Какой шпиндель выбрать для станка ЧПУ?

Выбор шпинделя для фрезерного станка с ЧПУ

Шпиндель — важная часть технологических машин, в частности фрезеров. Так называют двигатель с самозажимным патроном, в котором фиксируется режущий инструмент. В качестве последнего могут выступать фреза, сверло, точильный камень и т.д.

Фрезерный станок передает шпинделю крутящий момент при высокой частоте оборотов. Следовательно, двигатель должен быть прочным. Однако это, конечно, не единственное предъявляемое требование. Как правильно выбрать шпиндель для станка с ЧПУ? Разбираемся в этой статье.

Теория вопроса

Условно шпиндели делят на две группы в зависимости от их мощности:

К первым относятся небольшие бормашины, дрели, перфораторы. Конструкция их проста, срок службы относительно недолог, управление не вызывает сложностей. Для работы на домашних настольных станках используют именно их.

Промышленные шпиндели необходимы для длительной эксплуатации, рассчитаны на внушительные нагрузки. Они снащены системами охлаждения и подачи смазки на участки с высоким уровнем трения или нагревания.

Для производственных агрегатов категорически не подходят маломощные бытовые шпиндели. Причина в том, что они рассчитаны лишь на растяжение и сжатие, но не на боковую нагрузку. При увеличении скорости вращения шпинделя обмотки двигателя нагреваются, что вызывает снижение мощности. В результате элемент перегорает, требуя скорой замены.

Критерии подбора

Подробно рассмотрим, на какие именно факторы стоит обращаться внимание при выборе.

Выбор шпинделя для станка с ЧПУ начинается с изучения мощностных характеристик. Здесь не стоит экономить; мы рекомендуем следовать правилу: «Чем больше, тем лучше». Запас мощности — залог исправной работы шпинделя сверх указанного ресурса.

Обратите внимание на следующие советы по выбору:

  • сверление или гравировка возможны при помощи шпинделя мощностью менее 600 Вт;
  • работы по древесине или листовому металлу выполняются устройством мощностью от 800 до 1400 Вт;
  • для устройства с ЧПУ, от которого требуется ежедневная работа, выбирайте шпиндель мощностью свыше 1500 Вт.

Качество работы двигателей зависит и от надежности самого станка. Если фрезер с ЧПУ ветхий, есть вероятность, что новый шпиндель принесет мало пользы.

Обрабатываемая поверхность

Мощность шпинделя выбирается в зависимости от типа обрабатываемого материала. Для фанеры, ДСП, МДФ рекомендуется вал мощностью до 3000 Вт, для дерева и мягких сплавов (алюминий, бронза) — до 6000 Вт.

Вид фрезеровки

Следующий критерий выбора шпинделя — способ фрезеровки. Всего их два:

В первом случае вал подается медленно, но фреза вращается очень быстро. Скоростной способ подразумевает медленное вращение и быструю подачу. Силовая фрезеровка применяется, если нужно быстро удалить определенный объем материала. Скоростная — если важнее качество обработки детали.

Характеристики фрезы указываются в технической документации на изделие. Выставляются параметры на станке с ЧПУ перед началом работ. На них важно обращать внимание, чтобы не перегрузить вал и получить максимальную производительность оборудования.

Система охлаждения

Наличие и тип системы охлаждения — еще один важный критерий выбора. Именно от нее зависит, как долго станок сможет работать без перерыва.

Под воздушным охлаждением подразумевается обдувка обмоток шпинделя через крыльчатку, предусмотренную на корпусе. Минусов у него больше, чем плюсов, например:

  • охлаждение воздухом малоэффективно при работе на низких скоростях;
  • вместе с воздухом под корпус засасываются стружка, пыль, грязь, из-за чего засоряется мотор.

Таких недостатков лишена система водяного (жидкостного) охлаждения, однако она усложняет конструкцию фрезерного станка с ЧПУ. Для нее требуется резервуар с жидкостью, который крепится на корпусе устройства. Трубки, которые подводят и отводят воду, не всегда легко вмонтировать в станок с двумя шпинделями.

Водяное охлаждение предпочтительнее потому, что жидкость на шпиндель подается равномерно, с одинаковой скоростью. Запускать двигатель фрезера запрещено, пока не активирована помпа. Игнорирование правила вызовет перегрев обмоток и выход всей системы из строя.

