اسپیندل موتور چیست؟

اسپیندل موتور (Spindle motor) چیست؟

به ساختار الکترومکانیکی، سیستم محرک اصلی ماشین ابزار CNC که بدون محرک تسمه و چرخ دنده است گفته می‌شود.اسپیندل موتور را موتور پرسرعت نیز می‌نامند که به موتورهای AC با سرعت چرخش بیش از 10000 دور در دقیقه اطلاق می‌شود. به طور عمده در صنایع چوب، آلومینیوم، سنگ، فلز، شیشه، پی وی سی و سایر صنایع استفاده می‌شود. اسپیندل موتورها دارای مزایای سرعت بالا، اندازه کوچک، سبک وزن، استهلاک مواد کم، صدای کم، لرزش کم و غیره هستند و به طور فزاینده‌ای توسط صنایع مرتبط مورد توجه و استفاده قرار می‌گیرند.

از آنجایی که موتور اسپیندل به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد، همراه با طرز کار دقیق، سرعت سریع و کیفیت پردازش بالای موتور، سایر موتورهای معمولی نمی‌توانند نیازهای فنی موتور اسپیندل را برآورده کنند و نقش مهمی در فرآیند تولید صنعتی ایفا کنند. این فناوری در صنایع برق، موشک، هوانوردی و سایر صنایع استفاده می‌شود. با توجه به الزامات فنی بالای صنعت، موتورهای اسپیندل با کیفیت، با تکنولوژی بالا و با دقت بالا مورد نیاز است. موتور دارای گشتاور زیاد، سنکرون سازی شده، نویز کم، سرعت پایدار، فرکانس بالا، تنظیم سرعت، جریان بدون بار کوچک، گرمایش آهسته، اتلاف سریع گرما، استفاده راحت و عمر طولانی است.

---

---

اسپیندل موتور، کارکرد و ساختار آن چیست؟

مهم ترین و اصلی ترین قسمت دستگاه های تراش و یا دستگاه های سی ان سی، اسپیندل نام دارد که حرکتی چرخشی و دورانی دارد.

حضور اسپیندل موتور در دستگاه سی ان سی سنگ، چوب و هر دستگاهی که کار براده برداری و حکاکی را انجام می‌دهد، واجب و ضروری است.

موتور چرخنده دستگاه های CNC در واقع همان اسپیندل موتور است. به طور قطع اصلی ترین و مهم ترین بخش دستگاه های سی ان سی CNC هم همین قسمت است. به طور قطع اگر این قسمت دستگاه به دلایلی دچار اختلال در عملکرد شود عملا دستگاه سی ان سی نیز از کار خواهد افتاد و کارایی خود را از دست خواهد داد.

ویژگی اسپیندل موتور

از ویژگی های ساختاری اسپیندل موتور ها نسبت به سایر موتورهای الکتریکی می‌توان به سنکرون بودن روتور اسپیندل اشاره کرد. منظور از سنکرون بودن روتور این است که در صورت تغییر میزان بار (محوری و شعاعی) روی شفت، سرعت گردش موتور تغییر نخواهد کرد.

به دلیل وزن کمتر (60 درصد سبک تر)، چسبندگی کم و سرعت بالاتر (30 درصد سریع تر) در بیرینگ های سرامیکی به انواع بیرینگ های فلزی، نیروی گریز از مرکز کمتر و اصطکاک کمتر با رینگ خارجی بیرینگ (خردگی سطح فلز)، گرمای کمتری در بیرینگ ناشی از چرخش روتور ایجاد می‌شود که برای رسیدن به سرعت های بالا موثر است. دما قاتل بیرینگ ها در اسپیندل موتور ها است، با افزایش دما بیرینگ به طور کامل تخریب می‌گردد. بیرینگ های سرامیکی دمای کمتری را در بازده ی طولانی تری ایجاد می‌کنند.

اسپیندل موتور هایی که از بیرینگ سرامیکی بهره می‌برند صلب بیشتر، رزونانس کمتر، حساسیت بالا به لرزش ها و عمر بیشتری خواهند داشت. همچنین در برابر افزایش دما، دچار انبساط و انقباض بسیار ناچیزی می‌شوند که این عامل بسیار در کریپاچ نکردن در دورهای بالا بکار می‌آید.

مکانیزم بیرینگ ها در اسپیندل موتورها برای تحمل فشار های مختلف طراحی شده اند. بنابراین استفاده از در فشار های محوری و شعاعی که سرعت های بالای اسپیندل موتور اعمال می‌گردد مناسب می‌باشند. این نوع بیرینگ های تماس زاویه ای؛ دقت بیشتر، ظرفیت تحمل بار بیشتر، پایدار ترین وضعیت هندسی و سرعت متناسب برای ماشینکاری را فراهم می‌نمایند.

روغنکاری اسپیندل و بیرینگ ها بر اساس ویژگی خاص اسپیندل موتورها باید باشد مانندoil-mist  ، oil jet  ، oil-air

---

---

معنی اسپیندل موتور

واژه و کلمه SPINDLE در لغت به معنای چرخنده است و نحوه عملکرد و کار آن کاملا شبیه به دوک ریسندگی است. همانطور که همه می‌دانید حرکت دوک چرخشی است. کار این موتور نیز در دستگاه CNC این است که هر محوری را  به دور حول محور خودش به چرخش در بیاورد. لازم به ذکر است که این دستگاه یک موتور اصلی دارد که وظیفه آن چرخاندن فرز و انتقال حرکت الکتروموتور هاست.

مسلما نیروی لازم برای چرخاندن هر محوری در دستگاه CNC از طریق برق ورودی تامین می‌شود. قدرت موتور اسپیندل ها نیز از طریق برق ورودی دستگاه تامین می‌شود. سرعت برش در SPINDLE قابل تنظیم است. بنابراین هر چقدر جریان (فرکانس) را در SPINDLE زیاد یا کم کنیم سرعت در دستگاه برش نیز کم و یا زیادتر خواهد شد.

درست است که تنظیم دستگاه در سرعت بالا سبب افزایش سرعت برش و براده برداری می‌شود. ولی همین سرعت بالا خود سبب افزایش گرما در درون قطعات دستگاه خواهد شد. بنابراین در نظر داشته باشید که گرمای زیاد عمر دستگاه را به شدت کاهش خواهد داد.

یکی دیگر از وظایف موتورهای چرخنده در دستگاه های سی ان سی علاوه بر انتقال حرکت از الکتروموتور به دستگاه های برش، نگه داشتن قطعات برش است. سرعت این موتورها در هر دستگاهی متفاوت است. مسلما تراش نوع جسمی که قرار است با اسپیندل موتور تراش خورده شود در تعیین سرعت آن نقش اساسی ایفا می‌کند. به طور مثال: طلا و جواهرات در زمان یک دقیقه سرعت 60 دور را نیاز دارند. در صورتی که کار روی سنگ در یک دقیقه سرعتی معادل 18 تا 24 هزار دور نیاز است.

کاربرد انواع موتور اسپیندل

یکی از مصارف و کاربرد اصلی اسپیندل موتور برش، حکاکی و سوراخکاری بر روی قطعات است.

کاربرد این دستگاه در صنعت بسیار بالاست و انواع گوناگونی دارد. این نوع دستگاه بسیار قدرتمند بوده و از سرعت بالایی نیز برخوردار است. موتور این دستگاه از نوع موتورهای AC است و به وسیله اینورتر کنترل می‌شود.

از اسپیندل موتور در اکثر صنایع استفاده می‌شود. از جمله صنایعی که از این دستگاه بهره برداری میکنند: سی ان سی شیشه، سی ان سی چوب، سی ان سی تراش، سی ان سی سنگ و … را می‌توان نام برد. با توجه به کاربردی بودن این قطعه در صنعت، نوع های مختلفی از این دستگاه وارد کشور می‌شود و کاربردهای گوناگونی نیز دارند.

---

---

انواع اسپیندل موتور

در کل اسپیندل موتورها را  به دو دسته اتوماتیک و دستی تقسیم بندی می‌کنند.

اساس اصلی این نوع دسته بندی در واقع تعویض ابزار در اسپیندل موتورهاست. در SPINDLE اتوماتیک تعویض ابزار به صورت خودکار انجام می‌شود. از نظر تهویه و خنک شدن اسپیندل موتورهای اتوماتیک خود به دو دسته آب خنک و‌‌‌ هوا خنک تقسیم می‌شوند.

اسپیندل هوا خنک

مسلما چرخش با سرعت بالا در موتور های چرخنده سبب گرم شدن دستگاه شده و حرارت بالایی نیز درون قطعات دستگاه تولید خواهد شد. برای خنک کردن دستگاه لازم است تمهیداتی انجام شود تا بازدهی دستگاه دچار اختلال و افت نشود. در اسپیندل هوا خنک روش خنک کردن موتور به کمک فن یا پروانه ای که در انتهای موتور تعبیه شده است صورت می‌گیرد.

معمولا فن در محفظه مستطیل شکلی قرار دارد. چرخش فن  سبب وزش باد و هوای خنک به سمت موتور می‌شود و به خنک شدن موتور کمک شایانی می‌کند. همزمان با چرخش و شروع کار دستگاه فن نیز شروع به چرخش کرده و از همان ابتدا عمل خنک کردن را انجام می‌دهد. شکل ظاهری اسپیندل هوا خنک مستطیل شکل است.

هر چه شفت موتور با سرعت بیشتری حرکت کند فن دستگاه نیز با سرعت بیشتری می‌چرخد تا عمل خنک شدن بهتر انجام شود. به طور قطع همین سرعت چرخش بالای شفت و فن همزمان با یکدیگر سبب تولید صدای بالایی در این نوع دستگاه می‌شود. یکی از معایب بزرگی که می‌توان به این نوع دستگاه نسبت داد مسلما تولید صدای زیاد و ایجاد آلودگی صوتی بالای آن است.

مزیت اسپیندل موتور هوا خنک

اگر شما قصد خرید اسپیندل موتور هوا خنک را دارید، باید برخی از مزایای آن را بدانید. جزئیات زیر برای اسپیندل موتور 800 وات هوا خنک به شرح زیر است:

• موتور اسپیندل هوا خنک با یک فن کوچک برای دفع گرما، بدون مایع خنک کننده، به راحتی اکسید نشده و زنگ نمی‌زند. برای مناطق سردسیر مناسب است.
• سرعت بالا؛ دارای مزایای سرعت بالا، یاتاقان های منطبق با دقت، و ساختار پیش بارگیری سفت یا الاستیک است. می‌تواند سرعت بالاتری به دست آورد تا ابزار بتواند بهترین اثر برش و براده برداری را داشته باشد.
• دقت بالا؛ بلبرینگ های دقت بالا و قطعات از جمله روتور و استاتور با دقت بالا تولید می‌شوند.
• راندمان بالا؛ سرعت را می‌توان به صورت پیوسته و با تنظیم دقیق عملکردی، تغییر داد، بنابراین سرعت برش را می‌توان در زمان واقعی در طول کل فرآیند ماشینکاری کنترل کرد تا حداکثر بازده ماشینکاری را به دست آورد.
• نویز کم؛ اسپیندل دارای مزیت صدای کم در مورد چرخش با سرعت بالا است.

 

وب سایت فرامکانیک می‌تواند برای خرید اسپیندل موتورهای هوا خنک شما با توان های مختلف اطلاعات و راهنمایی گوناگونی را رایگان در اختیار شما قرار دهد.

---

---

اسپیندل آب خنک

در اسپیندل آب خنک، براده برداری بسیار کم صدا و روان انجام می‌شود. بیشترین کاربرد این نوع دستگاه برای حکاکی و کار با اجسام بسیار سفت و سخت مانند سنگ و فلزات است. علت کم صدا بودن این نوع دستگاه ها استفاده از بلبرینگ هایی از نوع خاص است که توانایی بالا و تحمل فوق العاده‌ای دارند. در اسپیندل آب خنک به سه روش موتور دستگاه خنک می‌شود.

