Non riuscite a trovare la giusta velocità del mandrino per i vostri lavori CNC? Un numero di giri non corretto può portare a finiture scadenti, utensili rotti e perdite di tempo. La comprensione dei metodi di controllo della velocità aiuta a ottimizzare le prestazioni della macchina.

La velocità del mandrino CNC è controllata principalmente tramite comandi programmati "S" (ad esempio, S1000 per 1000 giri/min) interpretati dal controllo, spesso utilizzando un variatore di frequenza (VFD) per una regolazione regolare. Alcuni sistemi utilizzano i codici M per le gamme di velocità o la velocità superficiale costante (CSS) per la tornitura.

Conoscere come Il comando della velocità è importante, ma questo controllo viene applicato in modo diverso a seconda della struttura fisica del mandrino stesso. Il tipo di azionamento del mandrino influisce in modo significativo sul funzionamento di questi metodi e sulle capacità complessive della macchina.

Quali sono i tipi di mandrini nei centri di lavoro CNC?

Siete confusi da termini come mandrini a cinghia, a ingranaggi o elettrici? La scelta del tipo sbagliato può limitare la velocità, la coppia e la precisione della macchina, ostacolando potenzialmente le capacità produttive e l'idoneità al lavoro.

I tipi di mandrini CNC più comuni sono quelli a cinghia (economici), a ingranaggi (ad alta coppia), a trasmissione diretta/elettrica (ad alta velocità e precisi), oltre a varianti come mandrini ad alta velocità, a bassa velocità, di fresatura o di rettifica, progettati per compiti particolari.

Alla J&M Machine Tools, vediamo come il tipo di mandrino determini le prestazioni. La vostra ricerca conferma le principali categorie:

• Mandrini a ingranaggi¹

  Utilizzano ingranaggi di trasmissione tra il motore e il mandrino. Questa configurazione moltiplica la coppia, soprattutto alle basse velocità, rendendola ideale per il taglio pesante di materiali tenaci. I cambi di marcia (spesso da 1 a 4 gamme) sono in genere automatizzati tramite frizioni idrauliche o elettromagnetiche controllate dal PLC, consentendo un controllo della velocità stepless a segmenti se combinato con la variazione della velocità del motore. Forniscono una coppia elevata ma possono introdurre rumore e vibrazioni e le velocità massime sono solitamente limitate.

• Mandrini a cinghia²

  Un motore si collega al mandrino tramite una cinghia (cinghia trapezoidale o sincrona). Si tratta di un design comune ed economico che bilancia prestazioni e prezzo. Isola alcune vibrazioni del motore, ma le cinghie possono allungarsi, slittare, limitare la velocità massima (rispetto all'azionamento diretto) e richiedere manutenzione (tensionamento, sostituzione). È un'ottima soluzione per le lavorazioni generiche e per le applicazioni in cui la velocità o la rigidità estreme non sono fondamentali.

• Mandrini ad azionamento diretto³ (Motore integrato/mandrini elettrici)

  In questo caso, il motore è integrato direttamente nel gruppo del mandrino, eliminando cinghie e ingranaggi. In questo modo si ottengono le velocità potenziali più elevate (spesso 20.000 giri/min. o molto di più), l'accelerazione/decelerazione più rapida, un'eccellente precisione grazie all'elevata rigidità e vibrazioni minime. Sono sempre più preferiti per le lavorazioni ad alta velocità e per i lavori di precisione. La gestione del calore generato dal motore integrato è fondamentale.

• Altre classificazioni

  I mandrini possono anche essere classificati in base alla velocità (alta velocità o bassa velocità) o all'applicazione (fresatura, tornitura, rettifica), spesso in linea con uno dei tipi di azionamento di cui sopra.

In che modo i mandrini ad azionamento diretto offrono vantaggi in termini di velocità e precisione rispetto ai tipi a cinghia?

La scelta tra mandrini a trasmissione diretta e mandrini a cinghia sembra complessa? La scelta di quello sbagliato può limitare la velocità massima della macchina, la sua reattività e l'accuratezza della lavorazione per i lavori più impegnativi e di alta precisione.

I mandrini ad azionamento diretto offrono velocità più elevate, accelerazioni/decelerazioni più rapide e una migliore precisione perché il collegamento diretto del motore elimina l'allungamento della cinghia, lo slittamento, le vibrazioni e le perdite di trasmissione, con conseguente maggiore rigidità ed efficienza.

