Claudiu Ioan RUSAN Cornel CIUPAN [309056]

[anonimizat]

O mașină-unealtă este o mașină staționară antrenată de diverse surse externe ([anonimizat], pneumatice) și care este utilizată la prelucrarea prin așchiere a diferitelor piese din următoarele materiale: metal, lemn, ceramica, plastic sau piatra.

[anonimizat]. Mașinile-unelte au o [anonimizat], piesele și mașinile necesare în producție. [anonimizat]: mașini, turbine, avioane, trenuri, ceasuri, utilaje terasiere etc. Datorită acestor aspecte importante legate de m-u, mari producători și companii care se ocupă de construcția lor se concentrează sau accordă atenție protejării cunoștiințelor sau mai bine spus protejării “know-how-ului”.

[anonimizat]-unelte din întreaga lume este într-o [anonimizat]. Marii producători de pe glob a [anonimizat]-o competiție, care conduce la o continuă dezvoltare în ce privește creșterea productivității dar și satisfacerea cerințelor economice. Pornind de la aceste aspecte rezultă necesitatea de lărgire și întărire a [anonimizat].

[anonimizat]-unealtă. [anonimizat], a arborilor principali este acela de a antrena scula sau piesa și influențează în mod direct precizia și calitatea prelucrării.

Astăzi majoritatea arborilor principali a mașinilor-[anonimizat], [anonimizat], fulii etc., astfel acești arbori cu motor încorporat sunt cei preferați de majoritatea clienților datorită performanțelor și a eficienței acestora.

Alegerea unui arbore principal pentru o mașina-[anonimizat]. [anonimizat].

Prin alegerea optimă a [anonimizat], care în funcție de aplicația de prelucrare predestinată (strunjire, frezare, găurire, rectificare) va conduce cu succes la realizarea unei piese sau a unui ansamblu de piese conform cerințelor. O piesa sau un ansamblu de piese se poate caracteriza prin: [anonimizat], dimensiune, masă, calitatea suprafețelor (rugozitate), [anonimizat].

Cerințe tehnice și funcționale impuse arborilor

Forma constructivă a [anonimizat]. [anonimizat], mașini de rectificat etc., executa o mișcare de rotație cu forme constructive adecvate funțiuni destinate.

Construcția arborilor este determinată de următori factori:

numărul, dimensiunile și poziția organelor ce urmează a fi montate;

tipurile de ajustaje pentru montarea diferitelor organe;

modul de fixare sau ghidare (cu pene, caneluri, cepuri, gulere, inele de siguranța) a organelor.

necesitatea de reglare a jocurilor radiale și axiale;

tehnologia de prelucrare, tratament și de montaj.

Un arbore principal de precizie utilizat în construcția mașinilor unelte are cerințe de performanțe ridicate. În etapa de proiectare a arborilor principali sunt importante următoarele cerințe și constrângeri: puterea de așchiere, încărcările maxime de solicitare a arborelui sau mai bine spus forțele și încărcările ce rezultă în timpul așchierii, turația maximă a arborelui, tipul de antrenare a arborelui (acționare internă sau externă), tipul sculei, mărimea și capacitatea, dimensiunea de gabarit, interschimbabilitatea pieselor și costul.

Principalele funcții a unui arbore principal:

asigurarea rotației sculei sau a semifabricatului cu precizie ridicată;

asigurarea puterii necesare și rotației sculei sau semifabricatului in timpul operațiilor de așchiere;

să aibă capacitatea de a rezista mecanic și termic, de a avea rigiditate ridicată și vibrații minime în timpul operațiilor de așchiere.

Cerințele secundare au totodată o însemnătate și influență majoră în alegerea unui arbore principal la o mașină-unealtă cu comandă numerică, aceastea pot fi:

Constructive

Precizie

Rigiditate

Solicitările din timpul așchieri

Tipul de acționare

Eficiență și randament

Dimensiuni reduse de gabarit

Numarul redus și poziția organelor

Interschimbabilitatea componentelor

Forma geometrică de tip „cartuș”

Mentenanță rapidă

La proiectarea unui arbore principal datorită unei liste vaste de cerințe ce vor trebui impuse proiectantului, duce la dificultatea extraordinară în realizarea unui design optim. Astfel vom descoperi că unele cerințe sunt contradictori și într-un final se ajunge la compromisuri în ceea ce privește design-ul final. Tot în acest stadiu se vor ține cont și de următori factori și pași a proiectări arborelui principal a unui strung pentru mașini-unelte CNC: proiectarea diverselor componente ce intră în alcătuirea acestuia, ordinea de montaj, sistemul de etanșare, sistemul de răcire a acestuia, metode de montare și demontare. Altă proprietate importantă este și masa totală a ansamblului.

Construcția arborilor principali pentru mașinilor-unelte trebuie realizată cât mai simplu posibil, pentru a asigura economicitate, execuție și mentenanță ușoară, iar numărul organelor de ansamblare montate pe un astfel de arbore trebuie să fie minim posibilă iar dimensionarea acestor organe să fie corect stabilite pentru a nu mări greutatea întregului subansamblu dar și a faptului că există posibilitatea creșteri inerțiilor în mișcarea de rotație, în concluzie toate acestea pot duce la supradimensionarea arborelui. O altă recomandare în ceea ce privește proiectarea unui arbore principal este așezarea diferitelor organe de ansamblare cât mai aproape de zonele de lgăruire. Forma constructivă a arborilor principali mai poate fi influențată de sistemele de lăgăruire utilizate și de modul de reglare a jocurilor axiale și radiale ale acestora.

Proiectantul trebuie să țină cont în ceea ce privește proiectarea, de următoarele principii:

forma arborelui principal trebuie să asigure montarea și demontarea pieselor fără strângere pe cât posibil;

arborele va avea forme în trepte pentru ușurarea montajului;

dacă arborele nu are trepte, ajustajele cu strângere se vor folosi doar pe capetele piesei ce se montează pe arbore pentru a evita deplasarea prin batere a acestor piese pe lungimi considerabile;

dacă arbori sunt fără trepte și avem un diametru nominal constant, pe care se vor monta diferite piese cu ajustaje diferite, acestea vor fi separate prin canale sau degajări.

Dimensionarea arborilor principali la mașini-unelte se realizează pe baza unor calcule:

de rezistență la solicitările compuse de încovoiere și torsiune;

de rigiditate și de uzură a suprafețelor de frecare;

la vibrații.

Pe lângă factori prezentați mai sus la stabilirea dimensiunilor se m-ai iau în considerare și alți factori privind tehnologia de execuție, exploatarea, forma constructivă, materialul ales, care în cele din urmă pot conduce la riscul unor dimensiuni mai mari decât rezultă din calcule.

Principalele aspecte în construcția unui arbore principal de CNC sunt:

modul de antrenare al arborelui: antrenat prin curele (tipuri) sau cu motor încorporat (tip, capacitate, mărime);

carcasa arborelui: dimensiune, tipul de prindere în suport;

sistemul de lăgăruire: tip, număr, montaj și metoda de lubrifiere;

geometria arborelui: reținerea sculei, sistemul de scule utilizat.

Rigiditatea unui arbore principal CNC

Rigiditatea unui arbore, constă în stabilirea deformațiilor elastice produse de momentele de încovoiere și de torsiune. Aceste deformații elastice de încovoiere și răsucire se caracterizează prin mărimea săgeților și a unghiurilor prin deformarea fibrei medii ale arborelui principal.

În principal arbori mașinilor-unelte sunt rezemați pe două lagăre iar acestea pot fi formate fiecare din blocuri de rulmenți, asigurând o construcție static nedeterminată. Iar pentru simplificarea calculelor analitice se introduce ipoteza simplificatoare ce impune ca lagărele să fie cu autoreglare, cum ar fi rulmenți cu bile sau în ambele lagăre să existe câte un rulment fără pretensionare. Această soluție se impune ca ansamblul arborelui rezultat să nu fie supradimensionat.

Deformațiile admisibile a unui arbore principal stabilește precizia unei mașini-unelte și totodată trebuie să satisfacă condiții de funcționare optime.

De reținut este faptul că pentru a crește rigiditatea unui arbore principal, se poate realiza prin creșterea diametrelor arborelui, prin micșorarea distanței dintre lagăre sau prin adăugarea unui lagăr intermediar.

Pe lângă condiția ca un arbore să aibă rigiditate sporită acesta trebuie să aibă vibrații reduse, evitarea vibrațiilor se face determinând turația critică, iar aceasta are ca obiectiv evitarea apariției fenomenului de rezonanță, tot odată se mai poate realiza și prin măsuri constructive. Acest lucru este important deoarece aceste vibrații au un efect negativ asupra preciziei arborelui. Aceste vibrații pot fi transversale și care produc încălziri și uzuri premature a lagărelor, precum și deteriorări a calități suprafețelor de așezare a lagărelor iar vibrațiile torsionale pot produce distrugeri rapide a sculelor cât și a suprafețelor prelucrate prin scăderea calității piesei executate. Combaterea vibrațiilor se poate realiza prin echilibrare dinamică a pieselor aflate în mișcare de rotație, eliminarea unor soluții de antrenare a arborilor cum ar fi eliminarea antrenării prin curele, eliminarea angrenajelor cu dinți drepți sau prin separarea cutiilor de viteze din aproprierea acestora și nu în ultimul rând prin utilizarea unor piese și ansamble cu rigiditate ridicată.

