CNC-Spindel verstehen

CNC-Spindel
Jack Lüge Experte für CNC-Bearbeitung

Auf etwas spezialisiert sein CNC-Fräsen, CNC-Drehen, 3d Drucken, Urethanguss, und Blechbearbeitung Dienstleistungen.


CNC-Maschinen, wie z Drehmaschinen, Mühlen, und Router, bestehen aus mehreren unterschiedlichen Teilen. Unter ihnen ist die Spindel eine kritische Komponente, die die Leistung der Maschine erheblich beeinflusst und sicherstellt, dass Teile genau produziert werden. Bevor Sie sich für den zu verwendenden Spindeltyp entscheiden, ist es daher wichtig, dessen Funktionsweise zu verstehen.

In diesem Artikel wird erläutert, was eine CNC-Spindel ist, wie sie mit Werkzeugmaschinen funktioniert, welche Funktionen sie hat und welche verschiedenen Arten von Spindeln verfügbar sind.

Was ist eine CNC-Spindel und wie funktioniert sie?

Die CNC-Spindel, auch Spindeltriebe genannt, ist die zentrale Welle in der Drehachse von Werkzeugmaschinen, kann aber auch die gesamte Dreheinheit mit ihren Lagern und Anbauteilen bezeichnen. Es erhält Eingaben von der CNC-Steuerung, um sich um seine Achse zu drehen, was es zu einem kritischen Teil von a macht CNC-Bearbeitungszentrum. Die Art der Spindel bestimmt die Schneidgeschwindigkeit und Kraft, und eine Werkzeugmaschine kann mehrere Spindeln haben, wobei die größte als Hauptspindel bezeichnet wird. Für Spindeln stehen verschiedene Konfigurationen und Optionen zur Verfügung, um unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen, z. B. Dreh-, Fräs-, Schleif-, Elektro-, Niedrig- und Hochgeschwindigkeitsspindeln.

CNC-Spindeltypen

Eine Spindel besteht typischerweise aus einem Motor, einer Welle, die das Werkzeug hält, und einem Kegel zur Werkzeugsteuerung. Während sie sich um ihre eigene Achse dreht, schneidet, schneidet und verfeinert die Spindel Materialien basierend auf Befehlen von einem Computer.

Komponenten einer CNC-Spindel

Während es in Spindeln viele Teile gibt, besteht eine typische Baugruppe aus einer rotierenden Welle, die von einem Lagersystem getragen und von einem internen oder externen Motor angetrieben wird. Die verschiedenen Komponenten und Subsysteme werden im Folgenden kurz beschrieben.

Spindelkomponenten
Bildnachweis: setco.com

Spindelmotor

Das Antriebssystem jeder Spindel wird basierend auf den Anforderungen der Anwendung an Geschwindigkeit, Leistung und Steifigkeit bestimmt, unabhängig davon, ob es riemengetrieben, zahnradgetrieben oder mit einem integrierten Motordesign ausgestattet ist.

Riemen- und zahnradgetriebene Spindeln werden im Allgemeinen verwendet, wenn sie höher sind Drehmoment erforderlich und werden von einem externen Motor- und Riemenscheibensystem angetrieben, während integrale Motorkonstruktionen bei höheren Drehzahlen verwendet werden und Drehmoment und Leistung durch das System erzeugen, in dem sich der Stator und der Rotor innerhalb des Spindelgehäuses befinden.

Spindelgehäuse

Das Spindelgehäuse kann in verschiedenen Ausführungen angeboten werden, z. B. als integrierter Bestandteil der Maschine, in Blockbauweise oder als angeflanschte Patrone. Seine Hauptaufgabe besteht darin, die Lagerung auf der Welle präzise abzustützen und Vibrationen aus dem Bearbeitungsprozess zu reduzieren. Es bietet der Spindel mehrere Versorgungssysteme, wie z. B. Kanäle zur Schmierung der Lager, Luftkanäle für den Innendruck und Kühlmäntel zur Minimierung der Wärme.

Welle

Die Hauptfunktion der Welle besteht darin, die Drehkraft vom Antriebssystem zu übertragen. Es wird durch einen Satz Lager gesichert, die seine Drehung entlang der Mittellinie der Spindel erleichtern. Spindelwellen sind üblicherweise hohl mit einem verjüngten Ende, um eine Zugstange oder einen Werkzeughaltemechanismus aufzunehmen.

Lager

Die Lebensdauer einer Spindel hängt stark vom verwendeten Lagertyp ab, der auf der Grundlage der erforderlichen Drehzahl, des Drehmoments und der Belastung ausgewählt werden sollte. Schrägkugellager werden normalerweise für Hochgeschwindigkeitseinheiten verwendet, während Wälzlager sind eher für höhere Steifigkeit und Belastbarkeit geeignet. Die Schmiertechniken, Präzisionsniveaus und die Höhe der Vorspannung werden entsprechend den spezifischen Anforderungen und Umständen der Anwendung angepasst. Es wird auch davon ausgegangen, dass die Gesamtkonfiguration den Anforderungen der erforderlichen Bedingungen entspricht.

Dichtungen

Spindelversagen durch äußere Verschmutzung kann durch den Einsatz von Dichtungen verhindert werden, die Verunreinigungen wie Späne von den Lagern fernhalten. Die beiden Haupttypen von Dichtungen sind berührende und berührungslose Dichtungen.

  • Kontaktdichtungen sind einfach, mit einer Lippe, die auf der Welle sitzt, aber sie verschleißen mit der Zeit aufgrund von Rotationskräften.
  • Berührungslose Dichtungen bestehen aus festen und rotierenden Komponenten, die ein Labyrinth bilden, um eine Kontamination zu verhindern. Sie ermöglichen auch einen angemessenen Schutz vor Verunreinigungen, während Hitze und Verschleiß gering gehalten werden, da kein Kontakt von Oberfläche zu Oberfläche besteht. Bei der Auswahl eines Dichtungstyps für ein Spindeldesign bestimmen die Anwendungskriterien, die Spindelkomplexität und der Gehäuseplatz, welcher Dichtungstyp zu verwenden ist.

Spannzange oder Spannfutter

Eine Spannzange oder ein Spannfutter in einer CNC-Spindel wird verwendet, um ein Schneidwerkzeug während Bearbeitungsvorgängen sicher an Ort und Stelle zu halten. Es ist ein mechanisches Gerät, das den Werkzeugschaft mit hoher Kraft und Genauigkeit greift und präzise und wiederholbare Schnitte ermöglicht.

Deichsel

Der Klemmmechanismus des Werkzeugs wird als Zugstange bezeichnet, die aus einer Stange mit einem Satz Federn besteht, die die erforderliche Kraft zum Greifen und Lösen des Werkzeugs aufbringen. Die Kraft kommt von einem rückseitig montierten Betätigungszylinder, der entweder hydraulisch oder pneumatisch arbeitet. An der Vorderseite der Deichsel befindet sich ein Greifer, der das Werkzeug unter Last festhält.

Arten von CNC-Spindeln

Für CNC-Spindeln sind verschiedene Formen und Größen erhältlich. Dieser Teil klassifiziert sie basierend auf verschiedenen Parametern zur einfachen Identifizierung.

Basierend auf der Spindelausrichtung

  1. Vertikale Spindeln – Bei diesem Spindeltyp ist die Schneidewerkzeug vertikal positioniert ist, wobei die Rotationsachse senkrecht zum Arbeitstisch steht. Vertikalspindeln werden typischerweise in Fräsmaschinen und Bohrmaschinen eingesetzt. Sie werden auch häufig in industriellen Anwendungen wie Bearbeitungszentren verwendet, wo das Werkstück stationär gehalten wird, während das Schneidwerkzeug entlang verschiedener Achsen bewegt wird.
  2. Horizontale Spindeln – Bei diesem Spindeltyp ist das Schneidwerkzeug horizontal positioniert, wobei die Rotationsachse parallel zum Arbeitstisch ist. Horizontalspindeln werden typischerweise in Drehmaschinen, Bohrmaschinen und Schleifmaschinen verwendet. Sie werden auch in einigen Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren verwendet. Horizontalspindeln sind bekannt für ihre Fähigkeit, hohe Schnittgeschwindigkeiten und Genauigkeit zu erreichen.
Vertikalspindeln für CNC-Bearbeitungszentren
Horizontalspindeln für CNC-Drehmaschinen

Basierend auf dem Werkzeughaltemechanismus

1. Spannzangenspindeln – Diese Spindeln verwenden eine Spannzange, um das Werkzeug an Ort und Stelle zu halten. Die Spannzange wird mit einem Spezialwerkzeug oder einem Schraubenschlüssel angezogen, der einen starken Halt am Werkzeug bietet. Spannzangen werden üblicherweise in Fräsmaschinen und Fräsmaschinen verwendet.

2. Hydraulische Spannfutter – Hydraulische Spannfutter verwenden hydraulischen Druck, um das Werkzeug festzuspannen. Diese Spindeln sind hochpräzise und ideal für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung. Sie werden typischerweise in Drehzentren und Schleifmaschinen eingesetzt.

Hydraulische Spannfutter

3. Werkzeughalter mit Schrumpfpassung – Diese Spindeln verwenden Wärme, um eine spezielle Spannzange auszudehnen, die das Werkzeug fest hält. Die Spannzange schrumpft dann beim Abkühlen und hält dadurch das Werkzeug fest. Werkzeughalter mit Schrumpfpassung sind hochpräzise und bieten eine hervorragende Steifigkeit. Diese Spindeln werden üblicherweise in Bearbeitungszentren verwendet.

4. Weldon-Werkzeughalter – Weldon-Werkzeughalter haben einen geraden Schaft, der von einem Satz gehalten wird schrauben. Sie werden häufig in Fräsmaschinen verwendet und eignen sich hervorragend zum schnellen Abtragen von Material.

5. HSK-Werkzeughalter – HSK-Werkzeughalter (Hollow Shank Taper) verwenden eine konische Schnittstelle, um das Werkzeug an Ort und Stelle zu halten, und sie sind hochpräzise und steif. HSK-Spindeln werden häufig in der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung eingesetzt und sind ideal für Anwendungen, die eine hohe Präzision erfordern.

Basierend auf Kraftantrieb

  1. Riemengetriebene Spindeln – Eine riemengetriebene Spindel wird verwendet, um Kraft vom Motor auf die Spindel zu übertragen. Dieses System ist relativ einfach und erschwinglich, was es zu einer beliebten Wahl für CNC-Maschinen macht. Der Riemen kann einfach ausgetauscht werden, wenn er sich mit der Zeit abnutzt oder wenn die Anwendung einen anderen Riementyp erfordert. Allerdings sind riemengetriebene Spindeln in der Menge an Leistung, die sie liefern können, begrenzt, was ihre Fähigkeit auf schwerere Fräs- und Schneide-Arbeitslasten einschränkt.
  2. Direktantriebsspindeln – Bei einer Direktantriebsspindel ist der Motor direkt mit der Spindelwelle verbunden und bietet mehr Leistung und Drehmoment als bei riemengetriebenen Spindeln. Dieses Setup führt zu einer besseren Genauigkeit, Positionierung und Stabilität, was es zu einer beliebten Wahl für Präzision macht CNC-Bearbeitung Operationen. Spindeln mit Direktantrieb sind wartungsarm und langlebig im Dauereinsatz.
  3. Luftturbinenspindeln – Eine Luftturbinenspindel verwendet Druckluft anstelle von Elektrizität, um ihren Motor anzutreiben. Dieser Spindeltyp ist bekannt für seine hohe Geschwindigkeit, Genauigkeit und geringe Vibration. Es bietet präzise und konsistente Ergebnisse, insbesondere bei Hochgeschwindigkeits-Fertigungsprozessen, und kann kleine Fräser effizient ausführen. Sie sind jedoch teuer und können eine umfangreiche Wartung erfordern, einschließlich einer regelmäßigen Ölschmierung.
  4. Hybridspindeln – Eine Hybridspindel kombiniert zwei oder mehr Arten von Motorsystemen, normalerweise eine riemengetriebene oder direkt angetriebene Spindel und eine Luftturbinenspindel. Diese Konfiguration bietet die Vorteile aller Spindeltypen, was zu höherer Geschwindigkeit, Leistung und Drehmoment führt, wodurch sie für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet sind. Das Hybridspindeldesign ermöglicht auch eine individuelle Anpassung, sodass CNC-Maschinen eine Kombination von Spindelsystemen verwenden können, die den Anforderungen des Benutzers am besten entsprechen.
  5. Zahnradgetriebene Spindeln – Eine zahnradgetriebene Spindel ist ein Spindeltyp, der Zahnräder verwendet, um die Kraft vom Motor auf den sich drehenden Teil einer Maschine oder eines Werkzeugs zu übertragen. Die Zahnräder sind so angeordnet, dass, wenn der Motor das Eingangszahnrad dreht, es das Ausgangszahnrad antreibt, das auf der Spindelwelle montiert ist. Die Spindelwelle dreht sich dann mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Ausgangszahnrad, wodurch das Werkzeug das Material schneiden oder formen kann. Getriebegetriebene Spindeln liefern ein hohes Drehmoment, das zum Schneiden durch harte Materialien wie Metall unerlässlich ist. Aufgrund der Komplexität ihres Designs kann jedoch mehr Wartung erforderlich sein als bei anderen Arten von Spindeln.

Funktionen von CNC-Spindeln

Spindelbehaftete Maschinen sind vielseitig einsetzbare Werkzeuge für die Metallbearbeitung, Holzbearbeitung, und Erstellen und Herstellen von CNC-Teilen mit verschiedenen Formen. Die folgende Tabelle fasst die Funktionen zusammen, die Spindeln im CNC-Bearbeitungsprozess ausführen:

FunktionBeschreibungAnwendung
MahlenVerfügbar für eine Vielzahl von Fräsaufgaben, einschließlich Konturfräsen, Taschenfräsen, Schlitzen und Planfräsen. Sie bieten eine hohe Genauigkeit und Wiederholbarkeit und können eine breite Palette von Materialien verarbeiten, von Metallen über Kunststoffe bis hin zu Verbundwerkstoffen.Luft- und Raumfahrtteile, Automobilkomponenten und medizinische Implantate.
BohrenIdeal für Bohraufgaben, da sie hohe Spindeldrehzahlen und ein hohes Drehmoment bieten, um schnell und genau Löcher mit verschiedenen Durchmessern und Tiefen zu bohren. Sie können durch eine Vielzahl von Materialien bohren, von weichen Hölzern bis zu harten Metallen.Präzisionsbohren in der Leiterplattenfertigung, Metallverarbeitung und anderen Industrien.
RoutingWird für Fräsaufgaben verwendet, z. B. zum Einschneiden komplizierter Formen und Designs Holz, Kunststoff und Verbundwerkstoffe. Sie können glatte Oberflächen und scharfe Ecken erzeugen und komplexe Werkstücke handhaben 3D Formen mit Leichtigkeit.Tischlerei, Möbelherstellung und Schilderproduktion.
MahlenSchleifen von Flächen, Kanten und Konturen verschiedenster Materialien. Sie bieten eine hohe Genauigkeit und Wiederholbarkeit und können für beides verwendet werden grob und fertig Schleifoperationen.Werkzeug- und Formenbau, Formenbau und Fertigung von Luft- und Raumfahrtteilen.
GravurErstellen Sie komplizierte Designs und Texte auf einer Vielzahl von Materialien, von Metall über Glas bis hin zu Stein. Sie können qualitativ hochwertige Ergebnisse mit hoher Präzision und Genauigkeit erzeugen und sowohl flache als auch tiefe Gravuren verarbeiten.Schmuckherstellung, Geschenkartikel und architektonische Beschilderung.
CNC-Drehmaschine

Vorteile der Verwendung von CNC-Spindeln

CNC-Spindeln bieten eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Bearbeitungstechniken, darunter:

  • Genauigkeit: CNC-Spindeln sind hochpräzise und präzise und können Materialien mit extrem engen Toleranzen schneiden und formen.
  • Geschwindigkeit: Hochgeschwindigkeits-Maschinenspindeln können mit hohen Geschwindigkeiten arbeiten, was kürzere Bearbeitungszeiten und eine erhöhte Produktionseffizienz ermöglicht.
  • Konsistenz: CNC-Spindeln können die gleiche Aufgabe wiederholt ohne Abweichungen ausführen, wodurch eine gleichbleibende Qualitätsausgabe gewährleistet wird.
  • Vielseitigkeit: CNC-Spindeln können für eine Vielzahl von Materialien verwendet werden, von Kunststoffen bis hin zu Metallen, und können eine Vielzahl von Schneid- und Formgebungsvorgängen bei hohen Temperaturen durchführen.
  • Automatisierung: CNC-Spindeln können vollständig automatisiert werden, wodurch der Bedarf an Bedienereingriffen reduziert und die Produktivität gesteigert wird.
  • Kosteneffizient: CNC-Spindeln können langfristig Geld sparen, indem sie Ausschuss reduzieren, Fehler minimieren und die Produktionseffizienz steigern.
  • Flexibilität: CNC-Spindeln können auf verschiedene Arten konfiguriert werden, einschließlich Mehrachsenbearbeitung und Werkzeugwechsler, was eine größere Flexibilität bei Fertigungsprozessen bietet.

So wählen Sie die richtige Spindel für die Fertigung aus

Bei der Auswahl einer Spindel für Ihre CNC-Maschine stehen Ihnen zahlreiche Optionen zur Verfügung. Um die exakten Ergebnisse für Ihre Zerspanungsprojekte zu erzielen, müssen Sie relevante Faktoren sorgfältig berücksichtigen. Hier fassen wir die wichtigsten Überlegungen für Ihre Referenz zusammen.

Kraft und Geschwindigkeit

Die Leistung und Geschwindigkeit einer Spindel bestimmen, wie schnell und genau sie Materialien durchtrennen kann.

  • Unter 1500 KW: besser geeignet für kleinere Projekte, insbesondere für Materialien wie Holz und Kunststoff.
  • 1500KW – 3000KW: Schneiden und Gravieren von Holz und Kunststoffen, während Aluminium mit Spindeln ab 2200KW geschnitten werden kann. Diese Spindeln werden hauptsächlich in eigenständigen CNC-Maschinen verwendet.
  • 3000 KW und mehr: erforderlich für die Bearbeitung von Hartmetallen und Steinen, bei der Bearbeitung von Baustahl sind etwa 3000 KW möglich, bei der Edelstahlbearbeitung sind jedoch 7000 KW oder mehr erforderlich.

Werkstückstoffe

Es ist wichtig, das Werkstückmaterial und die Bearbeitungsanforderungen sorgfältig zu bewerten, um die geeignete Spindel für eine optimale Leistung in CNC-Maschinen auszuwählen.

  • Kompatibilität: Materialien wie Holz, Kunststoff und weiche Metalle erfordern eine Spindel mit geringerer Leistung, während härtere Metalle eine stärkere Spindel erfordern.
  • Härte: Wenn Sie mit abrasiven Materialien wie Metallen arbeiten, wählen Sie eine Spindel mit hoher Härte und Verschleißfestigkeit. Andernfalls hilft eine Spindel mit geringerer Härte, das Werkstück nicht zu beschädigen.
  • Dichte: Materialien mit hoher Dichte erfordern eine Spindel mit höherer Leistung, um sie effektiv zu schneiden und zu formen.
  • Dicke: Wenn das Material dünn ist, kann eine Spindel mit geringerer Leistung geeignet sein, während dickere Materialien eine Spindel mit höherer Ausgangsleistung erfordern, um effektive Ergebnisse zu erzielen.

Präzision

Die Präzision einer Spindel bezieht sich darauf, wie genau sie die Position des Werkzeugs beim Schneiden beibehalten kann. Höhere Präzision ist unerlässlich, wenn Sie mit empfindlicheren Materialien arbeiten oder komplizierte Schnitte ausführen.

Kühlungsmethode

CNC-Spindeln können luftgekühlt oder wassergekühlt sein. Luftgekühlte Spindeln sind in der Regel kostengünstiger und einfacher einzurichten, können jedoch bei längerer Verwendung die Wärme nicht so effektiv ableiten. Wassergekühlte Spindeln hingegen sind im Allgemeinen effizienter bei der Wärmeableitung, können jedoch teurer sein und erfordern eine spezielle Installation.

Kompatibilität

Die Kompatibilität der Spindel mit Ihrer Maschine ist entscheidend. Überprüfen Sie die spezifischen Anforderungen Ihrer CNC-Maschine im Vergleich zu der Spindel, die Sie kaufen möchten.

AC- und DC-Ströme

CNC-Spindeln sind für den Betrieb mit Wechsel- oder Gleichstrom ausgelegt. Wechselströme werden typischerweise in Hochleistungsanwendungen wie Industriemaschinen verwendet. Gleichströme sind eher für kleinere Projekte geeignet.

Größe

Um die richtige Größe einer Spindel für Ihre CNC-Maschine auszuwählen, müssen Sie im Folgenden mehrere Schlüsselfaktoren berücksichtigen:

  • Die Leistung der Maschine: Hochleistungsmaschinen erfordern eine Spindel mit einer höheren Nennleistung, während leichtere Maschinen wie Desktop-Maschinen gut mit einer kleineren, kompakteren Spindel arbeiten können.
  • Die Art des Schnitts: Wenn Sie schwere Materialien wie Holz, Metall oder Kunststoffe durchtrennen, benötigen Sie eine Spindel mit einer größeren Größe, um das Material zu handhaben.
  • Der Projektmaßstab: Der Umfang Ihres Projekts erfordert Spindeln mit entweder kleinen oder großen Kapazitäten.
  • Die Spannzangengröße: Wählen Sie eine Spindelgröße, die der Spannzangengröße Ihrer Maschine entspricht, um sicherzustellen, dass sie richtig passt.

Fazit

Die Spindel ist eine entscheidende Komponente in einer CNC-Maschine, um das Schneiden zu automatisieren und zu steuern. Bohrenund Routing-Prozesse. Es ermöglicht Bedienern, komplexe Designs und Oberflächenbehandlungen auf dem Werkstück einfacher und schneller zu erzielen. Daher ist es entscheidend, die Bedeutung der Spindel zu verstehen, um optimale Ergebnisse zu erzielen und die Effizienz des CNC-Bearbeitungsprozesses zu verbessern.

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