Superieure Prestaties Ontgrendelen: Voordelen van Hoge-Snelheid Spindels voor Micro-Bewerking

Miniatuur boeren en frezen hebben vaak tekort aan spindel RPM, wat leidt tot slechte oppervlakteafwerking, lage productiviteit en gebroken snijgereedschappen. Hier zijn opties en aanbevelingen om dit al te veelvoorkomende probleem aan te pakken.

Hoe worden "miniatuut" en "micromachining" gedefinieerd?

Er is geen officieel antwoord, hoewel veel experts suggereren dat elke boor of frees kleiner dan 1/8" of zo in diameter kwalificeert als een micro gereedschap.

Wat belangrijker is, is dat deze snijgereedschappen vaak hogere spindelsnelheden vereisen dan de meeste CNC-werktuigmachines kunnen leveren – en zonder hen zijn de resultaten meestal ongewens.

Overweeg de aanbevolen snijsnelheden voor enkele alledaagse materialen.

Sandvik Coromant adviseert machinisten om te beginnen bij 492 voet per minuut (SFM) voor austenitische en duplex roestvrije stalen. Guhring zegt 620 SFM is een goede snelheid voor ruwfrezen van meeste gietijzer. Harvey Tool suggereert 600 SFM voor laagkoolstofstalen en 1.000 SFM voor gesmede aluminium. Andere snijgereedschapsfabrikanten bieden vergelijkbare aanbevelingen.

In het eerste voorbeeld vereist een 3/16"-diameter frees een spindelsnelheid van ten minste 10.000 RPM om de juiste werkparameters te bereiken; in het laatste heeft dezelfde frees ten minste het dubbele van die RPM nodig om de aanbevolen oppervlaktesnelheid te halen. De situatie wordt exponentieel erger naarmate gereedschappen kleiner worden. Iscar's Tool Advisor berekent bijvoorbeeld meer dan 56.000 RPM nodig voor een 1/32" frees bij het bewerken van legeringsstaal.

Voordat iedereen naar hun rekenmachine greift om die cijfers te checken, is de boodschap duidelijk: Zelfs een high-end bewerkingscentrum ontworpen voor vormgeving of optica werk zal tekortschieten bij frezen en boren in deze micro realm, met live-tool draaibanken en commodity CNC apparatuur nog meer achterblijvend. Dit simpele feit van bewerkingsfysica, meer dan alles anders, bepaalt wanneer snijgereedschappen als miniatuut beschouwd worden, dus speciale aandacht vereisen.

Het goede nieuws is, er is een makkelijke manier om de onvoldoende spindelsnelheid blues te genezen, ongeacht de werktuigmachine, het materiaal of de gereedschapsgrootte. Speeder heads, zoals ze bekend zijn, zijn ontworpen om elke machinespindel RPM te verhogen. Ze doen dit terwijl ze maximale betrouwbaarheid en precisie in CNC boren en lichte freeswerk waarborgen, met name in afwerkoperaties. Verschillende configuraties zijn beschikbaar, waaronder eenheden aangedreven door lucht of elektriciteit, door-de-spindel koelvloeistof of een interne tandwieltrein die de bestaande spindelrotatie vermenigvuldigt.

De Blues Voorbij

Mike Gabris is voorzichtig met de term "spindle speeder." De industriële sales manager voor NSK America Corporation zegt "speeder" verwijst vaak naar de tandwiel-aangedreven regeling die net genoemd.

"Elke keer dat u tandwielen aan de vergelijking toevoegt, introduceert u eigenschappen zoals trilling, warmte en thermische vervorming," zegt hij. "Geen van deze zijn acceptabele eigenschappen van een hoge-snelheid spindel."

In vergelijking, gebruikt de voorkeursoplossing van het bedrijf een brushless elektrische motor spindel die onafhankelijk van de machinespindel werkt, snelheden genererend veel hoger dan die mogelijk met een puur mechanisch toestel en succesvolle micro en nano bewerking mogelijk makend.

"We bieden een verscheidenheid aan hoge-snelheid lucht- en elektrische spindels, maar ons nieuwste model is de iSpeed5, die opereert op 60.000 tot 80.000 RPM zonder handmatig lijnen of kabels te hoeven verbinden," zegt Gabris. "Het integreert in een stopblok dat op het spindelvlak gemonteerd is en levert elektriciteit, koellucht en controlesignalen van een externe controller. Dit maakt het een volledig tool-wisselbare elektrische spindel – een steeds belangrijker overweging, gegeven dat steeds meer werkplaatsen lights-out willen draaien."

Naast de wens voor onbemande bewerking, zegt Gabris dat de doelgroep voor de iSpeed5 iedereen is die kleine-diameter tooling gebruikt, wat hij definieert als snijgereedschappen kleiner dan 1/16" in diameter. Vormgeving is een grote markt, zegt hij, evenals luchtvaart en medische productie. "Veel van deze klanten zijn al bekend met onze andere hoge-snelheid spindel oplossingen, sommige van welke snelheden van 160.000 RPM kunnen halen. De iSpeed5 zal een welkome toevoeging zijn."

