هر آنچه که باید قبل از انتخاب یک اسپیندل بدانید

اگر به فکر ساختن یک دستگاه CNC هستید، یکی از مهمترین نکاتی که باید در نظر داشته باشید انتخاب اسپیندل مناسب است. موتور اسپیندل به عنوان قلب دستگاه CNC، وظیفه‌ی تراش و براده برداری از سطح کار به وسیله ی ابزار تراش را دارد. اگر نگاهی به بازار بیاندازید تنوع بسیار زیاد اسپیندل ها شما را سر در گم خواهد کرد.
در این بخش قصد داریم تا شما را با نحوه انتخاب صحیح اسپیندل ها آشنا کنیم.

اسپیندل ها عموما به دو دسته اسپیندل های هوا خنک کوچک و اسپیندل های صنعتی تقسیم می شوند.
اسپیندل های کوچک در دستگاه های CNC رومیزی و خانگی استفاده می‌شوند و برای حکاکی بر روی سطوحی با سختی پایین مانند چوب، پلکسی و برد‌های مدار چاپی (PCB) به کار گرفته می‌شوند. محدوده ولتاژ این اسپیندل ها معمولا در بازه ی 12 تا 48 ولت قرار دارد و حداکثر توان آنها به 800 وات می‌رسد. برای راه اندازی و کنترل سرعت این نوع از اسپیندل ها، از ماژول های PWM استفاده می‌شود.

در تصاویر زیر انواعی از این اسپیندل ها را مشاهده می کنید.

اسپیندل موتور DC مدل 775

اسپیندل موتور 48 ولت 400 وات

اسپیندل های صنعتی

نوع دیگر اسپیندل‌ها، اسپیندل‌های صنعتی هستند که در دستگاه‌های CNC صنعتی با ابعاد بزرگتر، توان بیسشتر و کارکرد مداوم مورد استفاده قرار می‌گیرند. این اسپیندل‌ها از نظر توان، سرعت، نوع خنک کاری، کاربرد و قیمت دارای تنوع بسیار بالایی هستند که در ادامه به بررسی آنها خواهیم پرداخت.
در تصویر زیر می‌توانید نوعی از اسپیندل‌های صنعتی را مشاهده کنید.

اسپیندل صنعتی هواخنک

اسپیندل های تعویض ابزار یا تولچنجر(tool changer)

همواره تعویض ابزار در دستگاه های مختلف به خصوص دستگاه های CNC فرایندی وقت گیر و مشکل ساز به شمار می آید. اما در دهه های گذشته شرکت های بزرگ سازنده اسپیندل موتور ها، با تولید اسپیندل های تول چنج این مشکل را حل کرده اند.

در این نوع از اسپیندل ها بخش ابزار گیر قابلیت جدا شدن از اسپیندل را دارد. در واقع این اصلی ترین تفاوت اسپیندل های تعویض ابزار با اسپیندل های معمولی است.

اسپیندل های تولچنجر دارای دهانه ی مخروطی شکل هستند که هولدر درون آن قرار میگیرد. هولدر نیز همان بخش ابزار گیر است که با دارا بودن کولت مخصوص، امکان اتصال ابزار را فراهم می کند.

در قسمت انتهایی هولدر ها قطعه ای به نام پول استاد قرار دارد. پس از آنکه هولدر درون اسپیندل قرار گرفت، گیره های مخصوصی که با فشار باد باز یا بسته می شوند، پول استاد را میگیرند و هلدر را در جای خود ثابت می کنند.

در دستگاه های CNC که قابلیت تعویض اتوماتیک ابزار را دارند، تعداد زیادی از هولدر ها استفاده می‌شود که بر روی هر کدام می‌توانید ابزار مورد نظر خود را ببندید.

هلدر‌ها نیز بر روی نگهدارنده‌های مخصوصی که در قسمت مشخصی از دستگاه نصب شده اند قرار می‌گیرند.

هنگامیکه کد مخصوص تعویض ابزار به دستگاه داده می‌شود، محور‌ها اسپیندل را به سمت هولدر ها هدایت می‌کنند و فرایند تعویض ابزار انجام می‌شود.

پارامتر های تاثیر گذار در انتخاب اسپیندل

حال قصد داریم تا با بررسی پارامتر‌های مختلف شما را با اسپیندل ایده آل خود آشنا کنیم:

جنس قطعه مورد استفاده

اولین مشخصه‌ای که در انتخاب یک اسپیندل باید به آن توجه کنید جنس قطعه کاری است که قصد ماشین کاری بر روی آن را دارید.

برای حکاکی بر روی سطوحی مانند چوب، پلکسی و PCB را دارید می‌توانید با هزینه‌های پایین به سراغ اسپیندل‌های DC 12 و 24 ولت مانند موتور‌های 775، 795 و 895 بروید اما اگر قصد دارید تا یک دستگاه CNC رومیزی حرفه‌ای با عملکرد بالا و توانایی حکاکی‌های عمیق تر بر روی سطوحی مانند چوب بسازید، باید از اسپیندل‌های هواخنک 200 تا 800 وات استفاده کنید. این اسپیندل‌ها معمولا ولتاژی در بازه‌ی 48 تا 100 ولت DC دارند.
اگر قطعه کار مورد نظر شما از جنس چوب، MDF و فلزات است و قصد دارید تا به طور مداوم و بدون محدودیت عملیات‌هایی مانند سخت تراشی و برش را بر روی آن ها انجام دهید باید به سراغ اسپیندل‌های صنعتی بروید که در ادامه به بررسی میزان توان و سرعت انها خواهیم پرداخت.

توان اسپیندل

از مهمترین پارامتر‌های یک اسپیندل، میزان توان آن است که ارتباط مستقیمی با عملکرد دستگاه خواهد داشت. در اینجا می‌خواهیم به تفکیک جنس قطعه و همچنین نوع کار بر روی آنها، توان متناسب با هر یک را معرفی کنیم.
برای کار بر روی چوب توان مناسب در بازه‌ی حدودی 0.75 تا 1.5 کیلو وات خواهد بود. اگر قصد کار بر روی فلز آلومینیم را دارید می‌توانید اسپیندل‌هایی در بازه توانی 1.5 تا 5 کیلو وات را انتخاب کنید. اسپیندل‌هایی با توان 7.5 کیلو وات به بالا، برای فلزاتی با در جه سختی بالا تر مناسب خواهند بود. برای مثال از اسپیندل‌های 9 و 11 کیلو وات می‌توانید برای فولاد استفاده کنید.

توجه داشته باشید که هر چه طول تماس ابزار با قطعه و سرعت پیشروی مورد نظر بیشتر باشد باید توان بالا تری را انتخاب کنید. همواره پیشنهاد می‌شود تا توان اسپیندل کمی بیشتر از توان مورد نیاز انتخاب شود تا فشار کمتری به آن وارد شود و طول عمر آن افزایش یابد.

سرعت چرخش

یکی دیگر از مشخصه‌های بسیار مهم در اسپیندل‌ها، سرعت چرخش آنها است که انتخاب نا‌درست آن، شما را با مشکلات متعددی مواجه خواهد کرد. اسپیندل‌ها عموما با سرعت‌های 6000، 12000، 15000، 18000، 24000 و 40000 دور در دقیقه به بازار عرضه می‌شوند که هر کدام از آنها کاربرد مخصوص به خود را دارند.

از اسپیندل هایی با دور‌های بالا مانند 24000 یا 40000 دور معمولا برای عملیات پرداخت و همچنین قطعاتی با سختی پایین مانند چوب و MDF استفاده می‌شود. برای کار بر روی قطعات فلزی و با درجه سختی بالا باید از دور‌های پایین مانند 6000 و 12000 دور در دقیقه استفاده کرد.

نوع خنک کاری

به طور کلی اسپیندل‌ها از نظر خنک کاری به دو نوع هواخنک و آب خنک تقسیم می‌شوند. در اسپیندل‌های هواخنک، عمل خنک کاری به وسیله هوای محیط و توسط بدنه آلومینیمی انجام می‌گیرد اما در نوع آب خنک، خنک کاری توسط جریان آبی که در مجرا‌های تعبیه شده داخل اسپیندل در حال گردش است انجام می‌پذیرد.

اسپیندل‌های هوا خنک به واسطه قیمت کمتری که نسبت به انواع آب خنک آن دارند، رایج تر هستند. برای کار بر روی فلزات سخت، به دلیل فشار بالایی که به اسپیندل وارد می‌شود، گرمای تولید شده به مراتب بیشتر خواهد بود. در نتیجه باید از اسپیندل‌های آب خنک استفاده کرد تا گرمای بیش از حد باعث آسیب دیدگی موتور نشود. از مهم‌ترین مزیت‌های اسپیندل‌های آب خنک نسبت به نوع هوا خنک آن، ایجاد سر و صدای کمتر است.

اسپیندل آب خنک

کولت و نحوه استفاده از آن

کولت قطعه ای است که استفاده از ابزار و اتصال آن به اسپیندل را فراهم می کند.

شاید برایتان این سوال پیش آمده باشد که تفاوت کولت و سه نظام چیست؟ در واقع عمده ترین تفاوت بین کولت ها و سه نظام ها در دقت ساخت و وزن پایین تر آنهاست چرا که کولت ها باید این توانایی را داشته باشند تا در سرعت های بالا مانند 24000RPM تحت تاثیر نیروی گریز از مرکز قرار نگیرند و همچنین هیچگونه لنگی نداشته باشند.

امروزه مدل های مختلفی از کولت ها را می توانید بر روی دستگاه ها مشاهده کنید اما پر کاربرد ترین و متداول ترین آنها سری ER است که تعویض ابزار در آنها بسیار ساده بوده و عملکرد مناسبی دارند.

در ادامه به نحوه نصب ابزار بر روی کولت خواهیم پرداخت.

برای این کار ابتدا فشنگی کولت را درون مهره قرار داده و فشار دهید تا در جای خود بنشیند. سپس فرز مورد نظر در مرکز فشنگی قرار دهید. مطمئن شوید تا مقدار قابل توجهی از دنباله فرز وارد فشنگی شده باشد.

سپس مجموعه را بر روی کولت ببندید و با آچار مخصوص به خوبی آن را محکم کنید. اکنون می توانید اسپیندل را روشن کنید.

نگاهی به بازار اسپیندل ها در ایران

امروزه برند‌های بسیار متنوعی را می‌توانید در بازار ایران مشاهده کنید که در زمینه اسپیندل‌ها فعالیت می‌کنند. برند‌هایی با قیمت و کیفیت‌های مختلف. از بهترین اسپیندل‌های موجود در بازار ایران می‌توان به اسپیندل‌های ایتالیایی مانند شرکت HSD اشاره کرد که کیفیت بسیار بالایی دارند. اما به این نکته هم باید توجه کرد که قیمت آنها بسیار بالا بوده و در بازار به سختی یافت می‌شوند.

از رایج ترین برند‌هایی که در بازار ایران حضور دارند می‌توان به برند‌های چینی HQD و NG و همچنین برند های ترکیه‌ای مانند هرتز و آرل اشاره کرد که ضمن قیمت پایین کیفیت مناسبی نیز دارند.