Применение электрошпинделей в современном машиностроении

Многие технологические процессы современного производства требуют высоких угловых скоростей вращения рабочего инструмента. Увеличение оборотов шпинделя шлифовального станка позволяет получить высокое качество обработки поверхности. В машиностроение подобные требования предъявляются к шарикоподшипникам и к поршням цилиндров двигателей. При обработке отверстий диаметром менее 4 мм шпиндель станка должен вращаться со скоростью 200 тыс. об/мин.

 

.

Классическим способом обеспечения заданной скорости вращения вала в станкостроении является использование ременных передач. Передаточное отношение ременной передачи может достигать 10, однако при высоких скоростях вращения срок службы ременного привода не превышает 150-300 часов из-за сильных вибраций всей конструкции. Пневматические двигатели позволяют обеспечить необходимую скорость вращения, но не всегда применимы, ввиду недостаточной мощности. Потребность промышленности в высокочастотных приводах позволяют удовлетворить электрошпиндели.

 

«Сердцем» электрошпинделя является короткозамкнутый электродвигатель с частотой вращения ротора 12-50 тыс. об/мин. Материалом для изготовления статора и ротора служит электротехническая сталь. Токовые потери внутри двухполюсной обмотки ротора приводят к существенному нагреву статора во время работы. Для охлаждения на двигатель одевают кожух с каналами для циркуляции проточной воды.

При вращении шпинделя на таких высоких оборотах крайне важно избежать биений и вибраций. Для этих целей использую высокоточные шариковые подшипники, с максимальным зазором не более 30 микрон. При скоростях, превышающих 50 тыс. об/мин, использование шариковых подшипников становится невозможным. В этом случае применяют подшипники скольжения. Чтобы избежать перегрева их рабочих поверхностей внутрь трущихся втулок впрыскивают под давлением машинное масло. Такая система охлаждения требует отдельного насоса и системы подачи масла. Балансировка всех подвижных деталей производится на этапе сборки электрошпинделя. Выполнить ее возможно только при точном изготовлении статора и ротора, с соблюдением всех зазоров.

Питание высокочастотных двигателей осуществляется электронными преобразователями частоты. В отличие от применяемых ранее высокочастотных генераторов, они обладают меньшими габаритами и повышенной надежностью.