Focus Op Lagers

Andy Jones, een hoge-snelheid spindels product specialist bij WTO USA, zegt dat hij een simpeler, goedkopere alternatief biedt. De CoolSpeed mini is een turbinengedreven spindel aangedreven door koelvloeistof, olie of luchtmist van het snijvloeistofsysteem van de werktuigmachine. "Ho hoger de druk, hoe hoger de spindelsnelheid," zegt Jones.

"Koelvloeistof of olie op 145 psi (10 bar) levert 40.000 RPM, terwijl 870 psi (60 bar) dat op 75.000 RPM brengt," zegt hij. "En een mistsysteem draaiend op normale werkplaats luchtdrukken (rond 72 psi, of 5 bar) haalt u 50.000 RPM. Het is een geweldige manier om elk bewerkingscentrum of draaibank uit te rusten met zeer hoge spindelsnelheden voor een fractie van de kosten van traditionele speeders."

De CoolSpeed mini heeft een uniek ontwerp, zegt Jones. Wanneer het snijgereedschap versleten is, haalt de operator het samen met de ingedrukte lagers en turbine van de unit, drukt dan een verse set lagers en turbine op het vervangingsgereedschap en installeert wat essentieel een rotatie-assemblage terug in de kop. Hij legt uit dat de lagers ontworpen zijn om disposable te zijn maar nog steeds dynamische uitloop van 4 micron (0,0001") of beter bieden en een lagere kosten dan veel snijgereedschappen.

De starter set komt met een 25-millimeter CoolSpeed mini, een assemblage apparaat, een drukmeters, een 25 mm meetadapter en drie vervangingsets die elk een paar lagers en een turbine omvatten. "De prijs voor alles wat u nodig hebt om op te starten is een fractie van de kosten van een conventionele spindel speeder," zegt Jones.

"Tool shanks van 3, 4 en 6 mm worden ondersteund, en de hele unit is klein genoeg om in standaard hydraulische of mechanische gereedshouders te passen. Geen onderhoud, geen hardware om op de machinespindel te monteren, geen controleboxen te installeren of lijnen te leggen, gewoon een heel snelle return on investment," zegt hij.

Blijf Versnellen

Wat de hoge-snelheid spindel oplossing ook is, er zijn enkele best practices om rekening mee te houden tijdens operatie. Misschien de belangrijkste is deze: Ga niet akkoord met onvoldoende spindel RPM. Zoals besproken aan het begin, vereisen moderne snijgereedschappen snelheden veel hoger dan die van het verleden, en standtijd en onderdeelkwaliteit lijden eronder zonder hen.

Daarnaast gaat de kans voor voersnelheden die commensuraat zijn met snellere spindelsnelheden verloren – onthoud, een vijfvoudige toename hier betekent vijfvoudige of grotere metaalverwijdering. Hier zijn nog enkele dingen om in gedachten te houden op de weg naar snellere bewerking:

• Op luchtgedreven spindels, zorg dat u een drukregulator en schone, gefilterde werklucht gebruikt. Houd ook de druk binnen de aanbevelingen van de fabrikant.
• Op dezelfde wijze, hebben koelvloeistogedreven spindels snijvloeistof vrij van contaminanten zoals wegliolie en metaalfijnen nodig. Als u een hoge-druk koelvloeistofsysteem gebruikt, zorg ervoor dat u de capaciteiten van de spindel niet overschrijdt.
• Houd in gedachten dat hoge-snelheid spindels ongeschikt zijn voor zware metaalverwijdering, net als de kleine gereedschappen die eerder besproken. Lichte snijdiepten bij versnelde voersnelheden is de rule of thumb hier.
• Ondanks hogere voersnelheden, is er een potentiële nadelig: Kan uw werktuigmachinebesturing en servosysteem bijhouden met de fijne bewegingen en kleine bloklengtes geassocieerd met hoge-snelheid micromachining? Zo niet, kunnen sommige hardware- en software-upgrades nodig zijn. Raadpleeg uw machinebouwer voor beschikbare opties.

Tot slot, onthoud dat gereedschapsuitloop cruciaal is voor elke frees- of booroperatie, maar dubbel zo belangrijk wanneer spindelsnelheden hoog zijn.

Gebruik altijd de hoogstkwaliteit gereedshouders en snijgereedschappen beschikbaar, houd ze schoon en goed onderhouden, en dubbelcheck het gereedschap na installatie (bij voorkeur in de machine).

Gebruikt u hoge-snelheid spindels in uw werkplaats? Welke technieken en tips kunt u delen? Laat het ons weten in de reacties hieronder.

TOOLING UP: De Gezondheid van de Amerikaanse Productie Beoordelen: