CNC スピンドルとは何ですか?またどのように機能しますか?

CNC 工作機械について言及すると、ほとんどの人は精密な機械加工プロセス、高い生産効率、複雑な機械構造を思い浮かべるかもしれません。しかし、すべての CNC 工作機械の背後にある不可欠なコアコンポーネントである CNC スピンドルに真の注意を払っている人はほとんどいません。

CNC スピンドルは、プラスチックと 金属CNCマシンは、加工ツールをサポートするだけでなく、機械全体の高精度、高効率な動作にとって重要です。 CNC フライス盤、彫刻機、旋盤のいずれであっても、さまざまな複雑な加工タスクを正確に完了できる能力は、CNC スピンドルの正確な制御と効率的な操作にかかっています。

では、CNC スピンドルとは一体何でしょうか?どのように機能するのでしょうか?スピンドルの詳細については、読み続けてください。

CNCスピンドルとは何ですか?

CNC スピンドルは、ワークピースまたは切削工具を回転駆動する工作機械のシャフトを指します。プレーナやブローチ盤などの直線的な主動作を行う工作機械を除いて、ほとんどの CNC 工作機械にはスピンドル コンポーネントが装備されています。

スピンドルコンポーネントの動作精度と構造剛性は、加工品質と切削効率を決定する重要な要素です。 CNC工作機械の主軸部品は、荒加工に必要な切削能力を備えながら、微細加工における高精度の要求を満たす必要があります。さらに、CNC 工作機械のスピンドル コンポーネントは、高い動的および静的剛性と熱変形に対する耐性を備えている必要があります。

CNC スピンドルは、さまざまな加工要件を満たすために速度とトルクを正確に制御できるように設計されています。これらは通常、電気モーターによって駆動されます。電気モーターは、機械のアプリケーションのニーズと設計に応じて、AC (交流) モーターまたは DC (直流) モーターのいずれかになります。

CNC スピンドルはどのように機能しますか?

CNC スピンドルの動作原理は主にモーター駆動とベアリングのサポートに基づいており、切削工具が高速かつ安定して回転できるようにします。

通常、強力なモーター ドライブ (サーボ モーターやステッピング モーターなど) がスピンドルに電力を供給します。この駆動システムは、CNC 制御システムから送信された指令に従って、スピンドル モーターの回転を正確に制御します。

スピンドルはスピンドルベアリングによって支持されており、高速回転時の安定性と精度を保証します。 切削工具 (ドリル、フライスなど) は、何らかの形式のクランプ システム (工具ホルダー、刃物台、コレットなど) を介してスピンドルに取り付けられます。

CNC 制御システムは、プロセス全体の「頭脳」として機能します。事前に作成された加工プログラム (通常は CAD/CAM ソフトウェアによって生成された G コード) に基づいて、スピンドル モーターの速度、回転方向、持続時間を正確に制御します。これにより、CNC マシンは切断、フライス加工、穴あけなどのさまざまな複雑な加工操作を自動的に実行できます。

一般的な CNC スピンドル駆動方式

CNC 工作機械の主駆動装置には、加工中に合理的な切削パラメータを確実に使用できるようにするため、広い速度範囲が必要であり、それによって最適な生産性、加工精度、および表面品質が達成されます。

ギアトランスミッション

歯車伝動装置は、大型および中型の CNC 工作機械でよく使用されます。この方法では、ギアのペアを使用してトランスミッションを完成させるだけでなく、スピンドルの段階的可変速度またはセグメント化された無段階速度変更を実現します。これにより、スピンドルが低速で要求されるトルク特性を確実に満たします。スライディングギアのシフトは、主に油圧フォークまたは油圧シリンダーによって直接駆動されます。

この伝達方法は効果的ですが、CNC 工作機械の油圧システムが複雑になります。 CNC デバイスからの電気信号は、まずソレノイド バルブの機械的動作に変換される必要があります。その後、ソレノイド バルブが対応する油圧シリンダーに作動油を分配するため、変速プロセスに中間ステップが導入されます。

シンクロベルトトランスミッション

同期ベルト伝動は主に小型 CNC 工作機械で使用されます。ギア伝達に伴う振動や騒音は回避されますが、低トルク要件のスピンドルにのみ適しています。

同期ベルト伝動は、ベルト伝動とチェーン伝動の利点を組み合わせたものです。ベルトの作動面とプーリの外周には歯が付いており、滑りのない噛み合い伝動を実現します。同期ベルトは、荷重を受けても弾性的に伸びない高強度層を内蔵しており、ベルトのピッチを保ち、駆動プーリと従動プーリ間の相対滑りがなく同期伝動が可能です。

モーター駆動トランスミッション

モーター駆動のトランスミッションでは、モーターは電動スピンドルとも呼ばれます。モーターのステーターは固定されており、ローターとスピンドルは単一の設計に統合されています。これにより、主軸ボックスと主軸の構造が大幅に簡素化され、主軸構成部品の剛性が効果的に向上します。しかし、この方式では出力トルクが小さくなり、モータの発熱により主軸精度に大きな影響を与える可能性があります。例えば、日本が開発した立型マシニングセンタの主軸ユニットは、内部にモータ主軸を備えており、最高速度は50,000rpmに達します。

適切な CNC スピンドルを見つけるには?

CNC 工作機械の主軸は次の要件を満たす必要があります。

精度の耐久性

スピンドルアセンブリの精度の耐久性とは、長期にわたって当初の製造精度を維持できる能力を指します。 CNC マシンは高価であり、投資収益率を高めるために、多くの場合、高い稼働率で稼働します。耐用年数を延ばし、メンテナンス頻度を減らすために、CNC マシンのスピンドル部品には優れた精度の耐久性が必要です。

スピンドルの材質とパワー

一般的なスピンドルの材質には、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、セラミックなどがあります。各材料は異なる硬度、耐摩耗性、熱安定性を持っています。鋼などの硬い材料を扱う必要があるスピンドルには、通常、合金鋼やステンレス鋼などの高強度および高硬度の材料が選択されます。

出力が大きいほど、スピンドルが提供できるトルクと回転速度が高くなり、より大きなドリルを高速で使用できるようになります。たとえば、6 rpm で 2000 mm のドリルビットを使用して鋼に穴あけを計画しているが、スピンドルが最大出力 0.6 kW しか提供できない場合、それでは不十分です。必要になるのは、 ハイパワースピンドル タスクを完了するために適切なトルクと速度を確保します。

高剛性

CNC 機械の高速切削加工には、高剛性のスピンドル アセンブリが必要です。そうしないと、外力によりスピンドルが大きな弾性変形を起こし、振動が発生する可能性があります。これらの振動は、機械加工部品の精度や表面粗さに影響を与える可能性があります。

強い熱安定性

スピンドルの動作により熱が発生し、スピンドル部品の温度が上昇します。スピンドルに十分な熱安定性が欠けている場合、温度変化によってスピンドル コンポーネントの形状や位置が変化し、加工精度に影響を与える可能性があります。優れた熱安定性により、温度変化にもかかわらず主軸が安定した性能を維持し、熱変形による加工誤差が減少します。

高い反転精度

反転精度とは、反転時の主軸先端のワーク、治具、または切削工具の位置決め精度を指します。正逆動作を頻繁に行うCNC機械では、高い反転精度により反転時に主軸の安定した性能が維持され、反転による加工誤差が低減されます。

優れた防振性能

CNC 機械は、切削抵抗や機械の振動によって引き起こされる振動など、加工中にさまざまな振動にさらされます。これらの振動は、加工精度や表面品質に影響を与え、さらには工具やスピンドルを損傷する可能性があります。優れた防振性能により、主軸は振動環境下でも安定した性能を維持し、振動による加工エラーや損傷を軽減します。

優れた CNC 加工サービスがどのように役立つか

現代の製造業において高精度・高効率を追求する上で、CNC加工技術は欠かせない鍵となっています。優れた加工サービスのニーズに応えるために、 ボーイ 優れた CNC 加工サービスを提供し、さまざまな複雑な加工課題に簡単に取り組むことができます。

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まとめ

要約すると、CNC スピンドルは、精密な制御システムと効率的な駆動機構を通じて回転力を切削工具に伝達し、ワークピースの精密な加工を可能にします。 CNC工作機械には欠かせないキーコンポーネントの一つです。効率的な CNC 加工サービスをお探しの場合は、BOYI の専門家にお問い合わせください。彼らは常に顧客のニーズを優先し、お客様の質問や懸念事項にいつでもお答えします。

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