Un servomotore del mandrino è un azionamento del mandrino costruito con feedback dell'encoder a circuito chiuso, che fornisce un controllo preciso della velocità e della posizione e una coppia elevata anche a bassi regimi. Un motore mandrino standard funziona generalmente ad anello aperto o con un semplice feedback di velocità, dando priorità alla potenza erogata coerente su un ampio intervallo di velocità piuttosto che al controllo di precisione. Entrambi guidano l'utensile da taglio della macchina o la rotazione del pezzo, ma un mandrino di tipo servo è la soluzione migliore quando un lavoro richiede coppia a bassa velocità, maschiatura rigida, lavoro di contornatura o stretto coordinamento con il movimento dell'asse della macchina, mentre un motore mandrino standard è spesso sufficiente, e più conveniente, per il taglio ad alta velocità per scopi generali dove la precisione di posizionamento del mandrino stesso non è critica.

Punti chiave

• La differenza fondamentale è il circuito di controllo: un servomotore del mandrino utilizza il feedback dell'encoder per mantenere con precisione coppia, velocità e posizione; un motore mandrino standard funziona generalmente ad anello aperto, ottimizzato per una potenza costante in un intervallo di velocità.

• I motori mandrino sono classificati in base alla potenza (kW) perché il loro lavoro è una potenza di taglio sostenuta; i servomotori dell'asse di avanzamento sono classificati in base alla coppia (Nm) perché il loro compito è il posizionamento preciso: i servomotori del mandrino si collocano tra i due, offrendo entrambi.

• Un mandrino di tipo servo mantiene in genere una coppia più elevata a bassi regimi e recupera più rapidamente dalle variazioni di carico, il che è particolarmente importante per le operazioni di maschiatura rigida, taglio pesante a bassa velocità e multi-tasking (tornitura-fresatura).

• I valori nominali di potenza e coppia continua (S1), non quelli di picco o di breve durata, sono ciò che determina la reale capacità di produzione; confrontare sempre gli azionamenti utilizzando la stessa base del ciclo di lavoro.

• Adattare l'azionamento al lavoro è più importante che inseguire il numero kW o RPM più alto: il taglio generale ad alta velocità spesso non necessita del controllo del mandrino a livello servo, mentre la lavorazione multitasking di precisione di solito sì.

Come differiscono effettivamente i due tipi di unità

La distinzione fondamentale è l'architettura di controllo, non la potenza nominale: un servomotore del mandrino chiude il circuito con un encoder, mentre un motore del mandrino standard normalmente funziona ad anello aperto o solo con il rilevamento della velocità di base.

Questa differenza risale allo scopo per cui ciascun tipo di motore è stato originariamente costruito. Un servomotore dell'asse di avanzamento aziona la tavola o l'asse di una macchina, dove il carico è essenzialmente una 'coppia costante' e deve superare l'attrito e la resistenza al taglio in modo coerente su tutta la sua gamma. Un motore mandrino convenzionale aziona la rotazione dell'utensile da taglio o del pezzo, dove il carico si comporta più come una 'potenza costante': un numero di giri elevato con una coppia inferiore o un numero di giri basso con una coppia maggiore, seguendo la curva di potenza della macchina. Un servomotore del mandrino è, in effetti, un ibrido: assume il ruolo rotazionale e focalizzato sulla potenza di un motore del mandrino e aggiunge il feedback ad anello chiuso e la precisione di controllo di un servosistema.

Perché le curve di coppia e potenza contano più del numero di targa

Confrontare due azionamenti mandrino solo in base al loro valore nominale in kW o RPM non è un confronto affidabile: richiedere le curve di coppia e potenza continue (S1), poiché queste riflettono ciò che il mandrino può effettivamente sostenere nella produzione piuttosto che un picco di breve durata.

• La potenza (kW) ti dice quanto lavoro puoi svolgere nel tempo ; la coppia (Nm) indica la forza con cui puoi spingere a un dato numero di giri. Poiché la coppia e il numero di giri sono inversamente correlati a una potenza nominale fissa, lo stesso mandrino kW può comportarsi in modo molto diverso a seconda del punto della sua gamma di velocità in cui si sta tagliando.

• Le classificazioni continue (S1) riflettono ciò che l'unità può sostenere indefinitamente senza superare i limiti termici. Le valutazioni di picco o di breve durata possono essere cifre legittime, ma descrivono brevi raffiche, non ciò su cui può fare affidamento un lavoro che dura per ore.

• La coppia a bassa velocità è il fattore decisivo per tagli più pesanti, utensili di diametro maggiore e materiali più duri: un mandrino con una forte potenza di picco ma una coppia debole a bassa velocità si impantanerà esattamente dove il taglio pesante richiede più forza.

• Quando si confrontano gli azionamenti del mandrino di due fornitori, chiedere le curve coppia-velocità e potenza-velocità, non solo i numeri principali: senza di essi, un confronto kW-kW non ha senso.

Quando un mandrino di tipo servo vale il costo aggiuntivo

Scegli un servomotore del mandrino quando il lavoro richiede una coppia precisa a bassa velocità, una rapida accelerazione o uno stretto coordinamento tra la posizione del mandrino e il movimento dell'asse; scegli un motore del mandrino standard quando la priorità è una potenza di taglio semplice ad alta velocità a un costo inferiore.

Applicazioni che tipicamente giustificano un mandrino di tipo servo:

• Maschiatura rigida , in cui il mandrino deve sincronizzarsi precisamente con l'avanzamento dell'asse Z per tagliare filettature precise senza strapparle

• Lavorazione turn-mill/multi-tasking , in cui il mandrino a volte funziona come un asse rotante che richiede precisione di posizionamento, non solo velocità di rotazione

• Fresatura di contorni e profili , in cui la coppia deve rimanere stabile nonostante l'impegno variabile e i cambi di direzione

• Taglio pesante a bassa velocità su materiali duri, dove la coppia sostenuta a basso numero di giri previene stalli o vibrazioni

Applicazioni in cui di solito è sufficiente un motore mandrino standard:

• Fresatura, foratura o tornitura per scopi generici in cui il compito del mandrino è semplicemente quello di far girare l'utensile o il pezzo a una velocità impostata

• Lavori di finitura ad alta velocità su alluminio, plastica o compositi in cui l'ampio intervallo di potenza costante ad alti regimi conta più della coppia a bassa velocità

• Produzione sensibile ai costi in cui la precisione aggiuntiva del controllo del mandrino a circuito chiuso non è richiesta dalle tolleranze o dal processo della parte

Adattamento della potenza del mandrino al materiale e al funzionamento

La selezione della potenza del mandrino e della gamma di velocità dovrebbe iniziare dal materiale e dall'operazione di taglio, non dalla scelta del valore kW o RPM più alto disponibile.

• L'alluminio e altri materiali teneri generalmente favoriscono gamme di giri più elevate con coppia moderata, poiché questi materiali tagliano in modo efficiente a velocità del mandrino elevate con utensili di diametro inferiore.

• L'acciaio e le leghe più dure generalmente richiedono una coppia maggiore a regimi più bassi e una struttura della macchina più rigida: una coppia insufficiente a bassa velocità è una causa comune di stallo o di scarsa finitura superficiale nei materiali più duri.

• Il ciclo di lavoro conta tanto quanto la valutazione di picco. Un mandrino progettato per una produzione di picco di breve durata che non può essere sostenuta per un intero turno avrà prestazioni inferiori al numero di targa nella produzione continua.

• Come regola generale, adeguare la potenza all'operazione, anziché specificare eccessivamente i kW 'per l'headroom', mantiene sia il costo di capitale che quello di esercizio proporzionali al lavoro effettivo.

Domande frequenti

Una potenza kW più elevata significa sempre migliori prestazioni di taglio?

No. Coppia, gamma di giri/min e ciclo di lavoro continuo (S1) determinano insieme le prestazioni di taglio reali: un valore in kW di picco più elevato con una coppia debole a bassa velocità o un ciclo di lavoro breve può sottoperformare un mandrino di valore inferiore e meglio abbinato.

È possibile aggiornare successivamente un motore mandrino standard con un mandrino di tipo servo?

Generalmente non come un semplice scambio. Un mandrino di tipo servo richiede hardware di feedback ad anello chiuso (un encoder) e un azionamento/controller compatibile, quindi cambiare in genere significa sostituire l'azionamento del mandrino e confermare che il controller supporta il controllo del mandrino di tipo servo, non semplicemente aggiungere un componente al motore esistente.

Un servomandrino è sempre più preciso di un motore mandrino standard?

Per il controllo della posizione e della coppia a bassa velocità, sì: questo è il vantaggio specifico del feedback ad anello chiuso. Ma la precisione complessiva della parte dipende anche dalla rigidità della macchina, dalla qualità dei cuscinetti e dalle prestazioni del servoasse, quindi un servomandrino da solo non garantisce la precisione complessiva della lavorazione.

Qual è la differenza tra un motore mandrino e un servomotore dell'asse di avanzamento?

Un servomotore dell'asse di avanzamento aziona il movimento della tavola o dell'asse della macchina ed è valutato principalmente in base alla coppia (Nm), poiché il suo carico è essenzialmente a coppia costante (superando l'attrito e la resistenza al taglio). Un motore mandrino aziona l'utensile da taglio o la rotazione del pezzo ed è valutato principalmente in base alla potenza (kW), poiché il suo carico segue una caratteristica di potenza costante in tutta la sua gamma di velocità. Un servomotore del mandrino combina l'azionamento rotazionale con il controllo ad anello chiuso più comunemente associato ai servo dell'asse di avanzamento.

Come faccio a sapere se la mia applicazione richiede un controllo del mandrino di maschiatura rigida o di fresatura di contorni?

Se il processo prevede operazioni di filettatura che richiedono l'esatta sincronizzazione del mandrino con l'avanzamento o il taglio di profili/contorni in cui la coppia deve rimanere stabile durante i cambi di direzione, questi sono forti indicatori del fatto che vale la pena specificare un controllo del mandrino di tipo servo piuttosto che un azionamento del mandrino standard ad anello aperto.

Conclusione

La scelta tra un servomotore del mandrino e un motore del mandrino standard dipende dal fatto se il lavoro richiede precisione a circuito chiuso e coppia elevata a bassa velocità o potenza di taglio semplice ad alta velocità a un costo inferiore. Confronta le curve continue di coppia e potenza (non i picchi riportati sulla targa) con i materiali, gli strumenti e il ciclo di lavoro effettivi prima di specificare uno dei due tipi. Quello di SZGH La gamma di motori e driver servomandrino CA abbraccia la serie S4T da 1,5 kW a 132 kW, coprendo sia macchine CNC compatte che applicazioni di tornio e mandrino di centri di fresatura più pesanti, abbinati per funzionare con SZGH Controller del tornio CNC e Sistemi di controllo della fresatura CNC descritti in Come funziona un controller CNC?

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