Construcția arborilor principali CNC

Arborele principal al unei mașini-unelte CNC trebuie să fie introdus într-o carcasă, aceasta are rolul de a sprijini, centra și fixa rulmenți cu o precizie ridicată și să ofere toate utilitățile unui sistem de arbore principal. În general carcasa poate fi parte comună cu mașina-unealtă, sau poate fi cartuș de tip bloc , dar mai există și alte modele cum ar fi carcasă cu placă de prindere sau carcasă cu flanșă de prindere de tip cartuș. Forma geometrică a acestuia de tip “cartuș” a fost adoptată datorită faptului că acesta poate fi adoptat cu ușurință la diferite mașini-unelte ce se găsesc la ora actuală pe piața de profil. Majoritatea arborilor principali pentru mașini-unelte CNC de mare turație și precizie utilizează carcase de tip cartuș, deoarece se poate face o intervenție rapidă și o mentenanță ușoară, iar forma cilindrică se pote realiza cu toleranțe mai precise. O carcasă pentru arbori principali trebuie să fie robustă și să aibă o rigiditate sporită pentru a suporta ulterior toate forțele și șocurile transmise de la arbore către mașina-unealtă. În completare o carcasă pentru arbori principali de mașini-unelte CNC trebuie să asigure și alte funcții, cum ar fi cea de lubrifiere a organelor, de etanșeitate, de răcire cu apă sau ulei cât și a altor utilități necesare. Dacă arborele utilizează spre exemplu lubrifiere cu ajutorul uleiului, carcasa trebuie să aibă executate orificii și pasaje pentru a direcționa și evacua uleiul de la rulmenți. Răcirea cu apa este folosită pentru a dispersa căldura degajată de motor în cazul arborilor cu motor încorporat dar și de a reduce dilatațiile care pot duce la modificări dimensionale și la pierderea preciziei întregii unități.

Fig.2.1. Arborele principal cu carcasă cartuș fără flanșă;

Fig.2.2. Arborele principal cu carcasă de tip cartuș cu flanșă;

Alegerea arborilor principali

Alegerea arborilor principali la strunjire, frezare

Alegerea arborilor principali la burghiere

Alegerea arborilor principali la rectificare

Vitezele de așchiere și avansul în funcție de calitatea materialului

Tabel 1. Parametrii recomandați pentru obținerea preciziei la operația de strunjire

Tabel 2. Parametrii recomandați pentru obținerea preciziei la operația de frezare

Tabel 3. Parametrii recomandați pentru obținerea preciziei la operația de burghiere

Puterea necesară de așchiere

Cunoașterea puterii necesare pentru a realiza o operație de prelucrare stabilită, este foarte folositoare dar și pentru a putea stabili dacă o nouă operație se poate executa cu ajutorul arborelui existent. Totodată poate influența mărimea așchiilor care se pot realiza cu acel arbore principal, ceea ce va influența utilizarea corectă și economică dar și a timpului de executare a operațiilor, astfel putem folosi puterea acestuia în totalitate.

Puterea necesară pentru a așchia un material depinde în principal de viteza de așchiere, de calitatea materialului și de o constantă de putere Kp. Constanta de putere Kp se mai poate denumi și consumul specific de putere, este definită ca fiind egala cu puterea în Kw necesara așchierii unui cm cub de material per secundă.

Calcularea puterii arborelui principal a mașini-unelte:

(tabel 5 corespunde)

Unde:

Pc = puterea necesara la sculă [Kw];

Kp = constanta de putere [Kw/cm^3/s];

Q = volumul de material îndepărtat [cm^3];

C = factor de avans a puterii constante;

W = factor de uzură a sculei;

Vc = viteza de aschiere [m/min];

N = turația sculei [rpm];

f = avansul pentru strunjire [ mm/rot];

f = avansul pentru rabotare si mortezare [mm/cursa];

ft = avansul pe dinte [mm/dinte];

fm = avansul la frezare [mm/min];

dt = adancimea maxima de aschiere pe dinte [mm];

d = adancimea de aschiere [mm];

nt = numarul de dinti a sculei;

D = diametrul sculei [mm];

Puterea maximă disponibilă pentru o mașină-unealtă trebuie utilizată când se îndepărtează un volum mare de material respectiv la adâncimea maximă de așchiere. Pentru utilizarea puterii maxime a arborelui trebuie să respectăm urmatoarele condiții:

Selectăm adâncimea maximă de așchiere pe care o putem utiliza;

Selectăm valoarea maximă a avansului de așchiere pe care-l putem utiliza;

Estimarea vitezei de așchiere pe care o putem alege pentru utilizarea puterii maxime a arborelui.

Calcularea turației necesare a arborelui principal a mașini-unelte

Este esențial ca valoarea constantei de putere să rămână nemodificată atunci când intervin în ecuație: viteza de așchiere, adâncimea de așchiere și materialul sculei așchietoare. Factorii care pot influența constanta de putere și totodată puterea necesară arborelui sunt: duritatea materialului, microstructura materialului prelucrat, viteza de avans, unghiul de atac a sculei dar și dacă scula este ascuțită sau uzată.

Factorul de avans la putere constantă, C, se găsește în tabelul 7. Toate sculele așchietoare care au muchia așchietoare au nevoie de o putere mai mare decât cele cu muchiile ascuțite.

Factorul care indică factorul de uzură a sculei se găsește în tabelul 8. În acest tabel, sunt date valori la diferite operații de așchiere când sculele așchietoare se utilizează până la o uzură maximă, urmând înlocuirea acestora.

Factorul de avans la putere constantă

Tabel 7. Factor de avans la putere constantă, C

Factorul de uzură a sculei

Tabel 8. Factorul de uzură a sculei W

Constanta de putere

Tabel 9 si 10 si 11. Constanta de putere Kp pentru diferite materiale la toate operațiile de prelucrare (excepție facând burghierea și rectificarea)

Volumul de material îndepărtat

Tabel 12. Volumul de material îndepărtat, Q

Unde:

nc= numarul de dinți angajați in așchiere;

w=latimea taieturii [mm]

Vc= viteza de aschiere [ m/min] (tabelul 1,2,3,4)

f= avansul pentru strunjire [ mm/rot] (tabelul 1)

f= avansul pentru rabotare si mortezare [mm/cursa]

fm= avansul la frezare [mm/min]

dt= adancimea maxima de aschiere pe dinte [mm]

d= adancimea de aschiere [mm]

Forța, momentul și puterea estimativă la burghiere

Tabel 13. Forța, momentul și puterea la găurire cu burghiu ascuțit

Unde:

Pc = puterea de așchiere [Kw]

M = momentul [Nm]

T = Forța [N]

Kd = Factor de lucru a materialului (tabel 14)

Ff = Factor de avans (tabel 16)

FT = Factor împingere la burghiere (tabel 17)

FM = Factor de torsiune la burgiere (tabel 17)

A = Factor de torsiune a taișului (tabel 15)

B = Factor de apasare a taișului (tabel 15)

J = Factor de apasare a taișului (tabel 15)

W = Gradul de uzura sculă (tabel 8)

N = Turația arborelui principal [rpm]

D = Diametrul burghiului [mm]

c = Lungimea muchiei tăișului [mm] (tabel 15)

w = Grosimea tăișului la punctul de burghiere [mm] (tabel 15)

Tabel 14. Factor de lucru a materialului, Kd pentru gaurire cu burghiu ascuțit

Tabel 15. Factor legat de muchia tăișului pentru moment si forță

Nota:

Pentru burghiu standard, se utilizeaza c/d=0.18

Pentru burghiu cu punct de centrare, se utilizeaza c/d=0.03

c/d = lungimea muchiei taisului / diametrul burghiului

w/d = lungimea muchiei a taișului de centrare / drill diameter

Tabel 16. Factor legat de avans Ff găurire

Tabel 17. Factori în funcție de diametrul găuri pentru forță FT și moment FM

Forța, momentul și puterea estimativa la rectificare

Formulele pentru forța tangențială la așchiere, momentul și puterea sunt asemănatoare cu celelalte operații de prelucrare, diferența constă în coeficientul forței specifice, kc, acest coeficient mai este denumit și energia specifică, care în cazul rectificării poate fi de până la 40% mai mare decât la strunjire, frezare și burghiere.

După determinarea parametrilor de așchiere recomandați, viteza de așchiere și avansul, urmează aflarea cu aproximație a forței de așchiere, momentul și puterea. Toate acestea vor caracteriza arborele principal necesar realizării procesului de așchiere specific aplicației. Pentru diverse aplicații de rectificare se recomandă consultarea cu producătorul sculelor, a roților de rectificat pentru determinarea parametrilor de lucru maximi posibili pentru utilizarea acesteia în condiții de siguranță maximă dar și de obținere a unor rezultate superioare în ceea ce privește suprafețele finale.

Relația pentru puterea la rectificare:

Unde:

PG – puterea la roata de rectificat [Kw];

KC – forța specifica la așchiere [N/mm^2] (vezi tabel 19);

MRR – volumul specific de material îndepărtat [mm^3/min];

Tabel 19. Forța specifică la așchiere în cazul rectificării

Obs. La rectificare forțele necesare realizării acestei operații sunt relativ mici deoarece volumul de material respectiv așchiile sunt mici.

ECT – Grosimea așchiei echivalente la rectificare

Unde:

A- aria secțiuni de tăiere (aprox. avansul ori adancimea de așchiere) [mm^2]

CEL – lungimea muchiei așchietoare [mm]

La strunjire ,frezare și gaurire ECT este curpins intre 0.05 și 1 mm și este intotdeauna mai mic decat avansul/rotație sau avansul/dinte; la rectificare ECT este mult mai mic și este cuprins între 0.0001 si 0.001 mm.

ECT este definit la strunjire și frezare ca fiind volumul de așchii indepărtat la o singură rotație a piesei sau sculei. La frezare ECT este definit ca produsul (numărul de dinți z * avansul pe dinte f * adancimea radială/tangențială de aschiere ar * adancimea axiala de aschiere aa) si π*D, D este diametrul sculei.

La rectificare ECT are aceași definiție ca și la rectificarea doar că numar de dinți se înlocuiesc cu media numărului de grauți așchietori de pe periferia roți de rectificat iar avansul pe dinte se înlocuieșțe cu media avansului pe grăunte. Această analogie nu este prea practică, de accea ECT îl definim mai bine ca fiind raportul dintre volumul specific îndepărtat SMMR si viteza roți -V. Pentru a menține ECT constant când SMMR variază o putem realiza doar prin schimbarea proporțională a vitezei roți de rectificat. La rectificare SMMR este proporțional cu avansul FR.

Unde:

aa= lățimea tăieturi [mm]

ar= adâncimea teieturii radiale [mm]

C = fraction of grinding wheel

CEL = lungimea tăisului sculei [mm]

D= diametrul roți [mm]

DIST = distanța de rectificat [mm]

dw= diametrul de lucru [mm]

Fr = avansul [mm/min]

fi= avansul între vârfuri la rectificare [ mm/rot]

fs= avansul la rectificare cilindrică exterioară [ mm]

Width = lățimea roți [mm]

tSP-spark-out time [min]

V,VU-viteza roții [mm/min]

)/(D* [rpm]

Reguli de bază

Tabel 22. Intervalul de parametrii recomandati la rectificare

Rigiditatea este forte importantă la rectificare deoarece aceasta va determina durata de viață a sculei și calitatea suprafeței prelicrate. De obicei o roată abrazivă cu duritatea mai mică este recomandată atunci când sistem are o rigiditatea scăzută dar dorim o calitate bună a suprafeței .

Parametrii care influențează durata de viață a roții, forța și calitatea suprafeței la rectificare sunt:

viteza roții V

grosimea echivalentă a așchiei ECT

Suprafețele, rugozitatea– RBa

Tabel 23. C – rapoartele la rectificare raportate la lățime sculei

Obs. Adâncimea de trecere la rectificarea de degroșare este cuprinsa între ar= 0.01 până la 0.025 mm. La rectificarea de finisare se recomanda adâncimea de trecere ar= 0.0025 mm iar turația sculei să fie cât mai mare pentru a rezulta o suprafața de calitatea superioară, deasemenea este important să se mărească pe cât posibil și viteza de aschiere pentru a putea evita influețele termice asupra piesei și evitarea apariției microfisurilor de suprafață.

Rectificare selectare de date

Viteza maximă a roții

In general vitezele maxime la perferia roților de rectificat cilindric sunt maxim 2000 [m/min], de obicei până la aceasta viteză mașinile-unelte sunt proiectate sa ofere eficiență, calitate, rigiditate.

Totuși în ultima perioadă s-a încercat creșterea productivității la toate operațiile de rectificat prin ridicarea vitezei periferice a roți la o viteza de aproximativ 3657,6 [m/min], ceea ce înseamnă un procent destul de important, astfel rezultând arbori sau mașini-unelte de mare viteză și precizie care au o rigiditate dinamică și statica foarte mare.

Tabel 25. Vitezele periferice maxime [m/s] pentru pietrele de rectificat conform: BS EN 12413: 1999

Continuare Tabel 25. Vitezele periferice maxime [m/s] pentru pietrele de rectificat conform:

BS EN 12413: 1999

Formula de calculare a vitezei de rotație la rectificare:

Unde:

N = turația sculei abrazive [rpm]

V = viteza periferică a sculei abrazive [m/s]

D = diametrul roții de rectificare [mm]

Antrenarea arborilor principali

În etapa de concepție și proiectare a unui arbore principal pentru mașini-unelte CNC va trebui să ținem cont de cerințele pe care trebuie să le îndeplinească acesta, foarte important fiind și metoda de antrenare a acestuia. Principalele metode de antrenare a unui arbore principal pot fi fie prin transmisie prin curea sau cu motor încorporat. În funcție de metoda aleasă de antrenare arborele principal va fi influențat în ceea ce privește turația maximă, puterea și rigiditatea.

Un arbore principal antrenat de un mecanism de acționare montat extern este asemănător cu cele convenționale având doar câteva diferențe. Un asemenea arbore poate fi antrenat printr-o trasnmisie prin curele sau printr-o transmisie prin roți dințate. Turația arborelui și puterea vor fi date de caracteristicile motorului de antrenare iar raportul de transmitere este dat de raportul transmisiei prin curele sau a roților dințate. Principalele avantaje ale unui arbore antrenat din exterior sunt următoarele:

– cost relativ redus: un sistem de transmisie prin curele sau de antrenare printr-un angrenaj cu roți dințate nu este scump;

– caracteristicile arborelui pot fi modificate: raportul de transmitere a curelelor poate fi modificat sau motorul poate fi înlocuit cu unul care are alte caracteristici privind puterea și momentul;

Fig. 2.14. Arbore principal cu un motor poziționat extern și transmisie prin curele trapezoidale;

Dezavantajele unui arbore antrenat din exterior pot fi:

– turația maximă este limitată: datorită incapacității transmisiei prin curele sau a roților dințate; în cazul transmisiilor prin curele de tip V acestea au tendința de a se întinde și slăbi contactul cu suprafața roților la turații ridicate și pot produce alunecări iar curelele profilate au tendința de a introduce vibrații la turații ridicate; se mai pot folosi angrenaje cu roți dințate care au o caracteristică bună de transmitere a momentelor ridicate, însă la turații ridicate produc vibrații și cresc tempera în funcționare;

– transmisiile prin curele pot introduce încărcări suplimentare asupra sistemelor de lăgăruire atât in timpul funcționări dar și de sistemul de pretensionare a acestora dat de întinzător care va introduce o încărcare constantă supra rulmenților;

În concluzie precizia unui arbore principal de mașină-unealtă CNC cu antrenare din exterior va fi limitată în funcție de aplicație. Un astfel de sistem poate duce la limitări în ceea ce privește turația (maxim 15000 rpm) conform marilor producători în domeniu.

Fig. 2.15. Arbore principal cu un motor poziționat extern și transmisie prin curea sincronă;

Fig. 2.15. Arbore principal antrenat prin transmisie cu roți dințate;

Tendința marilor producători de arbori pentru mașini-unelte CNC se îndreaptă către antrenări cu motoare integrate și este în continuă creștere oferta pentru arbori de acest tip. Această soluție este din ce în ce mai des întâlnită deoarece oferă un design compact și necesită un spațiu pentru instalare mult mai mic astfel influențează producătorii din acest domeniu de a fabrica mașini-unelte de dimensiuni scăzute. Acest model de antrenare are un avantaj extraordinar prin faptul că vibrațiile sunt foarte mici.

Fig. 2.16. Arbore principal de mașină-unealtă CNC cu motor încorporat;

Dezavantajul pe care îl are un arbore antrenat de un motor încorporat este acela că avem nevoie de un sistem de răcire al motorului care conduce mai departe la un design complex în ceea ce privește proiectarea unui astfel de arbore.

Arborii principali transmit puterea de la unitatea de antrenare (motor) la semifabricat unde este utilizată la așchierea materialului, eficiența transmiteri puterii către arborile principal se numește randament (vezi tabelul 28).

Puterea

Puterea motorului de antrenare generală, indiferent de destinația arborelui se poate calcula:

Unde:

P – puterea necesară de așchiere [Kw];

Pm – puterea motorului [Kw];

E – randamentul în funcție de tipul transmisiei;

Tabel 28. Randamentul în funcție de tipul transmisiei

Momentul

Momentul motorului de antrenare la solicitarea maximă se poate calcula:

Unde:

Tm – momentul motor [Nm];

Pm – puterea motorului [Kw];

N – turația motorului [rpm];

Tabel 30. Parametrii sursei electrice

Unde:

I – curent [A];

V – voltajul [V];

E – randamentul;

pf – factor de putere, se estimeaza la 80% pentru majoritatea motoarelor;

KVA – kilovolt-amper;

R – rezistența electrică;

Informații generale:

La 575 V, motor trifazat 1.0 A/HP;

La 460 V, motor trifazat 1.25A/HP;

La 260 V, motor trifazat 2.5A/HP;

La 230 V, motor monofazat 5.0A/HP;

La 115 V, motor monofazat 10.0A/HP;

Turația se poate calcula:

Tabel 31. Amperii motoarelor pana la 230 V

Valorile din tabelul de mai sus sunt destinate la toate turațiile și frecvențele la 230 V. Pentru calcularea amperilor la valori mai mari de 230 V se poate realiza cu ecuația de mai jos:

-amperi se aleg se din tabelul 31.

Gradul de protecție

Gradul de protecție sau IP (International Protection) este un standard internațional care evaluează și clasifică gradul de etanșeitate pentru diferite carcase, dispozitive și aparate, se găsește în standardul internațional EN 60529. Indicele de protecție este sub forma IPXX și este caracterizat prin diferențierea a douăcifre. Cifrele care apar după prefixul IP au o anumită conotație, respectiv prima cifră indică gradul de protecție umană față de piesele mobile dar și protecția echipamentului față de corpurile străine iar cel de al doilea număr indică gradul de protecție al echipamentului față de pătrunderea apei (vapori, jet, picături) în carcasa acestuia.

Exemplu: „IP68” înseamnă că carcasa este protejata total împotriva prafului și a apei la o adâncime de până la 4 m.

Se pot adăuga litere pentru a furniza informații suplimentare despre protecția oferită:

f: rezistent la ulei

H: dispozitiv de înaltă tensiune

M: dispozitiv în mișcare în timpul testului de apă

S: dispozitiv staționar în timpul testului de apă

W: condiții de mediu

Metode de răcire pentru motoare

Metodele de răcire pentru motoarele electrice se găsesc în standardul internațional DIN EN 60034-6.

Tabel . Exemple de clasificare a metodelor de răcire a motoarelor, DIN EN 60034-6

In standardul internațional IEC 60034-1 se regăsesc indicatori de referință ce indică calitatea motoarelor electrice lagate de durata de funcționare sau cilcuri de funcționare.

Arbori cu motoare „built-in” sau cu motor integrat

Într-un arbore principal cu motor integrat, sistemul de antrenare se regăsește în carcasa acestuia iar rotorul ce execută mișcarea de rotație se montează prin fretare pe axul arborelui. Trebuie să amintim faptul că mărimea motorului este influențată direct de spațiul disponibil din interiorul carcasei arborelui iar ca urmare precizia unui astfel de arbore depinde de tipul și mărimea rulmenților care pot afecta capacitatea de încărcare, rigiditatea, turația maximă. În concluzie caracteristicile fizice ale unui motor cu antrenare electrică trebuie să fie compatibil cu capabilitățile rulmenților.

Cele mai folosite motoare la antrenarea unui arbore principal CNC sunt motoarele de curent alternativ la care puterea și cuplul sunt influențate de tipul de înfășurare a statorului sau rotorului. Astfel motorul unui astfel de arbore va produce un cuplu constant până la o anumită valoare de bază a turației și o putere constantă după valoare de bază a turației. O caracteristică a motoarelor de curent alternativ, în special a celor integrate în arbore este aceea că au trei faze care presupune în funcționare utilizarea unui „driver” pentru a putea produce curentul necesar. Driver-ul are rolul de a genera o tensiune și o frecvență variabilă a curentului pentru acționarea motorului. Turația unui motor de curent alternativ se poate determina cu următoarea formulă: n=f*120/p. Unde: f-frecvența [Hz] p-numărul de poli. La arbori principali ce au turații ridicate se utilizează controlul acestora cu ajutorul driver-ului prin conceptul de buclă deschisă care va oferi tensiunea și frecvența motorului fără a avea un feedback. Totuși folosirea unui feedback (fie pe bază magnetică sau optică) este absolut necesară la mașinile-unelte CNC deoarece este important să se poată controla turația și poziția unghiulară a arborelui la operațiile de filetare și de schimbare a sculei de către sistemul automat al CNC-ului.

Fig. 2.16. Sistem de control prin buclă închisă a motoarelor de curent alternativ;

Folosirea unui encoder de mare rezoluție într-un arbore principal de mașină-unealtă CNC oferă următoarele avantaje: viteza de rotație precisă și control la turații joase, control în realizarea operațiilor de filetare, poziționare unghiulară precisă a arborelui, accelerații și decelerații rapide. În funcție de tipul rotorului putem cataloga motoarele de curent alternativ integrate pentru arborii principali CNC după cum urmează: motoare integrate asincrone și motoare integrate sincrone.

Motorul asincron este compus din stator și rotor, la care statorul poate fi prevăzut cu o înfășurare monofazată sau polifazată și un rotor bobinat în scurtcircuit sub formă de colivie simplă sau multiplan. La un astfel de motor câmpul magnetic creat de stator realizează un flux magnetic în rotor, ceea ce va conduce la o mișcare de rotație a arborelui, și în funcție de natura inducției, viteza de rotație a rotorului va fi diferită de câmpul magnetic rotativ ca urmare acesta se va denumi motor sau mașină asincronă.

O mașină sincronă este un motor alimentat de curent alternativ la care turația se păstrează constantă indiferent de regimul de funcționare. Turația de sincronism este influențată direct de frecvența rețelei de curent alternativ. Un astfel de motor sincron se pretează în special a fii utilizat în instalațiile și mașinile-unelte la care este necesară menținerea unei turații constante și un factor de putere bun la turații mici. Aceste motoare electrice sincrone sunt folosite de regulă la mașinile-unelte CNC, deoarece căldura generată în funcționare este mult mai mică respectiv dilatațiile termice se micșorează, au eficiență ridicată iar dimensiunile acestora sunt relativ mici raportate la putere și cuplu fată de motoarele asincrone. În ultimile decenii acest tip de motor sincron era foarte rar utilizat datorită costului ridicat de fabricare a acestuia însă în prezent producători de arbori principali de mașini-unelte folosesc din ce în ce mai mult în construcția arborilor astfel de motoare.

Avantajele rezultate în folosirea unui motor sincron în construcția unui arbore principal pentru o mașină-unealtă CNC sunt următoarele: design simplificat al arborelui, căldură disipata în rotor cu 90% mai puțină, eficiență ridicată, mașini-unelte mai compacte, productivitate ridicată.

Fig. 2.17. Comparație între carecteristicile unui motor sincron și unul asincron;

Fig. 2.18. Comparație privind durata accelerației la un motor asincron și unul asincron;

Fig.2.19. Ansamblu de motor sincron, stator și rotor;

Reguli și instrucțiuni de dimensionare

Alegerea corectă a dimensiuni, puteri și vitezei unui arbore principal pentru mașinile unelte CNC este foarte importantă în durata de viață si fiabilitatea acetuia. Pentru a alege corect există o serie de factori care vor trebuie luați în considerare după cum urmează:

Întotdeauna se va alege cel mai mare arbore posibil care să încapă în spațiul destinat acestuia corelat cu turația necesară la operațiile de așchiere. Acest lucru va duce la rigiditate ridicată și durată de viață lungă;

Încercați să lucrați cu sculele așchietoare cât mai aproape de arbore respectiv de lăgăruirile acestuia, deoarece cu cât va îndepărtați, încărcările cresc și rigiditatea va scădea;

Pentru a reduce încărcările asupra arborelui și a rulmenților, cuplul sau momentul în funcțioanare trebuie să fie menținut la maxim pentru operația realizată;

În funcție de mediul în care este utilizat arborele se recomandă folosirea unei apărători pentru a proteja arborle de praf, lichid de răcire sau de așchii. Dacă în componența arborelui se regăsesc etanșări prin contact turația acestuia nu trebuie să depășească vitezele periferice a etanșărilor acceptate;

Alegerea corectă a lăgăruirilor din componența arborelui respectiv a aranjametului de rulmenții;

Valoarea DN

Valoarea DN este foarte importanta în ceea ce privește proiectarea arborilor principali de mare viteza și precizie. Pe parcursul proiectării pânăla final valoarea DN va determina precizia rulmenților, aranjamentul de montaj al rulmenților, toleranța mașini unelte, pretensionările din rulmenți, felul și metoda de lubrifiere, echilibrarea mecesară, nivelul de vibrații acceptate. Pentru calcularea valorii DN se va lua în considerare ce mai mare rulment din componența arborelui principal.

Direcția filetelor

Direcția filetelor, pe dreapta sau pe stânga, realizate pe axa de rotație a acestuia este o problemă de siguranță în funcționare. stabilirea corectă a direcției de realizare a filetului conduce în funcționare la creșterea siguraței prin auto-strângere. Pentru arbori care lucrează în ambele sensuri de rotație se recomandă folosirea unei pene de blocare sau a unui sistem de blocare.

Lăgăruirea arborilor pricipali CNC

Pentru asigurarea mișcări de rotație a arborilor principali a unei mașini-unelte CNC este nevoie de sisteme de lăgăruire care trebuie să îndeplinească anumite cerințe, după cum urmează: să suporte turații ridicate, să suporte încărcări și șocuri mari, precizie ridicată, zgomot redus, fiabilitate și randament ridicat, încălzire redusă, cost redus.

Lagărele pot fi de mai multe tipuri:

-de alunecare;

-de rostogolire (cu rulmenți);

-hidrostatice (presiune de ulei este asigurată de alt sistem);

-hidrodinamice (presiunea este creată prin turația arborelui);

-aerostatice (presiune de aer este asigurată de alt sistem);

În prezent cele mai folosite sisteme de lăgăruire sunt cele de rostogolire iar cele hidrostatice se folosesc la mașini-unelte cu gabarit mai ridicat. Pentru alegerea tipului de rulment la realizarea lagărelor de rostogolire a unui arbore principal se va ține seama de următori factori:

dimensiunea alezajului rulmentului realizata din concepția și proiectarea arborelui (ce gabarit disponibil avem în ansamblul respectiv, gabarit radial sau gabarit axial, fie ambele);

mărimea și direcția sarcinii (axială, radială sau axial-radială);

turația arborelui (deoarece pentru arborii cu turații mari se folosesc rulmenți cu bile pe un singur rând);

durata de funcționare sau durabilitatea lagărului;

precizia (deoarece rulmenții se executa în trepte de precizie);

dilatațiile axiale (se poate evita influența dilatațiilor axiale prin montarea libera în carcasă sau prin construcția rulmenților radiali cu role cilindrice sau cu ace).

Un arbore principal de precizie și turație ridicată cuprinde în componenta sa mai multe tipuri de rulmenți: cu bile, cu role cilindrice, cu role conice, cu bile și cu ace, iar selecția lor depinde în special de operațiile pentru care sunt destinate.

Fig. 2.20. Impactul asupra arborelui în funcție de cerințe și tipul de rulment;

După cum se poate observa în figura de mai sus, impunerea unor cerințe asupra arborelui vor conduce la alegerea tipului de rulment și asupra design-ului. În consecință la concepția și proiectarea unui arbore principal de mașină-unealtă CNC, proiectantul trebuie să găsească soluții echilibrate și eficiente în ceea ce privește designul și funcționalitatea. Cei mai utilizați rulmenți în construcția arborilor principali de turații ridicate ale mașinilor unelte CNC sunt rulmenții cu bile cu contact unghiular deoarece aceștia oferă precizii și turații ridicate respectiv capacități portante mari. Rulmenții cu role conice se folosesc atunci când asupra arborelui acționează încărcări sau forțe mari și este nevoie de rigiditate ridicată asupra rolelor rulmentului. Dezavantajul rulmenților cu role conice este incapacitatea de a accepta turații mari de funcționare.

Uzual unghiurile de contact a rulmenților sunt standardizate în 12˚,15˚ și 25˚. Aceste unghiuri determină raportul dintre încărcările axiale și radiale posibile ale rulmentului.

Fig. 2.21. Evidențierea unghiului de contact a unui rulment axial-radial;

Dacă unghiul de contact este mic, crește capacitatea radială de încărcare iar cu cât este mai mare unghiul de contact, crește capacitatea axială de încărcare a rulmentului. De exemplu pentru un arbore principal destinat operațiilor de frezare se folosesc rulmenți cu unghiul de contact egal cu 15˚ iar pentru un arbore principal destinat operațiilor de găurire se folosesc rulmenți cu unghiul de contact de 25˚.

Rulmenții de precizie trebuie să se încadreze într-un câmp de toleranțe standardizat, iar aceste toleranțe de formă, dimensionale și de precizie se regăsesc în standardul internațional ISO 492 respectiv în standardul german DIN 620.

Pentru a putea asigura o rigiditate sporită arborelui principal rezultată din lăgăruirea acestuia, este nevoie ca distanța dintre capătul arborelui solidarizat cu port-scula și ansamblul de rulmenții să fie minimă iar raportul dintre distanța liniilor de presiune a lagărelor celor două capete a arborelui și diametrul arborelui primului rulment să satisfacă relația: l/d=2,5 -3, respectând aceste condiții vom ajunge la cel mai bun compromis. Iar compromisul legat de rigiditatea arborelui în funcție de diametrul rulmenților și turație se reflectă în relația: DN= D*N, unde D este diametrul rulmentului și n este turația arborelui. Valoarea lui DN poate ajunge și la două milioane.

Montaje generale cu rulmenți

Rulmenții utilizați în construcția lagărelor trebuie să preia reacțiunile din lagărul respectiv și să poziționeze univoc arborele în raport cu carcasa asigurând o centrare cât mai perfectă asigurând posibilitatea unor dilatări inegale ale arborelui și carcasei în timpul funcționări. În practică lagărele cu rulmenți se proiectează ținând seama de funcțiile specifice ale acestora, recomandări din literatura de specialitate, cataloage și recomandări ale firmelor producătoare.

Funcțiile pe care trebuie să le îndeplinească în mod general toate lagărele cu rulmenți se pot enumera după cum urmează:

rezemarea și centrarea arborelui;

poziționarea axiala în raport cu carcasa;

să permită eventuala dilatare a arborelui respectiv carcasei la temperatura de funcționare;

ungerea și etașarea lagărului;

răcirea lagărului.

Montaje cu rulmenți axiali-radiali

În principal rulmenți axiali-radiali îi întâlnim în practică în două variante și anume: rulmenți axiali-radiali cu bile și rulmenți axiali-radiali cu role conice. În ambele situații vor există două tipuri de montaj și anume montajul în X și montajul în O. Acești rulmenți se pot utiliza ca rulmenți pereche iar cei cu role conice sunt astfel construiți încât inelul exterior este separabil de restul rulmentului astfel putem vorbi de un așa zis joc inițial, jocul fiind realizat și reglat întotdeauna la montaj, existând diverse metode și elemente specifice de reglare a jocului.

Montajul în X

Denumirea de montaj în X provine de la litera formată de liniile de presiune în cazul în care suprapunem centrele de presiune. Acest montaj poate fii caracterizat ca fiind un montaj cu conducere reciprocă sau bilaterală. Într-un astfel de sistem cu conducere bilaterală, ambii rulmenți preiau forțele axiale și poziționarea axială a arborelui în raport cu carcasa. Reglarea jocurilor se face prin elemente de reglare așezate între capac și carcasă ce vor acționa asupra inelelor exterioare a rulmentului.

Fig. 2.22. Montaj cu rulmenți axiali-radiali în X;

Dezavantajul principal al unei astfel de soluții o poate reprezenta o eventuală dilatare inegală a arborelui respectiv a carcasei și poate solicita suplimentar rulmenții în mod egal scoțând în totalitate eventualele jocuri și chiar a apariției unor strângeri excesive iar la revenire la temperatura de montaj jocurile cresc. Se recomandă acolo unde lungimea între centrele de presiune este relativ mică și unde există dilatații inegale sau unde diferențele de temperatură sunt foarte mici. Al doilea dezavantaj poate fii micșorarea distanței „l” între centrele de presiune în raport cu distanța între punctele care ar marca mijlocul lagărului „L”.

Montajul în O

Fig. 2.23. Montaj cu rulmenți axiali-radiali în O;

Problemele sunt diferite față de cei cu montaj în X, reglajul în cazul de față se realizează asupra inelelor interioare ale rulmenților pentru a scoate jocul din aceștia. Lungimea „l” între centrele de presiune este mai mare în raport cu distanța între punctele care ar marca mijlocul lagărului „L”.

O dilatare inegală a arborelui în raport cu carcasa duce la creșterea și apariția jocurilor în cei doi rulmenți ceea ce și de această dată va conduce la un dezavantaj. Reglarea și scoaterea jocurilor se consideră corectă dacă arborele se rotește ușor și fără jocuri pe rulmenții montați.

Montajul în tandem

Această tehnică de așezare a rulmenților este cea mai des întâlnită într-o asamblare a unui arbore principal. În general într-o asemenea asamblare doi sau trei rulmenți sunt așezați în partea din fată a arborelui având liniile unghiurilor de contact paralele iar în partea opusă a arborelui sunt montați perechea acestora, însă așezați în sens opus. Acest tip de montaj asigură o bună rezistență împotriva forțelor din ambele sensuri.

Fig. 2.24. Montaj arbore cu rulmenți în tandem;

Pentru a îmbunătăți capacitatea de preluare a unor momente mari și de a crește performanțele arborelui principal se pot folosi distanțiere între rulmenții care formează un set.

Montaj cu rulmenți radiali-axiali cu lagăr conducător și unul liber

Atât la montajul în X cât și la montajul O, o dilatare inegală a arborelui în raport cu carcasa duce la modificarea jocurilor și a prestrângerilor din lagăre fapt ce constituie un principal inconvenient și care are drept urmare scăderea preciziei și scăderea durabilității efective a lagărelor.

Această modificare a jocurilor poate fii exprimată cu relația:

unde:

: coeficient de dilatație termică a arborelui;

: coeficient de dilatație termică a carcasei;

: temperatura de funcționare;

: temperatura de reglaj.

Pentru eliminarea acestui inconvenient se utilizează în practică așa numitele montaje cu lagăr conducător și lagăr liber.

Lagărul conducător este format din doi rulmenți radiali-axiali montați în pereche, fie în montaj X, fie în montaj O iar lagărul liber va fi format dintr-un rulment radial cu bile sau cu role cilindrice care va permite o dilatare liberă și o revenire tot liberă a capătului acestuia respectiv a carcasei.

Fig. 2.25. Montaj cu rulmenți axiali-radiali în X și un lagăr radial liber;

Fig. 2.26. Montaj cu rulmenți axiali-radiali în O și un lagăr radial liber;

Montaj cu rulmenți axiali ca lagăr conducător și doi rulmenți radiali liberi

Într-un astfel de montaj funcția de centrare cu carcasa a arborelui o îndeplinesc cei doi rulmenți radiali cu bile, totodată rulmenți radiali cu bile preiau reacțiunile care lucrează pe aceste reazeme iar poziționarea axială a arborelui în raport cu carcasa o realizează cei doi rulmenți axiali cu bile care de asemenea preiau forțele axiale care acționează unul într-un sens și celălalt în sens opus.

Rulmentul radial de pe capătul arborelui permite eventuală dilatare inegală a arborelui și carcasei fiind liber în raport cu alezajul din carcasă. Jocul dintr-o asemenea asamblare se va scoate la montaj prin strângerea până la refuz a rulmenților axiali astfel încât să fie scoase eventualele jocuri între piesele montate în spatele tronsonului cu diametrul maxim al arborelui.

Fig. 2.27. Montaj cu rulmenți axiali ca lagăr conducător și doi rulmenți radiali liberi;

Tabelul 2.1. Evidențierea aranjării rulmenților în funție de destinația arborelui

Configurații universale de așezare a rulmenților

Aceste configurații speciale de așezare a rulmenților în set a câte trei sau mai mulți se utilizează în cazurile în care avem nevoie de rigiditate ridicată sau capacitate de încărcare mare sau în cazurile în care dimensiunile arborelui sau a carcasei nu permit rulmenți cu gabarit mare.

Fig. 2.28. Configurații universale de așezare a rulmenților;

Sisteme de etanșare a unui AP CNC

Sisteme de etanșare

Un lucru important în ceea ce privește arbori principali a mașinilor-unelte o poate reprezenta etanșeitatea deoarece aceștia sunt foarte sensibili la contaminări care pot proveni din exterior. Contaminarea rulmenților poate avea loc cu particule de metal rezultate din așchiere sau de altă natură produse din fisuri și ciupituri din întreg sistemul de arbore, prin praf și murdărie, de agentul de răcire. Toate acestea pot deteriora suprafețele rulmenților care pot duce la o degradare prematură a acestora cât și a sistemului de lubrifiere. Pentru protecția asupra acestor condiții în proiectarea arborelui se va ține cont ca acesta trebuie să îmbine diferite tipuri de etanșări care să prevină contaminarea.

Există două tipuri de etanșări cum ar fi cele cu contact sau fără contact direct. Cele mai simple etanșări sunt cele cu contact dar nu sunt pretabile în cazul funcționări la turații ridicate, în schimb cele de tip labirint sunt utilizate aici.

Un sistem de etanșare de tip labirint este o metodă de etanșare fără contact care constă într-un sistem format dintr-o piesă staționară sau fixă și una aflată în mișcare de rotație iar aceste piese au prelucrate în construcția lor diferite canale și orificii. Îmbinate aceste piese creează o serie de labirinturi ce vor proteja rulmenți de mediul exterior. Aceste tipuri de etanșări se folosesc datorită faptul că particulele aflate în lichidul de răcire nu vor reuși să treacă de acest labirint. Un sistem de tip labirint se folosește împreună cu aer sub presiune care ajută la o siguranță sporită și o protecție ridicată la turații ridicate în funcționare.

De reținut este faptul că în cazul arborilor principali cu acționare internă de către un motor electric integrat, acesta generează căldură care se propagă în rulmenți, carcasă și arbore iar când arborele este oprit rotorul va încălzi și mai mult volumul de aer aflat în interiorul arborelui care poate duce la apariția unui fenomen care poate atrage o mișcare de aer din exterior în interior iar acest lucru poate fi periculos dacă materialul așchiat este un material care are în compoziție un grad ridicat de carbon grafitat. Dar prin introducerea unui aer sub presiune vom putea preveni acest lucru.

Una dintre cele mai vulnerabile zone a unui arbore este cea de capăt sau de ieșire din arbore, deoarece rulmenții din această poziție sunt foarte apropriați de zonele în care se realizează prelucrarea respectiv în această zonă se va stropi din plin cu lichid de răcire dar și de așchiile rezultate din procesul de așchiere iar acest lucru va impune să avem un sistem de etanșare extrem de sigur.

Etanșări cu contact

Acest tip de etanșări se folosesc la diametre mici de arbori principali care au o viteză de rotație relativ mică ele se mai pot denumi, etanșări mobile radiale sau etanșări mobile axiale. Pentru alegerea unui sistem de etanșare prin contact respectiv a unei etanșări mobile prin frecare, este nevoie sa ținem cont de un set de factori:

tipul materialului etanșări și elasticitatea etanșări;

viteza periferică în zona suprafeței etanșate;

temperatura mediului din zona etanșată;

calitatea suprafețelor în zona de montaj a etanșări;

tipul de ungere: unsoare sau ulei.

Fig. 3.1. Etanșări cu contact a arborilor principali de la SKF;

De reținut este faptul că aceste tipuri de etanșări prin contact au tendința de a crește temperatura în sistemul în care lucrează datorită frecărilor existente, în consecință ele nu se pot folosi la toate tipurile de mașini-unelte. Etanșările prin contact pot oferi și asigură o calitate superioară a etanșării in cazul în care ungerea lagărelor se realizează prin ulei la viteze periferice de 5 și 10 m/s și a temperaturilor de -40 ֩C și 120֩ C.

Fig. 3.2. Viteza periferică pe diferite tipuri de etanșări cu contact de la SKF;

Deoarece această tehnologie de etanșare cu contact s-a dezvoltat foarte mult în ultimii 20 de ani, respectiv pe piață au apărut o multitudine de producători legat de acest domeniu putând astfel alege dintr-o gama diversificată axată nevoilor noastre.

Etanșări fără contact

Etanșările fără contact se folosesc îndeosebi la arbori principali care au temperaturi și viteze ridicate în funcționare iar acestea au o durabilitate considerată nelimitată iar ele pot fi etanșări mobile de tip labirint sau etanșări mobile cu fante. Aceste tipuri de etanșări mobile pot avea orientare axială sau radială chiar și oblică iar prin mărirea numărului de fante și combinarea orientărilor crește în special gradul de etanșare.

Etanșările fără contact de tip fantă se folosesc la arbori principali îndeosebi a celor ce lucrează în condiții mult mai lejere în ceea ce privește umiditatea cât și a impurităților. Aceste tipuri de etanșări sunt folosite în special pentru a reține unsoare din lagăr. Performanța acestora depinde de lungimea fantei și de dimensiunea orificiului dintre elementul de etanșare și arbore. Dacă ungerea arborelui respectiv a lagărelor se face cu ulei atunci pe suprafața arborelui se realizează niște canale elicoidale iar sensul lor trebuie neapărat să fie ca și sensul de rotație a arborelui, iar condiția este ca viteza periferică să nu depășească 5 m/s.

Etanșările de tip labirint se pot folosi în condiții de lucru relativ grele și anume atunci când carcasa arborelui este stropită constant de apă sau lichid de răcire iar mediul este bogat în impurității, precum praful.

Aceste tipuri de etanșări sunt cele mai folosite în construcția arborilor principali chiar dacă realizarea lor implică o fabricație mai complexă și mult mai costisitoare. În proiectarea acestor etanșări se mai pot folosi diferite caracteristici și elemente de protecție suplimentare pentru ca lichidul să nu interacționeze direct cu canalul primar a etanșări precum și folosirea unor găuri de drenaj cu diametrul cât mai mare.

Etanșarea și lubrifierea rulmenților arborilor este una de importantă vitala în ceea ce privește durata de funcționare a acestuia. Protecția vaselinei sau a uleiului rulmenților de orice contaminare cum ar fi lichidul de răcire a sculei, agentul de răcire a motorului se realizează în ziua de astăzi prin diferite metode de etanșare, iar cel mai des caz întâlnit ar fi o-ringurile împreună cu etanșările de tip labirint. Între piesele staționare este de preferat să se facă etanșarea cu garnituri de tip o-ringuri iar intre suprafețele ce se mișcă sau se rotesc cu viteze mari se vor folosi sisteme de tip labirint care au găuri de drenaj pentru ca lichidul de răcire să fie eliminat înainte să ajungă la rulmenți sau organe de ansamblare sensibile.

Fig. 3.3. Sistem de etanșare fără contact de tip fantă, dispusă axial;

Fig. 3.4. Sistem de etanșare fără contact de tip fantă dispus axial cu profilare al arborelui pentru scurgerea lichidului de răcire când acesta este staționar;

Fig. 3.5. Sistem de etanșare fără contact de tip fantă dispus axial și protecție suplimentară montată pe arbore;

Fig. 3.6. Sistem de etanșare fără contact de tip fantă pe direcție axială cu degajări dispuse oblic;

Fig. 3.7. Sistem de etanșare fără contact de tip fantă cu profilare al arborelui pentru scurgerea lichidului de răcire când acesta este staționar;

Fig. 3.8. Sistem de etanșare fără contact de tip fantă pe direcție axială;

Fig. 3.9. Sistem de etanșare fără contact de tip labirint cu orficii dispuse pe direcții axiale și radiale;

Fig. 3.10. Sistem de etanșare fără contact de tip labirint pe direcție axială cu orficii dispuse curbilinii;

Fig. 3.11. Sistem de etanșare fără contact de tip labirint cu orficii dispuse axial-radial și protecție suplimentară în partea din față a arborelui;

Fig. 3.12. Sistem de etanșare fără contact de tip labirint pe direcție axială cu orficii dispuse în zig-zag;

Fig. 3.13. Sistem de etanșare fără contact de tip labirint pe direcție axială și radială cu orficii de drenare orizontale și verticale;

Fig. 3.14. Sistem de etanșare fără contact de tip labirint complex și orficii de drenare;

Etape în proiectarea unei etanșări fără contact de tip labirint

Etape:

Evitarea prin diverse metode de pătrundere a lichidului și de intrare în contact cu zona primei degajări a etanșări;

Adăugarea unei flanșe deflectoare în partea superioara a arborelui;

Înălțimea canalelor să nu depășească 0.2 mm;

Realizarea unor prelucrări de tip degajare direct pe arbore care vor ajuta scurgerea lichidului din etanșare atunci când acesta nu se afla in mișcare;

Incăperile din zona drenării lichidului sa fie cât mai mari posibil;

Găurile de drenaj trebuie sa aibă un volum suficient de mare pentru a putea face față evacuări lichidului;

Înălțimea canalelor labirintului se recomanda să fie între 0.2-0.3 mm;

Realizare de camere secundare de drenaj în caz că prima nu face față unui flux ridicat de lichid;

Colectorul trebuie să asigure ghidarea lichidului către găurile de drenaj și să împiedice infiltrarea oricărui lichid mai departe;

Găurile de drenaj a camerei suplimentare de drenaj trebuie sa aibă un volum suficient de mare pentru a putea face față evacuări lichidului infiltrat;

Fig. 3.15. Etape primordiale în proiectarea etanșărilor de tip labirint;

Comparație între etanșările cu contact și cele fără contact

Tabel. 3.1. Comparație între etanșările prin contact și cele fără contact;

În concluzie pentru obținerea unor etanșări de calitate superioară este indicat să combinăm etanșările de tip labirint adică fără contact cu cele de tip contact asigurând astfel fără probleme etanșeitatea lagărelor în orice condiții de lucru. O importantă referire o putem face legat de arborii principali verticali, prin care afirmăm că diferență dintre aceștia și arbori orizontali este una nesemnificativă, excepție făcând zona lagărelor din partea inferioară care necesită un sistem suplimentar de etanșare pentru a împiedică pierderea lubrifiantului.

Sisteme de lubrifiere a lagărelor AP CNC

În decursul utilizării într-o anumită perioadă de timp a unui arbore principal de mașină-unealtă CNC putem constata apariția unei uzuri fizice și morale. Modificarea dimensiunilor și formei pieselor, înrăutățirea calității suprafețelor prin apariția diferitelor fisuri precum și apariția deformărilor plastice sau arsuri ale suprafețelor care într-un final conduc la la uzură fizică. Uzura morală se produce într-un timp mai îndelungat de exploatare și este caracterizată prin depășirea performatelor constructive de către alt arbore destinat aceluiaș scop.

Uzurile fizice de cele mai multe ori se produc prin lipsa unei bune tehnici de lubrifiere care conduc la uzuri premature ale suprafețelor datorită frecărilor. Pentru diminuarea frecărilor respectiv a uzurilor suprafețelor aflate în contact este nevoie de un mediu lubrifiant care poate fii de natură fluidă (gaze sau lichidă) și rareori poate fii doar solidă. Punctul de interes cel mai important, în cazul prelungirii duratei de viață a unui arbore principal este lubrifierea corectă a lagărelor acestuia. Adițional prin lubrifiere protejăm suprafețele împotrivă coroziunii, oxidării și contaminării.

Cea mai simplă metodă de lubrifiere este cea bazată pe vaselină, care este introdusă între bilele de rulment și inelele acestuia. Această metodă necesită mentenanță minimă însă ne impune niște limitări în ceea ce privește turația, deoarece odată cu creșterea turației direct proporțional crește și temperatura arborelui existând riscul ca vaselina să devină în stare lichidă să se scurgă, să nu mai îndeplinească rolul de lubrifiere a lagărelor. Se recomandă doar 30% din volumul golurilor dintre bile și inel să se umple cu vaselină iar pătrunderea și contaminarea vaselinei de diverse particule este strict interzisă deoarece poate duce la distrugerea rapidă a lagărelor.

Lubrifierea bazată pe ulei se folosește la arborii principali care sunt caracterizați de turații ridicate și forțe mari în așchiere iar tehnicile de lubrifiere a lagărelor cu ulei poate cunoaște o gama diversificată.

O metodă des întâlnită în lubrifierea lagărelor unui arbore principal este cea bazată pe combinarea uleiului într-o masă de aer denumită și mix de ulei. Această tehnică de lubrifiere este formată dintr-un ungător care are încorporat un rezervor de ulei și de o alimentare cu aer comprimat. Există cel puțin două tipuri de ungătoare în funcție de dimensiunile picăturilor de ulei care regăsesc în masa de aer și anume: ungătoare cu pulverizare obișnuită (ceată de ulei) și ungătoare cu pulverizare fină (cu microceață de ulei).

Avantajele acestei tehnici de lubrifiere constau în faptul că instalația poate asigură o lubrifiere corectă și este o metodă simplă de utilizat iar pe de altă parte asigură și o curățare a suprafețelor lagărelor cat și o răcire a acestora. Din cauza faptului că reglarea cantității corecte de ulei în masa de aer este dificil de controlat acest sistem nu este cel mai indicat acolo unde lagărele conțin rulmenți pretențioși.

Fig. 4.1. Sistem de ungere cu mix de aer-ulei a unui arbore;

Altă metodă comună și des întâlnită de lubrifiere a lagărelor este cea cu injecție directă direcționată către rulment. Acest sistem este pretabil arborilor principali a mașinilor-unelte care sunt supuse la solicitări și turații mari respectiv temperaturi ridicate. Metoda descrisă este una complexă formată dintr-un rezervor de ulei și o pompă de presiune iar toate acestea sunt legate la o unitate de control a temperaturi.

Fig. 4.2. Sistem de ungere cu injector de ulei;

Alt sistem de lubrifiere a lagărelor poate fi format dintr-un amestec de aer și ulei distribuit prin pulsație în zona rulmenților. Din experiență putem spune că această metodă este una eficientă deoarece injectarea aerului și a uleiului se realizează cu o frecventă pulsatorie ce depinde de tipul operației pe care o realizăm în timpul prelucrării iar pulsația poate fii stabilită la un anumit interval de timp. Pentru setarea timpului pentru un debit de ulei optim este nevoie de cele mai multe ori să fie stabilit prin încercări experimentale.

Fig. 4.3. Sistem de ungere direct în zona rulemților;

În prezent pentru a putea asigura o lubrifiere corectă a lagărelor majoritatea rulmenților au în construcția inelului exterior executat un canal cu ajutorul căruia lubrifiantul este direcționat către bilele și colivia acestuia menținând continuu o peliculă de ulei pe suprafața acestora.

Fig. 4.4. Lubrifiere directă prin orificiu realizat în inelul exterior;

Producătorii de lubrifianți au o gama diversificată de uleiuri disponibile în prezent iar pentru alegerea corectă a acestuia este indicat să se consulte manualele oferită de aceștia. Lubrifierea corectă a lagărelor unui arbore principal de mașină-unealtă CNC este extrem de importantă pentru funcționarea la parametrii optimi și a duratei de viață. Tipul de lubrifiere poate fi influențată de mărimea rulmenților, tipul rulmenților, viteza suportată de aceștia în funcționare, la care se adaugă o monitorizare strictă dacă condițiile impuse de producători sunt respectate pe tot parcursul utilizări. De asemenea amestecul de ulei-aer sau ulei trebuie să fie curățat și filtrat în permanentă pentru ca orice contaminare a acestuia duce la uzuri premature și distrugerea lagărelor.

Sisteme de răcire a arborilor CNC

Arborele unei mașini unelte CNC este principala cauză în creșterea temperaturii din ansamblul acesteia. Temperaturile ridicate generate într-o mașină-unealtă pot fi cel mai mare rival al acestora, care pot conduce la pierderea preciziei și într-un final distrugerea diferitelor organe din componența lor. În ziua de astăzi, majoritatea producătorilor de arbori principali pentru mașini-unelte CNC au integrat în interiorul acestora sistemul de acționare care poate fi un motor electric, care urmare pot exista o serie de avantaje și dezavantaje. Totuși integrarea unui motor electric într-un arbore creează o sursă de căldură care trebuie să fie menținută la o temperatură constantă. Datorită faptului că scula așchietoare este direct legată de arborele principal precizia acestuia poate fi afectată datorită dilatațiilor termice care sunt direct raportate cu creșterea temperaturilor. Astfel este necesar un sistem de răcire eficient care să stabilizeze temperaturile și de evitare a efectelor negative în timpul prelucrărilor. De aceea mari constructori prezenți în acest domeniu utilizează diverse sisteme active de răcire. Dacă arbori sunt acționați din exterior iar arborele principal este integrat într-o cutie de viteze atunci răcirea acestuia se va realiza cu ajutorul uleiului iar la arbori care au motorul integrat în componenta lor, răcirea se va putea face în jurul statorului cu diverși agenți de răcire: aer, ulei sau apă cu aditivi pentru prevenirea oxidări suprafețelor.

Fig. 5.1. Răcirea statorului unui arbore principal de strung CNC;

În funcție de designul arborelui capacitatea sistemului de răcire poate să fie diferit. Producători din acest domeniu estimează în funcție de mărimea motorului integrat relații de dependență între căldură și debitul agentului de răcire. Un alt sistem de răcire este cel care implică aerul ca mediu de răcire, această metodă constă în suflare unui aer rece în jurul motorului integrat. Această metodă este una eficientă deoarece putem răci atât rotorul cât și statorul în consecință motorul poate genera o putere mai ridicată respectiv efectele de tip dilatații termice sunt reduse.

Tabel. 5.1. Recomandări ale debitului în funcție de puterea motorului;

Temperatura ridicată în timpul funcționări unui arbore principal CNC are un rol important ce poate afecta buna funcționare a arborelui și anume dilatarea termică în arbore poate avea loc în orice direcție. Însă cea mai importantă direcție de dilatare termică este cea pe direcție axială, deoarece aceasta este pe direcție longitudinală în consecință este mai mare decât cea radială iar aceasta va influența pretensionarea rulmenților. În concluzie orice deformație apărută în arbore va avea urmări în ceea ce privește precizia și acuratețea acestuia.

Fig. 5.2. Temperatura într-un arbore principal cu motor sincron integrat;

Fig. 5.3 Efectul dilatațiilor termice într-un arbore cu motor sincron integrat;

Mecanisme de prindere a sculei respectiv a piesei

O caracteristică importantă a arborilor principali este cea legată de construcția zonei de capăt unde are loc prinderea port-sculelor, care poate avea o construcție diferită de la un tip de mașină-uneltă la alta, iar această zonă va permite prinderea corectă a sculei sau a piesei.

Pentru proiectarea unui arbore principal pentru mașinile CNC îndeosebi trebuie să ținem cont că acesta trebuie să permită schimbarea rapidă și automată a sculei. Cele mai comune portscule de prindere a sculelor așchietoare sunt de tipul: CAT, BT si ISO. În ultima perioadă, conform noului DIN și ISO sistemele de prindere standardizate includ portscule și pentru aplicații particulare, sisteme ce includ viteze mari de schimbare, acest tip are denumirea de HSK.

Fig.2.3. Sistem de prindere de tip vechi ISO/MORSE cu schimbare manuală;

Fig.2.4. Sistem de prindere de tip CAT40/CAT50;

Acest model de port-sculă, CAT40/CAT50, conform figurii de mai sus, a făcut trecerea de la schimbarea manuală la schimbarea automată a sculelor depozitate într-o magazie de tip carusel. Cu ajutorul acestui model de port-sculă producători de scule așchietoare și de arbori principali împreună cu utilizatori de mașini-unelte CNC au reușit să realizeze o standardizare a port-sculelor cât și a capetelor de prindere a arborilor. Portscula de tip CAT se evidentieaza prin faptul că permite încărcări radiale mari și oferă o rigiditate sporită în prelucrare. Dezavantajul pe care îl are port-scula de tip CAT este acela că în timpul funcționări la turații ridicate aceasta se poate slăbi.

Fig.2.5. Sistem de prindere de tip BT30/40/50;

Concepția acestui model de prindere și reținere a sculei este originar din Japonia și a fost conceput de producători ce activau în domeniul industriei constructoare de mașini-unelte în perioada anilor 1970 si 1980. Datorită formei constructive, aceasta permite schimbări rapide ale sculei dintre arborele principal și magazia de scule. Turațiile acceptate în acest caz față de port-sculele CAT sunt mult mai ridicate dar ofera și o rigiditate sporită împotriva forțelor radiale.

Fig.2.6. Sistem de prindere de tip HSK – DIN 69893, model A,B,C,E si F;

Interfața HSK aparținând standardului DIN 69893 de port-sculă, a devenit cea mai utilizată în rândul centrelor de prelucrat prin așchiere. Fixarea acestor port-scule se realizează cu ajutorul conicității interioare a cozii și a flașei de contact care realizează o fixare axială. Datorită acestui fapt va rezulta o centrare precisă a port-sculei pe arborele principal ducând la o acuratețe repetitivă ridicată la operațiile automate de schimbare a sculei. Acronimul „HSK” provine din limba Germană și se traduce în limba Romană ca fiind „coadă goală conică”. Conicitatea port-sculelor HSK este de 1:10 în comparație cu cele ISO(BT,SK) acestea având o conicitate de 7:24.

Dezvoltatori acestui tip de port-sculă împreună cu producătorii de mașini-unelte, producătorii de scule așchietoare, utilizatori și organizațiile care se ocupă cu standardizările au creat standardul HSK care cuprinde șase mărimi de port-sculă a câte cinci tipuri de la A la F rezultând un număr de 35 de variante posibile.

Port-scula HSK acoperă o gama variată de aplicații destinate prelucrărilor prin așchiere, după cum urmează:

-tipul E si F sunt destinate aplicațiilor de prelucrare ușoară care nu necesită momente mari dar cu turații ridicate (ambele sunt compatibile cu sistemele de schimbare automată a sculelor „ATC”);

– tipul A si C se pretează aplicațiilor de prelucrare prin așchiere care necesită un moment moderat și o turație medie (tipul A este compatibil cu „ATC” iar tipul C este pentru schimbări manuale a sculei);

– tipul B si D sunt destinate aplicațiilor de prelucrare prin așchiere grele dar cu turație medie (tipul B este compatibil cu „ATC” iar tipul D este pentru schimbări manuale ale sculei).

Fig.2.7. Sistem de prindere de tip ISO 26623-1 CAPTO pentru centre de prelucrat;

Fig.2.8. Sistem de prindere de tip ISO 26622-1 KM pentru centre de prelucrat;

În perioada anilor 1990 noile tehnologii introduc pe piață mașinile-unelte CNC pe care să poată executa o gama variată de operații (strunjire, frezare, găurire, filetare, rectificare, etc.) în consecință au dat naștere centrelor de prelucrat „multi-tasking” sau a mașinilor de frezat și strujit. Datorită acestui fapt scula așchietoare trebuia să execute atât mișcare de rotație în operațiile specifice (frezare, burgiere, etc.) cât și o poziție staționară în cazul operațiilor de strunjire. Totodată necesitatea de a avea un singur fel de prindere a sculei pe arborele principal sau pe capul revolver a dus la realizarea port-sculelor: ISO 26623-1 CAPTO și ISO 26622-1 KM. Ambele variante ating rezultate deosebite în ceea ce privește rigiditatea, acuratețea, rezistența și viteza de schimbare a sculelor.

Fig.2.9. Sistem de prindere de tip universal pentru strunguri;

Universalul este specific mașinilor-unelte care execută operații de strunjire și de rectificare exterioară și interioară a pieselor de revoluție, el realizează simultan centrarea și strângerea pieselor dintr-o gamă variabilă de diametre. Acesta formează un tot unitar cu arborele principal așa-zis nedeformabil și asigură o strângere rigidă între piesa și arbore. Universalul cu trei bacuri se folosește îndeosebi la piese de revoluție iar cel cu patru bacuri se folosește la prinderea pieselor prismatice. Bacurile universalului permit strângerea pieselor atât din exterior cât și din interior datorită construcției și geometriei acestora.

Schimbatoare automate de scule

Un schimbător automat de scule denumit în limba Engleză „Automatic tool changer”, (ATC), ajută la diminuarea timpului în momentul schimbări sculelor între diferite operații de prelucrare, iar acesta se caracterizează în funcție de tipurile de port-sculă înmagazinate și de numărul de scule pe care le poate manipula. Un astfel de sistem permite mașini-unelte CNC să realizeze mai multe funcții fără intervenția operatorului în a schimba scula.

În industria constructoare de mașini-unelte CNC există trei mari categorii de schimbătoare de scule automate:

Sistem de schimbare a sculelor cu braț;

Sistem de schimbare a sculelor cu magazie de tip lanț;

Sistem de schimbare a sculelor de tip toretă sau disc;

Fig.2.10. Sistem de schimbare a sculelor cu braț cu acționare mecanică;

Fig.2.11. Sistem de schimbare a sculelor cu braț cu acționare pneumatică;

Fig.2.12. Sistem de schimbare a sculelor cu magazie de tip lanț;

Fig.2.13. Sistem de schimbare a sculelor de tip disc;

Lichide de răcire și ungere

Folosirea lichidelor de răcire și ungere la procesele de prelucrare prin așchiere respectiv a unor metode de răcire-ungere eficiente vor conduce la îmbunătățirea calității suprafețelor, la creșterea durabilității sculelor, la îmbunătățirea productivității prin posibilitatea creșterii parametrilor de așchiere. Un avantaj important la folosirea lichidelor de răcire-ungere în procesul de așchiere este aceea că asigură o răcire a sculei respectiv împiedică transmiterea căldurii din timpul așchierii înspre port-sculă dar totodată către capătul arborelui principal.

Lichidele folosite în procesul de prelucrare prin așchiere au următoarele proprietății: de răcire, de ungere, diminuarea depunerilor pe tăiș, protejarea suprafeței prelucrate și curățarea pieselor de așchii și impurități. Prin ungere reducem forțele de frecare interioare și exterioare între așchie și fața de degajare, între așchie și fața de așezare.

Concluzii

În proiectarea unui arbore principal de mașină-uneltă de mare precizie trebuie luate în considerare cerințele și rezultatele finale: puterea necesară, turația, sistemul de prindere a sculelor, acuratețea și durata de viață. Pornind de la aceste cerințe putem alege în continuare: tipul de lăgăruire respectiv rulmenții, forma geometrică a arborelui, motorul, sistemul de lubrifiere și sistemul de răcire, sistemul de reținere a sculei și modelul de port-sculă.

Orice deformație apărută în arbore va avea urmări în ceea ce privește precizia și acuratețea acestuia. Pentru a putea asigură o rigiditate sporită arborelui principal rezultată din lăgăruirea acestuia, este nevoie ca distanța dintre capătul arborelui solidarizat cu port-scula și ansamblul de rulmenți să fie minimă iar raportul dintre distanța liniilor de presiune a lagărelor celor două capete a arborelui și diametrul arborelui primului rulment să satisfacă relația: l/d=2,5 -3, respectând aceste condiții vom ajunge la cel mai bun compromis.

Compromisul legat de rigiditatea arborelui în funcție de diametrul rulmenților și turație se reflectă în relația: DN= D*N, unde D este diametrul rulmentului și n este turația arborelui. Valoarea lui DN poate ajunge și două milioane.

În prezența unui sistem de lubrifiere performant putem crește turația arborelui, îmbunătăți durata de viață, să menținem precizia rulmenților în parametrii optimi de funcționare. Pe langă aceste aspecte pozitive în ceea privește sistemul de lubrifiere, amintim că realizează o răcire și o curățire a arborelui, iar cu un sistem de etanșare fără contact de tip labirint împreună cu o presiune de aer protejăm rulmenții de mediul exterior.

Proiectarea unui arbore principal de mare precizie și turație ca conduce și va impune multe compromisuri, cum ar fi:

mărimea rulmenților și tipul acestora vor impune turația maximă a arborelui;

pretensionarea rulmenților și un set de rulmenți montați în tandem vor crește rigiditatea dar se vor sacrifica turația maximă;

un motor integrat în arbore de mare putere va conduce la un gabarit mărit și va necesita un sistem complex de control numit „driver”;

un motor integrat în arbore va conduce automat la un necesitatea unui sistem de răcire performant;

un arbore de precizie va necesita un sistem de prindere și de reținere a sculei foarte precis dar și o a realizare a acestuia prin prelucrare cu toleranțe și abateri strânse precum și o echilibrare dinamică.

În ceea ce privește tendințele arborilor principali pentru viitor, legate de caracteristicile acestora, sunt: turație nelimitată, durată de viață extinsă, auto-echilibrare și auto-diagnosticare.

Caracteristicile evidențiate mai sus nu vor prezenta un impendiment pentru arbori ce se vor proiecta în viitor deoarece turațiile ridicate vor putea fi atinse folosind lagăre electromagnetice sau fluide, rulmenții vor fi fară contact și vor avea o durată de viață ridicată, senzorii vor monitoriza buna funcționare și forțele în prelucrare, dezvoltarea noilor motoare atât mai puternice și mai compacte vor degaja căldură minimă iar dilatațiile termice vor putea fi compensate prin sisteme electronice.

https://ro.wikipedia.org/wiki/Grad_de_protec%C8%9Bie

https://www.engineeringtoolbox.com/iec-duty-cucles-d_739.html

http://docplayer.net/43501083-Grinding-feeds-and-speeds.html