最適なスピンドル範囲を選択するための5つのヒント

スピンドルが切削工具を回転させるCNCフライス盤を使用しているか、スピンドルがワークピースを回転させるCNC旋盤を使用しているかに関係なく、大型のCNCマシンには複数のスピンドル範囲があります。スピンドル範囲が低いほどパワーが大きくなり、レンジが高いほど速度が速くなります。最適な生産性を実現するには、適切なスピンドル速度範囲で加工が行われるようにすることが非常に重要です。適切な範囲を選択するための5つのヒントを次に示します。

1）スピンドルの出力と速度の特性を把握します。

工作機械メーカーは、スピンドルの特性を操作マニュアルに公開しています。そこには、各範囲の最低回転数と最高回転数、および回転数範囲全体で期待される出力が表示されます。

この重要なデータを一度も調べたことがない場合は、サイクルタイムが最適化されていない可能性があります。さらに悪いことに、マシンのスピンドルモーターに過度のストレスをかけたり、ストールさせたりする可能性があります。マニュアルを掘り下げてスピンドルの特性を学ぶことは、マシンの生産性を最適化するのに役立ちます。

2）スピンドル範囲の変更にかかる時間を把握します。

スピンドル範囲変更システムには、少なくとも2種類あります。複数の巻線を組み込んだスピンドル駆動モーターを備えたシステムと、機械式トランスミッションを備えたシステムです。

前者の変更は、使用するモーター巻線を変更することによって電子的に範囲を変更します。これらの変更はほぼ瞬時に行われます。

機械式トランスミッションを備えたシステムは、通常、最も高い範囲で直接駆動され、より低い範囲でトランスミッションを作動させます。範囲の変更には数秒かかる場合があります。特に、プロセス中にスピンドルを停止する必要がある場合はそうです。

3）スピンドル範囲の選択方法を知っている。

CNCの場合、スピンドル速度はrpmで指定されるため、スピンドル範囲の変更はある程度透過的です。速度を指定するSワードにより、マシンは関連するスピンドル範囲も選択します。マシンの低域が20〜1,500 rpmで動作し、高域が1,501〜4,000rpmで動作するとします。 S300のSワードを指定すると、マシンは低範囲を選択します。 S2000のSワードにより、マシンは高範囲を選択します。

情報不足のプログラマーは、無意識のうちに2つの問題を引き起こす可能性があります。

まず、プログラムがツールごとに不要な範囲変更を引き起こしている可能性があります。機械式トランスミッションの場合、これによりサイクルタイムが長くなりますが、一部のツールの交換に他のツールよりも時間がかかる場合にのみ現れるため、気付かない場合があります。同じ範囲を順番に必要とするツールを実行すると、サイクルタイムが短縮されます。

第二に、強力な荒加工のためのスピンドル速度rpm計算は、パワーが制限されている高スピンドル範囲の下限にスピンドルを置く可能性があります。これにより、スピンドルドライブシステムに過度の負担がかかるか、スピンドルモーターが停止します。十分な知識のあるプログラマーは、スピンドル速度をわずかに下向きに妥協し、機械加工操作を実行するのに十分なパワーがある低範囲で最高速度を選択します。

ターニングセンターでは、スピンドル範囲の変更はMコードで行われ、通常、高い範囲は低い範囲と重なります。 3つのスピンドル範囲を持つターニングセンターの場合、低範囲はM41に対応し、30〜1,400 rpmで実行され、中範囲はM42に対応し、40〜2,800 rpmで実行され、高範囲はM43に対応し、 45〜4,500rpm。

4）スピンドル速度がサイクルタイムにどのように影響するかを理解します。

この点は、一定の表面速度を利用するターニングセンターと操作にのみ適用されます。一定の表面速度で、CNCは、表面のフィートまたはメートル/分で指定された速度と現在加工されている直径に基づいて、rpmで速度を常に選択します。

回転ごとに送り速度を設定すると、スピンドル速度は時間に反比例します。スピンドル速度を2倍にできれば、関連する加工作業にかかる時間が半分になります。

スピンドル範囲の選択の一般的な経験則は、低範囲で荒加工を行い、高範囲で機械を仕上げることです。これは、スピンドルに十分なパワーがあることを確認するための経験則ですが、速度を考慮するとあまりうまくいきません。

粗く仕上げる必要がある直径1インチのワークピースを考えてみましょう。荒削り工具の推奨速度は500sfmです。最大直径（1インチ）でも、これは1,910 rpm（3.82 x 500を1で割ったもの）になります。直径が小さいほど、さらに高いrpmが必要になります。プログラマーが経験則に基づいて低範囲を選択すると、スピンドルは1,400rpmの制限に達します。十分なパワーがあれば、荒削り作業はより高い範囲でより速く終了します。

5）スピンドル範囲をいつ変更するかを知ってください。

この点は、一定の表面速度を必要とする旋削中心および荒削り作業にものみ適用されます。いくつかの直径を持ち、最小のものが1インチである、直径4インチのシャフトを荒削りすることを検討してください。推奨速度は800sfmだとします。 4インチの場合、必要な速度は764rpmです。低域は必要な電力を供給します。

荒削りが続くと、直径が小さくなり、回転数が上がります。 2.125インチでは、最適な加工には1,400 rpm以上が必要ですが、スピンドルは1,400 rpmの低域でピークに達し、連続する荒削りパスごとに必要以上に時間がかかります。特に範囲の変更が瞬時に行われる場合は、この時点で中間範囲に切り替える方が賢明です。