Avkjøling av spindelen til en CNC-maskin med egne hender. Designdiagrammer av spindelvannkjølesystemet

Fresemaskiner utfører kontakt maskinering kutting. Under påvirkning av skjærekrefter skiller den skarpe kilen til verktøyet (kutteren) partikler av materiale for å danne en ny - bearbeidet - overflate av arbeidsstykket. For å overvinne intermolekylær tiltrekning og skille materialepartikler, er det nødvendig å bruke tilstrekkelig høy energi. Det genereres av spindelen - hovedkraftelementet fresemaskin. Den er designet for å festes skjæreverktøy, overføre dreiemoment til det, samt å bevege seg over arbeidsstykket i samsvar med behandlingsprogrammet (bevegelsesveien til kutteren).

Strukturelt sett er fresemaskinspindelen en kraftig asynkron elektrisk motor AC. Den elektriske motorakselen er installert i vinkelkontaktlager for å kompensere for virkningen av aksiale belastninger under den vertikale bevegelsen av kutteren, samt for å kompensere for belastninger i horisontalplanet når verktøyet beveger seg langs prosesseringsruten. Enden av spindelakselen har en Morse-avsmalning for montering av en hylsechuck. Sistnevnte tjener til å sikre kutteren, som tidligere er installert i en hylse med passende diameter.

Alle spindelkomponenter er kombinert i et enkelt ikke-separerbart hus med innebygd kjølesystem. For enheter med lav effekt (opptil 500 W) brukes hovedsakelig et luftkjølesystem. Kraftigere spindler (fra 1 kW og over) er utstyrt med et vannkjølesystem.

Kjølesystem for flytende spindel

Enhver væske (spesielt vann) har mye større varmekapasitet enn luft. Derfor, for kraftige spindler som krever intensiv varmeavledning, brukes et væskekjølesystem. Designet er en spesiell "jakke" (hulrom inne i spindellegemet for passasje av væske), som kjølevæske tilføres under trykk. Grunnkjølevæsken er vann, men frostvæske eller andre blandinger kan brukes for å forhindre korrosjon (se nedenfor).

Viklingen opplever den største oppvarmingen under spindeldrift. asynkron elektrisk motor og aksellagre. Det er de som "omfavnes" av kjølekappen - overflødig varme absorberes av den sirkulerende væsken. For å tilføre/tømme ut væske er spindelkroppen utstyrt med spesielle beslag (ved denne funksjonen er det lett å skille vannkjølte spindler fra "luftkjølte" spindler). Beslag kobles til fleksible slanger Med væskepumpe og en varmeveksler. En annen komponent i systemet er en beholder for lagring av væskereserver. I noen kjølesystemer kan beholderen også fungere som varmeveksler.

Designdiagrammer av varmevekslere

Normal temperaturforhold drift av en CNC-fresemaskin er å varme spindelen ikke høyere enn 50 °C (spindelen skal være varm å ta på, men ikke skålde). Ved overdreven oppvarming av spindelen (spesielt ved langvarig fresing i tvungen modus), må varmevekslingshastigheten til kjølesystemet økes.

Som nevnt ovenfor kan den enkleste varmeveksleren være en beholder for oppbevaring av væske. Metallveggene i beholderen sprer varmen fra oppvarmet vann ganske godt. Og om nødvendig kan effektiviteten til en slik passiv radiator økes ved å sikre pålitelig kontakt av metallbeholderen med metallrammen til fresemaskinen. Den massive rammen vil gi utmerket varmespredning av den oppvarmede væsken som dreneres fra spindelen inn i beholderen.

Et annet varmeveksleralternativ er en rørformet radiatorbatteri fra husholdnings kjøleskap. For å intensivere varmefjerning, kan spolen også monteres på metallrammen til maskinen. Et godt eksempel effektivt system er et design der en varmeradiator fra en VAZ-2106 bil brukes som varmeveksler. Du bør kjøpe en elektrisk vifte for den. passende diameter(designet for strømforsyning fra et vekselstrømnettverk, spenning 220 V). Væskepumpen i et slikt system vil være en "pumpe" for akvariet (også designet for 220 V). Alle komponenter i kjølesystemet er satt sammen i et enkelt hus, noe som sikrer pålitelig feste av enhetene. Et viktig krav til systemet er dets tetthet, så installasjonen av komponenter og alle tilkoblinger må utføres veldig nøye.

Klare løsninger

Et godt alternativ for å organisere et kjølesystem er å bruke ferdige løsninger fra relaterte områder. For eksempel, for fresemaskiner med spindler med relativt lav effekt (opptil 1 kW), kan et PC-mikroprosessorkjølesystem brukes. Et slikt system er allerede utstyrt med en væskepumpe (pumpe), et kjølevæskebeholder, en radiator med innebygd vifte og alle tilkoblingsslanger.

Enda mer effektive midler vil bruke en spesiell kjøler for kjølesystemer til lasermaskiner. Kjøleren er en enkelt enhet som inneholder en rørformet radiator, vifter, elektroniske termostater og en beholder for væske. Kjøleren har høy ytelse og tillater fleksibel justering av kjølevæsketemperaturen. Den eneste ulempen med de listede systemene er deres høy kostnad(sammenlignet med hjemmelagde løsninger).

Typer kjølevæsker

Den enkleste (og i de fleste tilfeller anbefalt av verktøyprodusenter), tilgjengelige og billigste kjølevæske er vann. For å unngå sedimentavleiringer inne i kanalene til spindelkjølekappen, bør destillert vann brukes. Det bør imidlertid tas i betraktning at bakterier over tid formerer seg i vannet, og det dannes slim i kjølesystemet (også inne i spindelen). Som et resultat reduseres varmespredningen betydelig. I tillegg forårsaker selv destillert vann korrosjon av metallelementene i spindelen.

For samtidig å bekjempe korrosjon og mikroorganismer, bør frostvæske brukes som kjølevæske ( vandig løsning etylenglykol). Ved bruk av et forseglet kjølesystem er fordampning av væske praktisk talt eliminert, så det er ikke behov for kostnadene ved å legge til/erstatte frostvæske. I prinsippet kan du bruke frostvæske til bil (det samme som frostvæske, men med en pakke med spesielle tilsetningsstoffer), men den proprietære blandingen vil være dyrere enn en enkel løsning av etylenglykol (alkohol) i vann. I tillegg danner en rekke proprietære frostvæsketilsetningsstoffer et hvitaktig belegg på rørledninger, noe som også reduserer varmeavledning og kompliserer sirkulasjonen av væske i kjølesystemet.

Det bør huskes at etylenglykol er en kraftig gift! Når du bruker et kjølesystem fylt med frostvæske eller frostvæske, må det utvises ekstrem forsiktighet!

Fresemaskiner utfører kontaktbearbeiding ved kutting. Under påvirkning av skjærekrefter skiller den skarpe kilen til verktøyet (kutteren) partikler av materiale for å danne en ny - bearbeidet - overflate av arbeidsstykket. For å overvinne intermolekylær tiltrekning og skille materialepartikler, er det nødvendig å bruke tilstrekkelig høy energi. Den genereres av spindelen, hovedkraftelementet til fresemaskinen. Den er konstruert for å feste et skjæreverktøy, overføre dreiemoment til det og flytte det over arbeidsstykket i samsvar med behandlingsprogrammet (kutterens bevegelsesvei).

Strukturelt sett er fresemaskinspindelen en kraftig asynkron AC-motor. Den elektriske motorakselen er installert i vinkelkontaktlager for å kompensere for virkningen av aksiale belastninger under den vertikale bevegelsen av kutteren, samt for å kompensere for belastninger i horisontalplanet når verktøyet beveger seg langs prosesseringsruten. Enden av spindelakselen har en Morse-avsmalning for montering av en hylsechuck. Sistnevnte tjener til å sikre kutteren, som tidligere er installert i en hylse med passende diameter.

Alle spindelkomponenter er kombinert i et enkelt ikke-separerbart hus med innebygd kjølesystem. For enheter med lav effekt (opptil 500 W) brukes hovedsakelig et luftkjølesystem. Kraftigere spindler (fra 1 kW og over) er utstyrt med et vannkjølesystem.

Kjølesystem for flytende spindel

Enhver væske (spesielt vann) har mye større varmekapasitet enn luft. Derfor, for kraftige spindler som krever intensiv varmeavledning, brukes et væskekjølesystem. Designet er en spesiell "jakke" (hulrom inne i spindellegemet for passasje av væske), som kjølevæske tilføres under trykk. Grunnkjølevæsken er vann, men frostvæske eller andre blandinger kan brukes for å forhindre korrosjon (se nedenfor).

Viklingene til den asynkrone elektriske motoren og aksellagrene opplever den største oppvarmingen under spindeldrift. Det er de som "omfavnes" av kjølekappen - overflødig varme absorberes av den sirkulerende væsken. For å tilføre/tømme ut væske er spindelkroppen utstyrt med spesielle beslag (ved denne funksjonen er det lett å skille vannkjølte spindler fra "luftkjølte" spindler). Armaturene er forbundet med fleksible slanger til væskepumpe og varmeveksler. En annen komponent i systemet er en beholder for lagring av væskereserver. I noen kjølesystemer kan beholderen også fungere som varmeveksler.

Designdiagrammer av varmevekslere

Den normale driftstemperaturen til en CNC-fresemaskin er å varme spindelen ikke høyere enn 50 °C (spindelen skal være varm å ta på, men ikke skålde). Ved overdreven oppvarming av spindelen (spesielt ved langvarig fresing i tvungen modus), må varmevekslingshastigheten til kjølesystemet økes.

Som nevnt ovenfor kan den enkleste varmeveksleren være en beholder for oppbevaring av væske. Metallveggene i beholderen sprer varmen fra oppvarmet vann ganske godt. Og om nødvendig kan effektiviteten til en slik passiv radiator økes ved å sikre pålitelig kontakt av metallbeholderen med metallrammen til fresemaskinen. Den massive rammen vil gi utmerket varmespredning av den oppvarmede væsken som dreneres fra spindelen inn i beholderen.

Et annet alternativ for en varmeveksler er en rørformet radiatorspole fra et husholdningskjøleskap. For å intensivere varmefjerning, kan spolen også monteres på metallrammen til maskinen. Et godt eksempel på et effektivt system er et design der en varmeradiator fra en VAZ-2106-bil brukes som varmeveksler. For å gå med det, bør du kjøpe en elektrisk vifte med passende diameter (designet for å få strøm fra et vekselstrømnettverk, spenning 220 V). Væskepumpen i et slikt system vil være en "pumpe" for akvariet (også designet for 220 V). Alle komponenter i kjølesystemet er satt sammen i et enkelt hus, noe som sikrer pålitelig festing av enhetene. Et viktig krav til systemet er dets tetthet, så installasjon av komponenter og alle tilkoblinger må utføres svært nøye.

Klare løsninger

Et godt alternativ for å organisere et kjølesystem er å bruke ferdige løsninger fra relaterte områder. For eksempel, for fresemaskiner med spindler med relativt lav effekt (opptil 1 kW), kan et PC-mikroprosessorkjølesystem brukes. Et slikt system er allerede utstyrt med en væskepumpe (pumpe), et kjølevæskebeholder, en radiator med innebygd vifte og alle tilkoblingsslanger.

En enda mer effektiv måte ville være å bruke en spesiell kjøler for kjølesystemer til lasermaskiner. Kjøleren er en enkelt enhet som inneholder en rørformet radiator, vifter, elektroniske termostater og en væskebeholder. Kjøleren har høy ytelse og tillater fleksibel justering av kjølevæsketemperaturen. Den eneste ulempen med de listede systemene er deres høye kostnader (sammenlignet med hjemmelagde løsninger).

Typer kjølevæsker

Den enkleste (og i de fleste tilfeller anbefalt av verktøyprodusenter), tilgjengelige og billigste kjølevæske er vann. For å unngå sedimentavleiringer inne i kanalene til spindelkjølekappen, bør destillert vann brukes. Det bør imidlertid tas i betraktning at bakterier over tid formerer seg i vannet, og det dannes slim i kjølesystemet (også inne i spindelen). Som et resultat reduseres varmespredningen betydelig. I tillegg forårsaker selv destillert vann korrosjon av metallelementene i spindelen.

For samtidig å bekjempe korrosjon og mikroorganismer, bør frostvæske (en vandig løsning av etylenglykol) brukes som kjølevæske. Ved bruk av et forseglet kjølesystem er fordampning av væske praktisk talt eliminert, så det er ikke behov for kostnadene ved å legge til/erstatte frostvæske. I prinsippet kan du bruke frostvæske til bil (det samme som frostvæske, men med en pakke med spesielle tilsetningsstoffer), men den proprietære blandingen vil være dyrere enn en enkel løsning av etylenglykol (alkohol) i vann. I tillegg danner en rekke proprietære frostvæsketilsetningsstoffer et hvitaktig belegg på rørledninger, noe som også reduserer varmeavledning og kompliserer væskesirkulasjonen i kjølesystemet.

Det bør huskes at etylenglykol er en kraftig gift! Når du bruker et kjølesystem fylt med frostvæske eller frostvæske, må det utvises ekstrem forsiktighet!

Det ville være mer riktig å stille dette spørsmålet på denne måten: hvilken type spindelkjøling er best egnet for å løse problemet? Dette spørsmålet stilles vanligvis av de som designer en ny maskin eller endrer en eksisterende. Uansett, det faktum at begge typer kjøling finnes betyr at hver av dem har sine egne fordeler. Den enkleste måten å trekke den riktige konklusjonen på er å gjøre deg kjent med alle fordeler og ulemper ved begge typer kjøling.

Spindel med luftkjølt:

Har vanligvis en langstrakt design rektangulær form og lett legering. Selve huset danner sammen med de indre luftkanalene kjøleflaten. Til tvungen ventilasjon, er et løpehjul montert på spindelens øvre aksel som trekker luft gjennom kanalene. Den nedre akselen er utstyrt med en hylseklemme for verktøymontering.

Disse spindlene finnes ofte på trebearbeidingsmaskiner, og det er flere grunner til dette. La oss se nærmere på alle fordeler og ulemper med luftkjølte spindler.

Fordeler:

• Den eksisterende utformingen av slike spindler er slik at de, med samme kraft sammenlignet med en vannkjølt spindel, har en mye mer massiv og kraftig design, noe som har en positiv effekt på spindelens levetid og størrelsen på belastningene den tåler. Dette er spesielt viktig ved trebearbeiding, siden kuttere for slike typer arbeid ofte ikke har god balansering og kan være ganske store i størrelse.
• Også, med sammenlignbar kraft, har disse spindlene større størrelse spennhylser, og utvider dermed mulighetene for verktøyet som brukes.
• En stor fordel er den større autonomien en luftkjølt spindel krever kun en strømkabel, i motsetning til en vannkjølt spindel har den ikke kjølevæskerør som må legges gjennom alle fleksible kabelkanaler. Denne funksjonen er spesielt merkbar når du installerer en spindel på store maskiner, mer enn 3 m.

