Вода — це тихий вбивця пневматичних систем шпинделя ATC. Вона викликає іржу на пружинах затискного механізму, набухання ущільнень циліндра та, у найгіршому випадку, проштовхує водяний туман через лабіринтові ущільнення підшипників. Повний ланцюг підготовки повітря простягається від компресорної до входу в шпиндель.
Дві різні функції повітря — дві різні вимоги до якості
Шпиндель ATC використовує стиснене повітря для двох абсолютно різних цілей. Плутанина між ними призводить до неправильно налаштованих регуляторів, забруднення підшипників та сповільненої зміни інструменту.
Актуація циліндра звільнення інструменту
Тиск: 0.5-0.7 MPa (72-102 PSI)
Потік: Високий миттєвий потік — циліндр має заповнитися та здійснити хід за менше ніж 0.5 секунди. Швидкість потоку на вході шпинделя повинна бути ≥50 л/хв при регульованому тиску.
Наслідки несправності: Недостатній тиск або потік: інструмент не звільняється, макрос зміни інструменту зависає, верстат зупиняє виробництво. Надмірний тиск: циліндр різко вдаряє по затискному механізму, пошкоджуючи тарілчасті пружини та підшипники.
Продувка повітрям (очищення конусу та захист підшипників)
Тиск: 0.05-0.15 МПа (7-22 PSI) — регулюється окремо від контуру звільнення
Потік: Низький безперервний потік. Невеликий потік чистого сухого повітря виходить з носика шпинделя під час роботи, створюючи надлишковий тиск, який запобігає потраплянню зовнішніх забруднювачів у лабіринтові ущільнення підшипників.
Наслідки несправності: Якщо повітря для продувки містить вологу, водяна пара потрапляє безпосередньо в порожнину підшипника. Якщо продувка заблокована або відсутня, пил від різання, туман охолоджувальної рідини та металеві частинки потрапляють у передній підшипник, викликаючи абразивний знос протягом кількох годин.
Як волога та масло руйнують внутрішні компоненти шпинделя ATC
Кожен компонент пневматичного та механічного ланцюга має специфічний режим відмови при впливі вологого або маслянистого стисненого повітря.
Пружини Бельвіля (пакет пружин затискного патрону)
Пружинна сталь (зазвичай 50CrV4 або аналог) швидко іржавіє в присутності води. Точкова корозія на поверхні пружини створює точки концентрації напружень. Під циклічним навантаженням 5-8 кН при зміні інструменту втомні тріщини починаються з точок корозії. Одна зламана пружина в пакеті знижує силу затиску на 10-20% — і пакет необхідно замінити повним комплектом. Якщо ви вже стикаєтеся з відмовами при вивільненні інструменту, зверніться до нашого ATC посібник з усунення несправностей при вивільненні інструменту для діагностичних кроків. Також дотримуйтесь 7 щоденні звички технічного обслуговування шпинделя щоб вчасно виявити проблеми з вологою.
Профілактика: Підтримуйте точку роси повітря нижче -20°C на вході шпинделя. Перевіряйте пружини на наявність іржі під час щорічного обслуговування. Якщо видно іржу, замініть весь пакет.
Вал затискного патрону та механізм захоплення
Вал затискного патрону має посадки з малими допусками ковзання (зазвичай зазор H7/g6). Іржа на поверхні валу збільшує тертя, викликаючи повільні або неповні зворотні ходи. У важких випадках вал затискається у висунутому положенні — інструмент не можна затиснути.
Профілактика: Легке покриття високотемпературним мастилом для шпинделя на валу затискного патрону під час складання. Після цього постійне подавання сухого повітря.
Передні підшипники шпинделя
Передній підшипник шпинделя використовує лабіринтове або безконтактне ущільнення. Ці ущільнення покладаються на продувку повітрям для створення зовнішнього градієнта тиску. Якщо продувне повітря містить водяний туман, краплі води достатньо малі, щоб пройти через лабіринт і забруднити мастило підшипника. Вода в мастилі знижує його несучу здатність до 80% і прискорює окислення.
Профілактика: Якість повітря ISO 8573-1 класу 2 як мінімум для контуру продувки: точка роси ≤ -20°C, вміст масла ≤ 0.1 мг/м³.
ISO 8573-1: стандарт якості стисненого повітря
ISO 8573-1 класифікує стиснене повітря за твердими частинками, вологістю (точка роси) та вмістом масла. Для багатьох установок шпинделів ATC клас 3 є практичною мінімальною метою, тоді як чистіше/сухіше повітря бажане для точних контурів продувки.
| Клас | Частинки | Точка роси | Масло | Застосування |
|---|---|---|---|---|
| Клас 1 | ≤ 0.1 μm | ≤ -70°C | ≤ 0.01 мг/м³ | Напівпровідникова, фармацевтична, харчова якість. Надмірно для шпинделів ATC. |
| Клас 2 | ≤ 1 μm | ≤ -40°C | ≤ 0.1 мг/м³ | Високошвидкісні прецизійні шпинделі, інструментальне повітря. Рекомендується для прецизійних шпинделів HSK40E. |
| Клас 3 | ≤ 5 μm | ≤ -20°C | ≤ 1 мг/м³ | Загальна промислова автоматизація, ланцюги вивільнення інструменту шпинделя ATC. Звичайний мінімальний цільовий показник для багатьох установок шпинделів BT30 ATC. |
| Клас 4 | ≤ 15 μm | ≤ +3°C | ≤ 5 мг/м³ | Стиснене повітря цеху для продувних пістолетів, загальних інструментів. Зазвичай непридатне для подачі повітря на шпиндель ATC без додаткового осушення та фільтрації. |
Рекомендація для шпинделів ATC: ISO 8573-1 Клас 3 мінімум для контуру затиску інструменту. Клас 2 рекомендовано для контуру продувки — особливо для прецизійних шпинделів HSK40E, де допуски на забруднення підшипників жорсткіші.
Ланцюг FRL: фільтр, регулятор, мастильник у правильному порядку
Послідовність має значення. Фільтр повинен стояти перед регулятором (щоб запобігти забрудненню сідла регулятора), а мастильник має бути останнім компонентом (щоб масло не було відфільтроване до того, як потрапить у циліндр).
Рекомендований ланцюг підготовки стисненого повітря для шпинделів ATC: Компресор → Ресивер → Рефрижераторний осушувач → 5μm фільтр твердих частинок → 0.3μm коалесцентний фільтр → Регулятор (0.55-0.65 МПа) → ATC Шпиндель
Етап 1: 5μm фільтр твердих частинок
Призначення: Видаляє тверді частинки: окалину з труб, пластівці іржі, пил. Захищає подальші компоненти від абразивного зношування.
Обирайте фільтр з автоматичним зливом — ручні зливи вимагають дисципліни оператора, що ненадійно у виробництві. Металеві корпуси переважніші за полікарбонатні у промислових умовах (полікарбонат може пошкоджуватися компресорним маслом та розчинниками).
Етап 2: 0.3μm коалесцентний фільтр (видалення масла)
Призначення: Видаляє масляні аерозолі та дрібний водяний туман з потоку повітря. Коалесцентні фільтри використовують волокнистий елемент, який змушує дрібні краплі зливатися у більші краплі, що падають у корпус.
Пневматичні системи шпинделя ATC вимагають контролю масла. Винесення компресорного масла неминуче для компресорів з масляним мащенням. Без коалесцентного фільтра відкладення масла накопичуються на шомполі та всередині розтискного циліндра, спричиняючи заклинювання та набухання ущільнень.
Етап 3: Регулятор тиску
Призначення: Підтримує постійний тиск після себе незалежно від циклів роботи компресора або раптових потреб у витраті. Налаштуйте на 0.55-0.65 МПа для контуру затиску інструменту.
Встановіть манометр на вході шпинделя — а не на блоці FRL. Падіння тиску на 5 метрах шланга 8mm при великій витраті може становити 0.05-0.1 МПа. Манометр на шпинделі показує реальний тиск, який бачить циліндр.
Етап 4 (опціонально): Мастильник
Призначення: Вводить контрольований туман ISO VG32 турбінної олії у потік повітря для змащення пневматичного циліндра та соленоїдного клапана.
Суперечливий для шпинделів ATC. Циліндр розтискання отримує користь від змащення, але контур продувки повітря повинен NOT отримувати масляний туман — масло в повітрі продувки забруднює підшипники шпинделя. Якщо ви використовуєте мастильник, встановіть окрему незмащену гілку для контуру продувки або використовуйте мастильник з байпасним портом без масла.
Рефрижераторний осушувач: єдиний пристрій, який не можна пропускати.
Фільтри FRL видаляють рідку воду та масляні аерозолі, але не можуть видалити водяну пару. Лише рефрижераторний осушувач (або адсорбційний осушувач) знижує точку роси нижче температури навколишнього середовища, запобігаючи конденсації в трубопроводах після нього.
Як працює рефрижераторний осушувач
Стиснене повітря надходить в осушувач при ~35-45°C та 100% відносної вологості. Холодильний контур охолоджує повітря до 2-5°C, що викликає конденсацію водяної пари в рідку воду, яка видаляється. Висушене повітря, тепер з точкою роси 2-5°C (еквівалентно -20°C при атмосферному тиску), виходить у розподільний трубопровід. Коли повітря нагрівається назад до кімнатної температури в трубах, його відносна вологість падає до 15-25% — занадто низько для конденсації.
Вибір розміру
Вибирайте осушувач за вільним виходом повітря компресора (FAD), а не за потужністю двигуна компресора. Компресор потужністю 3 HP зазвичай подає 250-350 л/хв. Вибирайте осушувач з номіналом ≥350 л/хв при вашій максимальній температурі навколишнього середовища. Рекомендується запас за потужністю на 20-30% для роботи в літніх умовах та майбутнього оновлення компресора.
Для одного шпиндельного верстата ATC з невеликим компресором рефрижераторний осушувач на 350-500 л/хв коштує $300-500 — приблизно стільки ж, скільки один ремонт затискної тяги. Він окупається, коли вперше запобігає іржавленню пакета пружин.
Чи можна використовувати невеликий настільний компресор без осушувача для шпинделя ATC?
Ви можете, але ви приймаєте високий ризик відмови затискної тяги протягом 6-12 місяців. Малі компресори без осушувачів подають повітря з точкою роси, близькою до температури навколишнього середовища. У майстерні з температурою 25°C та вологістю 60% це означає, що вода конденсується всередині шпинделя кожного разу, коли стиснене повітря охолоджується. Рефрижераторний осушувач коштує $300-500 — значно менше, ніж відновлення затискної тяги ($400-800) плюс простої виробництва.
Мій блок FRL має сепаратор води. Цього достатньо?
Ні. FRL сепаратор води (фільтр першого ступеня) видаляє лише краплі рідкої води — він не може видалити водяну пару (вологу). Коли стиснене повітря охолоджується в шлангу між FRL та шпинделем, водяна пара конденсується в рідку воду після фільтра. Лише рефрижераторний або адсорбційний осушувач видаляє водяну пару до того, як вона потрапить у розподільний трубопровід.
Як дізнатися, чи волога вже пошкодила мою затискну тягу?
Симптоми включають: збільшення часу циклу зміни інструменту (мляве звільнення або повернення), видимі плями іржі на конусі тримача інструменту після зберігання, відчуття шліфування або скреготу при ручному циклуванні затискної тяги (з відключеним повітрям) та тримачі інструменту, які потребують більшого зусилля для вставлення. Якщо ви спостерігаєте будь-який з цих ознак, зніміть кришку носової частини шпинделя та огляньте захоплювач і затискну тягу на предмет корозії.
Які продукти шпинделів ATC найбільше залежать від якості повітря
Інструкції зі стисненого повітря мають допомогти командам визначити, які конфігурації шпинделя потребують суворішого контролю продувки, чистіших контурів звільнення та більш жорсткого управління вологою перед покупкою.
Сухе, стабільне повітря захищає затискну тягу, поршень звільнення, підшипники та контур продувки. Базова модель BT30 дає загальним командам з модернізації фрезерів практичний орієнтир, тоді як конфігурації HSK40E потребують чистішого продувного повітря для точності терміну служби.