Tempi rapidi per i mandrini delle macchine

Dec 21, 2023

I mandrini motorizzati sono il nucleo tecnico di una macchina utensile, poiché forniscono la potenza necessaria per trasformare gli utensili da taglio che danno forma ai nostri prodotti e al nostro mondo. Collegandone uno a un movimento a cinque assi si crea una macchina CNC avanzata. Collegando un mandrino a un robot a braccio articolato si crea una perforatrice di precisione. Collegane uno migliorato a una macchina esistente e nuove applicazioni prendono vita. In tutta la gamma di usi, i clienti desiderano mandrini con maggiore durata, velocità e intelligenza per eseguire operazioni a luci spente.

Le possibilità di utilizzo creativo dei mandrini sono limitate solo da quanto stanno diventando più veloci, durevoli e intelligenti i mandrini di oggi.

Le esigenze dei clienti iniziano con una maggiore velocità e precisione, secondo Greg Nottoli, senior product manager presso NSK America Corp., Hoffman Estates, Illinois. Una delle specialità di NSK è la fornitura di mandrini elettrici e pneumatici per microutensili. I microutensili sono qualsiasi utensile circolare per fresa o foratura con diametro compreso tra 1/8" (3,18 mm) o meno fino a 0,001" (0,025 mm). "Un utensile di piccolo diametro è fondamentalmente una pasta bagnata, molto facile da rompere. Quando si gira un trapano o una fresa, più piccolo è il diametro dell'utensile, più velocemente deve girare per essere efficace", ha affermato Nottoli, pur mantenendo la rigidità per precisione. Molte macchine CNC eseguono perfettamente la tornitura di utensili standard a una velocità compresa tra 8.000 e 15.000 giri al minuto. Secondo Nottoli, spesso i microutensili devono raggiungere i 42.000 giri al minuto. "Utilizzare un microutensile con un mandrino da 8.000 giri/min non è ottimale, perché non si evacua correttamente il truciolo, non si ottiene la giusta metratura superficiale e si rompono semplicemente gli utensili. È qui che colmiamo la lacuna in questo mercato specializzato", ha disse.

Secondo Nottoli, i mandrini disponibili da NSK possono essere adattati successivamente a qualsiasi macchina con un portautensile esistente, come CAT 40, 50 o BT. "Consente all'utente finale di ottenere velocità più elevate", ha affermato, aggiungendo che si tratta di veri mandrini, non di dispositivi moltiplicatori di velocità che convertono la velocità di un mandrino esistente in un numero di giri più elevato. Un moltiplicatore di velocità è "una scatola con ingranaggi", ha detto. Sebbene possa fornire la velocità e la precisione necessarie con una perdita minima di potenza per gli strumenti standard, introduce anche vibrazioni e calore. Questi sono problemi per la microlavorazione in cui la precisione è specificata in sub-micron.

"Disponiamo di mandrini per centri di tornitura e rettificatrici oppure macchine robotizzate appositamente costruite", spiega Nottoli. "Se si tratta di un centro di lavoro, il nostro mandrino sale nello [spazio] del mandrino della macchina e fornisce la propria rotazione." Il centro di lavoro provvede al posizionamento degli assi, il mandrino NSK alla potenza.

Sebbene la pneumatica e l’elettrica abbiano ciascuna le proprie applicazioni, Nottoli ha notato anche i vantaggi dell’elettrico. "Il miglior rapporto qualità-prezzo sarà quello elettrico. I nostri motori elettrici sono DC senza spazzole in un controller a circuito chiuso. Con il nostro controller, una volta impostata la velocità su migliaia di giri al minuto, mantiene il mandrino a quella velocità una volta che il l'utensile da taglio si innesta. Non così con un mandrino con attacco pneumatico, poiché una volta innestato un pezzo, i giri in genere diminuiscono," ha spiegato. "Possiamo provare a controllarlo con un regolatore. Ma in realtà non c'è alcun feedback attivo per controllarlo."

Il nuovissimo elettromandrino di NSK, l'iSpeed5, vanta velocità fino a 80.000 giri/min con una potenza di uscita massima di 350 W. Si tratta di un sistema completamente sostituibile con utensile composto da elettromandrino, blocco di arresto, pressostato aria e unità di controllo. Alimentazione, aria di raffreddamento e segnali di controllo vengono forniti al mandrino quando è agganciato al blocco di arresto elettromeccanico collegato al mandrino di una macchina utensile. I cuscinetti in ceramica consentono questi regimi elevati.

William Gillcrist, responsabile prodotto nazionale e responsabile applicazioni per MC Machinery Systems, Inc., Elk Grove Illinois, concorda sul fatto che maggiore velocità e potenza sono importanti nei nuovi mandrini e sottolinea anche la precisione. "Nelle applicazioni ad alta precisione è necessario assicurarsi che l'utensile ruoti perfettamente, quindi le tecnologie dei cuscinetti sono importanti", ha affermato. "L'eccentricità e la riduzione al minimo della crescita del mandrino utilizzando cuscinetti ad alta tecnologia sono fondamentali", ha affermato. Ciò significa cuscinetti in ceramica o ad aria quando i giri superano i 20.000. Altrettanto importante è una maggiore durata del mandrino. Un mandrino può essere il componente più costoso di una macchina utensile e trattarlo come un materiale di consumo incide sui profitti.