Ulemper:

• Som vi allerede har sagt, er den luftkjølte spindeldesignen mer massiv og designet for å tåle større belastninger, så dette påvirker kostnadene. Prisen på luftkjølte spindler er litt høyere enn for vannkjølte spindler.
• En luftkjølt spindel har en risiko for overoppheting ved drift med lave hastigheter, og fordi løpehjulet er festet til akselen, avtar volumet av kjøleluft ettersom hastigheten avtar. Situasjonen forverres hvis spindelen opererer ved høye utetemperaturer.
• Spindelen er montert på en slik måte at det er umulig å justere høydeposisjonen med mindre maskinen har en spesiell adapterplate dette kan forårsake noen vanskeligheter med begrenset bevegelse langs maskinens Z-akse.
• Kjøleluftstrømmen fra en luftkjølt spindel er ganske sterk og blåser det kuttede materialet til sidene, så i dette tilfellet kreves det et ganske kraftig støv- og sponfjerningssystem.
• Kjøleviften er ganske støyende, så det er ikke tilrådelig å bruke en slik spindel på maskiner som bruker verktøy og materialer som ikke produserer støy (graveringsmaskiner, skjærevoks og modelleringsplast).

Vannkjølt spindel:
Fordeler:

• Med sammenlignbar effekt sammenlignet med luftmotorer har de en betydelig lavere kostnad
• Flere kompakte dimensjoner spindel
• En vannkjølt spindel kjennetegnes av ganske lydløs drift, forutsatt at selve kutteren ikke produserer mye støy. Denne egenskapen lar deg lage en maskin som kan brukes i ikke-spesialiserte produksjonsanlegg.
• Den sylindriske formen på spindelen og festingen med en klemme gjør at du enkelt kan justere høyden på spindelen, og utvide maskinens muligheter når du arbeider med lange kuttere og høye arbeidsstykker.

Ulemper:

• Den største ulempen med en vannkjølt spindel er at alt er festet tilleggsutstyr for kjøling: rør, radiator, vifte, pumpe og ekspansjonstank. Selv om alle disse komponentene ikke kan kalles dyre, krever plassering på maskinen og vedlikehold tidsressurser.
• En vannkjølt spindel har fare for korrosjon inne i kjølekappen, noe som kan føre til at kjølevæske kommer inn i viklingene og resulterer i fullstendig svikt.

Viktige merknader ved bruk av spindler:

For luftkjølte spindler:

• prøv å ikke la spindelen operere ved lave hastigheter, dette kan føre til at den overopphetes og svikter
• Sørg for at kjølekanalene er i god stand og at de er fri for luft som strømmer gjennom dem, og at innløpet er fritt for fremmedlegemer.
• Det anbefales ikke å bruke luftkjølte spindler i miljøer som inneholder vann eller olje.

For vannkjølte spindler:

• Hvis du vil at spindelen skal vare lenge og ikke har problemer med kroppen og viklingene på grunn av korrosjon, bruk under ingen omstendigheter vanlig vann for å avkjøle spindelen. Vi anbefaler å utstyre spindelen fullstendig lukket system kjøling, fylt med en spesiell væske. Denne væsken kan være en hvilken som helst sammensetning som brukes til bilkjølesystemer. Det er tillatt å fortynne disse væskene med rent destillert vann, siden det ikke er fare for å fryse hele systemet. Poenget med å bruke kjølevæsker er deres anti-korrosjonsegenskaper.
• Ofte er det tilfeller av drift av en spindel uten kjølesystem, på grunn av det faktum at pumpen drives uavhengig av spindelkraften, og operatøren kan glemme å slå den på. Vi anbefaler å koble til pumpen slik at den slår seg på automatisk når maskinen og spindelen går.
• Bruk en egnet kjølevæskepumpe eller pumpe. En vanlig feil er bruk av en pumpe som ikke er designet for langsiktig kontinuerlig arbeid eller en pumpe med løse elektriske koblinger, for eksempel noen drivstoffpumpemodeller.
• Ved legging av kjølesystemledninger i fleksible kabelkanaler, bruk rør med tilstrekkelig stivhet for å unngå knekk under maskindrift. Noen typer rør kan også miste formen betydelig selv ved temperaturer over 40°C, så bruken anbefales heller ikke.

Gutter, vi har bygget et kjølesystem for CNC-en vår og deler all dokumentasjonen med dere i tilfelle dere ønsker det samme.

Dagen kom da muligheten bød seg for å sette spindelkjølingen i orden: den kinesiske pumpen sviktet. Og vi tenkte at det var på tide å slutte å gjemme beholderen med frostvæske og pumpe under maskinen og lage noe som ikke ville være flaut å sette på et synlig sted. Vi er et byrå industriell design, til slutt!

Slik så gården ut rett etter havariet:

En slik beholder varmet opp til 60C hvis maskinen jobbet i 5-6 timer om vinteren, og opp til 70C om sommeren. Samtidig var temperaturen på spindelkroppen, ifølge det infrarøde termometeret, i et sammenlignbart område: fra 60 til 75C. Dette var nok foreløpig, men i løpet av de neste par ukene var det en ganske stor ordre på behandling og vi bestemte oss for å lage kjøling med reserve.

Vi hadde fortsatt noen små rørleggerartikler og et par vakre bimetall termometre fra et av mine tidligere prosjekter som jeg ønsket å inkludere et sted. Vi har også ganske dyr strøm og veldig billig kaldt vann, så vi bestemte oss for å bruke det lille springvannet til å organisere en andre krets som ville kjøle ned frostvæsken.

Til høyre for maskinen har vi et elektrisk panel: frekvensomformer, strømforsyninger, dumper, etc. Alt er montert på et ark med laserskåret plexiglass, og vi fravikte ikke den gitte stilen.

Etter et par timer med modellering fikk jeg dette diagrammet:

• På venstre vegg er det to 1/2" "American" hunnkoblinger for tilkobling rennende vann. Til dem er det festet adaptere med hylse for et 10 mm silikonrør, som tres i en spiral inn i hullene på kassetten (den med håndtaket).
• Rennende kaldt vann vil strømme gjennom silikonrøret og avkjøle frostvæsken gjennom veggen på røret. Ikke supereffektivt, men i vårt tilfelle er det ganske nok.
• Hele strukturen er hengt opp fra veggen, så en 1/2" kran er bygget inn i bunnen av tanken for drenering i tilfelle alt må fjernes for vedlikehold eller bare henges opp igjen.
• De bimetalliske termometrene til høyre har også en 1/2" gjenge og er festet med en låsemutter gjennom en silikonpakning. Varmt kjølemedium vil strømme inn i den øvre termometerhylsen, og termometeret vil indikere innløpstemperaturen. Den nedre termometerhylsen er plassert ved siden av innløpet til den nedsenkbare pumpen og viser temperaturen utgående strøm.

Totalt var det 12 deler ulike tykkelser: det ble bestemt å lage sidedelene og bunnen fra et ark 10 mm tykt for å gjøre det mer praktisk å bore og kutte tråder, og bakvegg og frontpanel - 6mm. Vi utarbeidet konturene for skjæring i DXF, utarbeidet en spesifikasjon og sendte dem til våre venner for laserskjæring. Dagen etter fikk vi delene og brukte omtrent halve dagen på å bore kanter, kutte gjenger og avfase.

Deretter utførte vi en testmontering:

Alt passet perfekt sammen, og dagen etter dro vi for å hente det nedsenkbar pumpe fra leveringsstedet for nettbestillinger. Pumpen som ble valgt for fontenene var ZUBR ZNFCh-20-1.6. Ganske kompakt og med egenskaper kun for vår oppgave.

Det er tid for sluttsamlingen. Alle skjøter ble teipet, skruer ble strammet til og lot tørke. Monteringsvideoen kan ses her:

Alt tørket ut og vi installerte enheten. Nå ser det slik ut:

Totalt ble det påkrevd:

• 12 plexiglass deler
• 2 amerikanske beslag 1/2"
• 2 bimetall termometre
• 1 trykk for 1/2"
• 5 silikonpakninger 1/2"
• spredning av festemidler M4x0,5
• tube av silikonforsegling
• 4 meter 10 mm silikonrør
• nedsenkbar pumpe ZUBR ZNFCH-20-1.6

Total kostnad: ca 6 tusen rubler.

All dokumentasjon, inkludert modell- og DXF-oppsett for laserskjæring Vi har samlet det i et arkiv og lagt det ut her.