Какой шпиндель для чпу лучше. Выбор шпинделя станка с чпу. Устройство и охлаждение

Любой фрезерный станок по металлу и дереву с ЧПУ оборудован шпинделем (в переводе с немецкого слова «Spindel», то есть «веретено»), специальным устройством, представляющим собой вращающий вал, который передает вращательное движение фрезе, главному рабочему механизму станка.

Именно за счет шпинделя приводится в работу вся система станка с ЧПУ по металлу и дереву, и именно поэтому знать особенности данного устройства, а также правила его эксплуатации и как проводить его ремонт своими руками, предельно важно и попросту необходимо.

1 Общие сведения о шпинделях

Шпиндель, по сути, это обыкновенный вращающийся вал, который прикреплен к элементу фрезерного станка по металлу и дереву с ЧПУ. Этот механизм для фрезерного станка является двигателем передачи так называемого вращательного движения от прибора скоростей на станочную фрезу, являющуюся главным режущим инструментом.

В свою очередь прибор скоростей является механизмом передачи количества оборотов на вал фрезерного станка.

Именно от точности вращения вала, а также от виброустойчивости его бесколлекторного двигателя, зависит то, насколько точной и аккуратной будет происходить обработка деталей и запчастей станком с ЧПУ по металлу и дереву.

На самодельный или заводской фрезерный станок по металлу и дереву с системой ЧПУ шпиндель устанавливают на специальном подвижном портале, который в процессе работы перемещает шпиндель вместе с закрепленной в нем по трем осям: в плоскости станочного стола и по оси «Z» (то есть, в глубину).

Проще говоря, движение передает станочной фрезе через узел, без возможных дополнительных искажений от передаточных станочных механизмов.

1.1 Технические параметры

Шпинделя различаются как по техническим параметрам, так и по предназначению, существует:

• двухшпиндельный фрезерный станок с ЧПУ (для фрезерного станка с ЧПУ по дереву и металлу);
• с вертикально-поворотным действием (для произведения сложных работ своими руками по дереву и металлу на фрезерных установках с системой ЧПУ);
• электрошпиндель (в том числе и самодельный, изготовленный своими руками);
• самодельный, сделанный своими руками электрошпиндель или шпиндель с вертикально-поворотным механизмом работы. Как правило, данные детали, сделанные своими руками, имеют достаточно малый эксплуатационный срок и им нужен постоянный ремонт;
• шпиндель для обработки торца. В такой модели головка шпинделя соединена двумя твердосплавными кассетами, а также головка оснащена двумя кассетами для обработки фаски с заданным углом.

Кроме того, валы для фрезерного станка различаются еще по затрачиваемой мощности и предельно возможному количеству совершаемых оборотов.

Предельно возможное количество совершаемых оборотов определяется имеющимся де-факто режимом эксплуатации и работы станка и его сферы применения:

• гравирование;
• раскрой;
• фрезеровка.

Более того, имеются дополнительные режимы, где попросту неизбежно привлечение дополнительного инструментария. В целом же, для гравировальных работ чаще всего пользуются вертикально-поворотным шпинделем.

Для скоростной фрезеровки вертикально, наиболее предпочтителен электрошпиндель (в том числе самодельный электрошпиндель, произведенный своими руками).

Для работы со специфическими материалами каждый из возможных перечисленных режимов определяет необходимые требования, и именно поэтому станочные шпинделя следует приобретать с хорошим запасом вращающей скорости (наиболее предпочтителен в таком случае двухшпиндельный вариант, который можно изготовить своими руками).

Затрачиваемая мощность шпинделя полностью зависит от типа расходного материала. Например, мощности в 800 Вт будет более чем достаточно для точной и скоростной обработки картона и фанеры, тогда как шпиндель имеющий мощность в 1,5 кВт (двухшпиндельный вариант) идеально подойдет для фрезерной обработки пластика, древесины и различных тонких металлов.

Модель с мощностью 3-4 кВт и вертикально-поворотным механизмом работы будет наиболее предпочтительна для скоростной и точной обработки каменных элементов.

Узел частотного преобразователя станка (инвертор) без вала работать не может, и именно поэтому, дабы не допустить перебоев и различных поломок, требующих затем дорогостоящий и долгий ремонт, мощности двух этих механизмов всегда должны быть абсолютно идентичными.

Важно понимать, что в случае необходимости замены шпинделя (например, если производится ремонт) с небольшими рабочими оборотами на куда более мощный, обязательно следует убедиться в том, что был заменен и узел частотного преобразователя (инвертор).

1.2 Преимущества применения

Основные и наиболее значимые преимущества шпинделей следующие:

• предельно высокий коэффициент полезного действия (так называемый КПД), который достигает отметки в 80-95%;
• прочные элементы конструкции. Шпиндель весьма износоустойчив и прочен. Головка шпинделей новейших моделей и их внешняя оболочка сделана из бронзы и ей редко нужен ремонт;
• высокий эксплуатационный срок работы механических элементов шпинделя (головка, механизм крепежа и так далее), не требующих частый ремонт.

И все это благодаря тому, что как обычные шпиндели, так и шпиндели вертикально с двумя головками не имеют трущихся или же истирающихся элементов и у них почти полностью отсутствует эффект размагничивания магнитных элементов (головка, ротор и так далее).

2 Устройство и охлаждение

Ротор-магнит, который, как правило, изготавливается из редкоземельных прочных металлов, совершает вращательные движения внутри станочного статора имеющего обмотки.

Для бесперебойного и стабильного выполнения работы шпиндель фрезера оснащен трехфазными двигателями и специальным частотным преобразователем, который передает трехфазный сигнал на обмотку статора.

В процессе работы станочный шпиндель постоянно нуждается в хорошем охлаждении (что особенно применимо к вертикально-поворотным моделям), которое можно обеспечить лишь двумя известными способами: с помощью использования воды и с помощью использования воздуха.

Схема водной системы охлаждения представляет собой замкнутый контур, по которому циркулирует вода и попадает в специально предназначенные для охладительной системы полости шпинделя.

И хотя такая схема работы охладительной системы не всегда работает идеально (что особенно часто бывает на вертикально-поворотных моделях), но, как правило, такое охлаждение обычно справляется со своей обязанностью.

Схема же воздушной системы охлаждения несколько более сложная. Здесь прогон воздуха осуществляется через предназначенные для охлаждения так называемые «воздухозаборники» и специальные полости вала.

И, несмотря на то, что данный способ более предпочтителен и чаще всего используется для охлаждения валов, он имеет существенный минус.

Дело в том, что постепенно система воздушного охлаждения засоряется и требуется ее ремонт (особенно фильтры бесколлекторного двигателя и головка шпинделя). И случается это, как правило, чаще всего с пыльными материалами вроде древесины и на вертикально-поворотных видах шпинделей.

Поэтому, хотя и данный метод весьма эффективен, требуется постоянный ремонт и чистка, как фильтров воздушной системы охлаждения, так и ремонт всей конструкции в целом.

2.1 Полезная информация о фрезерных шпинделях (видео)

Шпиндель для ЧПУ - это самая ответственная деталь и нагруженный узел. Для правильного выбора всегда учитывают, что мощность мотора и механическая прочность кинематики должна превышать в 2 раза расчетные значения. Это требуется для сохранности дорогостоящих деталей при подклинивании.

Основная информация

Программы для станков с ЧПУ пишут согласно жесткости конструкции и максимальных оборотов шпинделя. При фрезерной обработке должна учитываться вероятность поломки вращающегося инструмента от нагрева или усталости металла. Поэтому часто ставятся предохранительные муфты, рассчитанные под конкретные размеры вала мотора и диаметр патрона.

Все программы для станков с ЧПУ прежде отрабатываются пошагово без движения осей. Когда пользователь будет уверен на 100 %, что не будут задеты кулачки шпинделя, тогда приступают к работе с перемещениями в шаговом режиме или одиночными циклами. Когда закончится проверка без заготовки, приступают к непосредственному нарезанию детали.

Шпиндель для ЧПУ - дорогостоящий узел и самый мощный, тем не менее его можно легко вывести из строя при неосторожном обращении с техникой. Некоторые системы имеют сложные расчёты корректоров, неправильное определение которых оборачивается длительными ремонтами. Для работы на каждом новом станке требуется предварительное переобучение оператора, даже если он уже имеет опыт на аналогичной стойке.

Параметры

Шпиндель для ЧПУ следует выбирать по следующим критериям:

• Тип охлаждения узла: воздушное, жидкостное.
• Мощность шпиндельного мотора и передаточное число редуктора.
• Тип двигателя.
• Вид подшипников и способ их смазки.
• Режимы работы, тип системы торможения.
• Точность позиционирования и вид датчика слежения.
• Крепление шпинделя

Кроме перечисленных параметров важна и сама конструкция мотора: количество обмоток, вид ротора, способ снятия и подачи нагрузки на обмотки. Учитывают крутящий момент и возможность регулировок для центров узла относительно осей подачи. Также должны меняться патроны: самозажимные, гидравлические, ручные, пневматические.

Шпиндель для ЧПУ выбирают с учетом возможностей смены расходных запчастей. Следует посмотреть варианты доступных подшипников, которые имеются в наличии на складах, узнать о сроках поставки. Может так оказаться, что из-за маленького расходника встанет производство на длительный период, или потребуется оплатить десятикратную цену за изготовление детали. Небольшой шпиндель для с ЧПУ должен иметь облегченную конструкцию и малые габариты.

Из чего можно сделать узел самостоятельно?

Шпиндель для фрезерного по дереву, пластику и другим мягким материалам может представлять собой обычную электрическую дрель. Важно выставить её по уровню и замерить биения фрезы. Это дешёвый вариант, позволяющий усовершенствовать уже имеющуюся конструкцию.

В качестве вращающейся оси подойдёт любой двигатель с точно выставленным инструментом. Подбирается надежное и жесткое крепление шпинделя. Люфт осевой не должен быть более 0,01 мкм для большинства отверстий. Подходит бормашина, оборотистая дрель, можно приспособить даже двигатель от стиральной машинки или швейной. Какой шпиндель подойдёт в конкретном случае, зависит от поставленной цели. Учитывается тип материала, требуемая точность размеров детали, загруженность в автоматическом цикле. Можно и заказать уже готовые решения в интернет-магазине.

Двигатели на заказ

Используется для повышения точности выпускаемых деталей и сокращения временных затрат на производство. Для единичной продукции стоимость техники превышает сумму вложенных средств на её выпуск. Дешевле будет заказать деталь в любой компании, занимающейся металлообработкой.

Для самодельного шпинделя заказывают готовые моторы. Популярны двигатели постоянного тока, синхронные и асинхронные. Обороты на 12 тысяч для таких моторов - не предел. Дополнительно может использоваться коробка передач с ручным или автоматическим приводом. Для мощных шпиндельных двигателей требуется устойчивое питание. В этом их недостаток. Но если поставить простейший привод и мотор с обратной связью, то на таком станке уже можно обрабатывать более сложные изделия. В ЧПУ вводится дополнительная ось, которая может удерживать не только фрезу, но и цилиндрические детали.

Чем лучше двигатели на заказ?

У заводских моторов уже проведена балансировка вала и подобраны подшипники с минимальным биением. Остается только поставить готовый двигатель на стандартное крепление и выставить соосность по индикаторной стойке. Точность фрезерования требуется в производстве печатных плат, деталей кинематики.

Синхронные двигатели хорошо себя показали при изготовлении ювелирных деталей методом гравировки. У постоянных моторов низкий уровень шума во время работы, что может быть полезным для руководителей, старающихся улучшить свое производство. Однако у них есть свойство греться во время работы на больших оборотах. Поэтому потребуется подводить отдельно и охлаждение, хотя бы воздушное.

Выбор профессионалов

Более дорогостоящие двигатели для шпинделей обязательно комплектуют жидкостным охлаждением. У них более высокая точность позиционирования, достаточно мощный крутящий момент, а надежность выше указанной в несколько раз. Обычно они установлены на 3-4 подшипника, а не на 2, как классические моторы. За счет этого достигается минимальное биение инструмента или детали в патроне.

Всем привет друзья, собираю небольшой станок ЧПУ и на днях приобрел комплектом шпиндель, частотник, цанги, в общем все самое необходимое для полного счастья. Штука не дешевая, и обзор будет весьма полезен для тех кто собирается купить но сомневается в выборе. Продавец проверенный и не я один у него брал, доставляет быстро, есть склады в России и упаковано все супер!

Через семь дней я уже бежал домой вприпрыжку с огромной коробкой всяких ништяков и мне дико хотелось ее распаковать.

Собственно почему я выбрал именно такой комплект. Соглашусь, мощность 2.2 кВт для небольшого станка избыточна, но разница в цене между 1.5 кВт. и 2.2 кВт. не большая а вот различия между ними существенны! Во первых цанга на более мощном шпинделе ER20 что позволяет крепить фрезы с хвостовиком большего диаметра, что увеличивает жесткость и повышает его функциональность а во вторых на этой модели установлены 4 подшипника c7005x2 c7002x2 что увеличит срок службы данного агрегата.
И так, характеристики:
Размеры: 80 мм
Мощность: 2.2kw
Напряжение: 220 В
Частота: 0-400 Гц
Скорость: 0-24000 об./мин.
Водяное охлаждение
цанги ER20
Габариты самого шпинделя


В комплект ходит:
1 x 2.2 кВт шпиндель с водяным охлаждением
1 х 2.2 кВт/220 В VDF Частотный преобразователь
1 х Помпа для системы водяного охлаждения
1 х 5 метров трубки для системы охлаждения
1 х 80 мм. кронштейн для шпинделя
13 x набор цанг ER20 (1,2, 3.175, 4,5, 6,7, 8,9, 10,11, 12.7, 13 мм)
Собственно теперь можно посмотреть на живые фотографии того что было в коробке. Начнем со шпинделя, тут все как обещал продавец огромная металлическая штуковина которая весит ровно пять килограмм, гайка цанги стальная со следами балансировки, в верхней части находятся два штуцера с гайками для шлангов системы охлаждения и разъем для подключения питания (ответная часть так-же идет в комплекте) В разъеме 4 пина но задействованы только 3 их можно подключать в любой комбинации, сопротивление обмоток 2.5 Ом.






Помпа для системы водяного охлаждения модель DS3500 рабочее напряжение 220 в. 50 Hz мощность 75 Вт. Производительность 3000 литров в час и помпа способна поднять воду на высоту 3.5 метра. Помпа погружного типа крепится на 4 присоски, в комплекте идет переходной штуцер с быстрой фиксацией шланга 8 мм. Вилка американского стандарта тип А






Кронштейн стандартный для шпинделя диаметром 80 мм. в комплекте с ним 3 винта, один по центру отжимной чтобы можно было вставить шпиндель и два для того чтобы зафиксировать шпиндель на месте.


В комплекте у меня было 15 цанг ER20 13 в индивидуальных контейнерах, одна установлена в шпиндель и одна была просто в пакетике как бонус что весьма приятно.


Частотник HY02D223B Весьма распространенный, хоть инструкция идет в комплекте но она вся на английском языке и достаточна подробная но разобраться по началу трудно. К счастью для нас в интернете легко найти инструкцию по настройке и описание основных функций. Внимание во избежания преждевременной кончины шпинделя рекомендую сбросить частотник до заводских настроек и настроить соответственно характеристикам вашего шпинделя. В самом частотнике установлен вентилятор который включается сразу после подачи питания. Панель управления сьемная, но шлейф короткий, при желании его можно значительно удлинить.






Так же в комплекте было 5 метров шланга внешний диаметр 8 мм. внутренний 5 мм. достаточно жесткий. Мне к сожалению его оказалось мало и я прикупил еще 5 метров в ближайшем автомагазине.




Ну и напоследок когда я все это распаковал все было подключено и проверено, если кому-то это будет интересно можете посмотреть видео по запуску этого шпинделя.