Самодельный шпиндель для фрезерного станка по металлу: Самодельный шпиндель для фрезерного станка по металлу

Содержание

Шпиндель фрезерного станка: конструкция и технические параметры

В оборудовании для производства металлических изделий есть ключевые детали, без которых невозможно качественно обрабатывать заготовки. Шпиндель фрезерного станка является одной из таких деталей, в которой закрепляется режущий инструмент и происходит вращение. Без этого элемента невозможна работа по обработке дерева или металла на станке. Из-за важности этой детали в процессе металлообработки желательно знать, как она функционирует, на какие виды подразделяется и можно ли ее изготовить самостоятельно.

Шпиндель для фрезерного станка

Конструкция и технические особенности

Зная устройство фрезерного станка, человек сразу же понимает, что такое шпиндель и где он располагается. Для тех, кто не знает конструкции и технических параметров, необходимо разбираться во всем постепенно.

Шпиндель представляет собой полый металлический вал, являющийся ключевым узлом в фрезерном станке. Устанавливается эта деталь на специальной каретке, с помощью которой он передвигается в трех плоскостях — X, Y, Z. При включении двигателя вал напрямую передает вращательное усилие на фрезу (если речь идет о станке, в котором используются фрезы по металлу). Благодаря отсутствию дополнительных элементов при передаче усилия от двигателя, вращательный момент не искажается.

Классификация

Разделить фрезерный шпиндель можно по техническим характеристикам и способу использованию.

Деление в зависимости от мощности:

  1. Станки для работы с фанерой — 800 Вт. На маломощном оборудовании обрабатывается фанера, ДВП, ДСП, МДФ.
  2. Оптимальная мощность для фрезерного станка по дереву с ЧПУ — 1500 Вт. С такой мощностью обрабатывают мягкие сплавы металлов, текстолит.
  3. Оборудование мощностью от 3000 Вт. Подходит для стали, натурального камня.

Одновременно с разделением по мощности станки подразделяются по своему функционалу.  Они могут использоваться для нанесения гравировки, раскроя металла и фрезеровки.

Дополнительную обработку металла производят V-образными граверами. Если речь касается раскроя деталей из различных материалов, лучше покупать фрезерный шпиндель, у которого будет запас скорости вращения.


Также фрезерные шпиндели можно разделить на две группы в зависимости от использования:
  1. Шпиндели, устанавливаемые в бормашинах, ручных фрезерных станках, дрелях.
  2. Промышленные модели. Используются в станках, изготавливаемых для большого производства. Они способны выдерживать большие нагрузки, имеют износоустойчивые детали, керамические подшипники. Чтобы оборудование не выходило из строя из-за интенсивной работы, на него может устанавливаться дополнительно охлаждение. На поверхности с большим уровнем трения с помощью специальной автоматической системы подается смазка.

Если в качестве шпинделя используется дрель или бормашина, необходимо учитывать, что она не способна выдержать постоянные интенсивные нагрузки и подшипники начнут выть спустя короткий промежуток времени.

Станок для работы с фанерой

Способы охлаждения

При обработке металла с помощью промышленного оборудования можно повредить листы или детали. Заготовки необходимо охлаждать. Для этого были разработаны две системы:

  1. Водяная система охлаждения. Изначально в корпусе шпинделя проделываются отверстия, через которые проходит вода. Она забирает с собой тепло от металла и стекает в отдельную емкость. Необходимо наличие отдельной емкости рядом со станком, что в некоторых ситуациях неудобно.
  2. Воздушная система охлаждения. В детали устанавливаются воздухозаборники, благодаря которым через нее проходит воздушный поток. Воздушная система устанавливается на все современные станки с ЧПУ. У нее есть один серьезный минус. Фильтры, установленные на воздухозаборниках, быстро засоряются после работы с пылящимися материалами.

Воздушные системы более удобны для больших производств.

Преимущества

У шпинделей есть несколько преимуществ:

  1. КПД этих деталей достигает 95%, что считается очень высоким показателем.
  2. Для производства изготавливаются шпиндели с высокими характеристиками в плане износоустойчивости и надежности. В новых моделях устанавливаются головки, изготовленные из бронзы.
  3. Не требуется частый ремонт благодаря надежности подвижных механизмов.

При эффективной системе охлаждения, изготавливаемые детали не будут иметь дефектов после обработки.

Как подобрать шпиндель фрезерного станка по мощности

Как говорят опытные фрезеровщики: «При выборе шпинделя, нужно помнить правило о том, что чем больше скорость вращения двигателя, тем функциональнее становится оборудование». При выборе шпинделя для фрезерного станка, в первую очередь, нужно учитывать количество совершаемых оборотов:

  1. Для сверловки и гравировки оптимальная мощность шпинделя — 600 Вт.
  2. Для фрезерования металла — от 600 до 1400 Вт.
  3. Если станок будет модернизироваться со временем или через него будут пропускаться детали, изготавливаемые из твердой стали, требуется выбирать мощность более 1600 Вт.

При работе на больших оборотах, нельзя забывать про хорошую систему охлаждения.

Шпиндели нельзя долго использовать на мощности в 90%. В противном случае подвижные механизмы быстро выйдут из строя. Оптимальный расход мощности — 60–80%.

Шпиндель для обработки металла

Как изготовить своими руками

При недостатке средств или невозможности установки заводского оборудования в самодельный станок его можно изготовить самостоятельно. Для этого нужны следующие комплектующие:

  • главная деталь — бесколлекторный двигатель;
  • контролер для двигателя;
  • сервотестер;
  • удлиненный вал.

Изготовление шпинделя для станка своими руками начинается с приобретения всех комплектующих. Устройство контролирующее количество оборотов двигателя (сервотестер) рекомендуется устанавливать на любые двигатели, в которых невозможно изменять количество оборотов. Можно купить дешевую модель, главное обратить внимание на тип его крепления к станку. Он не должен мешать при работе.


Вал должен быть удлиненным, чтобы на него можно было закреплять фрезы с помощью цангового зажима. Дополнительно на него необходимо закрепить два подшипника. В двигателе должны быть установлены еще два подшипника. Чертеж по сборке можно найти в интернете. Конструкция будет защищена от боковых нагрузок. С помощью самодельного станка обрабатывают металл и древесину твердых пород.

У самодельных конструкций есть преимущества:
  1. Сборка шпинделя собственными руками не потребует серьезных финансовых затрат.
  2. Провести работы самостоятельно не так сложно, как ожидают новички в металлообработке. В интернете существуют пошаговые инструкции и обучающие видео.
  3. Списки материалов, деталей и чертежи можно найти в открытом доступе.

Однако по техническим характеристикам промышленные детали во многом превосходят самоделки. Важно изготовить надежную и массивную станину, которая предотвратит появление вибрации.

Обслуживание

Промышленное и самодельное оборудование требует постоянного обслуживания и соблюдения правил эксплуатации:

  1. Перед началом обработки деталей требуется проверить все крепежные элементы.
  2. После включения двигателя нельзя сразу же начинать работать. Шпиндель нужно разогреть.
  3. Перед выключением оборудования подвижному механизму необходимо дать остыть.
  4. При использовании воздушной системы требуется раз в неделю проверять состояние фильтров и прочищать их при загрязнении.
  5. Подшипники и подвижные элементы требуется очищать от накопившегося мусора после работы за станком. Дополнительно их нужно смазывать для лучшей работы и медленного загрязнения.
  6. Если используется водная система охлаждения, необходимо использовать смазочно-охлаждающие эмульсии, которые рекомендует производитель.

При длительной эксплуатации необходимо наблюдать за состоянием подшипников и менять их, если появляются посторонние звуки. Иных расходов эта деталь не несет. При поломке составных частей конструкции требуется заменить их, но не восстанавливать. При больших нагрузках восстановленные детали сломаются по старым трещинам.

Шпиндель для фрезерного станка считается ключевым узлом, работе которого стоит уделять особое внимание. При выборе производственного оборудования достаточно соблюдать правила эксплуатации и вовремя обслуживать подвижные элементы, чтобы станок проработал более 10-ти лет.

Самодельный шпиндель по металлу для ЧПУ - Любительские системы ЧПУ

Спасибо за ответы. В общем требовалось разузнать про самые критичные моменты к которым нужно обратить внимание при конструировании шпинделей. И главный вопрос- "стоит ли?". Так сделал выводы:

1. Технологически обеспечить соосность вала и корпуса затруднительно.

2. Обеспечить нормальные условия работы радиально упорных в дуплексе тоже гемор. Тут конечно есть грубая методика когда с одной стороны вала ставиться обычный шарикоподшипник а с другой дуплекс в одностороне направленый. Дальше вал с помощью винтов закручивается под жесткий клин и постепенно раскручивается до нормального прокручивания и фиксируют винд упорным винтом. Другой метод заключается в установке между дуплексами подпружиненную втулку которую как мне кажется раскидает при больших оборотах. Но так как сам еще руками не делал этого пока думаю лучше оставить это на потом. Но за это возьмусь потом, сейчас пока на эксперименты еще нет ни времени не денег.

В чем же вообще состоит задача? Проектирую портальный фрезер с ЧПУ полем 400х400х150. Так вот я не могу начать делать пока не будет все ясно с компоновкой вплоть до мест под проводку. И в этом самом разнообразии шпинделей никак не мог определиться с расстоянием между осью Z до уровня рельсов портала. То есть не надо объяснять что этот размер влияет на конструктив станка, а именно на каком расстоянии по оси Y будет стоять портал чтобы фреза брала все поле обработки. Собственно тут проект подвис. Я конечно понимаю что при любом раскладе не обойдусь без доводок и всемогущего "метода тыка"(от этого никуда не денешься), но хочется танцы свести к минимуму потому как портал и станину на данный момент планируется отливать. Литейка и печи имеются в производственных масштабах. А вот с нормальными станками дела немного похуже. Потому то и вопрос об литье тоже еще висит. Вот такие чудеса

обороты всеж-таки до 12000

Понимаете вопрос в чем? Я стараюсь смотреть на вещи реально и понимаю что тут не все так просто как кажется на первый взгляд. Мне на данный момент как новенькому до ВСО еще рано. Не только из за финансовых соображений но из за отсутствия знаний как по подбору шпинделей их грамотной эксплуатации и всего парка инструментария. Думается что я сам со временем к этому приду, но тогда уже все будет намного осознаннее и адекватным взглядом к вопросу. А пока признаюсь в силу моего тугодумия, размышлять о ВСО и автосмене для меня лично достаточно рано. Пока планируется что-то билзкое к ВСО но точно не силовое.

Шпиндель понравился. Есть люди в Китае доставка мне обойдется не так дорого. Думаю 300$ для этого можно выкроить. Хотя сперва хотелось бы услышать отзывы о нем (если кто-то брал у них). Кстати к вопросу о Китайцах. Знакомых у меня там навалом а вот ни один из них никаким боком не связан с этой областью, со всеми вытекающими. В начале года сам был там, но тогда вопрос о металлообработке не стоял и ездил я туда не зовом хобби а по работе. По сему знаю, что китайцы могут не то что обмануть, они просто могут умолчать если брать у них с интернета. Так покупали у них фрезерный станок под древесину, который на сайте стоил около 7000$ а когда приехал и лично доводил этот "станок" до ума, то вышло в 16000$.

Вот собственно и все.

