Выбор шпинделя станка с чпу. Общие сведения о шпинделях по металлу для фрезерного станка с чпу Выбор шпинделя для чпу по дереву

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.

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.

Всем привет. Решил наконец уйти от шпинделей на основе фрезеров.

До полноценного инвертора еще не дорос, да и бюджет не пролазит. Вся эта игрушка создана исключительно для себя.

Давно рассматривал вариант:

Но тут китайцы явно лукавят говоря о бесщеточном варианте. Всего два вывода, скорей всего обычный коллекторник. Причем просто регулируется напряжение от 12 до 48в и соответственно двигатель разгоняется. Вряд ли на всем промежутке одинаковый крутящий момент. К тому же заявленные 400-500вт мотора могут ограничится выдаваемыми 360вт блока питания.

Поэтому нашел вот такой вариант:

Тут примерно тоже самое, только добавляется плата управления, которая соединяется с контроллером. То есть Mach3 сможет сама управлять оборотами. Минусы все теже.

И еще один вариант найден только сегодня:

Этот вариант бывает еще с блоком питания. Или бывает с другим контроллером/драйвером. Но я чтото тут совсем ничего не понимаю. Выводов у мотора целая куча. То есть это все таки безщеточник или опять дурят нашего брата?

По последнему варианту никакой информации внятной найти не могу.

Бюджет в районе 10тр. На каком варианте все же остановится пока не решил. Может кто что знает про последний мотор или чтото другое порекомендует?

p.s. отказываюсь от обычных фрезеров из-за достаточно сильного биения. У меня сейчас биение 0.2мм. Проблема не в подшипнике, а в пластиковом корпусе и нише, где этот подшипник стоит.

В переводе с немецкого шпиндель означает «веретено». Без него не сможет работать большинство видов станков, в том числе и фрезерных. Потому что через шпиндель движение подается от двигателя на фрезу.

Особенности конструкции и технические характеристики

Это один из основных узлов фрезерного станка с ЧПУ, который представляет собой полый металлический вал. К нему крепится держатель для фрезы: оправка, цанга или «натяг». Чтобы оправка надевалась плотно, конец шпинделя выполнен в форме конуса.

Шпиндель фрезерного станка размещается на каретке, переносящей его, оправку и исполнительный орган в трех плоскостях: по осям X, Y, Z.

Вращательное движение посылается непосредственно фрезе, не подвергаясь искажениям от промежуточных механизмов. Важнейшие технические характеристики шпинделей это мощность и частота вращения вала (количество оборотов).

В зависимости от мощности потребления определяются материалы, поддающиеся обработке данным оборудованием:

• фанера, ДСП, МДФ, полимеры — 800 Вт;
• дерево, текстолит, мягкие металлические сплавы (медь, бронза, алюминий) — 1500 Вт;
• натуральный камень, стали — 3000 Вт и более.

Количество оборотов определяет режим работы инструмента. Наиболее распространенные функции:

• гравировка;
• раскрой;
• фрезеровка.

К дополнительным режимам относят обработку специальными граверами, например, V-образными. Например, раскрой деталей из дерева выполняется двухзаходным резаком на 6 миллиметров при частоте не менее 20000 оборотов. Целесообразно приобретать шпиндель с запасом скорости вращения.

Важные свойства

• Достаточно высокая эффективность работы: КПД может достигать 95%;
• высокая надежность и прочность: качественно изготовленный узел очень прочен. Выточенная из бронзы головка практически не ломается;
• конструкция обеспечивает длительную эксплуатацию без ремонтов и поломок.

Охлаждение

Во избежание перегрева и ухудшения прочности металла деталь необходимо охлаждать. Разработано два механизма охлаждения: с помощью воздуха или воды.

При водяном охлаждении через специально предусмотренные выемки в корпусе детали пропускается вода. Ей передается тепло от металла, далее она перетекает в специальную емкость. Не всегда удобно возле станка с ЧПУ держать бачок с водой, поэтому более популярны устройства с водяным охлаждением.

Воздушное охлаждение заключается в прогоне воздушного потока через выемки. Для этого на корпусе детали предусмотрены воздухозаборники. Единственный недостаток этого метода охлаждения — скопление грязи на фильтрах при работе с обильно пылящими материалами. Воздушным охлаждением оборудуется большинство современных моделей фрезерных устройств.

Так как шпиндель функционирует совместно с частотным преобразователем (инвертором), мощности их должны совпадать. В противном случае один из механизмов сломается. Устанавливая более мощную модель шпинделя, следует подобрать подходящий инвертор.

Самые подходящие шпиндели для настольного ЧПУ станка

В качестве шпинделя для маленького станка с ЧПУ можно подобрать одно из следующих устройств:

Ручной гравер. Недостаток гравера это небольшая мощность и низкая скорость вращения. Поэтому работать фрезерный аппарат с ЧПУ сможет только по мягким материалам и с небольшими фрезами.

Бормашина. Отличается тихой работой, плотным зажимом патрона. На малых оборотах двигателя практически не снижается крутящий момент, что является серьезным преимуществом по сравнению с гравером.

Шпиндели из моторов DC. Обладают неплохой мощностью — 0,4 кВт при скорости вращения 12000 оборотов в минуту.

• слабое биение, позволяющее делать даже печатные платы;
• тихая работа;
• цанга удобного стандарта.

• невысокая мощность;
• необходим отдельный источник питания;
• во время работы сильно греется, поэтому необходимо продумать охлаждение.

Видеоролик о том, как настроить шпиндель станка с ЧПУ китайского производства в МАСН и как настроить инвертор для управления шпинделем:

Обзор и сравнение шпинделей с охлаждением

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.