Il metodo di collegamento è fondamentale. L'azionamento diretto eccelle in aree critiche per le prestazioni⁴:

Aspetto	Mandrini ad azionamento diretto	Mandrini a cinghia
Capacità di velocità	Molto elevato (ad esempio, 20k+ RPM), accelerazione/decelerazione rapida	Da moderata a elevata, limitata dal sistema di cinghie, accelerazione/decelerazione più lenta
Precisione	Eccellente; le vibrazioni/il contraccolpo minimizzano la precisione.	Buono; il potenziale allungamento del nastro/vibrazione può influire sulla ripetibilità.
Rigidità	Alta; l'assenza di flessione del nastro riduce la flessione sotto carico.	Inferiore; le cinghie possono presentare una flessione che influisce sulla rigidità.
Manutenzione	Più basso; meno parti mobili (assenza di cinghie/pulegge).	Più alto; richiede il tensionamento della cinghia, il controllo dell'allineamento e la sostituzione.
Efficienza	Maggiore; la trasmissione diretta della coppia riduce al minimo la perdita di energia.	Inferiore; perdita di energia potenziale dovuta all'attrito/scivolamento del nastro.
Vibrazioni	Riduzione; funzionamento più fluido, possibilità di una migliore finitura superficiale.	Può essere più alto; può provocare il chattering dell'utensile, compromettendo la finitura.
Costo	Costo iniziale più elevato.	Costo iniziale inferiore.

I sistemi a cinghia sono collaudati e convenienti per molte attività. Tuttavia, per le applicazioni che richiedono la massima velocità, cambi rapidi (come la maschiatura), la massima precisione e finiture superficiali superiori (comuni nel settore aerospaziale o nella costruzione di stampi), i vantaggi dell'azionamento diretto spesso giustificano l'investimento iniziale più elevato grazie alla riduzione delle vibrazioni, alla migliore stabilità termica (con il raffreddamento) e alle minori esigenze di manutenzione a lungo termine.

Perché il raffreddamento del mandrino è importante per i diversi tipi di mandrino?

Avete notato che il vostro mandrino si surriscalda durante le lunghe corse o le operazioni ad alta velocità? Ignorare la temperatura del mandrino può portare a dilatazione termica, perdita di precisione, rottura prematura dei cuscinetti e costosi tempi di fermo, indipendentemente dal tipo di mandrino.

Il raffreddamento del mandrino è fondamentale perché elimina il calore generato, prevenendo l'espansione termica che influisce sulla precisione di lavorazione, mantenendo le temperature ottimali dei cuscinetti per prolungarne la durata e consentendo un funzionamento ad alta velocità sostenuto e affidabile per tutti i tipi di mandrino.

Il calore proviene da cuscinetti, motori (soprattutto quelli integrati) e taglio. La sua gestione non è indispensabile per garantire prestazioni e durata:

• Conservazione della precisione⁵: Il calore provoca l'espansione dei componenti (crescita termica). Ciò modifica la posizione precisa dell'utensile, rovinando le tolleranze. Il raffreddamento riduce al minimo questa deriva, fondamentale per i lavori di precisione.
• Longevità dei cuscinetti⁶: I cuscinetti hanno un intervallo di temperatura ottimale. Il calore eccessivo rompe il lubrificante e provoca una rapida usura, con conseguenti guasti. Il raffreddamento protegge questo componente critico, prolungando notevolmente la durata del mandrino.
• Prestazioni sostenute: Le alte velocità generano un notevole calore. Senza un raffreddamento efficace, i mandrini (in particolare quelli ad azionamento diretto) non possono funzionare a lungo ai massimi regimi senza surriscaldamento, danni o arresti forzati. Il raffreddamento consente un funzionamento continuo ad alte prestazioni.
• Affidabilità e sicurezza: Un mandrino freddo funziona in modo più affidabile, riducendo i guasti imprevisti. Inoltre, evita il surriscaldamento estremo che potrebbe comportare rischi per la sicurezza.