روش اول: استفاده از پروانه ای در آخر موتور است و با چرخش این پروانه موتور به تدریج خنک می‌شود.

روش دوم: با کمک فشار باد عمل خنک کردن صورت میگیرد. در این روش باد با فشار بالا به بلبرینگ ها و همچنین موتور برخورد کرده و سپس آنها را خنک می‌کند.

روش سوم: در این روش به کمک آبی که درون پوسته موتور تعبیه شده است عمل خنک کردن انجام می‌شود.

نحوه خنک کنندگی

در روش خنک کردن در اسپیندل آب خنک به کمک دو لوله که در آنها آب جریان دارد عمل خنک کردن انجام می‌شود. روش خنک کردن به این صورت است که آب از یک لوله وارد و گرمای حاصل از چرخش سریع موتور را به خود جذب کرده و از سوی دیگر و از لوله دوم خارج می‌شود.

در نگهداری از اسپیندل آب خنک باید به نکاتی توجه داشت. در درجه اول باید دقت کرد، مانعی بر سر راه ورود آب به دستگاه وجود نداشته باشد. چرا که همین امر سبب افزایش دما و سپس از کار افتادن دستگاه خواهد شد. دیگر اینکه اگر فشار آب ورودی بیشتر از حد مجاز باشد ممکن است سبب نفوذ آب به داخل دستگاه شود و موجب سوختن موتور آن شود.

شکل ظاهری اسپیندل آب خنک دایره ای شکل است و در سرعت های بالا نیز بسیار روان کار می‌کند. مزیت اسپیندل آب خنک نسبت به نوع اسپیندل هوا خنک در این است که عمل خنک کنندگی بهتر صورت می‌گیرد و آلودگی صوتی بسیار کمتری نیز دارد.

 

مزیت اسپیندل موتور آب خنک

موتور اسپیندل آب خنک دارای اثر خنک کننده خوب، صدای کم و قیمت پایین است. برای مناطق گرمسیر بسیار مناسب است و برای براده برداری و پردازش فلز و سنگ طراحی شده است. اگر قصد خرید اسپیندل موتور آب خنک را دارید، باید چندین مزیت اسپیندل موتور آب خنک مانند موتور اسپیندل آب خنک 800 وات به شرح زیر را بدانید.

• دقت؛ خروجی محوری و شعاعی این اسپیندل اساساً زیر 0.003 میلی متر است که باعث می‌شود اسپیندل آب خنک، عملکرد دقیق تری داشته باشد.
• عملکرد موثر؛ اسپیندل آب خنک از گردش آب برای خنک کردن گرمای تولید شده توسط چرخش با سرعت بالای اسپیندل استفاده می‌کند که بهتر از اسپیندل خنک کننده با هوا است که از فن برای دفع گرما استفاده می‌کند.
• نویز: اسپیندل آب خنک اساساً بی صدا است، اما اسپیندل هوا خنک به ناچار مقداری صدا تولید می‌کند.

---

---

دسته‌بندی اسپیندل موتور ها بر اساس ابزارگیر

همانطور که می‌دانید کار اصلی این دستگاه گرفتن و همچنین چرخاندن ابزار به روش درست و همین طور با سرعت مناسب است. دو نوع ابزار گیر در بازار کالا وجود دارد. ابزار گیر کولت و ابزارگیر مورس در ادامه با این دو نوع ابزار گیر بیشتر آشنا خواهید شد.

 

اسپیندل با ابزار گیر کولت

برای آشنایی با اسپیندل ابزار گیر کولت در ابتدا باید بدانیم کولت چیست و چه کاربردی دارد؟ کولت وسیله و یا قطعه ای برای متصل کردن شفت دستگاه SPINDLE به ابزارگیر به شکل هم مرکز است. در اسپیندل دستی (دستگاه هایی که تول چنجر ندارند)، کولت وظیفه نگه داشتن ابزار را بر عهده دارد.

برای شناخت بیشتر کولت باید گفت: کولت از سه بخش بدنه، مهره و فشنگی تشکیل شده است. در هنگام انتخاب کولت برای فشنگی دقت کنید که هم قطر با یکدیگر باشند. زیرا ابزاری که  قرار است توسط SPINDLE استفاده شود می‌بایست قطر آن با فشنگی یکی باشد. اگر به این مسئله توجه نشود از دستگاه استفاده درستی نمی‌توان کرد.

 

اسپیندل با ابزارگیر مورس

اسپیندل های تول چنجر یا همان اتوماتیک برای نگه داشتن ابزار از مورس استفاده می‌کنند. شکل ظاهری مورس با کولت کمی متفاوت است. نقطه اتصال کولت به شفتی است که از اسپیندل موتور بیرون آمده است. در صورتی که در اسپیندل تول چنجر( اتوماتیک) شفتی که از دستگاه خارج نشده است را مورس می‌نامند. مورس قسمتی درست شبیه به شفت دارد که در دستگاه قرار دارد.

 

---

---

دسته‌بندی اسپیندل موتور ها بر اساس نحوه انتقال نیرو

اسپیندل موتور ها به 4 گروه دسته بندی می‌شوند. معیار دسته بندی ها نیز بر پایه نحوه انتقال نیرو از موتور به اسپیندل می‌باشد.

1. موتور چرخاننده تسمه ای
2. موتور چرخاننده کوپل مستقیم
3. موتور چرخاننده گیربکسی
4. موتور چرخاننده یکپارچه

در ادامه به معرفی معایب و محاسن این چهار دسته به اختصار می‌پردازیم.

 

اسپیندل تسمه ای

در اسپیندل تسمه ای (belt-type) انتقال نیروی موتور به دستگاه به کمک یک تسمه انجام می‌شود از همین رو به این نام خوانده می‌شود. قیمت و هزینه تعمیر و نگهداری چرخاننده تسمه ای نسبت به نوع های دیگر کمتر است.