Изменено пользователем Persian

Фрезерный станок по металлу своими руками (47 фото)

Фрезерный станок по металлу изготовленный своими руками, подробный фото отчёт по изготовлению самоделки.

Всем доброго времени суток! Хочу показать процесс изготовления своего самодельного фрезера.

И так: после изучения тем по постройке самодельных фрезеров я покопался под верстаком и извлек на свет — две малых продольных подачи — назовем их каретками, две поперечных подачи без ответных ластохвостов (т.е. только верхние части), двух координатный столик от сверлилки 2м112, и обрезки швеллера шириной 140 мм, в качестве шпинделя я хотел сначала использовать вот такую дрель:

Заменил подшипники с шариковых на конусные роликовые, но никак не решался вопрос по креплению цанг- шомпол не воткнеш а гайку накидную резать — опыту маловато, да и смотрелся бы такой фрезер как откровенная халтура, короче шпиндель пока в сторону, а займемся станиной.

Взял куски швеллера, два одинаковых сварил вместе, разметил и просверлил отверстия под резьбу М 10 для крепления кареток и двух-координатного столика. Нарезал резьбу закрутил болты и навернул гайки по три- четыре штуки, удлиненных не нашел, те гайки которые оказались близко с полкой швеллера обточил на конус (только самые нижние) иначе болты стало выворачивать, гайки обварил, вот что получилось:

Также  сделал желобок для сбора СОЖ, как на заводских станинах из уголка 25 х 25 мм, а чтобы этот желобок не висел в воздухе, а также чтобы приподнять станину от поверхности стола, чтобы бетон залился выше образовавшихся перегородок — эти уголки обварил еще полосой 25 х 4 мм:

Стойку приварил к станине только передним краем, а затем два раза обнял полосой сзади, косынками заварил плечики станины, но когда все остыло померил угольником, а прямого угла нету — стойка немного отвалилась назад:

Затем, прогнал метчиком резьбы — ох и тяжко болты выкручивались после сварки — вкрутил свежие болты, замазал пластилином торцы гаек чтобы бетоном болты не прихватило и металлом 2 мм заварил заднюю стенку стойки:

Залил бетон (1 к 2 — цемент М500, песок и щебень гранитный, где то около ведра).

 

Примерил навесное оборудование.

Дальше занялся поворотной площадкой для шпинделя — попался в руки фланец не знаю от чего — проточил внутреннее отверстие для посадки на «пенёк» от резцедержки на каретке. Сам пенек, я отпилил болгаркой по высоте фланца, родной болт обрезал по длине и нарезал резьбу м20*1,5, выточил гайку толщиной 8 мм, а так как все сделано в потай, грани не нарежешь, то насверлил отверстий под ключ от болгарки:

Теперь шпиндель, есть у меня такой патрон с км4: и набор цанг к нему. Долго я боялся его трогать, но решился, первым делом обрезал гайку, уж больно здоровенная была. Потом зажал в токарный, балванку, проточил под диаметр цанги на 18 и зажал ее не вынимая из станка этим патроном — проверил на малых оборотах — биения нет -подпер конусом и снял лишнюю теперь уже резьбу и заодно проточил это место под посадку Ф40 мм подшипника №208-конусного а предыдущую посадку ф30 мм под 206, получилось довольно точно:

Но нет материала, чтобы выточить корпус и поэтому откладываем его в сторону, а вынимаем то что есть: несколько корпусов подшипников, вал с КМ2 от такой же дрели как в начале темы, вот теперь попрошу не бить ногами, вал изначально был коротковат и я его удлинил — напрессовал кусок полдюймовой трубы, обварил, проточил новую посадку и под резьбу которую и нарезал еще просверлил отверстие под шомпол так как окошко окажется внутри шпинделя да и цанги держать надо чтоб не вываливались.

Но цанги то, не под шомпол и мне их стало жалко сверлить, нарезать, и я просто нарезал резьбу на валу.

Токарь я, начинающий, станком резать не умею, а такого диаметра лерка попалась тока 3/4 дюйма, ну и что, зато гайка прекрасно подошла от металлопластиковой фасонины.

Теперь о шпинделе вкратце — два корпуса причем в нижний влезли сразу два подшипника -шариковый и роликовый конический между ними кусок трубы и сварка.

Перед тем, как варить все в сборе с подшипниками стянул гайкой и чтобы легко крутилось и в процессе сварки короткими прихватками с промежуточным окунанием в воду, результат — крутится, не скажу, что свободно но в общем легко — все таки три подшипника, дальше фотки без писанины:

В результате,  получился вот такой шпиндель, далее сверление нарезание, обкатка:

Может, кто то, скажет — жесткости мало — скажите где? Металл 8 мм, еще будут скептики, что рабочий конец фрезы уходит за габариты столика — сразу опережаю отвечаю — на шпинделе просверлены лишние отверстия также и во флянце т.е. шпиндель ставится выше открывая гайку центральную для именно работы под углом, а это обычное положение и еще столик этот временный только для настройки станка а в перспективе стол будет этот:

Достался мне вот такой, электродвигатель на 340 ватт, 12 вольт. На валу была муфточка резиновая с шлицевой посадкой, а так как шкив с шлицами я изготовить пока не могу, то решил оставить эту муфту и применить плоский ремень.

Чтобы он не сваливался, просверлил в валу отверстие и нарезал резьбу м5, дальше из обрезков швеллера сделал два кронштейна — один для крепления этого мотора другой для натяжения ремня, на шпиндель выточил шкив из остатков д16т и нарезал в нем резьбу, чтоб не заморачиваться со шпонкой, и законтрогаил это все, еще приварил пенек и кронштейник с боку:

В общем, получился самодельный фрезерный станок своими руками. Осталось поставить трансформатор, выпрямитель и регулятор оборотов, все это закреплю сзади на стойке в коробке. Регулятор попробую использовать от шуруповерта тока микруху вынесу на стойку вместо радиатора и к кнопке надо приделать винт чтоб вращением регулировать или заменить обычным резистором или выкинуть пружинку из кнопки.

Боялся что ремень будет слетать — нет как вкопанный даже не ёрзает по шкиву и не буксует, вот фото долгожданной стружки:

Автор самоделки: Андрей Борисович. г. Волгоград.

Шпиндель для фрезерного станка с ЧПУ

Содержание статьи:

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

фрезерный шпиндель с инвертором

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

шпиндель с водяным охлаждением

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.

Плюсы:

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

Минусы:

  • 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

Модель ET65-0.8 ET100-3-220 ЕТ125-5.5 ET150-11
Напряжение, В 220 220 380 380
Максимальный ток, А 4 12 11 22
Мощность, кВт 0,8 3 5,5 11
Момент, Нм 0,32 1,27 2,2 8,75
Число полюсов 2 2 2 4
Внешний диаметр, мм 65,8 100 125 150
Цанговый зажим ER11 ER20 ER25 ER40
Вес, кг 3 9 27 46
Цена, руб 25765 60712 128049 292705

Шпиндель для станка и его успешная работа навсегда

Любой станок, в том числе и фрезерный, у которого есть ЧПУ, оборудован специальным шпинделем. Шпиндель переводится, как «веретено» - это устройство в виде вращающегося элемента, который передает вращение рабочему механизму, например, фрезе. Именно благодаря такой детали, как шпиндель станка производится работа по металлу и дереву. Для этого необходимо знать все функции и свойства детали, а также то, как правильно ее использовать.

Основные сведения

По сути, шпиндель для фрезерного станка – это обычный вращающийся вал, он прикреплен к станку. С помощью этого элемента происходит подача движения, которая идет от панели, где выставляется скорость, до станочной фрезы. Шпиндель является важным элементом, он должен иметь хорошее качество, так как вращение вала должно быть точным и аккуратным. От вращения элемента зависит работа станка и то, как будет обработан материал.

Какой бы ни был станок (заводского изготовления или самодельный) шпиндель для чпу станка устанавливается на передвижной портал, который при производстве работ передвигается с цангой.

Параметры

У шпинделя могут быть различные параметры технического плана и предназначение. В зависимости от них есть такие шпинделя:

  • для торцовой обработки;
  • электрическая модель;
  • вертикально-поворотный;
  • двухпшиндельный станок;
  • самодельные модели.

Преимущества использования шпинделей

Любой шпиндель для фрезерного станка по дереву имеет такие преимущества:

  • КПД в районе до 95%;
  • элемент долговечен, прочен и износоустойчив;
  • все элементы шпинделя при эксплуатации долго служат.

Все преимущества шпинделя для фрезерного станку с чпу имеет благодаря тому, что у него нет трущихся деталей, которые через время стираются. Также все намагниченные элементы со временем не размагничиваются.

Для того чтобы шпиндель работал беспрерывно, его оснастили роторным двигателем с преобразователем частоты. Работая, шпиндель должен быть в охлажденном состоянии. Для этого существует два способа: использование воды или воздуха. Выбирая водное охлаждение, вокруг устройства делают замкнутый контур с водой, которая беспрерывно циркулирует в охлажденном состоянии и попадает в специальные отверстия шпинделя, которые для этого предназначены.

Выбирая же воздушное охлаждение, следует обратить внимание, что устройство сложнее и периодически засоряется. Необходимо купить шпиндель для фрезерного станка для нормальной и качественной работы.

Самодельный фрезерный станок с чпу своими руками

Главная » Блог » Самодельный фрезерный станок с чпу своими руками

Фрезерный станок с ЧПУ в домашних (гаражных) условиях

Набор, с помощью которого можно собрать свой фрезерный станок с ЧПУ. В Китае продаются готовые станки, обзор одного из них на Муське уже публиковался. Мы же с Вами соберем станок сами. Добро пожаловать…

UPD: ссылки на файлы

Я все-таки приведу ссылку на обзор готового станка mysku.ru/blog/aliexpress/27259.html от AndyBig. Я же не буду повторяться, не буду цитировать его текст, напишем все с нуля. В заголовке указан только набор с двигателями и драйвером, будут еще части, постараюсь дать ссылки на всё.

И это… Заранее извиняюсь перед читателями, фотографии в процессе специально не делал, т.к. в тот момент делать обзор не собирался, но подниму максимум фоток процесса и постараюсь дать подробное описание всех узлов. Цель обзора — не столько похвастаться, сколько показать возможность сделать для себя помощника самому. Надеюсь этим обзором подать кому-то идею, и возможно не только повторить, но и сделать еще лучше. Поехали…

Как родилась идея:

Так получилось, что с чертежами я связан давно. Т.е. моя профессиональная деятельность с ними тесно связана. Но одно дело, когда ты делаешь чертеж, а после уже совсем другие люди воплощают объект проектирования в жизнь, и совсем другое, когда ты воплощаешь объект проектирования в жизнь сам. И если со строительными вещами у меня вроде как нормально получается, то с моделизмом и другим прикладным искусством не особо. Так вот давно была мечта из нарисованного в автокаде изображения, сделать вжжик — и оно вот в натуре перед тобой, можно пользоваться. Идея эта время от времени проскакивала, но во что-то конкретное оформиться никак не могла, пока… Пока я не увидел года три-четыре назад REP-RAP. Ну что ж 3Д принтер это была очень интересная вещь, и идея собрать себе долго оформлялась, я собирал информацию о разных моделях, о плюсах и минусах разных вариантов. В один момент перейдя по одной из ссылок я попал на форум, где сидели люди и обсуждали не 3Д принтеры, а фрезерные станки с ЧПУ управлением. И отсюда, пожалуй, увлечение и начинает свой путь.

Вместо теории

В двух словах о фрезерных станках с ЧПУ (пишу своими словами намеренно, не копируя статьи, учебники и пособия). Фрезерный станок работает прямо противоположно 3Д принтеру. В принтере шаг за шагом, слой за слоем модель наращивается за счет наплавления полимеров, во фрезерном станке, с помощью фрезы из заготовки убирается «все лишнее» и получается требуемая модель. Для работы такого станка нужен необходимый минимум. 1. База (корпус) с линейными направляющими и передающий механизм (может быть винт или ремень) 2. Шпиндель (я вижу кто-то улыбнулся, но так он называется) — собственно двигатель с цангой, в которую устанавливается рабочий инструмент — фреза. 3. Шаговые двигатели — двигатели, позволяющие производить контролируемые угловые перемещения. 4. Контроллер — плата управления, передающая напряжения на двигатели в соответствии с сигналами, полученными от управляющей программы. 5. Компьютер, с установленной управляющей программой. 6. Базовые навыки черчения, терпение, желание и хорошее настроение. )) По пунктам: 1. База. по конфигурации: разделю на 2 типа, существуют более экзотические варианты, но основных 2: С подвижным порталом: Собственно, выбранная мной конструкция, в ней есть основа на которой закреплены направляющие по оси X. По направляющим оси Х передвигается портал, на котором размещены направляющие оси Y, и перемещающийся по нему узел оси Z. Со статическим порталом Такая конструкция представляет и себя корпус он же и является порталом, на котором размещены направляющие оси Y, и перемещающийся по нему узел оси Z, а ось Х уже перемещается относительно портала. по материалу: корпус может быть изготовлен из разных материалов, самые распространенные: — дюраль — обладает хорошим соотношением массы, жесткости, но цена (именно для хоббийной самоделки) все-таки удручает, хотя если на станок имеются виды по серьезному зарабатыванию денег, то без вариантов. — фанера — неплохая жесткость при достаточной толщине, небольшой вес, возможность обрабатывать чем угодно :), ну и собственно цена, лист фанеры 17 сейчас совсем недорог. — сталь — часто применяют на станках большой площади обработки. Такой станок конечно должен быть статичным (не мобильным) и тяжелым. — МФД, оргстекло и монолитный поликарбонат, даже ДСП — тоже видел такие варианты. Как видите — сама конструкция станка весьма схожа и с 3д принтером и с лазерными граверами. Я намеренно не пишу про конструкции 4, 5 и 6 -осевых фрезерных станков, т.к. на повестке дня стоит самодельный хоббийный станок. 2. Шпиндель. Собственно, шпиндели бывают с воздушным и водяным охлаждением. С воздушным охлаждением в итоге стоят дешевле, т.к. для них не надо городить дополнительный водяной контур, работают чуть громче нежели водяные. Охлаждение обеспечивается установленной на тыльной стороне крыльчаткой, которая на высоких оборотах создает ощутимый поток воздуха, охлаждающий корпус двигателя. Чем мощнее двигатель, тем серьезнее охлаждение и тем больше воздушный поток, который вполне может раздувать во все стороны пыль (стружку, опилки) обрабатываемого изделия. С водяным охлаждением. Такой шпиндель работает почти беззвучно, но в итоге все-равно разницу между ними в процессе работу не услышать, поскольку звук обрабатываемого материала фрезой перекроет. Сквозняка от крыльчатки, в данном случае конечно нет, зато есть дополнительный гидравлический контур. В таком контуре должны быть и трубопроводы, и помпа прокачивающая жидкость, а также место охлаждения (радиатор с обдувом). В этот контур обычно заливают не воду, а либо ТОСОЛ, либо Этиленгликоль. Также шпиндели есть различных мощностей, и если маломощные можно подключить напрямую к плате управления, то двигатели мощностью от 1кВт уже необходимо подключать через блок управления, но это уже не про нас. )) Да, еще частенько в самодельных станках устанавливают прямые шлифмашины, либо фрезеры со съемной базой. Такое решение может быть оправдано, особенно при выполнении работ недолгой продолжительности. В моем случае был выбран шпиндель с воздушным охлаждением мощностью 300Вт. 3. Шаговые двигатели. Наибольшее распространение получили двигатели 3 типоразмеров NEMA17, NEMA23, NEMA 32 отличаются они размерами, мощностью и рабочим моментом NEMA17 обычно применяются в 3д принтерах, для фрезерного станка они маловаты, т.к. приходится таскать тяжелый портал, к которому дополнительно прикладывается боковая нагрузка при обработке. NEMA32 для такой поделки излишни, к тому же пришлось бы брать другую плату управления. мой выбор пал на NEMA23 с максимальной мощностью для этой платы — 3А. Также люди используют шаговики от принтеров, но т.к. у меня и их не было и все равно приходилось покупать выбрал всё в комплекте. 4. Контроллер Плата управления, получающая сигналы от компьютера и передающая напряжение на шаговые двигатели, перемещающие оси станка. 5. Компьютер Нужен комп отдельный (возможно весьма старый) и причин тому, пожалуй, две: 1. Вряд ли Вы решитесь располагать фрезерный станок рядом с тем местом, где привыкли читать интернетики, играть в игрушки, вести бухгалтерию и т.д. Просто потому, что фрезерный станок — это громко и пыльно. Обычно станок либо в мастерской, либо в гараже (лучше отапливаемом). У меня станок стоит в гараже, зимой преимущественно простаивает, т.к. нет отопления. 2. По экономическим соображениям обычно применяются компьютеры уже не актуальные для домашней жизни — сильно б/у 🙂 Требования к машине по большому счету ни о чем: — от Pentium 4 — наличие дискретной видеокарты — RAM от 512MB — наличие разъема LPT (по поводу USB не скажу, за имением драйвера, работающего по LPT, новинки пока не изучал) такой компьютер либо достается из кладовки, либо как в моем случае покупается за бесценок. В силу малой мощности машины стараемся не ставить дополнительный софт, т.е. только ось и управляющая программа. дальше два варианта: — ставим windows XP (комп то слабенький, помним да?) и управляющую программу MATCh5 (есть другие, но это самая популярная) — ставим никсы и Linux CNC (говорят, что тоже очень неплохо все, но я никсы не осилил) Добавлю, пожалуй, чтоб не обидеть излишне обеспеченных людей, что вполне можно поставить и не пенёк четвертый, а и какой-нибудь ай7 — пожалуйста, если это Вам нравится и можете себе это позволить. 6. Базовые навыки черчения, терпение, желание и хорошее настроение. Тут в двух словах. Для работы станка нужна управляющая программа (по сути текстовый файл содержащий координаты перемещений, скорость перемещений и ускорения), которая в свою очередь готовится в CAM приложении — обычно это ArtCam, в этом приложении готовиться сама модель, задаются ее размеры, выбирается режущий инструмент. Я обычно поступаю несколько более долгим путем, делаю чертеж, а AutoCad потом, сохранив его *.dxf подгружаю в ArtCam и уже там готовлю УП. Далее начинаем курить форумы и собирать информацию, приведу пару полезных ссылок:

www.cncmasterkit.ru/viewtopic.php?f=18&t=2730

forumcnc.ru/forumdisplay.php?2-%CE%E1%F9%E8%E5-%E2%EE%EF%F0%EE%F1%FB www.cnczone.ru/forums/index.php?s=9d56244c6c291357dcdde8a4f369a711&showforum=2 Ну и приступаем к процессу создания своего. Перед проектированием станка принимаем за отправные точки несколько моментов: — Валы осей будут сделаны из шпильки строительной с резьбой М10. Конечно, бесспорно существуют более технологичные варианты: вал с трапециевидной резьбой, шарико-винтовая передача(ШВП), но необходимо понимать, что цена вопроса оставляет желать лучшего, а для хоббийного станка цена получается вообще космос. Тем не менее со временем я собираюсь провести апгрейд и заменить шпильку на трапецию. — Материал корпуса станка – фанера 16мм. Почему фанера? Доступно, дешево, сердито. Вариантов на самом деле много, кто-то делает из дюрали, кто-то из оргстекла. Мне проще из фанеры. Делаем 3Д модель:

Развертку:

Далее я поступил так, снимка не осталось, но думаю понятно будет. Распечатал развертку на прозрачных листах, вырезал их и наклеил на лист фанеры. Выпилил части и просверлил отверстия. Из инструментов — электролобзик и шуруповерт. Есть еще одна маленькая хитрость, которая облегчит жизнь в будущем: все парные детали перед сверлением отверстий сжать струбциной и сверлить насквозь, таким образом Вы получите отверстия, одинаково расположенные на каждой части. Даже если при сверлении получится небольшое отклонение, то внутренние части соединенных деталей будут совпадать, а отверстие можно немного рассверлить. Параллельно делаем спецификацию и начинаем все заказывать. что получилось у меня: 1. Набор, указанный в данном обзоре, включает в себя: плата управления шаговыми двигателями (драйвер), шаговые двигатели NEMA23 – 3 шт., блок питания 12V, шнур LPTи кулер.

aliexpress.com/item/3Axis-kit-3PCS-NEMA23-CNC-stepper-motor-81mm-308-oz-in-3A-3-axis-High-speed/719006867.html

2. Шпиндель (это самый простой, но тем не менее работу свою выполняет), крепеж и блок питания 12V.

aliexpress.com/item/DC-12-48-CNC-300W-Spindle-Motor-Mount-Bracket-24V-36V-For-Engraving-Carving/679287021.html

3. Б/у компьютер Pentium 4, самое главное на материнке есть LPT и дискретная видеокарта + ЭЛТ монитор. Взял на Авито за 1000р. 4. Вал стальной: ф20мм – L=500мм – 2шт., ф16мм – L=500мм – 2шт., ф12мм – L=300мм – 2шт. Брал тут, на тот момент в Питере брать получалось дороже. Пришло в течении 2 недель.

duxe.ru/index.php?cPath=37_67_68

5. Подшипники линейные: ф20 – 4шт., ф16 – 4шт., ф12 – 4 шт. 20

aliexpress.com/item/4pcs-SC20UU-Linear-Ball-Bearing-XYZ-Table-CNC-Router/1214529466.html

16

aliexpress.com/item/AE-4pcs-SC16UU-Linear-Ball-Bearing-XYZ-Table-CNC-Router/1214431787.html

12

aliexpress.com/item/4pcs-SC12UU-Linear-Ball-Bearing-XYZ-Table-CNC-Router/1297700376.html

6. Крепления для валов: ф20 – 4шт., ф16 – 4шт., ф12 — 2шт. 20

aliexpress.com/item/4pcs-SHF20-20mm-Linear-Rail-Shaft-Support-XYZ-Table-CNC/1221841376.html

16

aliexpress.com/item/4pcs-SHF16-16mm-Linear-Rail-Shaft-Support-XYZ-Table-CNC/1221839349.html

12

aliexpress.com/item/4pcs-SHF12-12mm-Linear-Rail-Shaft-Support-XYZ-Table-CNC/1221612308.html

7. Гайки капролоновые с резьбой М10 – 3шт. Брал вместе с валами на duxe.ru 8. Подшипники вращения, закрытые – 6шт. Там же, но у китайцев их тоже полно 9. Провод ПВС 4х2,5 это оффлайн 10. Винтики, шпунтики, гаечки, хомутики – кучка. Это тоже в оффлайне, в метизах. 11. Так же был куплен набор фрез

aliexpress.com/item/10pcs-3-175-1-5-8mm-PCB-Carbide-Cutting-Tools-PCB-End-Milling-Tools-In-Mini/922596359.html

Итак, заказываем, ждем, выпиливаем и собираем.

