Elektrowrzeciono
Nowoczesne elektrowrzeciona do frezowania z dużymi prędkościami charakteryzują się dużą liczbą obrotów, nowoczesnymi materiałami łożysk, wbudowanym zamkniętym obiegiem chłodzenia i złączem HSK do uchwytu narzędzia. Posiadają wbudowane czujniki do wykrywania możliwych wibracji, a ich termiczne zachowanie jest wyliczalne, aby mogło być kompensowane przez inteligentny algorytm.
Cechą sprawnych elektrowrzecion jest regulacja wektorowa, tzn. wrzeciono pracuje w zamkniętym obwodzie regulacji i jego położenie kątowe jest w każdym momencie znane. W przeciwieństwie do elektrowrzecion, które pracują w otwartym obwodzie regulacji, wynikają z tego pewne interesujące zalety. Polegają one z jednej strony na możliwości wykorzystania całego zakresu obrotów, poczynając od około 50 - 200 min-1 aż do maksymalnej liczby obrotów, z drugiej zaś strony na wysokiej sprawności i dużym momencie obrotowym przy niskiej liczbie obrotów.
W ten sposób, za pomocą wrzecion o liczbie obrotów znacznie powyżej 20 000 min-1, mogą być możliwe do wykonania w określonych ramach, również operacje gwintowania, rozwiercania, jak również frezowania z zastosowaniem wysokowydajnych frezów.
Hybrydowe łożyska ceramiczne, składające się z hartowanej panewki i ceramicznych kulek, w przeciwieństwie do konwencjonalnych kulek stalowych zapewniają podwyższoną sztywność, mniejsze zużycie, lepszą dokładność i podwyższoną stabilność temperaturową. Z uwagi na aspekty ekonomiczne (trwałość), bez takich łożysk nie byłoby możliwe do zbudowania żadne nowoczesne wrzeciono o dużej szybkości obrotowej. Doprowadzenie mieszanki olejowo-powietrznej bezpośrednio przez zewnętrzną panewkę gwarantuje optymalne i wystarczające smarowanie oraz długą żywotność. W przeciwieństwie do tego, pośrednie, boczne doprowadzenie mieszanki jest stosunkowo niepewne z powodu zawirowań wytwarzanych przez koszyczek.
Obecnie złącze HSK, między czołem wrzeciona i oprawką, przyjęło się na dobre w obróbce z dużymi prędkościami. Przyczyniły się do tego, lepsza dokładność dzięki płaskiej powierzchni przylegania i podwyższona sztywność. Porównanie między SK-40 (ISO40) i HSK-A63, przy obciążeniu bocznym, wykazuje dla złącza HSK wychylenie promieniowe mniejsze prawie o połowę. Również, jeżeli chodzi o parametry ruchu obrotowego złącze HSK wykazuje się błędem mniejszym prawie o połowę w stosunku do błędu złącza SK.
Dla wszystkich wysokoobrotowych wrzecion problemem jest wydzielanie się ciepła przy dużych obrotach. Dzięki pewnym przedsięwzięciom konstrukcyjnym, jak np. usytuowanie łożyska ustalającego możliwie blisko czoła wrzeciona, termicznie wydłużenie osiowe wrzeciona można skierować do tyłu, czyli w niekrytycznym kierunku. Mimo to przy przewodzeniu ciepła do innych zespołów frezarki, jak np. do sań w osi Z lub do oprawki, występują efekty, które mogą szkodzić dokładności frezowanego detalu.
Usunięcie tego problemu z jednej strony leży w rękach operatora frezarki, który może systematycznie i wyprzedzająco kontrolować występujące zjawiska, zaś z drugiej strony usunięcie problemu leży po stronie producenta frezarki, który przesunięcia może kompensować przy pomocy odpowiednich czujników lub/i algorytmów zawartych w sterowaniu maszyny. Jest oczywiste, że to drugie rozwiązanie jest wygodniejsze dla użytkowników i dlatego jest przez nich preferowane.
W tym miejscu należy wyraźnie podkreślić, że najwyższą precyzję frezowania z dużymi prędkościami uzyskuje się zawsze dzięki systematycznemu współdziałaniu ze strony personelu obsługującego frezarkę. Systematyczność w postępowaniu jest nieodzowna przy kompensacji termicznie uwarunkowanych zmian długości uchwytu narzędzia. Przy czym ważne jest, aby producent wyposażył frezarkę w odpowiednie narzędzia pomocnicze, jak np. automatyczny laserowy pomiar narzędzia.
Wibracje mają negatywny wpływ na trwałość łożysk wrzeciona, na żywotność zastosowanych frezów, na jakość obrabianych detali i dlatego muszą być bezwzględnie usunięte. W tym celu nowoczesne elektrowrzeciona posiadają wbudowane czujniki drgań [2, 3], które mierzą aktualne drgania. W oparciu o te pomiary, za pośrednictwem interfejsu operatora układu sterowania, mogą być postawione do dyspozycji personelu obsługującego odpowiednie informacje o jakości procesu frezowania. Mogą one służyć do optymalizacji procesu frezowania, np. do dopasowania liczby obrotów i posuwu, do sprawdzenia wpływu różnych narzędzi lub do rozpoznania krytycznych strategii frezowania i tym samym do odpowiednich modyfikacji.