از جمله معایب اسپیندل تسمه ای: صدای زیاد، لرزش شدید موقع کار، دقت پایین و اصطکاک بالای تسمه در هنگام کار و در نتیجه بازدهی پایین است.

مزایا

• نگهداری آسان و تعمیر سریع
• هزینه تعمیر و نگهداری کمتر
• قیمت پائین تر اسپیندل تسمه ای

معایب

• ارتعاش و لرزش بیشتر
• صدای بیش تر نسبت به گزینه های اسپیندل یکپارچه و کوپل مستقیم
• خرابی و فرسودگی زودتر تسمه
• عدم رسیدن به دقت مناسب موقعیت‌یابی در مقایسه با گزینه های اسپیندل یکپارچه و کوپل مستقیم
• بیشینه دور قابل حصول 12,000 rpm
• دقت موقعیت یابی و سرعت کمتر و در نتیجه صافی سطح کمتر و براده برداری کمتر
• اینرسی بالا؛ جبران جرم پولی ( pulley ) به وسیله موتور و در نتیجه فشار بیشتر به موتور
• کاهش بهره وری بواسطه اصطکاک تسمه

 

---

---

اسپیندل کوپل مستقیم

در این نوع دستگاه اسپیندل کوپل مستقیم (direct drive،DDS type) انتقال نیروی موتور به اسپیندل از طریق کوپلینگ به شکل مستقیم و بدون کمک از تسمه ای صورت می‌گیرد.

مزایا

1. افزایش بهره وری و بازدهی اسپیندل کوپل مستقیم نسبت به نوع تسمه ای بیشتر است.
2. صدای کمتری تولید می‌کند.
3. دقت بیشتر و خطای کمتری دارد.
4. مقدار گشتاور بالاتر در دور های پائین
5. طول عمر بیشتر
6. عدم وجود اینرسی جرمی مانند وزن قطعه واسط و تسمه و …
7. اتلاف انرژی و اصطکاک کمتر
8. سرعت و دقت بیشتر موقعیت یابی (گشتاور بالا و اینرسی کمتر موجب افزایش سرعت موقعیت یابی می‌شود) رسیدن به سرعت های بالا 12.000-20.000 rpm
9. خطای عملیات ماشینکاری کمتر

معایب

از جمله معایب اسپیندل کوپل مستقیم می‌توان به وزن بالا، گرانی کالا و همچنین گشتاور کمتر نسبت به اسپیندل یکپارچه اشاره کرد.

 

• اصلی ترین مشکل این نوع استفاده از یک موتور خاص می‌باشد موتور در این سری باید بزرگتر استفاده گردند.
• قیمت بالا
• وزن بالای اسپیندل
• گشتاور کمتر نسبت به کوپل مستقیم

 

---

---

اسپیندل گیربکسی

در دسته اسپیندل های گیربکسی (gearbox type) انتقال نیروی موتور به دستگاه از طریق گیربکس انجام می‌شود. حسن این نوع، استفاده از گیربکس برای انتقال نیرو و همچنین افزایش گشتاور دستگاه است. لازم به ذکر است که قدرت براده برداری این نوع دستگاه نسبت به دسته های دیگر بیشتر است.

هزینه های بالای تعمیر و نگهداری و همچنین قیمت بالای اسپیندل گیربکسی از معایب این دستگاه محسوب می‌شود.

مزایا

• گشتاور بیشتر
• مقدار و سطح براده برداری بیشتر

معایب :

• هزینه تعمیرات بالا
• قیمت بالا
• سرعت کم

 

اسپیندل یکپارچه

در اسپیندل یکپارچه (buit-in یا motorized spindle  و یا  integrated spindle)، موتور در داخل دستگاه قرار دارد و بدون واسطه انتقال نیرو انجام می‌گیرد.

این نوع دستگاه وزن کم، توانایی بالا در موقعیت یابی و همچنین دقت بالایی در براده برداری دارد. صدای بسیار کم و مصرف کم انرژی نیز از مزایایی چرخاننده یکپارچه محسوب می‌شود.

این نوع دستگاه در بازار کالا از قیمت بالایی برخوردار است و هزینه تعمیر و نگهداری آنها نیز بسیار بالا خواهد بود.

مزایا

• وزن کمتر نسبت به مابقی اسپیندل ها
• سرعت و دقت موقعیت یابی بسیار بالا
• سرعت قابل حصول به دور های 35000-50000 rpm
• ایجاد گشتاور بیشتر با استفاده از موتور های دوسیم پیچ
• صدای بسیار کم
• اتلاف انرژی کمتر
• استهلاک پایین قطعات

معایب

• قیمت اولیه خرید بالا
• هزینه تعمیرات بالا

---

---

کنترل سرعت اسپیندل چگونه است؟

قبلا اشاره کردیم که سرعت اسپیندل ها متفاوت و قابل کنترل هستند. چراکه برای کار بر روی اجسام مختلف با سختی های متفاوت، سرعت های مختلف نیاز است.

دقت در براده برداری و همچنین جنس قطعه ای که قرار است براده برداری روی آن انجام شود تعیین کننده سرعت این وسیله کاربردی است. امروزه سرعت الکتروموتور ها به 120 هزار دور در دقیقه هم رسیده است و بسته به نوع قطعه و دقتی که برای کار لازم است، بکار گرفته می‌شوند.

بهتر است سرعت SPINDLE در CNC چوب از 18000 تا 36000 دور در دقیقه باشد. چرا که سرعت بالاتر سبب سوختن و یا تغییر رنگ در چوب خواهد شد.

مسلما برای کار با قطعات ظریف تر مثل طلا و جواهرات سرعت بالاتری احتیاج است(60000  دور در دقیقه)

برای اجسام سختی مانند سنگ سرعت 18000 تا 24000 مناسب خواهد بود.