Изначально драйвер и блок питания для него установил в корпус с компом вместе.

Позже было принято решение разместить драйвер в отдельном корпусе, он как раз появился.

Ну и старенький монитор как-то сам поменялся на более современный.

как я говорил вначале, никак не думал, что буду писать обзор, поэтому прилагаю фотографии узлов, и постараюсь дать пояснения по процессу сборки. Сначала собираем три оси без винтов, для того чтобы максимально точно выставить валы. Берем переднюю и заднюю стенки корпуса, крепим фланцы для валов. Нанизываем на оси Х по 2 линейных подшипника и вставляем их во фланцы.

Крепим дно портала к линейным подшипникам, пытаемся покатать основание портала туда-сюда. Убеждаемся в кривизне своих рук, все разбираем и немного рассверливаем отверстия. Таким образом мы получаем некоторую свободу перемещения валов. Теперь наживляем фланцы, вставляем валы в них и перемещаем основание портала вперед-назад добиваемся плавного скольжения. Затягиваем фланцы. На этом этапе необходимо проверить горизонтальность валов, а также их соосность по оси Z (короче, чтобы расстояние от сборочного стола до валов была одинаковой) чтобы потом не завалить будущую рабочую плоскость. С осью Х разобрались. Крепим стойки портала к основанию, я для этого использовал мебельные бочонки.

Крепим фланцы для оси Y к стойкам, на этот раз снаружи:

Вставляем валы с линейными подшипниками. Крепим заднюю стенку оси Z. Повторяем процесс настройки параллельности валов и закрепляем фланцы. Повторяем аналогично процесс с осью Z. Получаем достаточно забавную конструкцию, которую можно перемещать одной рукой по трем координатам. Важный момент: все оси должны двигаться легко, т.е. немного наклонив конструкцию портал должен сам свободно, без всяких скрипов и сопротивления переместиться. Далее крепим ходовые винты. Отрезаем строительную шпильку М10 необходимой длины, накручиваем капролоновую гайку примерно на середину, и по 2 гайки М10 с каждой стороны. Удобно для этого, немного накрутив гайки, зажать шпильку в шуруповерт и удерживая гайки накрутить. Вставляем в гнезда подшипники и просовываем в них изнутри шпильки. После этого фиксируем шпильки к подшипнику гайками с каждой стороны и контрим вторыми чтобы не разболталось. Крепим капролоновую гайку к основанию оси. Зажимаем конец шпильки в шуруповерт и пробуем переместить ось от начала до конца и вернуть. Здесь нас поджидает еще пара радостей: 1. Расстояние от оси гайки до основания в центре (а скорее всего в момент сборки основание будет посередине) может не совпасть с расстоянием в крайних положениях, т.к. валы под весом конструкции могут прогибаться. Мне пришлось по оси Х подкладывать картонку. 2. Ход вала может быть очень тугим. Если Вы исключили все перекосы, то может сыграть роль натяжение, тут необходимо поймать момент натяга фиксации гайками к установленному подшипнику. Разобравшись с проблемами и получив свободное вращение от начала до конца переходим к установке остальных винтов. Присоединяем к винтам шаговые двигатели: Вообще при применении специальных винтов, будь то трапеция или ШВП на них делается обработка концов и тогда подключение к двигателю очень удобно делается специальной муфтой.

Но мы имеем строительную шпильку и пришлось подумать, как крепить. В этот момент мне попался в руки отрез газовой трубы, ее и применил. На шпильку она прямо «накручивается» на двигатель заходит в притирку, затянул хомутами — держит весьма неплохо.

Для закрепления двигателей взял алюминиевую трубку, нарезал. Регулировал шайбами. Для подключения двигателей взял вот такие коннекторы:

Извините, не помню как называются, надеюсь кто-нибудь в комментариях подскажет. Разъем GX16-4 (спасибо Jager). Просил коллегу купить в магазине электроники, он просто рядом живет, а мне получалось очень неудобно добираться. Очень ими доволен: надежно держат, рассчитаны на бОльший ток, всегда можно отсоединить. Ставим рабочее поле, он же жертвенный стол. Присоединяем все двигатели к управляющей плате из обзора, подключаем ее к 12В БП, коннектим к компьютеру кабелем LPT. Устанавливаем на ПК MACh5, производим настройки и пробуем! Про настройку отдельно, пожалуй, писать не буду. Это можно еще пару страниц накатать. У меня целая радость, сохранился ролик первого запуска станка:

Да, когда в этом видео производилось перемещение по оси Х был жуткий дребезг, я к сожалению, не помню уже точно, но в итоге нашел то ли шайбу болтающуюся, то ли еще что-то, в общем это было решено без проблем. Далее необходимо поставить шпиндель, при этом обеспечив его перпендикулярность (одновременно по Х и по Y) рабочей плоскости. Суть процедуры такая, к шпинделю изолентой крепим карандаш, таким образом получается отступ от оси. При плавном опускании карандаша он начинает рисовать окружность на доске. Если шпиндель завален, то получается не круг, а дуга. Соответственно необходимо выравниванием добиться рисования круга. Сохранилась фотка от процесса, карандаш не в фокусе, да и ракурс не тот, но думаю суть понятна:

Находим готовую модель (в моем случае герб РФ) подготавливаем УП, скармливаем ее MACHу и вперед! Работа станка:

фото в процессе:

Ну и естественно проходим посвящение )) Ситуация как забавная, так и в целом понятная. Мы мечтаем построить станок и сразу выпилить что-то суперкрутое, а в итоге понимаем, что на это время уйдет просто уйма времени. В двух словах: При 2Д обработке (просто выпиливании) задается контур, который за несколько проходов вырезается. При 3Д обработке (тут можно погрузиться в холивар, некоторые утверждают, что это не 3Д а 2.5Д, т.к. заготовка обрабатывается только сверху) задается сложная поверхность. И чем выше точность необходимого результата, тем тоньше применяется фреза, тем больше проходов этой фрезы необходимо. Для ускорения процесса применяют черновую обработку. Т.е. сначала производится выборка основного объема крупной фрезой, потом запускается чистовая обработка тонкой фрезой. Далее, пробуем, настраиваем экспериментируем т.д. Правило 10000 часов работает и здесь 😉 Пожалуй, я не буду больше утомлять рассказом о постройке, настройке и др. Пора показать результаты использования станка — изделия.

Как видите в основном это выпиленные контуры или 2Д обработка. На обработку объемных фигур уходит много времени, станок стоит в гараже, и я туда заезжаю ненадолго. Тут мне справедливо заметят — а на… строить такую бандуру, если можно выпилить фигуру U-образным лобзиком или электролобзиком? Можно, но это не наш метод. Как помните в начале текста я писал, что именно идея сделать чертеж на компьютере и превратить этот чертеж в изделие и послужили толчком к созданию данного зверя. Написание обзора меня наконец подтолкнуло произвести апгрейд станка. Т.е. апгрейд был запланирован ранее, но «руки все не доходили». Последним изменением до этого была организация домика для станка:

Таким образом в гараже при работе станка стало намного тише и намного меньше пыли летает. Последним же апгрейдом стала установка нового шпинделя, точнее теперь у меня есть две сменные базы: 1. С китайским шпинделем 300Вт для мелкой работы:

2. С отечественным, но от того не менее китайским фрезером «Энкор»…

С новым фрезером появились новые возможности. Быстрее обработка, больше пыли. Вот результат использования полукруглой пазовой фрезы:

Ну и специально для MYSKU Простая прямая пазовая фреза:

Видео процесса:

На этом я буду сворачиваться, но по правилам надо бы подвести итоги. Минусы: — Дорого. — Долго. — Время от времени приходится решать новые проблемы (отключили свет, наводки, раскрутилось что-то и др.) Плюсы: — Сам процесс создания. Только это уже оправдывает создание станка. Поиск решений возникающих проблем и реализация, и является тем, ради чего вместо сидения на попе ровно ты встаешь и идешь делать что-либо. — Радость в момент дарения подарков, сделанных своими руками. Тут нужно добавить, что станок не делает всю работу сам 🙂 помимо фрезерования необходимо это все еще обработать, пошкурить покрасить и др. Большое Вам спасибо, если Вы еще читаете. Надеюсь, что мой пост пусть хоть и не подобьет Вас к созданию такого (или другого) станка, но сколько-то расширит кругозор и даст пищу к размышлениям. Также спасибо хочу сказать тем, кто меня уговорил написать сей опус, без него у меня и апгрейда не произошло видимо, так что все в плюсе. Приношу извинения за неточности в формулировках и всякие лирические отступления. Многое пришлось сократить, иначе текст бы получился просто необъятный. Уточнения и дополнения естественно возможны, пишите в комментариях — постараюсь всем ответить. Удачи Вам в Ваших начинаниях! Update: Обещанные ссылки на файлы:

yadi.sk/d/B5auVp9lt239P — чертеж станка,

yadi.sk/d/TNRUyj55t23JT — развертка, формат — dxf. Это значит, что Вы сможете открыть файл любым векторным редактором.

3Д модель детализирована процентов на 85-90, многие вещи делал, либо в момент подготовки развертки, либо по месту. Прошу «понять и простить». )

mysku.ru

От идеи до станка. Фрезерный станок ЧПУ своими руками

Всем привет!

Как и обещал, делаю подробный пост о создании станка с ЧПУ.

Начну с самого распространенного вопроса: а зачем\что он будет делать?

Ответ на этот вопрос не такой простой: всегда есть какие-либо детали, которые нужно сделать довольно точно и нет возможности просто распечатать их на 3d принтере. Так же иногда хочется делать самому печатные платы, быстро размечать детали. Ну и конечно же на этом можно зарабатывать 🙂 начиная от сувенирной продукции и заканчивая изготовлением деталей на заказ.

Сам процесс постройки уже затянулся на пол года, но на то были веские причины 🙂

Процесс проектирования и расчетов занял около 2 месяцев. Остановился на схеме портального фрезерного станка с подвижным столом, благо опыта расчета таких станков достаточно ( привет дипломной работе - рассчитывал стол фрезерного станка с длиной хода что-то около 4 метров, примерно как на фото).

С размерами рабочего поля определился довольно быстро: делать двери и прочую деревянную фурнитуру у меня никакого желание нет ( только металл, только хардкор).

В 80% задач габариты деталей не превышают 400х300 мм. От этого размера и был рассчитан станок.

После предварительного расчет всех передач приступил к процессу моделирования в CAD системе.

Покрутив и так и этак, остановился пока на таком решении:

А дальше началось самое интересное - превратить электронный вариант в осязаемый металлический.

На каждую деталь составил программу изготовления для станка ЧПУ из станочного алюминиевого профиля ( почему не стоит делать станки из профиля и в чем подводные камни - нужно делать отдельный пост с наглядными видео. )

Готовые программы для изготовления деталей выглядят примерно так:

Заготовки были нарезаны нужной формы на гидроабразивной резке ( можно и лобзиком, но чет влом было).

Сам процесс *вырезания* из металлической болванке того, что начертил ранее магическим образом чарует. Можно стоять и смотреть как летит стружка буквально часами...

Немного фоток самого процесса:

По поводу стружки: ее много. нет, ее даже ОЧЕНЬ МНОГО. Боевой пылесос забивался буквально за день 🙂 ох, сколько взрыв-пактов я бы сделал из этой стружки в детстве

Дальше шла самая ответственная часть - сборка. Скажу сразу, без друзей и матерных слов не обошлось, спасибо @mankxD за непосредственное участие в нарезание резьб 🙂 ну и конечно что же Маше за теплый чаек на холодном складе зимой.

Убедился, что все собирается на ура, отдал на аннодацию детали. Остановился на черном цвете, Batman меня поймет 🙂

Ну а дальше была финальная сборка механики и пайка электроники. Думаю, электронике уделить отдельный пост, ровно как и с первым запуском станка. На данном этапе он выглядит вот так.

Всем кому интересна данная тема - обращайтесь, буду рад помочь.

Будет рейтинг, буду кидать Вам всякие видосики с нюансами по эксплуатации и сборке таких машин в домашних условиях.

Всем спасибо за просмотр и хорошего дня 🙂

pikabu.ru

ЧПУ фрезерный станок своими руками

Уважаемые посетители сайта «В гостях у Самоделкина» из представленного автором материала вы узнаете,как своими руками возможно сделать ЧПУ фрезерный станок для обработки древесины. Уже не удивительно, что подобные станки ребята собирают самостоятельно, практически из того что имеют под рукой, среди самодельщиков уже накоплен неплохой опыт в данном направление, которым мастера делятся друг с другом.

С развитием технологий, на производстве человека сначала заменяли механизмы, потом машины, сегодня робототехника и компьютеры, что дает людям высокое качество продукции, а самое главное для производителя - это минимум брака, так же робот не уйдет на больничный))

Давайте же рассмотрим, как все таки нашему автору удалось создать ЧПУ станок и что ему для этого потребовалось?

Материалы

1. алюминий (лом)2. шаговый двигатель3. фреза4. гибкий шланг5. вал6. подшипник7. проволока8. компьютер (старый)9. пенопласт10. земля11. фанера12. потайные мебельные гайки13 шприц14. моторное масло15. шпилька

Инструмент

1. токарный станок2. паяльная лампа3. тигель4. печь для плавки цветного металла5. станок для резки пенопласта6. наждак7. метчик8. ножовка по металлу9. напильник10. штангенциркуль11. сверлильный станок12. электролобзик13. линейка15. набор гаечных ключей16. молоток17. отвертка

Процесс создания ЧПУ фрезерного станка своими руками.

И так, давайте в начале немного разберем, что собственно обозначает ЧПУ, да все предельно просто -это числовое программное управление. Самый первый станок с числовым управлением был разработан и запатентован в 1804 году, да именно в начале 19 века)) Станок тот находился на ткацкой фабрике и на перфокартах было закодировано несколько положений механизма, тем самым поднимая или опуская челнок можно было программировать простые узоры.Сегодня же человечество шагнуло очень далеко в сфере науки и техники, компьютеры плотно вошли в нашу жизнь, собственно что говорить если ЧПУ станки уже собирают самостоятельно из подручных средств на коленке))

Для создания станка автору понадобилось довольно много алюминиевого лома, который он расплавлял в импровизированной печи, из паяльной лампы и нескольких керамических кирпичей.

Первый опыт по литью и плавке алюминия автор получил по ходу изготовления станка, сделаны были формы под заливку опор линейных подшипников.Фома залита и остывает.Вот такая болваночка получилась.Полученную заготовку мастер переносит в мастерскую.Все подготовлено и отлито для последующей обработки на токарном станке.Непосредственно работа на токарном станке. В ходе работ по отливке и переплавке металла автор пришел к выводу, что требуется хоть и примитивная но металлическая печь.С литьем металла пока закончено, далее мастер собрал на скорую руку станок для резки пенопласта.Расчертил шаблон.Вырезал заготовки из пенопласта, она будет служить моделью при последующем литье алюминия. Модель обмазывается строительной смесью.Далее снова литье алюминия, но уже в земляную форму.Первый блин комом, как и положено)Затем все пошло как по маслу.Готовится еще одна партия форм.Отлито и уже на столе в мастерской.Снова чертеж и резка шаблона.Отлитую заготовку автор сверлит в намеченных местах.Процедура со стойками портала.Линейные подшипники мастер изготовил из шкворней автомобиля ГАЗ-53.Направляющие на ось Х=25 мм, а на ось Y=20 мм. Сборка основания станка.Проточка ходовых концов на токарном станке.Изготовление ходовой гайки с регуляцией зазора.Примерка оси Y.Далее случилась неприятность, трещина в металле! Полный крах!Автор не отчаивается и отливает 2 ю деталь и опять трещина, о ужассс!!!Мастер уже хотел плюнуть на все, но все же собрался и переосмыслил обстановку и пришел к выводу, что форму детали необходимо изменить. Так и поступил, теперь все отлично))Доработка и сборка узлов.Устанавливается шаговый двигатель. И снова трещина.Деталь переплавляется и растачивается по новой.Крепится временный стол из фанеры с вкрученными потайными гайками для крепления деталей.Собраны мозги станка и вся сопутствующая электроника.Вырезан шпиндель.Системный блок собран.Далее автором создается система смазки.Краны изготовлены из капролона.При помощи крана регулируется подача масла, у мастера выставлена 1 капля в 3 минуты.В шланги мастер установил проволоку, для удержания от перегиба.Для сбора масла был сделан поддон.Пробный пуск.Первая работа на станке)Автор сделал это! Ура!!! Теперь у него есть собственный ЧПУ фрезерный станок. Как видите при желании все под силу простому человеку, стоит только захотеть) Очень много интересных и красивых резных вещей можно сделать на данном станке, фантазию ограничивает только размеры станка) В дальнейшем автор собирается создать станок куда больше, для серьезной работы, опыт уже есть)На этом заканчиваю статью. Большое спасибо за внимание!Заходите в гости почаще, не пропускайте новинки в мире самоделок!

Статья представлена в ознакомительных целях!

Источник Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

usamodelkina.ru

Как сделать самодельный фрезерный ЧПУ станок

Для изготовления различных изделий применяется специальное оборудование токарной, сверлильной, фрезеровальной или другой группы. В последнее время большое распространение получил ЧПУ станок. Применение блока числового программного управления в качестве контроллера позволило существенно повысить качество получаемых изделий, ускорить процесс изготовления и снизить затраты.

Фрезеровальное оборудование

Создать ЧПУ выжигатель своими руками или фрезерный станок можно для того, чтобы существенно сэкономить, так как предложение Arduino, CNC или других производителей обходится дорого.

В домашней мастерской чаще других встречаются фрезеровальные станки. Они применяются для получения корпусных изделий, гравировки, сверления и выполнения других операций. Прежде чем создавать ЧПУ фрезер своими руками нужно уделить внимание следующим моментам:

  1. Проводится выбор наиболее подходящего двигателя по параметрам. Основное вращение получает режущий инструмент от электрического двигателя через привод.
  2. Рассчитывается то, насколько большим должен быть корпус станка и какие нагрузки будут возникать. Станина создается в зависимости от того, каких размеров будут обрабатываемые заготовки.
  3. Проводится подбор наиболее подходящих линейных подшипников, а также шарико-винтовой пары. Большинство узлов имеет клиноременную передачу в качестве привода.
  4. В большинстве случаев фрезеровальное оборудование имеет вертикальную компоновку. Станина служит для размещения рабочего стола, вертикальная стойка для шпиндельной бабки. Вращение передается режущему инструменту, движение в продольном и поперечном направлении столу или шпиндельной бабки. Подача осуществляется в вертикальном направлении, для чего на вертикальной стойке размещается направляющей.

В интернете встречаются самые различные схемы, чертежи станка ЧПУ (своими руками разработать проект достаточно сложно), которые можно скачать и использовать при самостоятельном создании фрезеровального оборудования.

Применение специальных наборов

Самодельный станок с ЧПУ своими руками можно собрать при использовании специальных наборов. Доступные комплекты для ручной сборки обходятся дорого, но они характеризуются следующими достоинствами:

  1. При применении специального набора можно существенно упростить задачу по сборке. Кроме этого, процесс ускоряется, так как в комплект поставки в большинстве случаев включается чертеж.
  2. Все элементы идеально подходят друг к другу, что обеспечивает высокую точность обработки. При самостоятельном изготовлении конструкции из подручных материалов в большинстве случаев возникают трудности с выдерживанием точных размеров.
  3. Создаваемые станки из подобных наборов выглядят довольно привлекательно, характеризуются практичностью в применении, высокой эффективностью и компактными размерами.
  4. При необходимости станок разбирается для его транспортировки.

Читайте также:  Настольный токарный станок по дереву для дома

Недостатком подобного варианта сборки можно назвать то, что внести изменения в конструкцию не получится. Кроме этого, стоимость набора ненамного ниже стоимости готового станка Ардуино или другого производителя.

Основные этапы проектирования

Фрезерный станок собрать можно только после разработки проекта. Для начала рассматриваются основные вопросы:

  1. Предназначение создаваемого оборудования. Станок может использоваться для обработки дерева или металла. Можно сделать и универсальный вариант исполнения, который подойдет не только для выполнения фрезеровальных операций, но сверления и гравирования. Область применения зависит от типа используемого патрона для фиксации режущего инструмента.
  2. Требуемая площадь для установки и доступность рабочего пространства. При создании станка для домашней мастерской сразу выбирается место установки. Стоит учитывать, что для наладки оборудования и размещения заготовки требуется довольно много свободного пространства.
  3. Какие материалы в большей степени подходят для создания несущей конструкции и основных элементов: металл, дерево или фанера. В большинстве случаев применяется сталь или алюминий. Если создается оборудование для обработки дерева, то несущая конструкция может создаваться из деревянного бруса. Это связано с тем, что на станок будет оказываться небольшая нагрузка.
  4. Допуски и требуемая точность обработки. Изготавливаемые детали характеризуются тем, какой точности выдерживаемые размеры. Чем выше точность, тем более жесткой должна быть конструкция. Во время механической обработки может возникать вибрация, которая приводит к снижению точности размеров и качеству поверхности.

Решающим фактором во многих случаях становится величина отводимого бюджета на сборку фрезерного станка. Многие конструктивные элементы можно приобрести в готовом виде, но их применение при сборке приводит к повышению стоимости оборудования.

Основание и оси

Сборка фрезеровального станка начинается с создания основания и размещения осей X и Y. Направляющие для ЧПУ своими руками сделать довольно сложно, так как они должны иметь точные размеры. К другим особенностям сборки основания отнесем:

  1. Во многих случаях в качестве основания для фрезеровального станка с ЧПУ применяется старый сверлильный станок с вертикальной стойкой.
  2. Самым сложным механизмом можно назвать систему, которая обеспечивает движение инструмента в двух плоскостях и вертикальном направлении. Собрать ее можно на основе кареток от неработающего принтера.
  3. Для вертикального перемещения режущего инструмента предусматривается установка специального механизма. Рекомендуется использовать в качестве подобного механизма винтовую передачу, вращение на которую передается через ременную передачу. Зубчатые ремни не проскальзывают при высокой нагрузке.
  4. Вертикальная ось изготавливается своими руками из алюминиевой плиты. Важно выдерживать точные размеры при создании вертикальной оси, так как они будут учитываться при наладке оборудования после его сборки. При наличии муфельной печи изготовить вертикальную ось можно своими руками из алюминия. Подобный сплав характеризуется высокими литейными свойствами, а также коррозионной стойкостью.
  5. После подготовки всех конструктивных элементов проводится их сборка. Два шаговых электрических двигателей будут устанавливаться на станине, для чего создают специальные посадочные площадки. Стоит учитывать, что во время работы электрический двигатель нагревается, возникает небольшая вибрация. Поэтому при выборе наиболее подходящего места установки следует предусмотреть поступление холодного воздуха.
  6. Передача усилия в большинстве случаев проводится через клиноременную передачу. Напрямую проводить соединение мотора с исполнительными органами конструкции не рекомендуется, так как сильная вибрация и перегрузки могут уменьшить его срок службы.

Читайте также:  Самодельный универсальный токарный станок по металлу

При изготовлении станины из подручных материалов нужно обеспечить высокую жесткость. Для этого создается большое количество ребер жесткости, отдельные элементы соединяются между собой при применении крепежных элементов. Не рекомендуется применять сварочный аппарат для соединения отдельных элементов, так как сварочный шов не выдерживает воздействие вибрации. Переменная вибрационная нагрузка может стать причиной появления трещин, которые снижают прочность станины.

Устанавливаемые электромоторы

Для обеспечения высокой производительности создаваемого оборудования рекомендуется отдавать предпочтение мощным шаговым двигателям. Мини-модели могут применяться для работы с металлом и деревом. Основными параметрами электродвигателей считаются:

  1. Мощность. С повышением показателя мощности существенно расширяется область применения станка. Слишком большая мощность становится причиной повышения затрат на электроэнергию, низкая приведет к перегреву при перегрузке.
  2. Количество оборотов. Режущий инструмент может подаваться при различной скорости вращения, которая определяет качество получаемой поверхности.
  3. Защита от перегрузок. Для того чтобы продлить срок эксплуатации фрезеровального станка, следует проводить установку электродвигателя, который имеет защиту от перегрева.
  4. Наличие пяти проводов управления. Существенно упростить процесс подключения электрической начинки к устанавливаемым моторам можно при выборе моделей с пятью управляющими проводами.
  5. Требуемое напряжение. Все электродвигатели делятся на две категории: первая работает от бытовой сети 220 В, вторая от трехфазного напряжения 380 В. При создании станка для домашней мастерской выбирают электрические моторы, которые работают от бытовой сети 220 В.
  6. Если выбирается шаговый мотор, то уделяется внимание тому, на сколько градусов осуществляется поворот за один шаг.

Совершенно необязательно устанавливать двигатель шагового типа, который обходится намного дороже обычного варианта исполнения. Изготовить подобную конструкцию можно из обычного электродвигателя, для чего его подвергают небольшой доработке. Для работы самодельного станка потребуется не менее трех двигателей.

При установке шагового мотора можно не использовать винтовую передачу. Для передачи вращения или регулировки количества передаваемых оборотов режущему инструменту создается система клиноременной передачи. Рекомендуется применять исключительно зубчатые ремни, так как при высокой нагрузке они не будут проскальзывать на шкивах.

Электрическая начинка

Промышленные станки могут иметь лазерные или другие датчики. Самодельное оборудование работает на основе программного обеспечения. При его выборе следует уделить внимание тому, чтобы возможности электрической начинки позволяли реализовать функциональность станка. Применяемое ПО должно иметь драйвера для контроллеров, которые будут устанавливаться на оборудовании.

К особенностям электрической начинки отнесем:

  1. Самодельный станок ЧПУ должен иметь порт LPT. Он применяется для подключения электронной системы управления к оборудованию.
  2. Подключение электрического блока управления проводится через шаговый мотор.
  3. От качества выбранной электрической начинки зависит то, насколько точно будут проводиться технологические операции.
  4. После установки и подключения электрических компонентов проводится загрузка программного обеспечения и требуемых драйверов.

Подключив электрическую начинку можно включить станок и проверить его работоспособность. Современное программное обеспечение позволяет обрабатывать детали со сложной конфигурацией, так как рабочие органы перемещаются с высокой точностью по трем координатам.

pochini.guru

Моя история постройки ЧПУ-станка своими руками

Приветствую всех жителей Geektimes! Сегодня я хочу вам рассказать свою историю постройки бюджетного классического портального фрезерного станка.

Хочу начать с истории, которая началась в конце 2015 года. Встретившись тогда с другом, он предложил мне сделать фрезерный чпу-станок для раскройки фанеры и пластика. Недолго подумав, я сказал ему, что для вырезания различных слов, рамочек и прочего станок не окупит себя и станет убыточным, на что он мне ответил «придумай что-нибудь»… Так как в основе проекта был положен интерес я, конечно же, взялся за него. Но все бы ничего, но на предложенный проект не было денег, да и свободного времени тоже. Тогда, исходя из задач, возложенных на станок, было спроектировано следующее: В итоге на весь станок выделили 20 т.р. Рабочее поле — 550х950 мм. В качестве управления выбрал китайскую синюю плату на драйверах TB6560 на 4 оси, в комплект еще входит 4 двигателя, блок питания, диск с ПО и провод для подключения к ПК, на тот момент она обошлась мне в 14 с копейками т.р. Так как планировалось сделать что-то вроде конструктора, и не прибегая к фрезерным, расточным, шлифовальным работам, вся конструкция изготовлялась из конструкционной листовой стали толщиной 8мм, раскроенной на лазерным ЧПУ станке. Но без токарной обработки не обошлось, так как надо точить подшипниковые опоры, втулки скольжения, обтачивать концы винтов и в этом помогла наша дочерняя фирма. И вообще то, что касается металлообработки в России, я постарался, высказать свои мысли в блоге, чтобы здесь не флудить. Подшипниковая опора. В итоге раскрой всех деталей к станку из металлического листа вышло в 1,5т.р., еще 2т.р. отдал за токарную обработку, остальное потратилось на крепеж, подшипники и прочие невспомненные мной моменты. Далее хотелось бы продемонстрировать несколько видео о процессе сборки и работы станка, а также фото того, что пробовал вырезать я. И еще один момент: в качестве шпинделя решил использовать обыкновенную дрель, ввиду невысокой скорости работы станка.

Попробовали выжигать

По итогам сборки наладки и проверки можно сказать, что станок оказался работоспособным, но достаточно «жидким», но это и так было понятно по закладываемому бюджету. И свои задачи он выполнял отлично… Станок был собран к концу февраля и окупился у друга до лета, после чего он успешно его продал за 30 т.р. Продал по причине – надоело, пропал интерес, и нежелание работать.

Я, возможно, что-то упустил и не описал, надеюсь, что на видео найдётся вся отсутствующая здесь информация. В другом же случае оставляйте комментарии.

Теги:
  • cnc
  • чпу
  • своими руками
  • сделай сам
  • фрезерный станок

habr.com

Фрезерный станок с ЧПУ по металлу своими руками: сборка, схема

Фрезеровочное устройство предназначено, чтобы путем обработки металлов фрезером, изготовлять различные изделия из них. Можно найти множество причин, почему люди желают создавать фрезерные станки с ЧПУ по металлу своими руками, и это имеет смысл.

Действительно, не всем по карману их приобрести в торговой сети, или непосредственно от производителя: цены на них немаленькие. Но есть люди, получающие максимум удовольствия от того, что работают своими руками, создавая что-то уникальное. Например, ЧПУ фрезер под конкретные задачи, не предусмотренные агрегатами заводского изготовления. Хотя работа их строится по сходному принципу, а конструкции во многом схожи.

Приступать к работе, имея инструкцию

Фрезерные станки с ЧПУ стационарного типа, задействованные на предприятиях, выполняют масштабные работы. Поэтому у них огромные габариты и возможность выполнять обработку толстых листов металла большого формата. У настольных станков – маленькие размеры и есть возможность производить серийные партии продукции высокого качества.

Самодельный фрезерный станок ЧПУ, созданный из средств, которые есть под рукой, по сути, может служить прототипом бытовых и настольных агрегатов. А это также существенная экономия семейного бюджета.

Совет: независимо от формы заготовки, обрабатываемой на станке, надо знать свойства материала, который подлежит обработке. В связи с этим стоит правильно рассчитать жёсткость будущей конструкции!

Когда планируется сборка самодельного агрегата, но бюджет его ограничен, то для механической части конструкции будущего станка подбирают элементы, которые подходят по цене. Чтобы обеспечить полноценную работу электроники, следует найти нужные узлы. Если компьютер уже есть, устанавливается профессиональная программа типа ArtCAM, Mach5, Machine и Kcam4.

Варианты

Все это потребует и финансовых вложений, и затрат времени. Но возможность обладать оборудованием, работающим эффективно и точно обрабатывающим заготовки, и которое доступно по цене, – того стоит. Чтобы сделать токарный станок по металлу или фрезерный, существует два варианта:

  1. Приобрести готовый набор со специально подобранными элементами, и собрать его по схеме.
  2. Комплектующие извлекаются из старых сканеров и принтеров, а устройство, которое бы полностью удовлетворяло все чаяниям умельца, собирается собственноручно.

Главное, чтобы иметь инструкцию по сборке самодельных устройств (фрезерного или токарного) с ЧПУ, где указаны:

  • используемые материалы;
  • список необходимых комплектующих;
  • перечень инструментария;
  • чертежи комплектующих;
  • цены на приобретение элементов (приблизительно).

Но есть один минус: чтобы прочесть хорошие инструкции – надо знать английский. Хотя, по мнению многих умельцев, разобраться в чертеже и схеме, даже не владея языком, – несложно. Главное – остановиться на оптимальной схеме для работы мини-оборудования.

Что понадобится для сборки

В перечне компонентов фрезерных станков или для токарных работ нужно иметь:

  • шарико-винтовую передачу (ШВП) оси Z. Она нужна, чтобы преобразовать вращение и движение стало возвратно-поступательным, и наоборот;
  • вертикальные и поперечные направляющие – с их участием портал со шпинделем агрегата движется по вертикали; а рабочий стол – направо и налево;
  • продольные направляющие расположены на станине и обеспечивают движение рабочего стола по длине колонны;
  • колонну – в ней есть противовес для того, чтобы компенсировать нагрузку шпиндельного узла;
  • основание, на нем располагают оснастку;
  • шпиндель – в нем закрепляется рабочий инструмент;
  • рабочий стол – в его плоскости выполняют фрезерование и токарные работы;
  • системы охлаждения фрезера, резца и шпинделя от перегрева.

Читайте также:  Оцениваем возможности 3d фрезерных станков с ЧПУ

Фрезерное устройство с числовым программным управлением может иметь своей основой б/у станок, на нем вместо рабочей головки со сверлом, ставят фрезер. Затем надо будет сконструировать механизм, который бы обеспечил передвижение в координатных плоскостях. Его собирают, взяв каретки от бывшего в употреблении принтера, и этим уже обеспечится работа в 2-х плоскостях.

К устройству без проблем подключается ПУ. Но оно сможет лишь работать с пластиковыми заготовками, из дерева, тонких металлических листов. Причина – недостаточная жесткость конструкции. Это, по сути, будет модификация станка, работающего с мягкими материалами. Чтобы сделать полноценный программируемый станок, который способен фрезеровать заготовки из любых материалов, достаточно двух мощных шаговых двигателей. Их реально сконструировать, немного доработав, из электромоторов.

Они хороши тем, винтовая передача не нужна, функционал самодельной конструкции не ухудшатся. Если решено пользоваться кареткой с принтера, лучше поискать его крупногабаритную модель. Соединяют вал фрезерного устройства и зубчатые ремни, чтобы избежать проскальзывания на шкивах.

Собираем самодельное оборудование

Сначала фиксируем на направляющих балку с прямоугольным сечением. Для несущей конструкции устройства нужна достаточная жесткость. Лучше обойтись без сварного соединения всех элементов, применяя винты и болты. Швы, образовавшиеся при сварке, плохо переносят вибрацию. И рама способна быстро разрушиться.

В фрезерном станке, или же токарном, собранном собственноручно, необходимо иметь механизм, способствующий тому, что рабочий инструмент перемещается в плоскости, расположенной вертикальной. С этой целью применяют винтовую передачу.

Что касается вертикальной оси, она легко изготовляется из плиты алюминия. Нужно только параметры оси идеально подогнать к габаритам будущего устройства. Если умелец располагает муфельной печью, конструкция алюминиевой оси изготовляется самостоятельно: для ее отливания пользуются отраженными в чертеже габаритами.

Сборку начинают с ШД. Чтобы их смонтировать, оба двигателя закрепляют позади вертикальной оси на корпусе. Первый несет ответственность за то, чтобы фрезерная головка перемещалась в горизонтальном направлении, а другой, – образно говоря, «опекает» вертикальную. И уже затем начинается монтаж оставшихся узлов.

Для обеспечения вращения всех механизмов служат ременные передачи. Перед подключением к станку ПУ, нужна проверка (выполняется в ручном режиме) его работоспособности и устранение по ходу выявленных недостатков.

Использование старых ШД

Конструкциям станков с ЧПУ не обойтись без ШД, обеспечивающих движение инструмента в 3D. Иногда в их изготовлении используют электромоторы из матричного принтера. Большая часть устаревших моделей была оснащена мощными электродвигателями. Со старого принтера извлекают стержни из стали с высокой прочностью, которые будут использованы в конструируемых станках.

Для изготовления фрезерного программируемого станка, работающего с металлом, нужен не один шаговый двигатель, а целых три. Из матричного принтера мы снимем два, поэтому будет разобрано еще одно старое печатное устройство.

Совет: Выполняя сборку, важно проследить за процессом скольжения каретки относительно всех направляющих. Когда не достигнута плавность, а это наблюдается в случае неграмотной сборки, реально в момент запуска сломать станок или же испортить заготовку.

Желательно, чтобы у двигателя было пять проводов управления, это расширит функционал мини-агрегата. Изучаются параметры ШД: какой угол выполнения одношагового поворота, определяется величина таких показателей, как напряжение питания и сопротивление обмоток. Подключая каждый из двигателей, их нужно обеспечить индивидуальными контроллерами.

Несложно и с приводом, его собирают из шпильки и гайки нужных размеров. Чтобы вал движка зафиксировать, и он был присоединен к шпильке, можно взять резиновую обмотку от электрокабеля достаточной толщины. Фиксатор лучше сделать в виде винта, его вставляют во втулку из нейлона. Изготовляя эти несложные элементы конструкции, можно воспользоваться наборов напильников и применить в работе дрель.

Разберемся с электронной «начинкой» устройства

Управлять станком с ЧПУ, сделанным собственноручно, призвано программное обеспечение. Для правильного выбора ПО (часто его пишут самостоятельно), нужно позаботиться о включении драйверов для контроллеров, если хотят иметь функциональное устройство.

Электронный блок, который ним управляет, подключается к порту LPT, а униполярные ШД для 3-х координатного ЧПУ станка – по специальной схеме. Что касается электронных комплектующих, то нужны только качественные, если умельцу важно добиться точности в выполнении технологических операций. После их подключения, выполняется загрузка нужного ПО одновременно с драйверами. И уже за этим последует проверка работы загруженных программ, посредством пробного запуска станка, с последующим выявлением и устранением недоработок.

12 шагов к построению станка

Надо знать, что есть немало самодельных чертежей станка с ЧПУ, предлагаются различные подходы к решению некоторых задач. Чтобы в этой информации не «заблудиться», опытные специалисты разработали руководство, в котором сформулировано 12 главных шагов для создания функционального агрегата.

Воплощая станок в металле, нужно определиться:

  1. С ключевыми конструктивными решениями, учитывающими бюджет.
  2. Основанием и элементами Х-оси.
  3. С правильным проектированием козловой оси Y.
  4. Схемой сборки оси Z.
  5. Линейной системой движения.
  6. Компонентами механического привода.
  7. Выбором двигателей.
  8. Конструкцией режущего стола.
  9. Параметрами шпинделей и системы охлаждения.
  10. Электронной начинкой и источниками питания.
  11. Параметрами контроллера ПУ.
  12. Выбором необходимого ПО.

Заключение

Многие умельцы уже пользуются станками координатно-расточной группы собственного изготовления, обрабатывающими металлы. На них несложно создавать детали со сложными конфигурациями, так как станок перемещается в трех плоскостях.  Важно лишь иметь определенные навыки, инструменты, подробные схемы и набор элементов будущей конструкции, а также желание воплотить свою мечту в жизнь.

vseochpu.ru

Самодельный ЧПУ станок по дереву и металлу: чертежи и изготовление своими руками

Многие мастера часто задумываются над тем, чтобы собрать самодельный ЧПУ станок. Он обладает рядом преимуществ и позволит решить большое количество задач более качественно и быстро.

Домашние станки осуществляют фрезеровку и резку практически всех материалов. В связи с этим соблазн изготовления подобного устройства достаточно велик. Может уже пришло время взять все в свои руки и пополнить свою мастерскую новым оборудованием?

Назначение фрезерных станков

Станки с числовым программным управлением получили широкое распространение не только в промышленном производстве, но и в частных мастерских. Они позволяют осуществлять плоскую и профильную обработку металла, пластмассы и дерева.

Кроме того, без них не обойтись при выполнении гравировальных и сверлильно-присадочных работах.

Практически любая задача, решаемая с использованием подобных устройств, выполняется на высоком уровне.

При необходимости что-то начертить на плате или деревянной плите, достаточно создать макет в компьютерной программе и с помощью CNC Milling перенести это на изделие. Выполнить подобную операцию вручную в большинстве случаев просто невозможно, особенно если речь идет о высокой точности.

Все профессиональное оборудование данного типа характеризуется высоким уровнем автоматизации и простотой работы. Необходимы лишь базовые навыки работы в специализированных компьютерных программах, чтобы решать несложные задачи обработки материалов.

В то же время даже самодельные станки с ЧПУ справляются с поставленными целями. При должной настройке и использовании качественных узлов, можно добиться от аппарата хорошей точности, минимального люфта и приемлемой скорости работы.

Станок с ЧПУ своими руками

Функциональная схема станка с ЧПУ.

Итак, как сделать данное устройство? Чтобы изготовить станок ЧПУ своими руками, необходимо потратить время на разработку проекта, а также ознакомиться с существующими заводскими моделями. Следуя этим первым и самым простым правилам, удастся избежать самых распространенных ошибок.

Стоит отметить, что фрезеровочный ЧПУ станок – технически сложное устройство с электронными элементами. Из-за этого многие люди полагают, что его невозможно сделать вручную.

Конечно же, данное мнение ошибочно. Однако необходимо иметь в виду, что для сборки понадобится не только чертеж, но и определенный комплект инструментов и деталей. Например, понадобится шаговый двигатель, который можно взять из принтера и т.д.

Следует также учитывать необходимость определенных финансовых и временных затрат. Если подобные проблемы не страшны, тогда изготовить доступный по стоимости и эффективный агрегат с координатным позиционированием режущего инструмента для обработки металла или дерева не составит труда.

Схема

Наиболее трудным этапом изготовления станка ЧПУ по металлу и дереву является выбор оптимальной схемы оборудования. Тут все определяется размерами заготовки и степени ее обработки.

Одним из вариантов может быть конструкция, состоящая из двух кареток, которые будут перемещаться в плоскости. Стальные шлифовальные прутки отлично подойдут в качестве основания. На них крепятся каретки.

Также понадобятся ШД и винты с подшипниками качения, чтобы обеспечить трансмиссию. Управление фрезера самодельного станка с ЧПУ будет осуществляться с помощью программы.

Подготовка

Для автоматизации самодельного фрезерного станка с ЧПУ необходимо максимально продумать электронную часть.

Чертеж самодельного станка.

Ее можно разделить на несколько элементов:

  • блок питания, обеспечивающий подачу электроэнергии на ШД и контроллер;
  • контроллер;
  • драйвер, регулирующий работу подвижных частей конструкции.

Затем, чтобы построить самому станок, необходимо подобрать сборочные детали. Лучше всего использовать подручные материалы. Это поможет максимально уменьшить расходы на инструменты, которые вам понадобятся.

Вот некоторые советы по выбору деталей:

  • в качестве направляющих подойдут прутки диаметром до 12 мм;
  • лучшим вариантом для суппорта будет текстолит;
  • ШД обычно берут от принтеров;
  • блок фиксации фрезы также делается из текстолита.

Инструкция по сборке

После подготовки и выбора деталей можно приступать к сборке фрезеровального агрегата для обработки дерева и металла.

В первую очередь следует еще раз проверить все комплектующие и удостовериться в правильности их размеров.

Порядок выполнения действий при сборке выглядит приблизительно следующим образом:

  • установка направляющих суппорта, их крепление к боковым поверхностям конструкции;
  • притирка суппортов в результате их перемещения до тех пор, пока не удастся добиться плавного хода;
  • затяжка болтов;
  • установка компонентов на основании устройства;
  • закрепление ходовых винтов с муфтами;
  • крепление к винтам муфт шаговых двигателей.

Всю электронную составляющую следует расположить в отдельном блоке. Таким образом, вероятность сбоя во время работы будет сведена к минимуму. Подобный вариант размещения электроники можно назвать лучшей конструкцией.

Особенности работы

После того, как самодельный станок с ЧПУ был собран своими руками, можно приступать к испытаниям.

Контролировать действия станка будет программное обеспечение. Его необходимо выбирать правильно. В первую очередь важно, чтобы программа была рабочей. Во-вторых, она должна максимально реализовывать все возможности оборудования.

Кинематическая схема работы устройства.

В ПО должны содержаться все необходимые драйверы для контроллеров.

Начинать следует с несложных программ. При первых запусках необходимо следить за каждым проходом фрезы, чтобы убедиться в правильности обработке по ширине и глубине. Особенно важно проконтролировать трехмерные варианты подобных устройств.

Итог

Устройства для обработки дерева с числовым программным управлением имеют в своей конструкции различную электронику. Из-за этого, на первый взгляд, может показаться, что подобное оборудования очень трудно изготовить самостоятельно.