Производитель

Определить, на Западе или Востоке изготовлен элемент, можно по внешнему виду. Например, китайские модели имеют сплошной, закрытый корпус в форме цилиндра. Конструкция достаточно жесткая, вибрации при металлообработке минимальны. Крыльчатка или другие подобные отверстия отсутствуют, что делает вал невосприимчивым к стружке и пыли. В числе минусов китайской продукции:

  • высокий процент подделок и брака,
  • склонность внутренних элементов к коррозии (из-за примитивной системы охлаждения),
  • сложность замены подшипников.

Европейские шпиндели отличаются качеством и более дорогой стоимостью. Характерные черты — надежные подшипники, минимальные радиальные биения. Обычно они имеют воздушное охлаждение, поэтому коррозии почти не подвержены, работают плавно.

Тип инвертора

Шпиндель для фрезера с ЧПУ: подходящие модели

Для агрегата, собранного в бытовых условиях, не стоит покупать дорогой вал. Для промышленного же станка не подойдет шпиндель, который раньше был, допустим, частью шуруповерта. Ниже приведен перечень возможных решений, которые облегчат выбор шпинделя для станка с ЧПУ по металлу либо иному материалу:

Гравер / дрель / бормашина.

Подходящий вариант для мягких материалов — дерева, пластика, бронзы, меди. Мощность устройств начинается от 100 Вт.

Достоинства — минимум шума, качественный зажим патрона, минимальные потери крутящего момента на невысоких оборотах. При монтаже важно выставить деталь на нужном уровне и корректно замерить биение фрезы. Обойдется такой шпиндель в 1000-3000 рублей.

Моторы постоянного тока.

Более мощные, усовершенствованные устройства для настольных работ. Мощность – от 400 Вт, скорость — до 12000 об/мин.

  • низкое биение,
  • минимум шума,
  • стандартный патрон (цанга ER11A).
  • нужен дополнительный источник питания;
  • мощность позволяет использовать только фрезы до 4 мм;
  • совместимы только с мягкими материалами;
  • требуют хорошей вентиляции, охлаждения, обдува.

Это профессиональные фрезеры, которыми обрабатывается большинство известных материалов. Шумны, поддержание оборотов нестабильно, что осложняет обработку пластика; имеет подшипники низкого качества. Режим работы без перерывов ограничен 1,5-2 часами.

Профессиональные шпиндели жидкостного охлаждения.

Техника, почти полностью лишенная недостатков. Работает тихо, так как устройство не имеет крыльчатки. Часто применяется для оборудования, которое располагается в непроветриваемых или сильно запыленных помещениях. Стоимость таких шпинделей — от 10000 рублей. Учитывайте, что инвертор обойдется вам примерно в такую же цену. В числе преимуществ шпинделей с жидкостным охлаждением:

  • точное позиционирование на станке с ЧПУ,
  • мощный крутящий момент,
  • надежность,
  • удвоенное количество подшипников,
  • минимальное биение.

Если же вы сомневаетесь в своем выборе шпинделя для станка с ЧПУ, свяжитесь с нашими менеджерами по телефону или электронной почте: сотрудники компании ответят на вопросы и помогут определиться с наиболее подходящим для вашего оборудования элементом.

Выбор шпинделя для настольного ЧПУ станка

1 Самый бюджетный шпинделя для самодельного ЧПУ станка — гравер , рисунок 1, цена от 500р. Мощность 125Вт. Из минусов этого выбора — слабый крутящий момент на малых оборотах и в следствии этого подходит только для выполнения гравировки и для работ по мягким породам дерева маленькими диаметрами фрез.


Рисунок 1

2 Второй вариант шпинделя для самодельного настольного фрезерно-гравировального станка — бормашинка Proxxon , рисунок 2, цена от 2000р. По сравнению с недорогими граверами, можно отметить следующие плюсы: работает значительно тише, качественны патронный зажим, не так сильно теряет крутящий момент на низких оборотах.

3 Третий вариант для недорогого настольного ЧПУ это шпиндели из DC-моторов на 12. 48В , рисунок 3. Мощность до 400Вт. Обороты до 12 000.Требуется отдельный источник питания шпинделя станка. К достоинствам данного шпинделя можно отнести: 1)достаточно низкое биение, что делает его хорошим выбором в качестве шпинделя для фрезеровки печатных проводников при изготовлении печатных плат или при изготовлении моделей из модельного воска, ювелирной гравировке 2) низкий уровень шума, 3) стандартная цанга ER11A. К недостаткам : 1) требуется дополнительный источник питания, 2) сравнительно маленькая мощность ограничивает возможности применения фрезами до 4мм, подходит только для фрезеровки по мягким материалам, 3) достаточно сильный перегрев в работе, что требует хорошего охлаждения, обдува, вентилируемого помещения .

