für den Betrieb motorisierter Spindeln sind häufig unterschiedliche Medien erforderlich. Beispielsweise muss Druckluft zugeführt werden, um eine Luftabdichtung der Spindel zu erreichen, Kühlwasser muss zugeführt werden, um das Innere der Spindel zu kühlen, und Hydrauliköl muss zugeführt werden, um eine Klemmung des Werkzeughalters zu erreichen. Daher muss die Schlüsselkomponente des Drehgelenks das Medium am hinteren Ende der rotierenden Spindel passieren. Abbildung 2-27 zeigt das tatsächliche Drehgelenk.
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Abbildung 2-27 Tatsächliches Drehgelenk
Das Prinzip des Drehgelenks ist in Abbildung 2-28 dargestellt. Das Medium gelangt über die festen Rohrleitungen P1 und P2 in das Bauteil 2 der Drehdurchführung. Die Komponente 2 bleibt feststehend und die Komponente 1 kann sich mit der Hauptwelle drehen. Es können beide Komponenten 1 und 2 realisiert werden. Durch den Durchgang des Mediums kann eine gute Abdichtung gewährleistet werden. Diese Art von Drehgelenk wird häufig in verschiedenen Spindeltypen verwendet. Es ist zu beachten, dass dieses Teil aufgrund von Unrundheit am hinteren Ende der Spindel nach einiger Zeit beschädigt wird. Wenn die Spindel selbst einen großen Schlag aufweist, beschleunigt dies die Beschädigung des Drehgelenks.
