5 советов по выбору оптимального диапазона шпинделя

Независимо от того, используете ли вы фрезерный станок с ЧПУ, в котором шпиндель вращает режущий инструмент, или токарный станок с ЧПУ, в котором шпиндель вращает заготовку, более крупные станки с ЧПУ имеют несколько диапазонов шпинделя. Нижний диапазон шпинделя обеспечивает большую мощность, а более высокий диапазон обеспечивает большую скорость. Крайне важно обеспечить, чтобы обработка выполнялась в соответствующем диапазоне скоростей вращения шпинделя для достижения оптимальной производительности. Вот пять советов по выбору подходящего диапазона:

1) Знайте характеристики мощности и скорости вашего шпинделя.

Производители станков публикуют характеристики шпинделя в своих руководствах по эксплуатации. Там вы найдете самые низкие и самые высокие обороты для каждого диапазона, а также ожидаемую мощность во всем диапазоне оборотов.

Если вы никогда не изучали эти важные данные, вероятно, время вашего цикла не оптимизировано. Хуже того, вы можете чрезмерно нагружать двигатель шпинделя станка или даже останавливать его. Изучив руководство и изучив характеристики шпинделя, вы сможете оптимизировать производительность своего станка.

2) Знайте, сколько времени требуется, чтобы изменить диапазоны шпинделя.

Существует по крайней мере два типа систем изменения диапазона шпинделей:системы с приводными двигателями шпинделя с несколькими обмотками и системы с механическими трансмиссиями.

Первые изменяют диапазоны электронным способом, изменяя используемые обмотки двигателя. Эти изменения почти мгновенны.

Системы с механической трансмиссией обычно имеют прямой привод на самом высоком диапазоне и задействуют трансмиссию на более низком диапазоне. Изменение диапазона может занять несколько секунд, особенно если шпиндель должен остановиться во время процесса.

3) Узнайте, как выбрать диапазон шпинделя.

В ЧПУ изменения диапазона шпинделя несколько прозрачны, поскольку скорость шпинделя указывается в об/мин, а S-слово, определяющее скорость, также заставляет станок выбирать соответствующий диапазон шпинделя. Скажем, нижний диапазон машины работает от 20 до 1500 об/мин, а верхний — от 1501 до 4000 об/мин. Если бы вы указали S-слово S300, машина выбрала бы нижний диапазон. S-слово S2000 заставляет машину выбирать верхний диапазон.

Плохо информированный программист может невольно вызвать две проблемы.

Во-первых, программа может вызывать ненужные изменения диапазона от инструмента к инструменту. В случае механических трансмиссий это увеличивает время цикла, но может остаться незамеченным, поскольку проявляется только тогда, когда замена одних инструментов занимает больше времени, чем других. Последовательный запуск инструментов, требующих одного и того же диапазона, сократит время цикла.

Во-вторых, вычисление скорости вращения шпинделя для мощной черновой операции может привести к тому, что шпиндель окажется в нижней части диапазона высокой скорости вращения шпинделя, где мощность ограничена. Это создаст чрезмерную нагрузку на систему привода шпинделя или приведет к остановке двигателя шпинделя. Хорошо информированный программист немного снизит скорость шпинделя, выбрав самую высокую скорость в нижнем диапазоне, где достаточно мощности для выполнения операции обработки.

В токарных центрах изменение диапазона шпинделя выполняется с помощью M-кодов, и более высокие диапазоны обычно перекрывают более низкие диапазоны. Для токарного центра с тремя диапазонами шпинделя нижний диапазон может соответствовать M41 и работать в диапазоне 30-1400 об/мин, средний диапазон может соответствовать M42 и работать в диапазоне 40-2800 об/мин, а верхний диапазон может соответствовать M43 и работать в диапазоне от 40 до 2800 об/мин. 45–4500 об/мин.

4) Узнайте, как скорость шпинделя может повлиять на время цикла.

Этот пункт относится только к токарным центрам и операциям, использующим постоянную скорость поверхности. При постоянной скорости резания ЧПУ будет постоянно выбирать скорость в об/мин на основе скорости, указанной в поверхностных футах или метрах в минуту, и диаметра, обрабатываемого в данный момент.

Скорость шпинделя обратно пропорциональна времени, когда вы устанавливаете скорость подачи на оборот. Если вы можете удвоить скорость шпинделя, время, необходимое для соответствующей операции обработки, сократится вдвое.

Популярное эмпирическое правило выбора диапазона шпинделя заключается в том, чтобы выполнять черновую обработку в нижнем диапазоне и чистовую обработку в верхнем диапазоне. Хотя это хорошее эмпирическое правило для обеспечения достаточной мощности шпинделя, оно менее эффективно при рассмотрении скорости.

Рассмотрим заготовку диаметром 1 дюйм, которую необходимо обработать на черновой и чистовой токарной обработке. Рекомендуемая скорость для инструмента для черновой обработки составляет 500 футов в минуту. Даже при самом большом диаметре (1 дюйм) это составляет 1910 об/мин (3,82 умножить на 500, деленное на 1). Меньшие диаметры потребуют еще более высоких оборотов. Если программист выбирает низкий диапазон на основе эмпирического правила, скорость вращения шпинделя достигает предела в 1400 об/мин. Операция черновой обработки завершится быстрее в более высоком диапазоне, при условии наличия достаточной мощности.

5) Знайте, когда менять диапазоны шпинделя.

Этот пункт также относится только к токарным центрам и черновым операциям, требующим постоянной скорости поверхности. Рассмотрим черновую токарную обработку вала диаметром 4 дюйма, имеющего несколько диаметров, наименьший из которых равен 1 дюйму. Скажем, рекомендуемая скорость составляет 800 футов в минуту. Для 4 дюймов необходимая скорость составляет 764 об/мин. Низкий диапазон обеспечит необходимую мощность.

По мере продолжения чернового точения диаметры уменьшаются, а число оборотов увеличивается. При диаметре 2,125 дюйма для оптимальной обработки требуется более 1400 об/мин, но шпиндель достигает пика в нижнем диапазоне при 1400 об/мин, и каждый последующий черновой проход занимает больше времени, чем следует. В этот момент было бы разумнее переключиться на средний диапазон, особенно если изменение диапазона происходит мгновенно.