Vindt u het moeilijk om het juiste spindeltoerental te vinden voor uw CNC-opdrachten? Onjuiste toerentallen kunnen leiden tot slechte afwerking, gebroken gereedschap en tijdverlies. Inzicht in snelheidscontrolemethoden helpt om de prestaties van uw machine te optimaliseren.

Het CNC spiltoerental wordt voornamelijk geregeld via geprogrammeerde 'S'-commando's (bijvoorbeeld S1000 voor 1000 tpm) die door de besturing worden geïnterpreteerd, vaak met behulp van een variabele frequentieregelaar (VFD) voor soepele aanpassing. Sommige systemen gebruiken M-codes voor snelheidsbereiken of Constant Surface Speed (CSS) voor draaien.

kennen hoe De manier waarop de snelheid wordt aangestuurd is belangrijk, maar deze controle wordt verschillend toegepast afhankelijk van de fysieke constructie van de spindel zelf. Het type spindelaandrijving heeft een grote invloed op de manier waarop deze methoden werken en op de algehele mogelijkheden van de machine.

Wat zijn de typen spindels in CNC-bewerkingscentra?

In de war door termen als riemaangedreven, tandwielaangedreven of elektrische spindels? Als u het verkeerde type kiest, kan dat de snelheid, het koppel en de nauwkeurigheid van uw machine beperken, waardoor uw productiemogelijkheden en geschiktheid voor het werk mogelijk in het gedrang komen.

Gangbare CNC spindeltypes zijn onder andere riemaangedreven (kosteneffectief), tandwielaangedreven (hoog koppel), direct aangedreven/elektrische spindels (hoge snelheid, nauwkeurig), naast variaties zoals spindels met hoge snelheid, lage snelheid, frezen of slijpen die specifiek ontworpen zijn voor bepaalde taken.

Bij J&M Machine Tools zien we hoe het type spindel de prestaties dicteert. Uw onderzoek bevestigt de hoofdcategorieën:

• Tandwielaangedreven spindels¹

  Deze gebruiken transmissietandwielen tussen de motor en de spindel. Deze opstelling vermenigvuldigt het koppel, vooral bij lage snelheden, waardoor het ideaal is voor zwaar zaagwerk in taaie materialen. Tandwielveranderingen (vaak 1-4 groepen) zijn meestal geautomatiseerd via hydrauliek of elektromagnetische koppelingen die worden aangestuurd door de PLC, waardoor een gesegmenteerde traploze snelheidsregeling mogelijk is in combinatie met variatie in het motortoerental. Ze leveren een hoog koppel, maar kunnen lawaai en trillingen veroorzaken en de topsnelheden zijn meestal beperkt.

• Riemaangedreven spindels²

  Een motor is via een riem (V-snaar of synchroon) verbonden met de spindel. Dit is een veelgebruikt, kosteneffectief ontwerp waarbij prestaties en prijs in evenwicht zijn. Het isoleert sommige motortrillingen, maar riemen kunnen uitrekken, slippen, de topsnelheid beperken (in vergelijking met directe aandrijving) en vereisen onderhoud (spannen, vervangen). Goed voor algemene machinale bewerking en toepassingen waarbij extreme snelheid of stijfheid niet van het grootste belang is.

• Spindels met directe aandrijving³ (Geïntegreerde motor/elektrische assen)

  Hierbij is de motor direct in de spindel ingebouwd, waardoor riemen en tandwielen overbodig zijn. Dit biedt de hoogste potentiële snelheden (vaak 20.000 RPM of veel meer), de snelste acceleratie/vertraging, uitstekende nauwkeurigheid dankzij de hoge stijfheid en minimale trillingen. Ze genieten steeds meer de voorkeur voor machinale bewerking met hoge snelheid en precisiewerk. Het beheersen van de warmte die door de geïntegreerde motor wordt gegenereerd is cruciaal.

• Andere classificaties

  Spindels kunnen ook grofweg worden gecategoriseerd op snelheid (hoge snelheid vs. lage snelheid) of toepassing (frezen, draaien, slijpen), vaak afgestemd op een van de bovenstaande aandrijvingstypen.

Hoe bieden spindels met directe aandrijving voordelen in snelheid en nauwkeurigheid ten opzichte van riemaangedreven types?

Voelt de keuze tussen direct aangedreven en riemaangedreven spindels complex aan? De verkeerde kiezen kan de topsnelheid, reactiesnelheid en uiteindelijke bewerkingsnauwkeurigheid van uw machine beperken voor veeleisende taken met hoge precisie.

Spindels met directe aandrijving bieden hogere snelheden, snellere versnelling/vertraging en een betere nauwkeurigheid omdat de directe motorverbinding riemrek, slip, trillingen en transmissieverliezen elimineert, wat resulteert in een hogere stijfheid en efficiëntie.

De verbindingsmethode is de sleutel. Directe aandrijving blinkt uit in prestatiekritische gebieden⁴:

Riemaangedreven systemen zijn voor veel taken bewezen en kosteneffectief. Echter, voor toepassingen die een topsnelheid, snelle veranderingen (zoals tappen), de hoogste precisie en superieure oppervlakteafwerking vereisen (vaak voorkomend in de ruimtevaart of bij het maken van mallen), rechtvaardigen de voordelen van directe aandrijving vaak de hogere initiële investering dankzij minder trillingen, betere thermische stabiliteit (met koeling) en minder onderhoud op lange termijn.

Waarom is spindelkoeling belangrijk voor verschillende typen spindels?

Heeft u gemerkt dat uw spindel heet wordt tijdens lange runs of hoge snelheden? Het negeren van de spiltemperatuur kan leiden tot thermische uitzetting, nauwkeurigheidsverlies, voortijdige lagerschade en kostbare stilstand, ongeacht het type spindel.

Spilkoeling is cruciaal omdat het de gegenereerde warmte afvoert, thermische uitzetting voorkomt die de bewerkingsnauwkeurigheid beïnvloedt, de lagertemperatuur optimaal houdt om de levensduur te verlengen en een betrouwbare werking op hoge snelheid mogelijk maakt voor alle typen spindels.

Warmte komt van lagers, motoren (vooral geïntegreerde) en snijden. Hittebeheer is onontbeerlijk voor prestaties en een lange levensduur:

• Behoud van nauwkeurigheid⁵: Hitte zorgt ervoor dat onderdelen uitzetten (thermische groei). Hierdoor verandert de precieze positie van het gereedschap, waardoor toleranties verloren gaan. Koeling minimaliseert deze drift, wat essentieel is voor precisiewerk.
• Lager levensduur⁶: Lagers hebben een optimaal temperatuurbereik. Te veel warmte breekt het smeermiddel af en veroorzaakt snelle slijtage, wat leidt tot defecten. Koeling beschermt dit kritieke onderdeel en verlengt de levensduur van de spindel aanzienlijk.
• Aanhoudende prestaties: Hoge snelheden genereren aanzienlijke warmte. Zonder effectieve koeling kunnen spindels (vooral direct aangedreven) niet lang op piektoerentallen draaien zonder oververhitting, schade of gedwongen uitschakeling. Koeling maakt een continue werking met hoge prestaties mogelijk.
• Betrouwbaarheid en veiligheid: Een koele spindel draait betrouwbaarder en vermindert onverwachte storingen. Het voorkomt ook extreme oververhitting die veiligheidsrisico's met zich mee kan brengen.

Gebruikelijke methoden zijn onder andere:

• Luchtkoeling: Gebruikt ventilatoren of perslucht. Eenvoudiger, goedkoper, geschikt voor minder veeleisende toepassingen of spindels met lagere snelheden.
• Vloeistofkoeling (water/olie)⁷: Circuleert een temperatuurgeregelde vloeistof door jacks in het spindelhuis. Veel effectiever, essentieel voor spindels met hoge snelheid en hoog vermogen, met superieure thermische stabiliteit.
• Integratie koelvloeistofsysteem: Minder gebruikelijk voor primaire spindelkoeling, maar soms kan machinekoelvloeistof helpen. Speciale vloeistofsystemen met gesloten lus hebben over het algemeen de voorkeur voor een nauwkeurige temperatuurregeling.

Welke factoren moeten van invloed zijn op de keuze van het spiltype bij het selecteren van een CNC-bewerkingscentrum?

Selecteert u een nieuwe CNC machine, maar wordt u overweldigd door spindelopties zoals BT30, BT40, of riem versus directe aandrijving? Een verkeerde keuze betekent dat de machine mogelijk niet de snelheid, het koppel of de precisie heeft die nodig zijn voor uw typische opdrachten en materialen.

Belangrijke factoren zijn onder andere de primaire bewerkingstoepassing (materiaal, bewerkingstype), vereiste toerental-/vermogen-/koppelbereiken, interfacebehoeften van het gereedschap (conusgrootte, koelmiddel), effectiviteit van het koelsysteem, onderhoud, kosten (initieel vs. op lange termijn) en machinecompatibiliteit.

De spindel afstemmen op je werk is cruciaal. Overweeg de volgende punten:

Het met hoge snelheid nabewerken van aluminium geeft bijvoorbeeld de voorkeur aan een BT30/HSK spindel met directe aandrijving en vloeistofkoeling. Zware voorbewerking van staal vraagt misschien om een tandwielaangedreven of robuuste riemaangedreven BT50. Een algemene werkplaats vindt misschien dat een BT40 (riem of direct) de beste veelzijdigheid biedt. Analyseer uw primaire behoeften zorgvuldig.

Conclusie

Als u de besturing van CNC-spindels, de verschillende typen spindels, de kritieke rol van koeling en de factoren die de selectie bepalen begrijpt, kunt u uw bewerkingscentrum effectief kiezen en gebruiken voor optimale resultaten en duurzaamheid.