В комплекте с электроникой возможно управление числом оборотов шпинделя рисунок 4, из программы управления станком MACH3, для этого в контроллере управления станком предусмотрен ШИМ выход, обозначенный на корпусе контроллера шаговых двигателей как PWM.

4 Следующий вариант шпинделя для недорогого настольного ЧПУ самостоятельной сборки это фрезеры и прямошлифовальные машины.
Фрезер Энкор ФМЭ-850Вт обладает достаточной мощностью для обработки любых материалов (дерево, фанера, цветные металлы). Очень шумный в работе. В комплекте есть цанга на 6мм, что позволяет с использованием переходника 3в6мм работать с различными диаметрами фрез от 0,1мм до 6мм. Стоит отметить что далеко не все фрезеры комплектуются цангой 6мм, например у распространенного Интерскол нет цанги 6мм, что не позволяет использовать фрезы менее 8мм и делает его малопригодным для использования на фрезерных ЧПУ станках. К недостаткам этого фрезера можно отнести отсутствие электроники поддержания стабильных оборотов, что затрудняет его использование для обработки акрила и других пластиков, обрабатываемых на низких оборотах. А также низкое качество подшипников, что ограничивает непрерывный режим работы временем 2часа. Этого времени вполне достаточно для вырезки слов из фанеры, или небольших до 10х10см резных 3Д картин и пано, 3Д изделия больших размеров потребуют существенно больше времени и потому использование этого шпинделя на 3Д изделиях большого размера приведет к повышенному износу подшипников и скорому выходу из строя.

Читать еще:  Какой угол заточки ножей для строгального станка


Рисунок 5

5 Фрезеры Sparky , рисунок 6. Мощность от 500вт до 1050Вт. В моделях 750Вт и 1050Вт присутствует электроника поддержания стабильных оборотов, что позволяет использовать его для фрезеровки акрила(оргстекла), двухсторонних пластиков, ПВХ, модельного пластика и т.д. Обработка пластиков ведется на низких оборотах шпинделя, чтобы избежать плавления пластика, при этом требуется достаточная мощность чтобы обеспечить приемлимую производительность, скорость, и избежать перегрева в зоне фрезеровки и налипания пластика на фрезу. Для работ с пластиками используются однозаходные фрезы, Статья по выбору фрез .

6. Фрезер Kress. Наилучшее качество из сегмента недорогих коллекторных шпинделей для настольного станка изготовленного своими руками. Цена от 13т.р. Нормируется биение, что дает возможность отнести его к более высокому классу шпинделей. Высокая надежность, срок службы на станке ЧПУ станке для дома и малого бизнеса несравнимо выше всех выше перечисленных шпинделей и уступает лишь профессиональным бесколлекторным(асинхронным) шпинделям

7. Профессиональные шпиндели жидкостного охлаждения.

Достоинства : высока надежность, в конструкции таких шпинделей 3 или 4 подшипника, в то время как у бытовых коллекторных только 2, и отсутствие изнашиваемых щеток, присущих коллекторным моторам.

Точность сборки и высокое качество балансировки обеспечивают и минимальное биение на валу, которое необходимо для качественной обработки тонким и/или длинным инструментом.

Преимущество шпинделей жидкостного охлаждения над шпинделями воздушного охлаждения:

1) более тихая работа, за счет отсутствия шума создаваемого крыльчаткой принудительного обдува

2) возможность работы в некондиционируемых помещениях при повышенных температурах окружающего воздуха либо в стеснённых условиях, где нет возможности обеспечить нормальную циркуляцию воздуха.

3) возможность работы в помещениях с неочищенным воздухом в котором содержится пыль, шпиндели воздушного охлаждения при работе в запыленных помещениях могут собирать и накапливать абразивные частицы, которые приводят к повреждению механических узлов шпинделя

К недостаткам можно отнести только цену от 10000р и необходимость использования частотного преобразователя для питания(ещё 10000р) и системы охлаждения.

Интересные статьи

Обзор шпинделей для ЧПУ CNC

Существует множество разновидностей двигателей, которые в современном мире используются в качестве шпинделей, но я расскажу о тех из них, которые применяются в 3 D фрезерных станках с ЧПУ, уделив особое внимание шпинделям для малых станков, в том числе собираемых своими руками или.

Основные виды шпинделей для малых ЧПУ:

  • Коллекторные, с воздушным охлаждением
  • Асинхронные с воздушным охлаждением
  • Асинхронные с водяным охлаждением.