ابزار و وسیله ای که کنترل سرعت اسپیندل را در دستگاه سی ان سی برای ما امکان پذیر می‌کند اینورتر نام دارد. اینورتر کمک میکند فرکانس نیرو و برقی که دستگاه دریافت میکند را کنترل کرد و سپس بسته به نیاز آن را تغییر داد تا از این طریق سرعت دستگاه را نیز کنترل کرد. نکته قابل ذکر در این قسمت این است که: مهم است که فرکانس و توان دستگاه و اینورتر با یکدیگر همخوانی داشته باشد. همانطور که میدانید فرکانس برق شهری 50 هرتز است. هرگاه این فرکانس را به کمک اینورتر کم یا زیاد کنید سرعت چرخش دستگاه نیز تغییر خواهد کرد.

 

اجزای تشکیل دهنده اسپیندل

مورادی وجود دارند که در ساخت یک اسپیندل بسیار مهم است و همه اجزا باید از این مراحل استفاده کنند؛ مانند:

• مرحله ماشینکاری پوسته
• مرحله سنگ زنی
• مرحله مونتاژ

هر نوع دستگاهی اجزای مختلفی دارد و از گرد هم آمدن اجزا یک مجموعه کامل شکل می‌گیرد.

اجزای تشکیل دهنده اسپیندل موتور عبارتند از:

• فلنج اتصال
• ورودی ابزار
• سیستم خنک کننده
• روتور دستگاه

فلنج اتصال

برقراری اتصال بین دو قطعه بر عهده فلنج است. فلنج در دستگاه اسپیندل وظیفه اتصال موتور به دستگاه سی ان سی است. فلنج به کمک یک پیچ به بدنه سی ان سی وصل می‌شود و سبب حرکت یکنواخت و بدون لرزش دستگاه در طول انجام کار و براده برداری می‌شود.

 

ورودی ابزار

گذشته از وظیفه انتقال حرکت الکتروموتور، نگه داشتن ابزار برش نیز بر عهده اسپیندل موتور است. ورودی ابزار محل اصلی ارتباط سی ان سی با این قطعه در دستگاه است. وصل شدن محور دستگاه به ورودی ابزار سبب چرخش بخش های داخلی SPINDLE می‌شود.

 

سیستم خنک کننده

مسلما سرعت بالای چرخش اسپیندل موتور و براده بردای سبب بالا رفتن دمای سیستم می‌شود. مطمئنا بالا رفتن دمای دستگاه کارایی آن را تحت شعاع قرار داده و عمر دستگاه را کوتاه خواهد کرد. افزایش دمای دستگاه در دراز مدت سبب انقباض و انبساط قطعات داخلی دستگاه شده و باعث می‌شود قطعات تغییر شکل داده و کارایی و دقت آنها نیز کمتر شود. برای جلوگیری از بروز چنین ایراداتی لازم است سیستم خنک کننده مناسبی در دستگاه وجود داشته باشد تا عمر آن را طولانی تر کند و از دقت آن در کار نیز کاسته نشود.

توضیح دادیم که دو نوع سیستم خنک کنندگی( هوا خنک و آب خنک) در دستگاه های اسپیندل موتور استفاده می‌شود.

 

روتور دستگاه

بخش چرخشی دستگاه اسپیندل روتور است. انتهای روتور به قطعه نگهدارنده وصل شده است. روتور از جنس ورقه های نازک فولادی است و درون آن هسته آلومینیومی یا مسی وجود دارد. ارتباط بین سیم پیچ و میدان مغناطیسی در اطراف محور روتور گشتاور تولید می‌کند و سبب چرخش روتور می‌شود.

 

 

اصول کارکرد اسپیندل موتور الکتریکی

فازهای سیم پیچ موتور اسپیندل برقی با سرعت بالا 120 درجه با یکدیگر متفاوت است. پس از اعمال جریان متناوب سه فاز، سیم پیچ های سه فاز هر کدام یک میدان مغناطیسی متناوب سینوسی تشکیل می‌دهند. میدان مغناطیسی با سرعت ثابت در یک جهت خاص می‌چرخد، سرعت میدان مغناطیسی سرعت همزمان دوک الکتریکی است. سرعت سنکرون n موتور ناهمزمان با فرکانس f جریان سیم پیچ استاتور موتور ورودی و تعداد جفت قطب P استاتور موتور (n=60f/p) تعیین می‌شود.

اسپیندل الکتریکی برای به دست آوردن سرعت های مختلف با تبدیل فرکانس و ولتاژ تحریک جریان ورودی به سیم پیچ استاتور موتور است. در فرآیند شتاب گیری و ترمزگیری، شتاب و کاهش سرعت با تغییر فرکانس انجام می‌شود تا از افزایش بیش از حد دمای موتور جلوگیری شود. از آنجایی که جهت میدان مغناطیسی دوار موتور به دنباله فاز ورودی جریان متناوب سه فاز به استاتور بستگی دارد، تغییر توالی فاز جریان ورودی اسپیندل موتوردار می‌تواند جهت چرخش اسپیندل موتوردار را تغییر دهد.

---

---

ساختار و عملکرد اسپیندل الکتریکی

اسپیندل الکتریکی یک فناوری جدید است که اسپیندل ماشین ابزار و موتور اسپیندل را در زمینه ماشین ابزار CNC در سال های اخیر ادغام می‌کند. همراه با فناوری موتور خطی و فناوری براده برداری ابزار با سرعت بالا، ماشین‌کاری با سرعت بالا را وارد عصر جدیدی می‌کند. اسپیندل الکتریکی مجموعه ای از قطعات است که شامل خود اسپیندل برقی و لوازم جانبی آن می‌شود: اسپیندل برقی، دستگاه تبدیل فرکانس بالا، روان کننده شبه روغن، دستگاه خنک کننده، رمزگذار داخلی و تعویض ابزار.

اسپیندل الکتریکی خود مستقیماً روتور موتور توخالی را روی شفت اصلی نصب می‌کند و استاتور از طریق ژاکت خنک کننده در سوراخ محفظه محور اصلی ثابت می‌شود تا یک واحد شافت کامل را تشکیل دهد. پس از روشن شدن، روتور مستقیماً شفت اصلی را به حرکت در می‌آورد.

انواع فناوری اسپیندل موتور الکتریکی

فناوری ادغام شده با اسپیندل الکتریکی، فناوری بلبرینگ با سرعت بالا است؛ اسپیندل الکتریکی معمولاً از یاتاقان های سرامیکی کامپوزیتی استفاده می‌کند که در برابر سایش و حرارت مقاوم هستند و عملا عمر مفیدی چندین برابر یاتاقان های سنتی دارند. گاهی اوقات از یاتاقان های تعلیق الکترومغناطیسی یا یاتاقان های هیدرواستاتیک نیز استفاده می‌شود، حلقه های داخلی و خارجی در تماس نیستند و عمر نامی بی نهایت است.

تکنولوژی موتور پرسرعت؛ الکترو اسپیندل محصول ادغام موتور و شفت اصلی است. روتور موتور همان قسمت چرخان شفت اصلی است. در تئوری، الکترو اسپیندل را می‌توان به عنوان یک موتور با سرعت بالا در نظر گرفت. فناوری کلیدی بالانس دینامیکی در سرعت های بالا است.

---

---

روانکاری؛ روانکاری اسپیندل الکتریکی به طور کلی از روانکاری مخلوط روغن و هوا استفاده می‌کند و همچنین می‌توان از روغن کاری گریس استفاده کرد، اما نتیجه کاهش سرعت است. زمان بندی روغنکاری این است که روغن را در هر بازه زمانی معینی تزریق کنید. کنترل دقیق مقدار روغن روان کننده در هر بار تزریق از طریق دستگاهی به نام quantitative valve امکان پذیر است. این نوع روغن کاری هوایی به این معنی است که روغن روان کننده مخلوط با هوای فشرده به بلبرینگ سرامیکی دمیده می‌شود. کنترل مقدار روغن مهم است. اگر خیلی کم باشد، نمی‌تواند روغن کاری کند. اگر بیش از حد بزرگ باشد به دلیل ایجاد مقاومت روغن در هنگام چرخش، یاتاقان با سرعت بیشتر گرم می‌شود.

ادامه

دستگاه خنک کننده؛ برای دفع گرما به اسپیندل الکتریکی پرسرعت در اسرع وقت، معمولاً یک مایع خنک کننده در گردش به دیواره بیرونی اسپیندل الکتریکی منتقل می‌شود. وظیفه دستگاه خنک کننده حفظ دمای مایع خنک کننده است.

پالس انکودر یکپارچه: برای تعیین موقعیت ابزار و همچنین تغییر خودکار ابزار و افزایش صلبت، اسپیندل الکتریکی دارای یک انکودر پالس داخلی برای دستیابی به کنترل دقیق زاویه فاز و هماهنگی با خط انتقال و اعمال سیگنال به ورودی مدار، است.

تعویض خودکار ابزار (تول چنجر)؛ برای موقعیت یابی در مرکز ماشینکاری، اسپیندل الکتریکی مجهز به تعویض ابزار اتوماتیک شامل فنرهای دیسکی، سیلندرهای برنجی و غیره است.

روش نصب ابزارهای پرسرعت؛ HSK، SKI و سایر ابزارهای پرسرعت عمدتاً استفاده می‌شود.

دستگاه تبدیل فرکانس بالا، برای دستیابی به سرعت ده ها هزار یا حتی صدها هزار دور در دقیقه اسپیندل الکتریکی. برای به حرکت درآوردن موتور پرسرعت داخلی اسپیندل الکتریکی باید از یک دستگاه تبدیل فرکانس بالا استفاده کرد و فرکانس خروجی مبدل فرکانس باید به هزاران یا هزاران هرتز برسد.

 

انواع اسپیندل CNC

با توجه به تمامی توضیحاتی که تا کنون دادیم دانستیم که کاربرد اصلی و مهم اسپیندل در دستگاه CNC است و کار آن براده برداری، حکاکی، سوراخ زنی، سنگ زنی، فرزکاری و … است. به راحتی می‌توان به کمک رایانه و دادن برنامه دلخواه به دستگاه سی ان سی تمام کارهایی را که ذکر شد روی قطعات مختلف اجرا و کنترل کرد.

انواع SPINDLE CNC عبارتند از:

• SPINDLE CNC چوب
• SPINDLE CNC فرز

SPINDLE CNC چوب

در برشکاری ها و حکاکی روی چوب از اسپیندلCNC چوب استفاده می‌شود. SPINDLE سی ان سی چوب جهت عمودی دارد و حرکت آن نیز عمودی انجام می‌شود. معمولا سوراخکاری و دریل کاری را با این نوع دستگاه انجام می‌دهند. لازم به ذکر است سی ان سی عمودی قیمت کمتری نسبت به سی ان سی افقی دارد.

دستگاه های سی ان سی افقی دارای ابزار برش هستند. برش های ضخیم و کوتاه را با این دستگاه انجام می‌دهند.  اگر در حین کار نیاز به ابزار با برش نازک و بلند باشد باید از دستگاه سی ان سی چوب عمودی استفاده کرد.

درست است که هر کدام از این دستگاه ها(سی ان سی عمودی و یا افقی) خروجی های متفاوتی دارند. ولی اگر برش کار ماهری باشید به راحتی می‌توانید با یک دستگاه به هر دو خروجی دست پیدا کنید.

SPINDLE CNC فرز

برای براده برداری از روی فلزات، به تیغه های دورانی نیاز است. در صنعت به این روش برشکاری، روش ساخت کاهشی می‌گویند. در این نوع برشکاری با روش کاهش جرم قطعه، محصول مورد نظر ساخته و آماده می‌شود. دستگاه اسپیندل CNC فرز مخصوص برشکاری با روش کاهش جرم روی قطعات است.

به راحتی می‌توان به کمک دستگاه SPINDLE سی ان سی فرز، فرزکاری انجام داد و سرعت چرخش ابزار و همچنین افقی و یا عمودی بودن جهت حرکت را برای دستگاه توسط رایانه معین کرد تا نتیجه دلخواه را در خروجی کسب کرد.

 

راهنمای خرید اسپیندل موتور

برای خرید بهترین و مناسب ترین اسپیندل موتور نیاز است به مواردی توجه کنید که در این قسمت به برخی از مهمترین موارد قبل از خرید دستگاه اشاره می‌کنیم.

بهتر است بسته به نیاز و کاری که از دستگاه اسپیندل موتور مد نظرتان است خرید کنید. موتورهای چرخاننده به دو دسته کوچک و صنعتی تقسیم بندی شده اند.

دستگاه های کوچک مناسب کار بر روی سطوحی با سختی کم هستند.

اسپیندل موتورهای صنعتی مناسب بکارگیری در صنایع بزرگ هستند.

اگر در حین کار با دستگاه لازم است ابزار تعویض شوند پیشنهاد ما به شما خرید اسپیندل موتور تول چنجر ( اتوماتیک) است.

انتخاب قدرت و سرعت چرخش

در انتخاب SPINDLE قبل از خرید حتما توان دستگاه را متناسب با کاری که قرار است انجام دهد برگزیند. توان اسپیندلی که قرار است بر روی چوب کار انجام دهد با اسپیندلی که روی فلز براده برداری میکند متفاوت است.

مسلما سرعت چرخش دستگاه نیز با سختی جسم مورد نظرتان تغییر خواهد کرد. سرعت چرخش اسپیندلی که قرار است روی چوب حکاکی و یا برشکاری انجام دهد با سرعت چرخش اسپیندلی که می‌خواهد روی فلز سخت و یا اجسام سفت براده برداری و یا حکاکی انجام دهد بسیار متفاوت خواهد بود.

انتخاب سیستم خنک کنندگی

توجه به سیستم خنک کننده SPINDLE نیز بسیار حائز اهمیت است.

اسپیندل آب خنک مناسب سرعت های بالا، کم صدا و روان تر است.

اسپیندل هوا خنک قیمت مناسب تری نسبت به نوع آب خنک دارد و در مقابل دقت کمتر، صدای زیاد و سرعت کمتری دارد.

با تمام صحبت ها و شناختی که از نحوه کار و همچنین کاربردهای انواع اسپیندل موتور شد. دریافتیم که در واقع اسپیندل قلب دستگاه سی ان سی است و با خرابی و یا اختلال در عملکرد این قسمت عملا دستگاه سی ان سی کارایی خود را از دست خواهد داد. برای آنکه بتوان عمر دستگاه را بیشتر کرد و بازدهی آن را بالا نگه داشت لازم است که در نگهداری از دستگاه نکات لازم را رعایت کرد تا برای مدت زمان بیشتری بتوان از کارایی خوب دستگاه بهره برداری کرد.

عواملی که سبب کاهش عمر SPINDLE و دستگاه سی ان سی می‌شود دو عامل گرما و آلاینده های محیطی است.  استفاده نادرست و عدم تناسب موتور چرخاننده و سطحی که دستگاه روی آن کار انجام میدهد نیز یکی از دلایل خرابی و کاهش عمر دستگاه است. به طور مثال  برای سطح سفت و سخت باید از اسپیندلی با دور کم استفاده کرد اگر برعکس عمل شود امکان شکسته شدن ابزار کار وجود خواهد داشت.

چگونه یک اسپیندل موتور برای دستگاه CNC انتخاب کنیم؟

اسپیندل موتور دستگاه حکاکی یکی از قطعات اصلی دستگاه حکاکی CNC است. عملکرد اسپیندل به طور مستقیم بر اثر حکاکی، کیفیت حکاکی، دقت حکاکی و سرعت دستگاه حکاکی را تعیین می‌کند.

برای خرید موتور اسپیندل، معمولاذز  بازار با  2 نوع اسپیندل موتور طرف هستید: اسپیندل هوا خنک، اسپیندل آب خنک. اگر دمای منطقه شما نسبتاً سرد است، می‌توانید با انتخاب یک اسپیندل هوا خنک، به اثر خنک کنندگی بهتری دست پیدا کنید. در صورتی که دمای منطقه شما گرم است، بهتر است یک اسپیندل آب خنک را انتخاب کنید. اگر به یک اثر خنک کننده بهتر نیاز دارید، می‌توانید یک چیلر به سیستم آب خنک نیز اضافه کنید تا دمای آب را در حالت نسبتاً پایین نگه دارد، که می‌تواند بهتر به اثر خنک کننده اسپیندل دست یابد.

اگر محل شما گرم است و به دستگاه حکاکی نجاری نیاز دارید، نگران انتخاب یک اسپیندل آب خنک برای خیس شدن تخته های خود نباشید، زیرا آب در اسپیندل موتور آب خنک، برای خنک شدن به صورت داخلی گردش می‌کند و آب از آن خارج نمی‌شود. با پیشرفت علم و فناوری، اسپیندل های خودکار تعویض ابزار یا تول چنجر نیز در سال های اخیر ظاهر شده اند.

با توجه به مشخصات دستگاه و تجهیزات، پیکربندی اسپیندل دستگاه حکاکی نیز متفاوت است. مثلا اگر می‌خواهید راندمان پردازش و براده برداری بالا باشد، به یک اسپیندل موتور با قدرت بیش از 2.2 کیلو وات نیاز دارید.

تعمیر بسیار دشوار اسپیندل موتور؟

برای کسانی که با چیستی اسپیندل موتور آشنایی ندارند، موتوری است که برای چرخش در سرعت های بالا طراحی شده است که بیشتر در کاربردهایی مانند ماشین های فرز CNC استفاده می‌شود. مانند همه موتورها، موتورهای اسپیندل با ویژگی مثبت خود می‌توانند بسیاری از حالت های خرابی مشابه سایر موتورها را از بین ببرند ولی خود نیز خراب شوند. اما تعمیر موتور اسپیندل می‌تواند مشکل باشد و بیشتر اوقات به ابزار و دانش خاصی نیاز دارد.