I metodi più comuni includono:

• Raffreddamento ad aria: Utilizza ventole o aria compressa. Più semplice, a basso costo, adatto ad applicazioni meno impegnative o a mandrini a bassa velocità.
• Raffreddamento a liquido (acqua/olio)⁷: Fa circolare un fluido a temperatura controllata attraverso le camicie dell'alloggiamento del mandrino. Molto più efficace, è essenziale per i mandrini ad alta velocità e ad alta potenza e garantisce una stabilità termica superiore.
• Integrazione del sistema di raffreddamento: Meno comune per il raffreddamento primario del mandrino, ma il refrigerante della macchina può talvolta essere di aiuto. In genere, per un controllo preciso della temperatura, si preferiscono sistemi a liquido dedicati a circuito chiuso.

Quali fattori devono influenzare la scelta del tipo di mandrino quando si seleziona un centro di lavoro CNC?

State scegliendo una nuova macchina CNC ma siete sopraffatti dalle opzioni per il mandrino, come BT30, BT40 o cinghia o trasmissione diretta? Una scelta sbagliata significa che la macchina potrebbe non avere la velocità, la coppia o la precisione necessarie per i lavori e i materiali tipici.

I fattori chiave includono l'applicazione principale di lavorazione (materiale, tipo di operazione), gli intervalli di velocità/potenza/coppia richiesti, le esigenze di interfaccia dell'utensile (dimensioni del cono, refrigerante), l'efficacia del sistema di raffreddamento, la manutenzione, il costo (iniziale e a lungo termine) e la compatibilità della macchina.

L'adattamento del mandrino al lavoro è fondamentale. Considerate questi punti:

Fattore	Descrizione	Impatto sulla scelta
Applicazione/Materiale	Sgrossatura dell'acciaio vs. finitura dell'alluminio? Fresatura, foratura, maschiatura, tornitura?	Determina la coppia, la gamma di velocità e la rigidità richieste.
Velocità e potenza del mandrino8	Numero di giri massimo necessario? Potenza in cavalli? Curva di coppia adeguata alle velocità critiche?	Le esigenze di alta velocità favoriscono l'azionamento diretto; i tagli pesanti necessitano di coppia (cinghia dentata/forte).
Tipo di mandrino (azionamento)	Azionamento a cinghia, a ingranaggi, a trasmissione diretta.	Bilanciare costi, velocità, precisione, esigenze di manutenzione.
Sistema di raffreddamento9	Efficacia dell'aria rispetto al liquido per il ciclo di lavoro e la velocità previsti.	L'utilizzo ad alta velocità/pesante richiede in genere un efficace raffreddamento a liquido.
Sistema di presa dell'utensile	Dimensione del cono (BT30/40/50, HSK)? È necessario un refrigerante passante per il mandrino?	Deve corrispondere all'inventario degli utensili e ai requisiti del lavoro (cono più grande = maggiore rigidità).
Compatibilità della macchina	Integrazione del mandrino con la struttura della macchina e il sistema di controllo.	Assicura il corretto funzionamento e la rigidità.
Manutenzione e longevità10	Facilità di assistenza, disponibilità dei ricambi, durata prevista.	Spesso la manutenzione della trasmissione diretta è minore; la cinghia e l'ingranaggio devono essere controllati periodicamente.
Considerazioni sui costi	Prezzo di acquisto iniziale vs. costo totale di proprietà (manutenzione, energia).	Bilanciare il budget iniziale con il valore e le prestazioni a lungo termine.
Rumore e vibrazioni	Impatto sulla precisione e sull'ambiente di lavoro.	La trasmissione diretta è in genere più silenziosa e fluida.
Scalabilità futura	Il mandrino è in grado di gestire eventuali lavori o aggiornamenti futuri?	Assicura l'utilità a lungo termine dell'investimento.

Ad esempio, la finitura ad alta velocità dell'alluminio predilige un mandrino BT30/HSK ad azionamento diretto con raffreddamento a liquido. La sgrossatura pesante dell'acciaio potrebbe richiedere un BT50 con trasmissione a ingranaggi o a cinghia. Per un'officina generica, un BT40 (a cinghia o diretto) potrebbe offrire la migliore versatilità. Analizzate attentamente le vostre esigenze primarie.

Conclusione

La comprensione del controllo dei mandrini CNC, dei diversi tipi di mandrini, del ruolo critico del raffreddamento e dei fattori che guidano la selezione consente di scegliere e utilizzare il centro di lavoro in modo efficace per ottenere risultati ottimali e una maggiore durata.

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