Principio di funzionamento di un elettromandrino

Le fasi di funzionamento e i vantaggi degli elettromandrini nelle macchine utensili

Gli elettromandrini rappresentano il cuore delle moderne macchine utensili, consentendo lavorazioni ad alta velocità con estrema precisione. Il loro funzionamento si basa su un sistema che converte l’energia elettrica in movimento rotatorio, garantendo alte prestazioni e un controllo accurato. Per comprenderne il funzionamento, analizziamo nel dettaglio le sue principali fasi operative.

1. Alimentazione elettrica e generazione del campo magnetico

Il processo ha inizio con l’alimentazione elettrica, fornita da un inverter a sua volta comandato da un sistema a controllo numerico CNC. All'interno dell'elettromandrino, il motore può essere sincrono, a magneti permanenti, o asincrono, a induzione. Nei motori sincroni, il campo magnetico del rotore è generato direttamente dai magneti permanenti, mentre nei motori asincroni il rotore genera la propria corrente attraverso l’induzione elettromagnetica.

Gli avvolgimenti presenti nello statore, generano un campo magnetico rotante, il quale induce il movimento del rotore, situato al centro che a sua volta è direttamente collegato all’utensile. La velocità di rotazione varia in base alla corrente in ingresso. La rotazione poi può essere regolata con estrema precisione grazie all’uso di sensori di posizione chiamati encoder, che monitorano costantemente la rotazione in modo da garantire prestazioni ottimali.

2. Trasmissione diretta del moto al rotore 

A differenza dei mandrini tradizionali, che utilizzano cinghie o ingranaggi per trasmettere la rotazione, negli elettromandrini questa viene trasferita direttamente al rotore. Questo elimina dispersioni energetiche e riduce la necessità di manutenzione, aumentando l’efficienza complessiva.

Il rotore effettua la sua rotazione supportato dai cuscinetti ad alta precisione, spesso realizzati in ceramica o acciaio speciale, che riducono l’attrito e garantiscono stabilità anche a velocità elevate. In alcune applicazioni industriali avanzate e complesse, alla rotazione del rotore può essere inserito un sistema di riduzione o variazione della velocità, come giunti elastici o di trasmissione.

3. Controllo della velocità e della coppia 

Uno dei maggiori vantaggi degli elettromandrini è la capacità di regolare, in base alle esigenze di lavorazione, la velocità di rotazione e la relativa coppia. Questo è possibile grazie al convertitore di frequenza (inverter), che modula la tensione, la corrente e la frequenza in ingresso al motore dell’elettromandrino.

Il controllo della velocità avviene in tempo reale, permettendo di:

• Ottimizzare la lavorazione in base al tipo di utensile e alla durezza del materiale da lavorare.
• Ridurre il rischio di vibrazioni e danneggiamenti.
• Migliorare la qualità della finitura superficiale.

Nei modelli più avanzati, i sensori di posizione (encoder) contribuiscono a una regolazione ancora più precisa della velocità e della coppia, migliorando ulteriormente le prestazioni.

4. Gestione termica e raffreddamento 

La rotazione di un elettromandrino genera calore, che deve essere dissipato per garantire prestazioni costanti e prolungate e di conseguenza migliorare la vita dei componenti. Per questo motivo, gli elettromandrini sono dotati di sistemi di raffreddamento, che possono essere:

• A liquido, con circuiti interni che veicolano un fluido refrigerante attorno ai componenti critici. Questo liquido deve necessariamente essere raffreddato esternamente, per massimizzare l’efficienza termica.
• Ad aria forzata, attraverso ventole o turbine che convogliano il flusso d’aria verso le parti più calde e quindi vanno a dissipare il calore.

Alcuni modelli adottano liquidi refrigeranti dielettrici, che proteggono i componenti da polveri o trucioli e garantiscono una dissipazione più efficace del calore.

Questi sistemi mantengono stabile la temperatura operativa, migliorano l’affidabilità complessiva e prolungano la durata dei cuscinetti, evitando surriscaldamenti dannosi.

5. Monitoraggio e diagnostica in tempo reale 

Gli elettromandrini di ultima generazione sono dotati di sensori intelligenti che monitorano in tempo reale i suoi parametri critici, come:

• Temperatura, per prevenire surriscaldamenti.
• Vibrazioni, per rilevare eventuali anomalie di rotazione e preservare i cuscinetti, o prevenirne l’usura.
• Assorbimento di corrente, per prevenire sovraccarichi o malfunzionamenti.

Questi dati vengono inviati direttamente al sistema di controllo CNC o al software di diagnostica, consentendo di ottimizzare le prestazioni e di programmare la manutenzione preventiva, riducendo il rischio di fermi macchina improvvisi. Tutti questi tipi di monitoraggio, hanno lo scopo di identificare anomalie prima che possano causare gravi danni, migliorando l’efficienza operativa e la sicurezza delle lavorazioni.

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