ملاحظات سرعت بالا

موتورهای اسپیندل بنا به ماهیت خود به منظور چرخش با سرعت های بسیار بالا طراحی شده‌اند. به این ترتیب، بسیاری از قطعات داخل موتور باید هم بادوام تر شوند و هم در تلورانس های ابعادی و هندسی بسیار فیت و جذب طراحی شوند. به عنوان مثال، یاتاقان های استاندارد بازار در یک اسپیندل موتور مناسب کار نسیتند و به سرعت گرم می‌شوند. بلبرینگ هایی که برای سرعت بالا ساخته شده‌اند دارای مواد و روان کننده خاصی هستند تا در برابر سرعت کار بالای این موتورها مقاومت کنند و بسیار گران هستند. این قطعات باید با استفاده از ابزار مخصوص نصب شوند و در صورت بروز اشتباه هزینه بالایی دارند.

بالانس  کردن

در حالی که بالانس مناسب روتور برای هر کاربرد موتوری مهم است، در اسپیندل این امر به ویژه اهمیت دارد. عدم تعادل در دستگاه های دوار همیشه در نهایت مشکلاتی را ایجاد می‌کند و هر چه چرخش سریعتر باشد، خرابی زودتر ایجاد می‌شود. ارتعاش ناشی از نابالانسی روتور می‌تواند باعث آسیب به ابزار، داغ شدن بیش از حد موتور یا صدمه کامل به اسپیندل شود. به همین دلیل است که پس از هر تعمیر مهم است که روتور اسپیندل را با مشخصات بسیار محکم متعادل و بالانس کنید.

ماشینکاری دقیق

بسیاری از تعمیرات موتور اسپیندل شامل اصلاح آسیب و صدمه های مکانیکی به هر شکلی است. برای تکمیل این تعمیرات، خواه تعمیر یاتاقان ژورنال فرسوده، برش خارها، یا تعمیر دستگاه آسیب دیده نگهدارنده ابزار (هولدر ابزار) باشد، اغلب برای تکمیل این تعمیرات ضروری است. مخصوصاً موتورهای اسپیندل در مورد این نوع کارها بسیار سختگیر هستند زیرا اگر اشتباه انجام شود، به دلیل کارکرد موتور با سرعت بالا و زیر بار، خرابی ها به سرعت نمایان می‌شوند. تمام کارهای انجام شده در ماشین باید با اندازه گیری های دقیق و با در نظر گرفتن بالانس مطلق موتور انجام شود.

اگر به هر نوع تعمیر اسپیندل موتور نیاز دارید، یا برای خرید اسپیندل موتور و لیست قیمت اسپیندل موتور دچار مشکل هستید؛  کارشناسان مجموعه فرامکانیک اینجا هستند تا به شما کمک کنند!

---

---

تفاوت بین سروو موتور (Servo Motor) و اسپیندل موتور (Spindle Motor)؟

ماشین ابزارهای CNC برای اسپیندل موتورها و سروو موتورها الزامات مختلفی دارند:

الزامات مورد نیاز برای سروو موتور در خط انتقال تجهیزات عبارتند از:

• مشخصات مکانیکی؛ افت سرعت و سختی سروو موتور باید کم باشد.
• الزامات پاسخگویی سریع: در پردازش کانتور، به ویژه برای ماشینکاری با سرعت بالا اجسام با انحنای زیاد، سختگیرانه تر است.
• محدوده تنظیم سرعت: این می تواند ماشین ابزار CNC را برای ابزارهای مختلف و میزان براده برداری و مواد پردازشی مناسب کند. برای فناوری های مختلف پردازش مناسب است.
• گشتاور خروجی مشخص و گشتاور اضافه بار معین مورد نیاز است؛ ماهیت بار مکانیکی ماشین ابزار عمدتاً برای غلبه بر اصطکاک اتصالات میز کار و مقاومت برشی مواد است، بنابراین طبیعت گشتاور ثابت است.

الزامات اسپیندل موتور با سرعت بالا عبارتند از:

• توان خروجی کافی؛ ماهیت بارگذاری شده اسپیندل ماشین ابزار CNC مشابه قدرت ثابت است. وقتی سرعت اسپیندل موتور ماشین ابزار زیاد باشد، گشتاور خروجی کم است. وقتی سرعت اسپیندل کم است، گشتاور خروجی زیاد است. درایو شفت باید دارای خاصیت قدرت ثابت باشد.
• محدوده تنظیم سرعت؛ برای اطمینان از اینکه ماشین ابزار CNC برای ابزارهای مختلف و مواد پردازشی مناسب است. برای فناوری های مختلف پردازش مناسب است و موتور اسپیندل باید محدوده تنظیم سرعت خاصی داشته باشد. اما الزامات برای اسپیندل کمتر از خط انتقال است.
• دقت سرعت؛ معمولاً اختلاف استاتیک کمتر از 5٪ و نیاز بالاتر کمتر از 1٪ است.
• سریع؛ گاهی اوقات از درایو اسپیندل در عملکرد موقعیت یابی استفاده می‌شود که مستلزم سریع بودن آن است.

نشانگرهای خروجی سروو موتور و اسپیندل موتور متفاوت است!!!

سروو موتور گشتاور (N.m) و اسپیندل قدرت (کیلووات) را به عنوان شاخص  قدرتی می‌گیرند. سروو موتور میز کار ماشین ابزار را به حرکت در می آورد، و میرایی بار میز کار، گشتاور تبدیل شده به شفت موتور است، بنابراین سروو موتور گشتاور (N.m) را به عنوان شاخص می‌گیرد. اسپیندل موتور، اسپیندل ماشین ابزار را به حرکت در می‌آورد و بار آن باید با قدرت ماشین ابزار مطابقت داشته باشد، بنابراین موتور اسپیندل قدرت (کیلووات) را به عنوان شاخص می‌گیرد. اما از طریق تبدیل فرمول مکانیکی می توان دو نشانگر را به صورت متقابل محاسبه کرد.