Коллекторные с воздушным охлаждением.

Как правило, применяются в самодельных станках, когда главная задача – сделать станок как можно дешевле. Такие шпиндели имеют массу недостатков и только одно достоинство: низкая цена. Главный недостаток выделить трудно, потому что все они очень неприятны. Коллекторные шпиндели очень громко шумят при работе, частота вращения вала непостоянна и сильно зависит от нагрузки на фрезу, что не позволяет точно задать нужные режимы резания, они требуют регулярного ухода и периодической замены щёток коллектора, излучают сильные электромагнитные помехи и могут даже быть источником искр при сильном износе коллектора или щеток. Мощность, указанная на корпусе и в паспорте такого шпинделя, соответствует реальности только при работе шпинделя на полных оборотах, при снижении частоты вращения мощность падает и на нижнем пределе регулировок может составлять менее 10% от заявленной мощности. Станок, оборудованный таким шпинделем, не рекомендуется оставлять работающим без присмотра даже на несколько минут, а между тем процесс обработки хорошего 3 D изделия очень часто занимает несколько часов.

Асинхронные с воздушным охлаждением.

В станках с ЧПУ такие шпиндели применяются в комплекте с инвертором – устройством, преобразующим 1 фазу 220 вольт в 3 фазы по 200 вольт, а частоту сети 50 герц превращают в более высокую, регулируемую на выходе инвертора. Как правило, диапазон регулировок составляет от 100 до 400 герц, что позволяет управлять оборотами шпинделя при помощи частоты в пределах от 6 000 до 24000 оборотов в минуту. Такая связка асинхронного шпинделя и инвертора позволяет добиться стабильной частоты вращения независимо от нагрузки на фрезу, и почти неизменной мощности на валу независимо от частоты вращения. Эти шпиндели не имеют изнашиваемых щёток, что позволяет эксплуатировать их годами без техобслуживания. К недостаткам следует отнести сильную зависимость температуры шпинделя от температуры окружающего воздуха, относительно сильный нагрев корпуса шпинделя, и свист крыльчатки воздушного охлаждения на высоких оборотах. Кроме того, при использовании такого шпинделя с выключенной системой аспирации (стружкоотсос) поток охлаждающего воздуха раздувает стружку по всему помещению, в котором работает станок. Однако, отсутствие необходимости в подаче и циркуляции охлаждающей жидкости привлекает многих пользователей, и они готовы по этой причине мириться с некоторыми неудобствами.

К недостаткам асинхронных шпинделей, как с воздушным, так и с водяным охлаждением, относится их высокая цена.

Асинхронные с водяным охлаждением.

Все преимущества асинхронных шпинделей, описанные мной в разделе про модификацию с воздушным охлаждением, относятся и к шпинделям с водяным охлаждением, но имеют ряд своих неоспоримых преимуществ. Отсутствие крыльчатки воздушного охлаждения и водяная рубашка делает такой шпиндель почти бесшумным на невысоких оборотах. При работе станка, оборудованного таким шпинделем, самый громкий звук это звук, издаваемый фрезой грызущей материал (например дерево). Даже «бзыкание» шаговых двигателей громче звука работающего шпинделя. Громкость звука, издаваемого при работе асинхронного шпинделя без нагрузки, сопоставимо с громкостью звука издаваемого хорошей импортной электробритвой. Зачастую, звук, издаваемый при этом станком громче, но это является следствием резонанса корпуса станка, сам же шпиндель снятый со станка действительно очень тихий. Водяное охлаждение позволяет держать температуру корпуса шпинделя в пределах до 30 градусов по цельсию, что очень положительно сказывается на сроке службы как подшипников, так и шпинделя в целом.

К недостаткам асинхронных шпинделей с водяным охлаждением относится необходимость подключения непрерывной циркуляции охлаждающей жидкости, обычно это вода с небольшим добавлением тосола или антифриза, причем добавляют его в воду не для морозоустойчивости, а для того, чтобы вода не «зацвела». В чистой воде очень быстро начинают образовываться нитевидные водоросли, которые прилипают к внутренним стенкам рубашки охлаждения шпинделя и препятствуют нормальной циркуляции воды и ухудшают охлаждение.

К недостаткам асинхронных шпинделей, как с воздушным, так и с водяным охлаждением, относится их высокая цена.

Это был краткий обзор по трем основным видам шпинделей, применяемых в построении станков с ЧПУ малых и средних размеров. Самодельщики, кроме этого, применяют вместо шпинделя обычные бормашинки типа Fit и Dremel , двигатели от ручных фрезеров, и вообще всё, что вращается от электричества. На больших станках часто ставят шпиндели из описанных мной, но с дополнительными опциями, например, с функцией автоматической смены фрез при помощи пневматики, такие шпиндели очень дорогие и их цена превышает общую цену небольшого настольного 3 D фрезерного станка с ЧПУ. В металлообрабатывающих станках для силовой фрезеровки преимущественно применяются шпиндели с низкими скоростями вращения, а в ювелирных фрезерах асинхронные шпиндели, способные развивать до 60000 оборотов в минуту. Но это уже совершенно другая история…..

Читать еще:  Как правильно класть ламинат по диагонали?

Выбор шпинделя для фрезерного станка с ЧПУ

Как выбрать шпиндель для фрезерного станка с ЧПУ ? ИХ классификация, охлаждение, способы фрезеровки, мощность, и другая полезная информация.

Под фразой «шпиндель для фрезерного станка с ЧПУ» обычно принято подразумевать двигатель, с установленным на него цанговым самозажимным патроном (как на ручной фрезерной машинке), который служит для фиксации режущего инструмента, такого как фреза, точильный камень, сверло и т.д, и передачи ему вращательного движения с большой скоростью.

Классификация

Их можно разбить на 2 небольших группы – это домашние и промышленные:

  1. К домашним относятся различные бормашины, маленькие бытовые фрезеры или дрели.
  2. К промышленным же относят двигателя, рассчитанные выдерживать высокие нагрузки в процессе работы, имеющие керамические подшипники и, зачастую оснащенные сложной системой жидкостного или воздушного охлаждения и системой подачи смазки непосредственно на участки с большим уровнем трения и нагрева.

При использовании в домашнем станке ЧПУ дрели в роли шпинделя, необходимо понимать, что ее подшипники не рассчитаны на высокую боковую нагрузку и очень быстро начнут «выть», что может привести к высокому нагреву обмоток, уменьшению мощности на валу, и в последствии такой шпиндель просто сгорит.

В данном случае охлаждение не поможет, и необходимо дорабатывать саму дрель, а именно: заменить шариковый подшипник вала на роликовый (желательно с керамическими роликами), жестко зафиксировать его в корпусе и позаботится о постоянном наличии смазки в нем.

Особенности шпинделя зависимо от вида

В основном, во время работы фрезерных станков, все нагрузки перпендикулярны оси шпинделя, а параллельные нагрузки появляются только в момент врезки в тело заготовки. Именно поэтому, необходимо выбирать двигатель, который сможет выдерживать такие нагрузки на протяжении большого периода времени, поскольку работа фрезерных станков может быть непрерывной в течении суток и даже более.

Шпиндели, предназначенные для промышленных целей, не нуждаются в постоянной чистке и смазке подшипников на всем сроке эксплуатации, но, если вы начинаете замечать посторонние звуки в его работе на холостом ходу, лучше все же разобрать корпус двигателя, выдуть изнутри сжатым воздухом все загрязнения (если таковые присутствуют) и хорошо смазать подшипник специальной смазкой, не теряющей своих свойств при высоких температурах.

Помимо всего, промышленный шпиндель оснащен качественным цанговым патроном, имеющим минимальное биение при работе, обеспечивая необходимую точность обработки, минимальную разницу между фактическим и реальным размером фрезы и позволяющий зажимать фрезы с обычным цилиндрическим хвостовиком.

Цанговые зажимы

В основном, самыми распространенными являются цанги типа ER11 и ER16, в которую становится сверло или фреза с диаметром хвостовой части от 2.5 до 3.2 мм, даже если она сделана конусом. Также существуют и патроны, рассчитанные под больший диаметр инструмента, но они используются при грубой обработке металла или фрезеровке по стали и имеют отверстие под зажим инструмента 6 и более миллиметров.

Почему нельзя установить ее на мой домашний станок с ЧПУ, спросите вы?

Если зажать фрезу диаметром 2 мм с диаметром хвостовика 3.2 мм в цанговый патрон, то при обработке вы практически не заметите разницы, но, если установить на любительский станок фрезу, диаметром 10 мм и хвостовиком 3.2 мм, то легко можно деформировать направляющие, поскольку нагрузка на них в таком случае возрастает в разы. В станке все детали должны идеально сочетаться друг с другом, в противном случае с ним будет больше проблем, чем качественной работы. Поэтому рекомендуем вам остановить свой выбор на цанге EP-13, ее вполне хватает для небольших объемов работ и к ней подходит практически любой рабочий инструмент, применяющийся в обработке различных материалов.

Мощность шпинделя

При выборе мощности шпинделя необходимо руководствоваться золотым правилом – чем больше, тем лучше. Основные правила при выборе мощности:

  1. Если планируется использование фрезерных станков только для сверловки или гравировки небольших деталей, то будет вполне достаточно шпинделя, мощностью до 600 ватт.
  2. Для фрезеровки твердых пород древесины и металла нужно рассматривать уже двигателя мощностью от 600 до 1400 ватт.
  3. В случае, если планируется дальнейшая модернизация станка (бывают станки с двумя шпинделями и более) или нужен большой запас по мощности, необходимо смотреть в сторону шпинделей, имеющих мощность свыше 1.6 кВт, они позволят производить обработку практически любых материалов, а качество работы будет зависеть только от надежности механической части станков с ЧПУ.

Способы фрезеровки

Уточним некоторые тонкости. Фрезеровать можно двумя способами, либо с быстрой подачей и медленным вращением фрезы, либо с медленной подачей, но с высокой скоростью вращения фрезы. Первый способ называется скоростным, а второй – силовым.

В промышленности обычно используется силовое фрезерование для того, чтобы максимально быстро выбрать лишний материал из заготовки. Перед этим необходимо изучить описание и паспортные данные определенной фрезы и внести в станок нужные режимы резания конкретно для нее, а именно: скорость вращения, заглубления и подачи. Таким образом, можно использовать фрезу, получая от нее максимальную производительность, не перегружая ее.

Если механическая часть вашего станка не позволяет получить хорошее усилие и начинает деформироваться, то лучше не экспериментировать, а использовать второй способ фрезерования – скоростной, развив максимальную скорость вращения фрезы и установив минимальную скорость подачи.

Критерии выбора шпинделей

Проанализировав вышесказанное, необходимо определиться что нам важнее, скорость шпинделя или его мощность. Покупая качественный и дорогой шпиндель, можно не задаваться таким вопросом, ведь большинство из них имеют достаточно высокую мощность и высокую скорость вращения одновременно.

По максимуму такие шпиндели практически не используют, а нагружают их на 60-80% всей мощности и используют до 90% от максимальной скорости, что несомненно является большим преимуществом, так как в таких условиях шпиндель для фрезерного ЧПУ станка не перегреется и не будет работать на износ. Высокая скорость вращения (18000-20000 об/мин) практически не используется по той причине, что при обработке на таких скоростях инструмент и заготовка начинает греться и подгорать, испортив всю работу.

Отдельно стоит рассмотреть шпиндели, питаемые от трехфазной сети. Они подключаются пятью проводами, три из которых – линейные, один нулевой и один для заземления. К бытовой сети их не получится подключить без доработок.

Раньше для таких целей использовали пусковые конденсаторы, которые, по законам электротехники, изменяли угол фазы и искусственно создавали 3 фазы из одной. Но фрезерный станок с ЧПУ для такого способа вряд ли будет актуален, поскольку в таком случае теряется возможность регулирования скорости вращения шпинделей. Поэтому в наше время используются электронные преобразователи частоты (ПЧ), принцип работы которых построен на выпрямлении бытового напряжения и генерации из него 3-фазного с возможностью плавной регулировки частоты.

Преобразователь частоты или частотник, как его называют в народе, имеет множество полезных функций, среди которых можно выделить: контроль температуры шпинделей, плавная регулировка скорости их вращения, и самой полезной функцией является то, что он может быть подключен к блоку управления фрезерных станков и программное обеспечение будет автоматически устанавливать необходимую скорость вращения инструмента. Помимо этого, частотник дает возможность плавного запуска и торможения шпинделей, что значительно увеличивает срок их работы.

Охлаждение

Как уже было сказано выше, шпиндели могут быть оборудованы как воздушным, так и жидкостным охлаждением. Воздушное представляет собой обычную крыльчатку, закрепленную на валу двигателя и обдувающую его обмотки.

Большим недостатком такого типа охлаждения является тот факт, что крыльчатка не только нагнетает воздух на горячий мотор, но еще и засасывает в его корпус стружку, пыль и все то, что вырезает фреза из заготовки. Также при обработке на низких скоростях воздушное охлаждение малоэффективно, поскольку напрямую зависит от скорости вращения вала шпинделя.

