Шпиндель для чпу своими руками

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.

Шпиндель для фрезерного станка

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 цангой по трем осям: в плоскости станочного стола и по оси «Z» (то есть, в глубину).

Станок с тремя шпинделями по 2,2кВт

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.

Образец работы фрезерного станка

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

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.

Читайте также:  Как быстро обжимать витую пару

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

Шпиндель фрезерного станка с ЧПУ с воздушным охлажденим

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).
к меню ↑

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).
к меню ↑

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.

фрезерный станок с ЧПУ гравер S/C1325

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.

Схема устройства фрезерного станка с ЧПУ портального типа

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

2.1 Полезная информация о фрезерных шпинделях (видео)

Идея собрать самодельный станок с ЧПУ возникла давно. Сдерживало отсутствие знаний и нужных деталей. Сегодня есть всё! Это первая статья, в которой я покажу как я собрал шпиндель. Электроника и станина будут описаны в других статьях.

Первым делом я собрал шпиндель с бесколлекторным мотором. Можно было конечно купить готовый фрезер, но у него есть свои недостатки:

Мой фрезер не ноу-хау, таких конструкций в Интернете уже полно, я лишь повторил и эксперимент оказался удачным. Я пока не проводил серьёзных тестов, но первый запуск и попытка фрезеровать фанеру прошли успешно.

Бесколлекторный мотор Aeolian C5045 KV900 (35$)

Скорость вращения: 900 (KV) об/мин/вольт
Постоянный ток: 80 ампер
Макс. Ток: 90 ампер
Входное напряжение: 6-28 вольт
Макс. Эффективность: 98%
Без нагрузки ток: 2.6 ампер
Внутреннее сопротивление: 21 м (Омега)
Мощность: 1185 Вт
Мотор, размеры (диаметр х длина): 50 мм x 45 мм

Читайте также:  Фрезерный станок с чпу назначение

К мотору регулятор оборотов MYSTERY Fire Dragon 100A

Для регулировки ещё нужен сервотестер

Блок питания любой на 24 вольта не менее 10 ампер. Update: Мой мотор под нагрузкой потреблял около 4 ампер. Не знаю почему так мало, пишут что мотор на 80 ампер. Ответ на этот вопрос я так и не нашел.

Покупал мотор специально с диаметром вала 8 мм, тут и подшипник большой (дольше прослужит) и шкив легко найти с таким же диаметром.

Цанговый патрон купил с диаметром хвостовика 10 мм, хотя наверное сейчас купил бы с диаметром 8 мм, было бы проще, потому что найти шкив с диаметром 10 мм и подходящим количеством и размером зубов оказалось не просто. Кроме того можно у мотора вытащить родной вал и вставить сам хвостовик цангового патрона, в таком случае необходимость в ременной передаче вообще отпадает. Иными словами маховик мотора садят прямо на хвостовик патрона. Хотя и в этом случае есть свои недостатки.

Конструкция у меня простая, всего несколько деталей из фанеры и час времени потрачено на сборку.

Первый тест был с аккумулятором от шуруповёрта на 18 вольт, аккумулятор подсажен. Ремень позволяет избавиться от вибраций, а если мотор поставить на резиновую подушку, то шум будет минимальным. Сверху к мотору можно привинтить лопасти, которые будут обдувать его во время работы.

Результат теста шпинделя положительный, в следующих статьях покажу как я буду собирать станину для самодельного ЧПУ станка.

КОММЕНТАРИИ

Не пойдет. Совсем не держит обороты под нагрузкой (на видео). Проблему надо решать.

Я собрал для вас коллекцию видеороликов с игрушками катающихся шариков, такие забавы интересны и детям и взрослым.

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 .

Читайте также:  Что делают из натурального каучука

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.


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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector