اسپیندل موتور چیست و بررسی عملکرد و ساختمان آن

اسپیندل موتور چیست و بررسی عملکرد و ساختمان آن: در این قسمت می توانید تعاریف مختلفی از spindle motor را مشاهده کنید و همچنین برخی نکات مربوط به ساختمان این موتورها شرح داده شده است.

♦ تعریف اول : 

اسپیندل موتور

اسپيندل يكي از قطعات اصلي در دستگاه هاي cnc است. وجود اسپيندل در دستگاه هاي cnc چوب ، طلا ، سنگ و دستگاه هايي كه عمليات حكاكي انجام ميدهند الزامي ست.

اساس كار اسپيندل ، چرخاندن سريع ابزار است. چرخش قطعه کار و یا ابزار باعث ایجاد قدرت براده برداري می شود و هرچقدر این چرخش سريعتر باشد ، كيفيت براده برداري بيشتر خواهد بود.

√ دسته بندي انواع اسپيندل :
اسپيندل ها را با پارامترهاي مختلفي ميتوان دسته بندي كرد. در اين مقاله از نظر قدرت ، سرعت ، ابزار گير و سيستم خنك كننده اسپيندل ها را بررسي ميكنيم.

◊ قدرت :

هرچه قدرت اسپيندل بيشتر باشد ، ابزار بزرگ تري را ميجرخاند و سطح بيشتري را براده برداري ميكند و نتيجتا سرعت ماشين كاري بيشتر خواهد بود. همچنين قدرت بيشتر احتمال گير كردن ابزار در كار حين ماشين كاري را كاهش ميدهد و ميتوانيد عمق بيشتري را ماشين كاري كنيد. البته قدرت تحمل ابزار هم بايد زياد باشد.

این نکته را در نظر داشته باشید که قدرت زياد قيمت را هم افزايش ميدهد و معمولا در سرعت هاي بالا قدرت كم ميشود.
      – براي cnc چوب، قدرت 3 كيلووات و بيشتر لازم است.
      – براي اسپيندل دستگاه cnc طلا قدرت 0.7 كيلووات و بيشتر كاربرد دارد.
      – براي كار سنگ قدرت 5 كيلووات به بالا توصيه ميشود.

◊ سرعت :

اسپيندل سيستمي است كه براي سرعت هاي بيش از 10000 دور در دقيقه ساخته مي شود و با پيشرفت تكنولوژي به سمت سرعت هاي بيشتر پيش ميرود. سرعت اسپيندل پيش نياز سرعت پيشروي ماشين كاري است. همچنين كيفيت سطح كار با سرعت بالا افزايش ميابد، معمولا در سرعت زياد، احتمال شكستن ابزار كم ميشود.

در اسپيندل هاي هواخنك (در ادامه توضيح داده شده) با افزايش سرعت ، صداي اسپيندل زياد ميشود به طوريكه صداي اسپيندل هواخنك 60000 دور براي كارطولاني غيرقابل تحمل است.

در حال حاضر اسپيندل هاي تا سرعت 120000 دور در دقيقه هم توليد شده است كه در هر ثانيه 2000 دور ميزند. براي كار چوب سرعت خيلي زياد (بيش از 36000) چوب را ميسوزاند و رنگ سطح را تغيير ميدهد.

    – در cnc طلا ، سرعت و جلاي سطح ماشين كاري، رابطه مستقيم دارند و تا 60000 دور هم در ايران استفاده ميشود.
    – براي cnc چوب، سرعت بين 18000 تا 36000 دور در دقيقه پيشنهاد ميشود.
    – براي اسپيندل دستگاه cnc طلا سرعت 24000 دور و بيشتر كاربرد دارد.
    – براي كار سنگ سرعت 18000 تا 24000 دور توصيه ميشود.

جهت كنترل سرعت اسپيندل از اينورتر استفاده ميگردد که نوع اینورتر متناسب با نوع و قدرت اسپیندل انتخاب می شود.

◊ ابزار گير :

وظيفه ي اصلي اسپيندل گرفتن و چرخاندن ابزار است ونحوه ي گرفتن ابزار معمولا از دو نوع استاندارد پيروي ميكند.

مورس :يك قلم بند مخروطي داخل قسمت مخروطي اسپيندل قرار گرفته و با فشار هوا فيكس ميشود.
در اين روش تعويض ابزار سريع و راحت است و معمولا در اسپيندل هاي toolchang كه تعويض ابزار اتوماتيك است از استاندارد مورس استفاده ميگردد.

 کولت ( ER Collet ): قطعه اي كه اصطلاحا فشنگي ناميده ميشود و به شكل مخروطي ست ، داخل قسمت مخروطي سر اسپيندل قرار ميگيرد. با بسته شدن مهره ، فشنگي داخل رفته و علاوه بر فيكس و مركز كردن ابزار، در محل خود محكم ميشود.

در عكس زير نحوه ي صحيح بستن فشنگي در مهره اسپيندل شكل B است. و در  تصویر زیرین آن پارامترهاي مهم در انتخاب فشنگي نشان داده شده است. اكثر اسپيندل هاي cnc هاي هنري در ايران از اين استاندارد پيروي ميكنند. براي خريد فشنگي ، قطر ابزارگير (در عكس بالا d) و همچنين D1 را بايد بدانيد.

◊ سيستم خنك كننده :

سرعت بالاي اسپيندل ، موجب داغ شدن قطعات چرخنده ميشود. گرم شدن موجب استهلاك ميشود و بايستي خنك گردد
در حال حاضر دو روش براي گرفتن گرماي اسپيندل وجود دارد.
1- هواخنك   2- آب خنك

سيستم هواخنك :

در روش هواخنك، بالاي شافت چرخنده ي اسپيندل يك فن قرار دارد و با چرخش اسپيندل ميچرخد.

اسپيندل هواخنك معمولا مقطع مستطيلي به شكل زير دارد. چرخش فن بالاي اسپيندل ، هواي داخل محفظه را به چرخش در آورده و گرما را دفع ميكند. البته اطراف اين اسپيندل هم آب قرار دارد ولي در گردش نيست.

سيستم اسپيندل آب خنك :

اسپيندل هاي آب خنك مقطع دايره دارند و يك ورودي و يك خروجي آب دارند. براي نصب بايد يك مخزن و پمپ آب داشته باشيد و حتي الامكان از سنسور حرارت آب استفاده نمائيد.

…………………………………………………………..

♦ تعریف دوم:
ا سپیندل موتور یکی از اجزای اصلی دستگاههای سی ان سی می باشد که وظیفه آنها براده برداری می باشد . متاسفانه اطلاعات در خصوص اسپيندل موتور در ایران بسیار کم می باشد و از آن صرفا بعنوان یک قطعه مورد استفاده درCNC ها شناخته می شود. لازم می دانم در این خصوص کمی صحبت برای شما عزیزان داشته باشد .

اسپیندل موتور در خانواده موتورها در سریAC موتورها محسوب می شود . دقیقا مانند موتور کولری که در منزلتان دیده اید . تفاوتهایی که این دو موتور باهم دارند بیشتر در دوام عمر آنها در دور بالاست . فرکانس برق از جمله مهمترین عامل در سرعت دوران موتورهای های اسپید می باشد . اگر اسپیندل موتورها را به برق سه فاز شهر وصل نمایید همانند یک موتور عادی شروع به دوران می کند . دور آن حدود 2800 دور بر دقیقه می باشد. جهت افزایش فرکانس به یک اینورتر نیاز داریم . اینورتر را تهیه کنید و اسپیندل را به آن وصل نمایید. فرکانس 50 هرتز همان عکس العمل برق شهر  را بر روی موتور ایجاد می کند . فرکانس را افزایش دهید . دور موتور افزایش پیدا می کند . اگر موتور توان دوران 24000 دور را داشته باشد با افزایش فرکانس به 400 هرتز به دور 24000 دور خواهید رسید . موتور کولر را هم اگر به اینورتر وصل نمایید و افزایش فرکانس دهید دور آن افزایش می یابد . بالا و بالاتر می رود و ناگهان می سوزد یا قفل می کند یا متلاشی می شود . می دانید چرا ؟

اسپیندل موتورها دارای چند خاصیت هستند که در موتورهای معمولی این موارد ایجاد نشده است . اولین مورد سنکرون بودن شفت روتور آنها می باشد . مثلا اگر اسپیندل موتور شما 24000 RPM باشد . در کارخانه سازنده شفت روتور را با دور 30000 دور بر دقیقه بالانس نموده اند تا جلوی لرزش شفت در دورهای بالا گرفته شود . یکی از مشکلات موتور معمولی در دورهای بالا همین است . مطلب بعدی بسیار مهم بلبرینگ های مورد استفاده در اسپیندل موتورها بالاخص بلبرینگهای ابتدای موتور می باشد . بلبرینگهای اسپیندل موتورها، های اسپید می باشد . در بعضی از موتورها که دارای کلاس بالاتری نیز می باشند از بلبرینگ های سرامیکی می باشد . بلبرینگهای دور بالا توان تحمل حرارتی بالا می باشند . سرامیکی بودن تغییرات انبساط و انقباض کم دارند و در دورهای بالا گریپاچ نمی کنند اما مشکلی که دارند قیمت بسیار بالای آنها می باشد .
…………………………………………………………..
♦ تعریف سوم:

اسپیندل موتوری است در دستگاه CNC كه ابزار و مته روي آن بسته مي شود و با حركت دوار طرح مورد نظر را روي متريال ايجاد مي نمايد و به وسيله آب خنك مي شود و در توان هاي مختلف موجود مي باشد. اسپیندل قطعه حساس در دستگاه سی ان سی می باشد ، بنابر این ضمن مهم بودنقیمت اسپیندل کیفیت آن نیز بسیار مهم می باشد.

وجود اسپيندل در دستگاه هاي cnc چوب ، طلا ، سنگ و دستگاه هايي كه عمليات حكاكي انجام ميدهند الزامي ست. اساس كار اسپيندل ، چرخاندن سريع ابزار است. چرخش قدرت براده برداري ايجاد ميكند و هرچقدر سريعتر باشد ، كيفيت براده برداري بيشتر است

…………………………………………………………..

 ♦ تعریف چهارم:

اسپيندل موتور (Spindle Motor):

اسپيندل ها نوع خاصي از موتورهاي AC پرسرعت (High speed) هستند كه به وسيله درايوهاي فركانس بالا كنترل مي شوند و بيشتر در صنعتCNC سازي  براي عمليات حكاكي ، برش و فرز مورد استفاده قرار مي گيرند .

اسپيندل ها به دو دسته اصلي (دستي و اتوماتيك) دسته بندي می شوند ، در نوع اتوماتيك عمليات تعويض ابزار به صورت خودكار انجام مي گيرد .

اين نوع موتورها از نظر نوع تهويه و خنك شوندگي به دو نوع هوا خنك (Air cooling) و آب خنك (Water cooling) تقسيم مي شوند ،كه در سيستم هاي آب خنك عمليات براده برداری بسيار روانتر و كم صدا تر صورت مي گيرد و بيشتر در اجسام سخت مانند سنگها و فلزات مورد استفاده قرار مي گيرند.ضمناً بلبرينگهاي مورد استفاده در اين موتورها از يك نوع خاص بوده تا توانايي تحمل دورهاي بالا را داشته باشند.

تفاوت این موتورها و موتورهای معمولی در چند چیز است . اولین و مهمترین آن بلبرینگ های ابتدا و انتهای موتور می باشد . این بلبرینگ ها باید دور بالا باشد و توان حرکت در دورهای 18000 دور بردقیقه و بالاتر را داشته باشند . جهت خنک کردن این موتورها از 3 روش استفاده می شود . در روش اول مانند موتورهای آسنکرون از پروانه در انتهای موتور استفاده شده و سیستم هوا خنک می باشد . اما از آنجائیکه دور موتور بسیار بالا می باشد پره های پروانه کوچک می باشد و به گونه ای طراحی شده که جریان هوای مورد نیاز خنک کردن از کنار موتور را تامین می کند .روش دوم نیز که آن هم سیستم هوا خنک می باشد از فشار باد بهره گیری شده است . به این صورت که باد ، با فشار به بلبرینگ های موتور برخورد می کند و آن را خنک می نماید .

در روش سوم جریان آب درون پوسته موتور گردش داشته و موجب خنک کردن پوسته موتور می شود .

وقتی به مکانیزم بسیا ساده اسپیندل موتور و قیمت بالای آن نگاه می اندازم واقعا حسرت می خورم و منتظر روزی هستم که بشنوم شرکتی در کشور خودمان اسپیندل موتور می لرزد . بدنه این موتورها آلومینیوم فورج شده به صورت پروفیل است . درپوش ابتدا و انتهای آن آلومینیوم دایکست شده است و روتور آن یک شفت سنگ خورده می باشد . بلبرینگ هایش از نوع دور بالاست که در بازار موجود است و خلاصه فقط توجیه اقتصادی می خواهد که باتوجه به گسترش تعداد CNC سازها و همچنین استفاده این موتورها در دیگر ماشین آلات به زودی این توجیه هم موجه خواهد شد.

این موتورها با تغییر فرکانس تغییر دور می دهند و برای این کار یک اینورتر مورد نیاز است . در صورتیکه فرکانس به 300 هرتز برسد ، یعنی 6 برابر فرکانس برق شهر ، دور موتور 6 برابر دور نامی موتور شده و خروجی 16000 دور بر دقیقه به دست می آید .

انواع اسپيندلاسپيندل هاي موچود در بازار 

Arel , HSD, Eastec , Elte , Protec , MS , Royal , Jager , Spindel , Finley Electric , GMN , Philips , Turmoil , Siemens , yaskawa , Parker, Delta , Maxon , Panasonic …

 انواع اسپیندل های آب در گردش (آب خنک)
♠ در توان های 1.5kw – 2.2kw – 3kw – 4kw – 5.5kw
♠  و با دورهای  24000 Rpm – 42000 Rpm – 6000 Rpm
♠  برای استفاده در CNC چوب – CNC فلز – CNC طلا