Система водяного охлаждения не имеет такого недостатка, но при ее использовании необходимо отдельное место для резервуара с охлаждающей жидкостью и правильная фиксация трубок с ней на корпусе фрезерных станков, что сильно усложняет конструкцию, если это фрезерный двухшпиндельный станок.

Читать еще:  Марки стали для ножей характеристики

Она гораздо эффективнее системы воздушного охлаждения, поскольку скорость тока жидкости через шпиндель все время одинакова благодаря использованию специальной помпы. Основным условием, которое необходимо соблюдать, имея шпиндель с водяным охлаждением – это то, что нельзя включать двигатель, не включив помпу, поскольку в таком случае он вовсе не будет охлаждаться, очень быстро перегреется и, как следствие, сгорит.

Выбор шпинделя станка с ЧПУ

Материал с ресурса procnc

Выбор шпинделя

Под шпинделем я буду понимать двигатель, на который надет патрон (цанга) для удержания и вращения рабочего иструмента (фрезы, сверла, ножа, гравера). Шпиндели условно можно разбить на две группы — промышленные и любительские. Промышленный шпиндель — специально разработанное устройство, обычно рассчитанное на высокую боковою нагрузку, имеющее сложную систему охлаждения (воздушную или водяную) и смазку. Любительскими можно называть любую дрель или бытовой фрезер. Хочу обратить внимание читателя на то, что обычная бытовая дрель рассчитана на продольную нагрузку, т. е. на сверление отверстий и потому имеет очень посредственные подшипники удержания вала. При работе на станке нагрузки преимущественно перпендикулярны оси шпинделя. Поэтому, качественный шпиндель имеет очень хорошие подшипники, рассчитанные на такие нагрузки. Промышленный шпиндель, как правило, не требует смазки и чистки на протяжении всего срока эксплуатации. Кроме того, специализированный шпиндель имеет так называемый цанговый зажим, хорошо отбалансированный, который позволяет зажимать инструмент со стандартным хвостовиком (об этом будет подробнее в разделе об инструменте). Обычно в станках используется цанга ЕR11 или ЕR16, которая позволяет зажимать инструмент с рабочим хвостовиком 2,5 — 3,0 — 3.2мм. Вряд ли Вам потребуется промышленная цанга ЕR25, она позволяет зажимать инструмент с хвостовиком 6мм. Это инструмент для снятия больших слоев металла. Предполагаю, что выбранные Вами направляющие просто не позволят работать с такой нагрузкой, т. е. конечно имеется фреза и с рабочим диаметром 2мм при хвостовике 6 мм, и она будет так же эффективна как фреза с хвостовиком 3.2 мм, но при использовании фрезы на 10мм при хвостовике 6мм у Вас деформируются направляющие, и результатом будет лишь поврежденный станок. Так что, не гонитесь за максимальным диаметром рабочего инструмента. Как я уже говорил, станок должен быть сбалансирован. Поэтому, остановитесь на цанге ЕР-13 — этого Вам будет достаточно на многие годы.

Что будет, если обычную дрель поставить на станок? Работать конечно будет, но по мере выработки подшипников, будет увеличиваться биение патрона и, соответственно, точность позиционирования инструмента будет уменьшаться. Кроме того, станок, обычно при тонких работах, делает множество мелкошаговых проходов и шпиндель работает к ряду не один час. Дрель может перегреться и сгореть, или в ней сработает тепловая защита и она остановится. Так как управляющее ПО не имеет представления о состоянии дрели, то будет продолжать движение инструмента даже после остановки вращения. Это неминуемо приведет к поломке рабочего инструмента.

Мощность шпинделя. Здесь правило — чем больше, тем лучше. Для мелких сверлильно-гравировальных работ достаточно 400-600 ватт. Для фрезеровки металлов и толстых слоев древесины достаточно 1000-1400 ватт. Как универсальный шпиндель, способный выжать из Вашей фрезы и системы подачи максимум — шпиндель на мощность выше 2000 ватт (2кВт).

Однако, здесь нужно оговориться. Фрезерование бывает двух типов — силовое и скоростное. Это будет рассмотрено отдельно, но пока достаточно понимать, что мы можем либо быстро крутить фрезу и медленно ее подавать, либо медленно крутить фрезу, но быстро ее подавать. Профессиональные станки используют силовое фрезерование — как самый быстрый способ выборки заготовки. Для этого в станок вводятся режимы резания, в которых указывается для конкретной фрезы максимальная скорость подачи, скорость заглубления, скорость вращения. Это позволяет выжать из инструмента максимум производительности, не перегревая и не повреждая его. Если Ваш станок не в состооянии развить необходимое усилие подачи (напоминаю, это важнейший параметр станка), то единственный вариант, который Вам остается — раскрутить шпиндель до максимальных оборотов и потихоньку передвигать по заготовке. Это и будет скоростное фрезерование. Возвращаясь к выбору шпинделя, исходя из вышеизложенного, нужно выбрать — или быстрый шпиндель или мощный, т. е. способный развить на инструменте максимальный крутящий момент. Дорогие специализированные шпиндели не требуют компромисса и могут развивать скорость выше 20 тысяч оборотов и при этом передавать на фрезу усилиет более 2000 ватт. Практически, Вы будете фрезеровать на скорости вращения 8-15 тысяч оборотов.Но очень быстрое вращение не всегда хорошо. Например, дерево, если его выбирать очень маленькими кусочками, образует мелкую пыль, которая затирается между заготовкой и фрезой и начинает подгорать. Это приводит к перегреву фрезы и заготовки.

Отдельно отмечу трехфазные шпиндели. Они имеют три провода питания, одну нейтраль и один провод заземления. Их нельзя напрямую подключить к бытовой (однофазной) сети. Для их подключения необходимо из одной фазы сделать три. Делается это с помощью преобразователя частоты (ПЧ). Устройство выпрямляет переменный ток и генерирует из него переменный ток другой частоты и фазности. Здесь необходимо отметить, что ПЧ представляет множество сервисных функций. В частности, если входное напряжение всегда 50 Гц (в России) и поменять это Вы не можете, то на выходе устройство развивает частоту от 1 до 400 Гц в зависимости от уставки. Применительно к нашим задачам, это означает возможность установки частоты вращения шпинделя. Кроме того, ПЧ может управляться от ПО станка, и программа автоматически установит необходимые обороты шпинделя в соответствии с таблицей скоростей для заданного материала. Более того, дорогие ПЧ имеют в своем арсенале так называемое векторное управление двигателем. Не вдаваясь в технические нюансы, скажу, что это позволяет развивать больший момент на инструменте посредством косвенного (по фазовому сдвигу тока) определения фактической скорости шпинделя и своевременного изменения эпюры формируемых ПЧ импульсов. Кроме того, ПЧ позволяет установить скорость разгона и замедления оборотов шпинделя, что так же положительно сказывается на его ресурсе (хотя в некоторых источниках это опровергается). Так же из сервисных функций ПЧ можно отметить защиту от превышения тока потребления шпинделя, которая позволяет отключить шпиндель при выходе нагрузки за установленный порог вследствии, например, ошибки в выборе скорости подачи. И еще один важный момент — ПЧ может выдавать сигнал готовности шпинделя, т. е. сигнализировать ПО, что шпиндель вышел на заданные обороты или отклонился от них. Это позволяет останавливать выполнение программы и сберечь инструмент при неожиданном отключении шпинделя. Таким образом, наличие ПЧ сильно улучшает надежность и удобство использования шпинделя.

Система охлаждения шпинделя бывает воздушная или водяная. Воздушная — как у обычной дрели, где на валу шпинделя расположен вентилятор. Минус этой системы в том, что она, во-первых, работает как пылесос, всасывая в шпиндель все то, что Вы вырезали из заготовки, а, во-вторых, эффективность работы вентилятора зависит от скорости вращения вала, что на низких скоростях вращения может привести к перегреву шпинделя и выходу его из строя. Водяная система лишена всех недостатков воздушной и очень эффективна. Но требует доработки гидравлики. Я использую стандартные пищевые шланги с внешним диаметром 8мм и внутренним 6мм. Первые мои станки я делал из компьютерной системы водяного охлаждения процессора компании Termaltake . Она содержит насос, радиатор и вентилятор. Но достаточно дорога. Позже я перешел на использование в качестве насоса — бензинового насоса от автомобиля. Он более надежен и менее дорог. Обратите внимание, что бензонасосы бывают среднего давления и низкого. Впрысковые машины снабжаются насосами среднего давления и развивают около 3 атмосфер. Нам столько не надо. Насосы карбюраторных автомобилей развивают давление 0.1-0.3 атмосферы — хороший вариант. Еще есть варианты насосов для аквариумов, но это совсем крайний вариант. Надежность бензонасоса и аквариумного насоса — не сопоставимы. Помните, запуск шпинделя без циркуляции воды приведет к его перегреву и выходу из строя.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector