در صنعت چوب، فلز و شیشه برای شکل‌دهی اجسام و درست کردن طرح‌های سه‌بعدی، به ابزاری نیاز دارید که عملیات براده‌برداری را در جهت‌های دلخواه انجام دهد. این ابزار باید بسیار کارآمد و دقیق باشد تا نتیجه مطلوب حاصل شود. امروزه دستگاه‌های صنعتی مثل CNC و تراش، این کار را به‌خوبی انجام می‌دهند. موتوری که در این ماشین‌آلات نصب می‌شود از نوع موتور اسپیندل است. در این مقاله با اسپیندل موتور و نحوه راه‌اندازی آن آشنا می‌شوید.
اسپیندل موتور چیست؟
کلمه اسپیندل (Spindle) به‌معنای چرخنده یا دوک است. اصطلاحاً به اسپیندل شفت چرخنده (میله چرخنده) نیز گفته می‌شود. اسپیندل موتور، موتوری است که با سرعت بسیار بالا، صدا و لرزش کم کار می‌کند. این دستگاه می‌تواند روی قطعه کار، حرکت دورانی داشته باشد.
از اسپیندل موتور برای چرخاندن ابزار و قطعه کار و براده‌برداری یا تکه‌برداری با سرعت و دقت بالا استفاده می‌شود.
در موتورهای القایی آسنکرونِ قفس سنجابی، سرعت موتور بین ۱۰۰۰ تا ۳۰۰۰ دور بر دقیقه و فرکانس کاری ۰ تا ۶۰ هرتز است. اما اسپیندل موتور سرعت‌هایی بین ۳۰۰۰ تا ۱۲۰۰۰ دور بر دقیقه و فرکانس کاری ۴۰۰ تا ۶۰۰ هرتز دارد. به همین دلیل به موتور اسپیندل، موتور سرعت بالا هم می‌گویند.
یکی از کاربردهای معروف اسپیندل موتور، در دستگاه CNC است. اگر به ساختار یک دستگاه CNC نگاه کنید، متوجه می‌شوید که سیستم محرک دستگاه، هیچ‌گونه تسمه و چرخ‌دنده‌ای ندارد.
ساختار موتور اسپیندل
ساختار داخلی موتور اسپیندل را در شکل ۱ ببینید. به طور کلی، اسپیندل از سه بخش اصلی تشکیل شده است:
موتور
موتور اسپیندل از نوع سنکرون است. یعنی سرعت روتور در آن با سرعت استاتور برابر است. در این موتور، در صورت تغییر مقدار بار روی شفت، سرعت گردش موتور تغییر نخواهد کرد.
نگهدارنده ابزار
ابزارهای مورد نیاز (مثل مته‌ها و ساب‌ها) در بخش نگهدارنده ابزار قرار می‌گیرند.
شفت چرخنده
شفت چرخنده شامل شفت، بیرینگ‌ها و مکانیزم‌های خنک‌کاری اسپیندل است.
از انواع بیرینگ‌های اسپیندل می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- بیرینگ‌های ساچمه فلزی و سرامیکی
- بیرینگ هیدرواستاتیک
بیشتر بدانید
بیرینگ‌های هیدرواستاتیک (شکل ۲) یکی از انواع بیرینگ‌های لغزشی هستند. در این بیرینگ‌ها، یک سیال روان (مثل روغن) توسط یک سیستم تحت فشارِ خارجی به سطوح داخلی بیرینگ تزریق می‌شود. به همین دلیل، در این نوع بیرینگ، در هنگام کارکرد و حتی در شروع و پایان حرکت، تماسی بین دو فلز بیرینگ ایجاد نمی‌شود. از بیرینگ هیدرواستاتیک در ماشین‌های ابزار دقیق و فوق دقیق (به‌ویژه CNC)، که به حرکت‌های ظریف با دقت بالا و بدون لرزش نیاز دارد، استفاده می‌شود.
انواع اسپیندل موتور
دسته‌بندی اسپیندل با توجه به ساختار آن، به‌صورت زیر است:
- دسته‌بندی براساس نوع سیستم خنک‌کنندگی موتور
- دسته‌بندی براساس نحوه تعویض ابزار برش و نوع ابزارگیرها
- دسته‌بندی براساس نحوه انتقال نیرو از موتور به اسپیندل
در ادامه این دسته‌بندی‌ها را بررسی می‌کنیم.
دسته‌بندی براساس نوع سیستم خنک‌کنندگی موتور
چرخش و سرعت بالای اسپیندل موتور باعث گرم شدن و بالا رفتن دمای قطعات داخل آن می‌شود. اگر خنک‌کاری موتور را به‌درستی انجام ندهید، در عملکرد موتور اختلال ایجاد شده و در نهایت باعث سوختن آن می‌شود.
دو روش هوا خنک و آب خنک، روش‌های خنک‌کاری موتورهای اسپیندل هستند. بنابراین می‌توان گفت که اسپیندل‌ها براساس روش خنک‌کاری دو دسته هستند:
اسپیندل هوا خنک
در اسپیندل‌های هوا خنک، عمل خنک‌کاری به‌وسیله هوای محیط و بدنه آلومینیومی موتور انجام می‌شود. این نوع موتورها معمولاً شکل مستطیلی دارند و فن آن‌ها در انتهای موتور در یک محفظه قرار می‌گیرد.
فن به شفت موتور وصل است و هم‌زمان با حرکت شفت، فن هم شروع به چرخش می‌کند. هر چه سرعت موتور بیشتر باشد، فن نیز با سرعت بیشتری می‌چرخد و عمل خنک‌کاری بهتر انجام می‌شود. اما آلودگی صوتی در این اسپیندل به دلیل چرخش هم‌زمان موتور و فن زیاد است.
بیشتر بدانیم :
شکل پره‌های فن موتور اسپیندل با فن موتور معمولی متفاوت است. پره‌‌ها در فن اسپیندل موتور، معمولا کوتاه است.اگر فن‌های معمولی با دور بالا بچرخد، به‌دلیل شکل پره‌های آن، سریعاً می‌شکند. در صورت عدم شکستگی، باعث ایجاد یک فضای خلا شده و چرخش جریان هوا به‌درستی انجام نمی‌شود.
اسپیندل آب خنک
اسپيندل‌های آب خنک مقطع دايره‌ای شکل دارند. يک ورودی و يک خروجی آب روی آن‌ها تعبیه شده است.
در این نوع، آبِ خنک از یک طرف وارد شده و بعد از چرخش دور پوسته موتور و جذب گرمای داخل موتور، از سوی دیگر آن خارج می‌شود. این موتور به یک پمپ برای ایجاد سیکل گردش آب و یک مخزن برای ذخیره آب و سرد کردن آن نیاز دارد. در اسپیندل آب خنک به چند نکته باید توجه داشته باشید:
- مسیر آب باید همیشه برقرار بوده و تمیز باشد و از ورود ماده خارجی به آن جلوگیری شود.
- فشار آبِ ورودی در حد مجاز باشد. زیرا اگر فشار بیشتر از حد مجاز شود، احتمال نفوذ آب به داخل موتور زیاد است.
- برای اطمینان بیشتر، در بعضی از مخازن، سنسور دمای آب نصب می‌شود.
مقایسه موتورهای اسپیندل از نظر نوع خنک‌کنندگی
در جدول ۱، موتورهای اسپیندل را از نظر کاربرد، قیمت و میزان آلودگی‌های صوتی مقایسه کرده‌ایم
|
انواع اسپیندل |
سرعت عملکرد |
مزایا |
معایب |
|
تسمه‌ای |
12000 -15000 rpm |
|
|
|
کوپل مستقیم |
12000 -15000 rpm |
|
|
|
گیربکسی |
سرعت کمتر از مدل‌های کوپل مستقیم و تسمه‌ای است. |
|
|
|
یکپارچه |
بیش از 15000 rpm |
|
|
دسته‌بندی براساس نحوه تعویض ابزار برش (Tool Changer) و نوع ابزارگیرها
همانطور که گفتیم، اسپیندل‌ها دو کار اساسی انجام می‌دهند:
- حرکت چرخشی با دور بالا
- نگه‌داشتن ابزارهای برش و براده برداری. این ابزارها سایزهای گوناگونی دارند و در هر پروژه به تعویض مکرر ابزارها نیاز است.
اسپیندل موتورها از منظر نحوه تعویض ابزار برش به دو دسته تقسیم می‌شود:
- اسپیندلِ تول‌چنجر دستی (Manual Tool Changer)
در این مدل، ابزارها به‌صورت دستی و توسط اپراتور تعویض می‌شود. این کار با اتلاف زمان همراه است؛ اما این روش در مقایسه با تول‌چنجر اتوماتیک صرفه اقتصادی بیشتری دارد.
- اسپیندلِ تول‌چنجر اتوماتیک (Automatic Tool Changer)
در این مدل، به‌صورت خودکار و بدون نیاز به دخالت اپراتور، ابزار تعویض می‌شود. در برخی از دستگاه‌ها، لازم است که در حین انجام کار روی قطعه، ابزارها سریعاً تعویض شوند. این مدل اسپیندل برای این دستگاه‌ها بسیار مناسب هستند؛ اما قیمت این تول چنجر نسبت به نوع دستی آن بسیار گران‌تر است.
ابزار برشی (مته‌ها، ساب‌ها و …) به‌وسیله ابزارگیرها به شفت موتور اسپیندل وصل می‌شود. ابزارگیرها عموماً به دو شکل هستند:
- کولت (Collet)
- مورس (Morse)
ابزارگیر کولت
کولت قطعه‌ای است که از بدنه (غلاف)، مهره و فشنگی تشکیل شده است. مهره و فشنگی ابزار را به کولت وصل کرده و کولت شفت موتور را به ابزار برش متصل می‌کند. در این نوع ابزارگیر، شفت از موتور اسپیندل خارج شده و به بدنه کولت متصل می‌شود. در انتخاب فشنگی و مهره باید دقت کنید. زیرا اگر قطر ابزار برش با قطر فشنگی برابر نباشد، ابزار به‌درستی در جای خود قرار نمی‌گیرد و نمی‌توان از آن استفاده کرد.
ابزارگیر مورس
این نوع ابزارگیر به کولت شباهت دارد، با این تفاوت که شفت از اسپیندل موتور خارج نشده است. در اصل ابزارگیر قسمتی شبیه شفت موتور دارد که داخل موتور اسپیندل قرار می‌گیرد.
دسته‌بندی براساس نحوه انتقال نیرو از موتور به اسپیندل
اسپیندل‌ها از منظر نحوه انتقال نیرو از موتور الکتریکی به اسپیندل به ۴ دسته تقسیم‌بندی می‌شوند:
- اسپیندل تسمه‌ای
- اسپیندل کوپل مستقیم
- اسپیندل گیربکسی
- اسپیندل یکپارچه (موتور سرخود یا موتور اسپیندل)
اسپیندل تسمه‌ای
در این مدل، نیروی موتور به‌وسیله تسمه‌های دندانه‌ای منتقل می‌شود. تسمه‌های دندانه‌ای از یک طرف به شفت موتور و از طرف دیگر به انتهای اسپیندل وصل شده‌اند. این نوع اسپیندل نسبت به مدل‌های دیگر ارزان‌تر است؛ اما دقت کمتر و سر و صدای بیشتری دارد.
اسپیندل کوپل مستقیم
در این مدل، اسپیندل (قسمت چرخان) به‌وسیله کوپلینگ‌ها و بیرینگ‌ها مستقیماً به موتور وصل می‌شوند. دقت این مدل بیشتر و احتمال رخ دادن خطا در آن کمتر از اسپیندل‌های تسمه‌ای است؛ اما این اسپیندل‌ها وزن بسیار زیادی دارند. به این دلیل که موتور به‌صورت خارجی به اسپیندل متصل می‌شود ومی‌توان موتورهایی با قدرت و گشتاور بالا را به آن وصل کرد.
اسپیندل گیربکسی
در اسپیندل گیربکسی، نیروی موتور به‌وسیله گیربکس به اسپیندل منتقل می‌شود. به‌دلیل استفاده از گیربکس، سرعت حرکت چرخان اسپیندل کمتر از مدل‌های دیگر است؛ اما گشتاور (زور) بیشتری دارد. به همین دلیل برای براده‌برداری و تراشِ سنگ و فلزات کاربرد دارد.
در سه مدل بالا، موتور به‌صورت خارجی به اسپیندل متصل می‌شود، پس می‌توان موتورهایی با قدرت و گشتاور بالا را به آن وصل کرد. به همین دلیل این موتورها وزن بسیار زیادی دارند؛ اما به دلیل وجود تسمه و اتصالات مکانیکی در آن‌ها محدودیت سرعت وجود دارد.
در مدل تسمه‌ای در سرعت‌های بالا، احتمال لغزش (سُر خوردن) یا پاره شدن تسمه به‌دلیل کشش زیاد وجود دارد. مدل گیربکسی و کوپل شده هم بخاطر مکانیزم داخلی چرخ‌دنده‌ها، نمی‌تواند سرعت بالایی داشته باشند. سرعت بالا باعث لرزش و ایجاد حرارت بالا در بین قطعات می‌شود.
اسپیندل یکپارچه
در این مدل، موتور الکتریکی داخل اسپیندل قرار دارد و روتور بدون واسطه، نیرو را به اسپیندل انتقال می‌دهد. وزن این نوع موتور، نسبت به مدل‌های دیگر کمتر است و بالاترین دقت را در حین کار دارند؛ اما از لحاظ قیمت از همه انواع موتور اسپیندل گران‌تر است.
مقایسه انواع اسپیندل
در جدول ۲، موتورهای اسپیندل را از نظر سرعتِ عملکرد، مزایا و معایب مقایسه کرده‌ایم.
جدول ۲- مقایسه سرعت، مزایا و معایب انواع اسپیندل‌ها
نحوه راه‌اندازی موتور اسپیندل AC
اسپیندل‌ها باید با سرعت‌های متغیر و گوناگونی حول محور خود بچرخند. زیرا برش و لایه‌برداری از روی جسم به سرعت‌های متفاوتی نیاز دارد. علاوه بر این، سرعت برش و لایه‌برداری اجسام گوناگون (مثل چوب یا فلز) نیز با هم متفاوت است. برای این که بتوانیم سرعت موتور را کنترل کنیم، باید از درایو (اینورتر) استفاده کنیم.
سرعت موتور از فرمول زیر محاسبه می‌شود:
Ns =(120×f)/p
تعداد قطب موتور :p
فرکانس کاری :f
تعداد قطب موتور یک عدد ثابت است. پس برای افزایش سرعت موتور باید فرکانس را افزایش دهیم.
درایو می‌تواند فرکانس شهری (۵۰ هرتز) را بین ۰ تا ۴۰۰ هرتز و در برخی برندها حتی ۰ تا ۶۰۰ هرتز تنظیم کند. اگر دوست دارید مطالب بیشتری در مورد درایو بدانید، مقاله اینورتر یا درایو چیست؟ را بخوانید.
آشنایی با برندهای معروف اسپیندل
برندهای معروف اسپیندل در بازار ایران عبارتند از:
- برند هرتز (Hertz)
- برند آرل (Arel)
- برند HQD
- برندVevor
- برند ATC
یک سوال:
البته باید توجه داشت که برندهای بی‌شماری اسپیندل موتور تولید می‌کنند. شما با چه برندهایی کار کرده‌اید؟
اگر تجربه‌ای دارید، در کامنت‌ها با ما به اشتراک بگذارید.
قیمت اسپیندل موتور
قیمت اسپیندل موتورهای تسمه‌ای، کوپل مستقیم و گیربکسی بستگی به پارامترهای زیادی دارد. زیرا هر بخش اسپیندل موتور (موتور، شفت چرخنده، ابزار نگهدارنده) با توجه به کاربردی که دارد باید طراحی شود و نمی‌توان قیمت مشخصی برای آن در نظر گرفت.
در اسپیندل یکپارچه تمامی موارد بالا به‌صورت یکپارچه است و قیمت بر اساس سرعت و قدرت موتور و نحوه خنک کنندگی مشخص می‌شود. در زمان تنظیم این مقاله در تاریخ ۲۱ اسفند ۱۴۰۱ قیمت موتور اسپیندل یکپارچه بین ۷ الی ۱۲۰ میلیون تومان است.
جمع بندی
- اسپیندل تجهیزی است که برای چرخاندن ابزار روی سطح کار با سرعت بسیار بالا استفاده می‌شود.
- این موتورها از منظرهای گوناگونی دسته‌بندی می‌شوند:
– نوع خنک‌کنندگی
– نوع ابزارگیرها و نحوه تعویض آن‌ها
– نحوه انتقال نیرو از موتور به اسپیندل (دوک چرخان)
- اسپیندل‌های AC با درایو راه‌اندازی می‌شوند.
اگر دوست دارید با تنظیمات کامل درایو آشنا شوید، در دوره درایو من ماهر شرکت کنید.
سوالات متداول
اسپیندل موتورها دسته‌ای از موتورهای الکتریکی هستند که با سرعت بسیار بالا، صدا و لرزش کم کار می‌کند. این دستگاه می‌تواند روی قطعه کار، حرکت دورانی داشته باشد.
۱- در داخل دستگاه لرزش احساس شود.
۲- ساییدگی رزوه سر اسپیندل
۳- اگر برش و لایه‌برداری به‌صورت صاف و یک دست انجام نگیرد و قطعات معیوب تولید شوند.
۴- بدنه دستگاه خیلی داغ شود.
دو حالت دارد:
۱- امکان دارد برق ورودی درایو قطع شده باشد.
۲- اگر برق قطع نشده باشد، احتمالاً خطایی رخ داده است. نمایشگر درایو را چک کنید و خطای رخ داده را بررسی کنید.
سرعت بیش از حد اسپیندل گرمای اضافی ایجاد می‌کند. این امر دمای ابزار را افزایش می‌دهد و باعث کُند شدن آن می‌شود. در نتیجه راندمان کم خواهد شد.
بالاترین سرعت اسپیندل تولید‌شده ۲۵۰۰۰ دور در دقیقه است.
ممنون بابت مقاله قشنگ و کاربردی شما
فقط در مورد اسپیندل ها با موتور DC ودرایوهای DC هم مطلب بذارید
سلم وقت بخیر، پیشنهاد شما به واحد مربوطه ارجاع داده شد. سپاس از همراهی شما
بسیار عالی بود.
سپاس از همراهی شما
با سلام
برای همکاری در فروش مزاحم شدم
ما نمایندگی و تامین کننده چندین برند اتوماسیون صنعتی هستیم
لطفا در صورت تمایل اعلام بفرمایید
سلام وقت بخیر، لطفاً با واحد بازرگانی به شماره 09913783437 تماس بگبرید.
با سپاس از مطالب شما بسیار مفید بود دانشپذیر دورهای ماهر
سپاس از همراهی شما