Elektrowrzeciono 2,2kW ER25 z silnika typu "jamnik".

Witam. Chciałbym zaprezentować elektrowrzeciono wykonane przeze mnie z silnika 2,2kW 2800rpm typu "jamnik".

Konstrukcja powstała celem zastosowania w niewielkiej frezarce uniwersalnej do obróbki aluminium i stali. Zdecydowałem się na własną konstrukcję, gdyż w ramach przeznaczonego budżetu miałbym do wyboru chłodzonego cieczą chińczyka osiągającego 25tys rpm, jednakże niedysponującego w zakresie poniżej 4000 rpm sensownego momentu obrotowego, lub dostępne na portalach aukcyjnych silniki Perske lub Elte, które zazwyczaj pochodzą z maszyn stolarskich, więc bez przeróbki łożyskowania raczej nie nadają się do mojej frezarki, nie zniosą większych obciążeń osiowych.
Bazą projektu jest silnik STg90-2D produkcji "Przymierze", o mocy 2,2kW przy 2800rpm. Oprawkę z gniazdem ER25 wykorzystałem gotową C25-ER25-50.
Rozważałem wykonanie całego wału wirnika od nowa, jednakże, aby uniknąć kilku godzin produkowania wiórów, zdecydowałem się skrócić oryginalny wał 20mm przed osadzeniem przedniego łożyska i osadzić na nim dorobioną piastę dla oprawki i przedniego łożyska. Jako że średnica wału silnika w miejscu osadzenia przedniego łożyska ma tyle samo co trzonek oprawki, piasta ma wytoczony w środku otwór o średnicy 24,85mm i jest połączona z wałem i oprawką przez skurcz termiczny. Otwór w piaście jak i powierzchnia osadzenia łożyska obrobione są z jednego przyłożenia, co zapewnia ich współosiowość. Piasta wykonana z wałka stalowego tłoczyskowego o śr. 50mm.
Jeśli chodzi o łożyskowanie poszedłem na kompromis używając łożyska piasty koła z Audi A3 (40x74x40). Wiem, że powinienem użyć pary precyzyjnych łożysk skośnych, ale prostota montażu i cena przeważyły. Bieżnie wewn. osadzone są na piaście z pasowaniem suwliwym i naprężone nakrętką KM-8. Tylne łożysko oryginalne, jednorzędowe kulkowe. Praktycznie całe siły promieniowe i osiowe przejmuje przednie łożysko dwurzędowe skośne, tylne pracuje tylko z niewielkim obciążeniem promieniowym, prowadząc wirnik.

Przednia pokrywa silnika ma roztoczony otwór o średnicy 84mm w którym na zamku centruje się nowa obudowa łożyska, wykonana ze stali (kawałek widły od wózka). Łożysko pasowane jest w niej z wciskiem ok. 0,02mm i zabezpieczone pierścieniem Segera.
Bicie narzędzia zmierzone 20mm od oprawki wynosi 0,04mm i w sumie nie wiem ile w tym udziału moich prac, a ile samej "ryżowej" oprawki.
Wirnika nie wyważałem, ale w czasie pracy do 50Hz nie wykazywał większych wibracji. Zakładam pracę do 75Hz (do ok. 4k rpm), więc może nie będzie problemu.
Całe wrzeciono mocowane jest do osi za pomocą 2 śrub M10x1,25 od przodu i jednego kołka 10mm od spodu. Na zdjęciu widoczna hydrauliczna oś Z z siłownika SMC MXS25-100AS. Z własnego doświadczenia wiem, że siłowniki takie pracują bezproblemowo z płynem hydraulicznym do 3-4MPa. Zintegrowana prowadnica liniowa jest całkiem sztywna, a hydraulika zapewnia bezluzową pracę. Ale to już kawałek osobnego tematu o frezarce...

Testy planuję w ciągu kilku tygodni, bo reszta frezarki jeszcze nie dokończona, a nie bardzo mam do czego do testów zamontować.
Powiem szczerze, że nie potrzebny jest jakiś szczególny park maszynowy, ale tokarka faktycznie jest konieczna. Co prawda obróbkę wykonałem na "ryżowym" notoolu (po doprowadzeniu go do stanu umożliwiającego nazwanie go tokarką) i pseudo wiertarko-frezarce ZX cośtam, czego frezarką nie ośmielę się nazwać. Nie to, że nie miałem komu zlecić, ale jak mam czas to lubię się pobawić w obróbkę .
W ogóle pomysł frezarki wziął się z ogólnego wk...ienia na okolicznych frezerów. Co prawda rzadko, ale niestety nieraz muszę coś nietypowego przefrezować "na wczoraj" i tu zaczynają się schody...
Zastanawiałem się nad nabyciem jakiejś narzędziówki typu Avia, ale w sumie inwestować z 8-10k PLN w zabawkę która pracuje raz na miesiąc to trochę nie bardzo. Toteż robię samoróbę z konstrukcją stalową spawaną z rdzeniem z widły od wózka o przekroju 120x50mm i płyt stalowych o grubości 25mm. Stół krzyżowy chinol, ale przynajmniej w miarę ciężki, coś koło 50kg. Tyle że śruby z łożyskowaniem od razu poszły do kosza, szkoda było nawet robić dokumentację foto tego dziadostwa, i zostały zastąpione kulówkami 16x5 z normalnym łożyskowaniem. Oś Z wymyśliłem sobie hydrauliczną. Mała elektryczna pompka tłoczkowa (radialna), silnik zasilany z mostka H, liniał magnetyczny na siłowniku.
Wobec braku wysuwanej pinoli da to możliwość wiercenia ze stałą siłą nacisku (stałe ciśnienie).

Wiem. Mam falownik wektorowy do 200Hz. Ale powyżej 100Hz zaczną się schody raczej z łożyskowaniem i wyważeniem. Poza tym do moich zastosowań nie mam zamiaru gonić go ponad 75-80Hz. Do stali frezem 10mm przy prędkości skrawania 100m/min mam ledwo ponad 3000rpm. Przy większych średnicach jeszcze niżej. Zatem górna granica obrotów na poziomie lekko ponad 4k wystarczy, a potrzebna jest moc (moment obrotowy) przy niższych obrotach. To nie alu frezem jednopiórowym, gdzie trzeba gonić 20k rpm. Dla tego nie kupiłem 3kW mokrej "chinki", bo w interesującym mnie zakresie obrotów miałbym może kilkaset wat i zatrzymałbym wrzeciono ręką...

Krzysztof Kamienski napisał:

@Art.B Taaaa, kilka lat temu naprawiałem maszynę CNC prod. USA do regeneracji przegubów kulowych. O ile napędy osi x/y/z były ,,klasyczne" (serwosilniki DC z enkoderami i śruby trapezowe), tak wrzeciennik ...o ho,ho.. ..Silnik synchroniczny trójfazowy 8 kW, chłodzony woda i ,,pędzony'' przez specjalny falownik do 500 Hz.....30.000rpm.

Do czego zmierzasz ? Fakt istnienia bolidów F1 nie oznacza, że należy się pozbyć zwykłych samochodów za wszelką cenę i przesiąść na F1

Są tysiące frezarek pionowych nie CNC o prędkości maksymalnej wrzeciona 1500-3000rpm na których z powodzeniem wykonuje się przeróżne obiekty, tanimi narzędziami/pospolitymi narzędziami. Jak by autor szykował się na wysokowydajną producję to raczej nie kostruował by sam takich rzeczy...

Co do łożyska, w żaden sposób nie bronię swojej decyzji względami innymi niż ekonomiczne. Z innych opcji budżetowych: 5208 jeszcze gorsze, brak naprężenia wstępnego i jeszcze mniejsza sztywność, brak zintegrowanych uszczelnień. Zwykłe łożyska kulkowe całkowicie nieprzydatne do tego zastosowania. Zostaje jeszcze ewentualnie para łożysk stożkowych.
Prawidłowe łożyskowanie powinno być wykonane jak w każdym normalnym wrzecionie, tzn. jedna lub dwie pary dobierane łożysk skośnych precyzyjnych pracujących w układzie "O" z naprężeniem wstępnym, czyli np. 7008A5P4 lub P5. Dochodzi do tego uszczelnienie układu. Cena takiego łożyskowania przekracza całkowity koszt mojego elektrowrzeciona. Dochodzi do tego konieczność obróbki powierzchni ustalających bieżnie z bardzo dużą dokładnością jeśli chodzi o ich równoległość, co musiałbym zlecić.
Bazując na katalogu FŁT Kraśnik, podobne łożysko do zastosowanego w moim rozwiązaniu, 134-797TPNG-2RS-2BRS ma obroty graniczne 5000, a nośność dynamiczną 44kN. Są to łożyska z dokładnie określonym naprężeniem wstępnym, ich układ odwzorowuje parę łożysk skośnych pracujących w konfiguracji "O". Nie "szalejąc" z obrotami i nie eksploatując maszyny po 8h/dobę powinno dać radę, a jak padnie, to wymieniam na nowe. Nakrętka ma 9mm wysokości, 5 pełnych zwojów gwintu, gwint na wale ulepszany cieplnie. Wydaje mi się, że wytrzyma. Po prostu założenia zostaną zweryfikowane podczas pracy maszyny.
Tu dla przykładu silnik w wykonaniu producenta:

Nie wiem dokładnie do jakich zastosowań go wykonano, ale na elektrowrzeciono nie nadaje się ewidentnie. Wał wystający daleko z łożyska, łożyskowanie najprawdopodobniej 2x kulkowe (seria), przednia pokrywa z osadzeniem łożyska żeliwna i delikatna.

Martin_250 napisał:

Pytanie tylko jakie dopuszczalne cykle pracy mają takie jamniki?

Co to za pytanie 100% z pełną mocą, to nie są zabawki tylko silniki dla przemysłu.

Wałek 25,00mm,podobnie jak trzonek oprawki. Zacisk 0,15mm. Cała piasta grzana palnikiem do 450°C aby nie rozhartować powierzchni za łożyskiem, potem montaż piasty na wirniku i oprawki w piaście, następnie chłodzenie sprężonym powietrzem. Trzyma to bardzo mocno, zwłaszcza, że piasta wykonana jest z pręta hartowanego powierzchniowo i w miejscu dość płytkiego osadzenia wału wirnika (15mm) ma 50mm średnicy. Opcja ze stożkiem ISO wydaje mi się lekko przekombinowana, trzeba by wykonać stożkowe gniazdo w piaście, a to zawsze trudniej zrobić niż osiowy otwór. Cała koncepcja oparta jest na przeniesieniu większości sił promieniowych, osiowych i momentów zginających na masywne łożysko piasty, znajdujące się blisko oprawki narzędzia, aby połączenie wirnik-piasta przenosiło tylko moment obrotowy, a tylne, pływające łożysko wirnika było odciążone.
Btw. obecnie kończę frezarkę i w wolnych chwilach docieram łożysko piasty w cyklach po kilkadziesiąt minut z coraz większą prędkością. Początkowo grzało się do 80°C po 10min przy 2000rpm, teraz osiąga tą temperaturę po 30min przy 3000rpm. Łożyska piasty średnio lubią wysokie obroty, ale w miarę docierania i rozprowadzenia smaru wewnątrz łożyska nagrzewanie się zmniejsza.

Nietypowe zastosowanie wrzeciona- live tool na tokarce NC.