اسپیندل موتور چیست :
یکی از اجزای مهم دستگاه‌های سی‌ان‌سی ( CNC ) اسپیندل موتور که یک موتور AC (جریان متناوب) است، می‌باشد و سهم مهمی در سرعت، دقت و کیفیت ماشینکاری دستگاه‌های سی ان سی دارد. می‌توان برای درک بهتر، موتور کولر آبی را که شباهت زیادی به اسپیندل‌موتور دارد، به عنوان یک مثال بیان نمود. البته این دو دستگاه در قطعات بکار رفته مانند یاتاقان‌ها و حتی میزان دقت ساخت و لقی ( Backlash ) تفاوت‌های اساسی با هم دارند اما در کل در یک خانواده قرار می‌گیرند.
کار اسپیندل موتور، چرخاندن سریع ابزار و قطعه‌کار است؛ لغت ” اسپیندل ” به معنای چرخنده است. در تئوری، لغت اسپیندل ( Spindle ) به شفت ( میله‌ی انتقال نیرو ) چرخنده اطلاق می‌شود؛ ولی عموما به تمام سیستم چرخشی و تمام محورهای یک ماشین سی‌ان‌سی، که دوران می‌کند، اسپیندل گفته می‌شود. اسپیندل اصلی دستگاه، موتوری است که برای چرخاندن ابزار کار مورد استفاده قرار می‌گیرد. در دستگاه‌های تراشکاری اسپیندل فرعی، محور دواری است که قطعه را می‌چرخاند. اسپیندل‌ها انواع مختلفی دارند، بسته به گشتاور و سرعت نهایی و البته سیستم تغذیه‌‌شان به دسته‌های متنوعی تقسیم می‌شوند.
اسپیندل موتورها سرعت‌های گوناگونی دارند و بسته به نوع کاربرد و قیمتشان متفاوت خواهند بود و می‌توانند از ۱۰۰۰ تا ۱۲۰۰۰۰ دور در دقیقه سرعت دوران داشته باشند. هرچه سرعت اسپیندال بیشتر باشد، راحت‌تر براده‌برداری نموده و کیفیت کار نیز بالاتر خواهد بود؛ اما گرمای تولیدی نیز بیشتر و درنتیجه عمر ابزار کار به همان نسبت کاهش می‌یابد. همچنین برای قطعات با صلبیت زیاد، سرعت‌های بالا پیشنهاد نمی‌گردد.
توان اسپیندل موتور ( Power of Spindle Motor ) :
توان اسپیندل موتور توان یک دستگاه سی‌ان‌سی محسوب می‌شود و هرچقدر این مقدار بیشتر باشد، دستگاه توانایی براده‌برداری از قطعه‌ی بزرگتر با سرعت ماشینکاری بیشتری را خواهد داشت. با همین جمله، کاملا اهمیت توان موتور اسپیندل مشخص می‌شود. البته معمولا با افزایش قدرت، سرعت کاسته می‌شود.
این نکته نیز حائز اهمیت است که لزوما توان بیشتر، بهتر نیست؛ زیرا توان بالاتر، هزینه‌ی خرید و مصرف انرژی بیشتری را بر خریدار تحمیل می‌کند که در اکثر کاربردها نیازی به توان‌های بالای اسپیندل‌موتور نیست. برای مثال برای دستگاه سی ان سی چوب، قدرت ۳ کیلووات و بیشتر، برای اسپیندل موتور دستگاه سی ان سی طلا، قدرت ۰٫۷ کیلووات و بیشتر و برای کار سنگ قدرت ۵ کیلووات به بالا توصیه می‌شود. البته این اعداد پیشنهادی بوده و خریدار بر اساس کاربرد خود تصمیم گیری خواهد نمود.
سرعت اسپیندل موتور ( Velocity of Spindle Motor ) :
همانطور که در ابتدای نوشته بیان شد این نوع موتورهای AC برای سرعت‌های بالا طراحی شده‌اند و همچنان سعی در این است که سرعت آن‌ها با پیشرفت تکنولوژی افزایش یابد. سرعت اسپیندل مولفه‌ی مهمی در ماشینکاری محسوب شده و کیفیت و سرعت کار به آن بستگی دارد. سرعت‌های بالا مضراتی از جمله شکست ابزار کار و صدای بالا را در پی دارد.
دستگاه‌های سی‌ان‌سی برای کاربردهای گوناگونی به‌کار می‌روند؛ مثلا در صنایع طلاسازی نسبت به چوب تفاوت زیادی در سرعت و قدرت اسپیندل موتور می‌باشد. برای قطعه‌کارهای با صلبیت بالا، سرعت بالا اصلا توصیه نمی‌شود. برای صنعت طلاسازی بیش از هرچیز دقت کار مورد توجه است. در‌حال‌حاضر اسپیندل موتورها با سرعت‌های مختلف تولید و استفاده می‌گردند که برای چوب‌بری، سرعت خیلی زیاد (بیش از ۳۶۰۰۰) چوب را می‌سوزاند و رنگ سطح را تغییر می‌دهد بنابراین برای سی ان سی چوب، سرعت بین ۱۸۰۰۰ تا ۳۶۰۰۰ دور در دقیقه توصیه می‌شود؛ برای دستگاه سی ان سی طلا، سرعت و جلای سطح ماشینکاری، باهم رابطه‌ی مستقیم دارند که نهایت تا ۶۰۰۰۰ دور در دقیقه هم در ایران استفاده می‌شود؛ برای سی ان سی طلا، سرعت ۲۴۰۰۰ دور در دقیقه و بیشتر ، و برای سی ان سی سنگ، سرعت ۱۸۰۰۰ تا ۲۴۰۰۰ دور در دقیقه پیشنهاد می‌گردد.
اینورتر ( Inverter ) :
سرعت اسپیندل موتورها با اینورتر قابل کنترل است. اینورترها قطعات متحرک ندارند. اینورتر نوسان‌ساز الکترونیکی قدرت بالا است؛ اینورتر ( Inverter ) یا مبدل برق، دستگاهی الکترونیکی است که جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) تبدیل می‌کند. جریان AC تبدیل شده می‌توانند بر اساس نیاز در هر ولتاژ و فرکانسی باشد که بوسیله ترانسفورماتورهای مناسب و مدارها کنترل می‌شود. درواقع اینورتر یا درایو AC به دستگاهی گفته می‌شود که به کمک آن می‌توان سرعت یک موتور AC سه فاز را کنترل کرد بدون آنکه قدرت و گشتاور موتور کاهش یابد. اینورترها در ظرفیت‌های مختلف ساخته می‌شوند مثلاً برای یک موتور با توان ۲۰ اسب بخار باید از اینورتر ۲۰ اسب‌بخار استفاده نمود.
از نظر ورودی اینورترها به دو دسته‌ی تک‌فاز و سه‌فاز تقسیم می‌گردند. البته خروجی همه آن‌ها سه فاز است. برای اینورترهای با توان بالای ۳ اسب‌بخار فقط از ورودی سه فاز استفاده می‌گردد.
ابزار گیر ( Tools Holder ) :
وظیفه‌ی اصلی اسپیندل، گرفتن و چرخاندن ابزار است. نحوه‌ی گرفتن ابزار معمولا از سه نوع استاندارد پیروی می‌کند.
- کولت
- صفحه‌ی ثابت ( Gang Type Tools )
- تارت ( Turret )
کولت
صفحه‌ی نگهدارندهی ثابت
تارت
سیستم خنک کننده :
همواره برای بالابردن راندمان و پایین نگهداشتن دمای وسایلی که به دلایل مختلف دمایشان افزایش می‌یابد، از روش‌های گوناگون مانند بکارگیری جریان آب و هوا استفاده می‌شود. بالا رفتن دما علاوه بر کاهش راندمان، باعث خراب شدن قطعه نیز خواهد شد. در اسپیندل‌ها هم به دلیل سرعت بالای آن‌ها و اصطکاک با محیط و … دمای آن افزایش می‌یابد، برای خنکاری و کاهش دما از روش‌های معمول هواخنک و آب‌خنک استفاده می‌گردد.
-
سیستم هواخنک :
در روش هواخنک، بالای شافت چرخنده‌ی اسپیندل یک فن قرار دارد و با چرخش اسپیندل می‌چرخد. اسپیندل هواخنک معمولا مقطع مستطیلی به شکل زیر دارد. چرخش فن بالای اسپیندل، هوای داخل محفظه را به چرخش در آورده و گرما را دفع می‌کند. البته اطراف این اسپیندل هم آب قرار دارد ولی در گردش نیست.
اسپیندل هواخنک
-
سیستم اسپیندل آب خنک :
این نوع از اسپیندال‌ها غالبا دارای مقطع دایروی هستند. اسپیندال‌های آب‌خنک بوسیله‌ی آب خنک شده و دارای یک ورودی و یک خروجی می‌باشند. خیلی‌ها معتقد هستند که سیستم آب‌خنک بر هواخنک ارجح است.
اسپیندل آب خنک
ساختار کلی اسپیندل :
- سنسورهای فشار، لرزش، دما برای فیدبک ( Feed back ) به کنترلر
- موتور
- شَفت
- استاتور
- یاتاقان‌های نگهدارندهی شَفت
اسپیندل‌ها معمولا توسط اینورترها کنترل می‌شوند و با تغییر فرکانس ورودی سرعت گردش آن‌ها تغییر می‌کند. اسپیندل‌ها برای کارهای سنگین مورد استفاده قرار می‌گیرند و معمولا با بالبیرینگ‌های سرامیکی عرضه می‌شوند که در مقابل بارهای زیاد مقاومت خوبی دارند. همچنین لنگی شفت بسیار پایینی دارند. اسپیندل‌ها در اندازه‌ها و شکل‌های مختلف تولید می‌شوند و با گشتاور ثابت می‌توانند میزان اسب بخاری که روی آن‌ها درج شده را ایجاد کنند.
بالبیرینگ‌های سرامیکی
اسپیندل موتور
مراجع:
- http://www.lineharekat.com/
- http://www.cnckaran.com/
- http://www.kimla.pl/
- http://www.moldmakingtechnology.com/
- http://www.mmsonline.com/
- http://www.webopedia.com/
- http://www.vxb.com/
