Охлаждение мотор-шпинделей — обзор

Термические нагрузки в мотор-шпинделях могут вызвать ряд нежелательных эффектов. В результате технологическая способность шпинделей (https://nastanok.ru/vodyanoe-ohlazhdenie) и, следовательно, производительность процесса могут снизиться. Мотор-шпиндели будущего будут подвергаться более высоким механическим и особенно тепловым нагрузкам из-за тенденций, направленных на увеличение удельной мощности и максимальных скоростей. Эти тенденции усиливаются все более мощными концепциями приводов и разработками в технологии подшипников. Поэтому исследователи предполагают, что повысить производительность шпинделя не удастся из-за недостаточного охлаждения его источников тепла.

За последние десятилетия был исследован и разработан ряд различных концепций охлаждения. Эти разработки были сделаны для разных целей. Они также значительно различаются принципами охлаждения и эффективностью охлаждения. В этой статье описаны эти подходы к охлаждению и мотивы их разработки. Во-первых, в историческом контексте описываются причины тепловыделения шпинделей двигателей. Впоследствии выявлено влияние выделения тепла на производственные свойства шпинделей двигателей. Наконец, обсуждаются текущие недостатки в области охлаждения шпинделя и необходимость разработки и внедрения в промышленную практику более эффективных и рентабельных концепций охлаждения для преодоления будущих проблем.

Вступление
За последние десятилетия достижимая точность станков постоянно повышалась. В Танигучи [ 1 ] показано развитие производственных возможностей в отношении достижимой точности обработки с 1940-х годов (рис. 1 ). Будущие разработки в области исследований и промышленности приведут к дальнейшему повышению точности изготовления станков. Это развитие обусловлено растущими требованиями к точности обрабатываемых деталей. Таким образом, достижимая точность также является решающим аргументом в продажах для производителей станков.

рисунок 1
Развитие достижимой точности станка согласно [ 1 ]

Полноразмерное изображение
На достижимую точность изготовления существенное влияние оказывают тепломеханические свойства главных приводов шпинделей и точность их вращения [ 2 , 3 , 4 , 5 , 6 ]. Привод шпинделя — это привод, который создает вращательное движение резки для резки материалов. Движение резания может осуществляться путем вращения заготовки (например, токарные станки) или инструмента (например, сверлильные или фрезерные станки). Все шпиндели выполнены в виде подшипниковых систем. Вращающийся вал соединен с окружающим корпусом шпинделя по меньшей мере одним подшипником [ 7 ]. Приводы шпинделя выполняют две основные функции [ 8]. Они обеспечивают вращение заготовки или инструмента в пространстве. Более того, они передают необходимую энергию для процесса резки. Из-за сравнительно низких затрат на покупку и эксплуатацию системы шпинделей с роликовыми подшипниками в основном используются в современной производственной практике [ 9 ]. Большинство этих шпинделей имеют встроенный моторный привод [ 8 ].

Такие шпиндели называются мотор-шпинделями. В результате преобразования электрической энергии в механическую происходят электрические потери в виде тепла. Трение между элементами подшипника вызывает дополнительный нагрев, который действует как нагрузка на шпиндельную систему. Увеличение относительных скоростей между вращающимися компонентами и окружающей жидкостью (обычно воздухом) приводит к увеличению тепла, вызванного трением жидкости [ 10 ].]. По этим причинам мотор-шпиндель представляет собой основной источник тепла в станках [ 11 ]. Доля потерь, возникающих в мотор-шпинделях, показана на рис. 2 в качестве примера для шлифовального шпинделя АД при максимальной частоте вращения 36000 мин — 1 и максимальной мощности 7 кВт.