На самом деле сделать станок ЧПУ своими руками – посильная задача для каждого. Достаточно просто поверить в себя и в свои силы, и тогда можно стать обладателем надежного и эффективного фрезеровального станка, который станет гордостью любого мастера.

tutsvarka.ru

Brigadir-info.ru

В процессе изготовление различных самоделок нередко возникает нужда в фрезеровке деталей. Чтобы осуществлять подобные операции, можно сделать фрезерный станок своими руками. В этой статье мы расскажем о разновидностях этого оборудования и приведем пример сборки станка из подручных материалов.

Что такое фрезерование

Под фрезеровкой понимается процесс обработки заготовок с помощью вращающихся резцов, в результате чего формируются необходимые борозды, выборки, гнезда и отверстия. Данную операцию можно применять как на плоских, так и на профильных основаниях. Для этого используется специальный фрезерный станок: с его помощью обрабатывают металлические, пластиковые, стеклянные и деревянные детали.

Фрезерный станок по металлу

Элементы фрезерного станка

Шпиндель фрезерного станка является его главным элементом. С виду он выглядит, как крепежный вал для фиксации основных режущих инструментов. Регулировка его длины осуществляется вручную или автоматически.

Тип шпиндельной насадки напрямую влияет на особенности фрезерования:

  • Концевое. Предусматривает выборку на поверхности заготовки канавки или паза необходимых размеров;
  • Фасонное. Данное фрезерование применяется при изготовлении различных профилей – багетов, плинтусов, оконных рам и т.п.;
  • Торцевое. Используется для работы с габаритными деталями.

Чтобы делать фигурные вырезы, потребуются специальные фрезы: по ходу раскроя материала они дополнительно обрабатывают концевые участки.

Виды фрезерных станков

Классификация фрезерного оборудования осуществляется по типу конструкции, уровню автоматизации, назначению и виду обрабатываемого материала. Используя последний критерий, все фрезерные станки принято разделять на две большие группы – по металлу и по дереву.

Перечень разновидностей по уровню автоматизации

  • автоматические модели с числовым программным управлением – работают в полностью автоматическом режиме;
  • полуавтоматические модели – нуждаются в частичном контроле со стороны человека;
  • ручные модели – могут работать только под руководством человека.

Степень автоматизации напрямую влияет на стоимости оборудования. Наиболее дорогостоящими являются фрезерные станки с чпу, отличающиеся большой производительностью.

Классификация по типу конструкции

  • Горизонтальные. Имеют горизонтальный шпиндель и рабочий стол-консоль. Стол при необходимости можно поднимать, вращать или сдвигать.
  • Вертикальные. Здесь шпиндельная насадка находится в вертикальном положении. Рабочая консоль вносит некоторые ограничения в работу горизонтальных и вертикальных фрезерных станков: с их помощью можно обрабатывать только небольшие по размеру и по размеру и массе детали;
  • Универсальные. Наличие в конструкции поворотного стола или поворотной шпиндельной головки значительно расширяет функциональные возможности агрегата.

Виды фрезерных станков

Особенности самодельных фрезерных станков

Для сборки фрезерного профессионального оборудования применяется множество различных элементов и узлов. Самостоятельно воссоздать такую сложную конструкцию практически невозможно. В домашних условиях можно собрать мини фрезерный станок по дереву или металлу, с помощью которого можно осуществлять простые операции фрезерования. Ниже мы приведем описание основных узлов самодельного агрегата.

Станина

Главными ее характеристиками должна быть устойчивость и жесткость крепления. В особенности это касается ситуаций, когда на станке планируется обработка массивных и габаритных заготовок. Размеры станины подбираются в индивидуальном порядке. В качестве материала изготовления обычно применяются металлические или деревянные элементы – трубы, уголки, стальной лист, бруски и т.п.

Станина для фрезерного станка

Рабочий стол

Для его изготовления хорошо подходят плиты типа ДСП или ОСВ, а также доски. Металлические листы использовать не рекомендуется, т.к. подобрать оптимальную массу конструкции достаточно сложно. Рабочий стол самодельного фрезерного станка традиционно делают стационарным. Размеры подбирается в зависимости от габаритов обрабатываемых деталей.

Рабочий стол для фрезерного станка

Оправка под фрезы

В идеале лучше для этого применить конус Морзе. Данный элемент конструкции служит в качестве фиксатора рабочего инструмента. Его крепят на кольца и гайки.

Оправка под фрезы

Двигатель

Производительность и качество обработки ручного фрезерного станка напрямую зависит от правильно подобранного привода. В первую очередь необходимо обращать внимание на мощность электрического мотора.

Если изготовление фрезерного станка своими руками проводится для последующей эксплуатации в частном секторе, лучше использовать однофазные двигатели на 220 В. Переключение обмоток моделей на 3 фазы обычно сопровождается заметным снижением КПД устройства.

Двигатель для фрезерного станка из подручных материалов

Качество обработки самодельного фрезерного станка зависит также от количества оборотов двигателя: по мере увеличения этого показателя повышается также чистота работы. Высокооборотные приводы легче справляются с проблемными местами (например – с сучками в деревянных заготовках).

Опорная пластина

Это монтажное приспособление отвечает за надежное крепление фрезера. Опорную пластину можно изготовиться из стального листа или стеклотекстолита. Толщина держателя для фрезера должна быть такой, чтобы во время работы он не вибрировал.

Фиксаторы заготовок

Прижимы могут иметь различную конструкцию. Для надежного крепления деталей из древесины хорошо подходят струбцинами с обеих сторон стола. Их можно сделать съемными или стационарными, в зависимости от специфики выполняемых операций. Удобнее работать со стационарными прижимами, приваренными к станине.

Регулировочный лифт (шпиндель)

Этот элемент является достаточно важным узлом самодельного фрезерного станка и включает в себя корпус, мобильные полозки, каретку, вал с резьбой и фиксирующие винты. Во время работы каретка совершает движения вдоль направляющих: роль предохранительных ограничителей в данном случае возлагается на полозья. Выбрав нужную высоту каретки, производят фиксацию крепежным винтом.

Узел безопасности

Электрический двигатель рекомендуется оснастить тумблером для быстрой остановки двигателя на случай аварийных ситуаций. Над рабочей зоной желательно установить защитный экран, пылесборник и подсветку.

Изготовление ручного фрезерного станка своими руками поэтапно

В качестве примера для самостоятельной реализации мы решили привести сборку вертикального фрезерного станка по дереву из двигателя старой стиральной машины и двух амортизаторов от автомобиля ВАЗ 2101. Кроме них, для работы потребуется патрон от дрели, листовая сталь, пусковое устройство, набор саморезов и шпилек. Из инструментов нужно подготовить болгарку, сварочный аппарат, шуруповерт, плоскогубцы, кусачки, отвертки и молоток.

Изготовление ручного фрезерного станка своими руками поэтапно

Порядок работы, как сделать фрезерный станок своими руками:

  • Проверить исправность двигателя от стиральной машины. Для этого его нужно подключить к электрической сети и протестировать во всех имеющихся режимах. Заточить шкив на валу мотора с помощью болгарки. Необходимо добиться того, чтобы на шкив плотно «сел» патрон от дрели. Работу легче проводить, если двигатель будет включен.
  • Установить патрон на шкив. Важно добиться полного отсутствия вибрации держателя фрезы во время вращения. Для удобства на валу можно нарезать резьбу. Подготовить амортизаторы. С помощью болгарки необходимо обрезать их по размеру, удалив все лишнее с обоих концов.

Изготовление ручного фрезерного станка своими руками поэтапно

  • Закрепить стойки на корпус двигателя, предварительно удалив болгаркой лишние выступы. Для этого можно использовать шурупы, проволоку или сварочный аппарат. Изготовить станину. Стальную пластинку нужно раскроить по размеру и сделать в ней проем для опускания патрона и углубления под стойки.
  • Сделать верхнюю планку. По задумке, наш вертикальный фрезерный станок по дереву должен быть ручным. Как следствие, его не нужно намертво фиксировать к рабочему столу, а просто оснастить верхней планкой с отверстием для регулировочного стержня. Все неподвижные соединения металлических узлов необходимо проварить. Присоединить пусковое устройство и тщательно заизолировать все соединения проводки.

По завершению работы проводится проверка работоспособности станка. При этом необходимо тщательно соблюдать технику безопасности, обязательно используя защитные очки и перчатки.

В дальнейшем агрегат, при желании, можно установить на стационарный рабочий стол, предварительно подключив к нему регулятором оборотов.

Уровень эффективности самодельного фрезерного станка

Хотя готовое приспособление и не отличается выдающимися эстетическими характеристиками, но его вполне можно использовать для осуществления простой фрезеровки деревянных заготовок. Главное – правильно выбирать скорость и применять подходящие насадки.

Перечень операций, которые пол силу самодельному устройству:

  • элементарная отделка деревянных деталей;
  •  выборка различных пазов и канавок;
  • выпиливание технологических канавок;
  • сглаживание кромок и торцов.

По типу используемой древесины особых ограничений нет. Кустарный станок хорошо справляется с твердыми породами – буком, дубом, ясенем, акацией, орехом. Также с его помощью разрешается обрабатывать материалы типа ДВП или ДСП.

Чтобы собрать фрезерный станок своими руками, подойдут детали и узлы от старых приборов. В приведенном нами примере использовался двигатель от стиральной машины б/у, жигулевские амортизаторы и головка от дрели.

Шпиндель фрезерного станка с ЧПУ [Полное руководство DIY]

[ Детали для фрезерных станков с ЧПУ, дом ]

Шпиндель с ЧПУ - это сердце любой фрезы. Он состоит из вращающегося узла с конусом, на котором могут быть установлены держатели инструмента. Двигатель шпинделя с ЧПУ с дополнительной трансмиссией вращает шпиндель с ЧПУ. Трансмиссия подбирает самый высокий диапазон оборотов двигателя шпинделя с ЧПУ до оборотов шпинделя, которые идеально подходят для конкретных скоростей и подачи обрабатываемого материала.

Шпиндели бывают трех типов. Есть шпиндели картриджей, которые представляют собой просто вращающийся узел без двигателя или трансмиссии. Кроме того, существуют автономные шпиндели различных типов. Например, фрезерные станки с ЧПУ популярны среди любителей DIY с ЧПУ, особенно для фрезерных станков. Автономные шпиндели включают в себя вращающийся узел и двигатель как одно целое. Наконец, существуют изготовленные шпиндели, в которых детали, такие как подшипники шпинделя, устанавливаются в (обычно) чугунный корпус.Такая конструкция используется в фрезерном станке Bridgeport или во многих китайских импортных станках, таких как RF-45, например.

Шпиндели картриджа

Картридж шпинделя с ЧПУ Tormach BT-30…

Шпиндели картриджей

- это то, что использует почти каждый современный VMC. Их удобно заменять и восстанавливать, сохраняя при этом машину в рабочем состоянии, их удобнее производить, чем сборные шпиндели, и они, как правило, просто хорошо работают.

Вот разрез шпинделя картриджа, настроенного для ATC (автоматической смены инструмента), чтобы вы могли получить представление о компонентах:

Шпиндель картриджа ATC с ЧПУ…

Давайте рассмотрим роль каждого компонента:

  • Радиально-упорные подшипники: этот конкретный шпиндель имеет два радиально-упорных подшипника и два радиальных шарикоподшипника (лососевого цвета).Подшипники могут быть самой важной частью шпинделя и определять его максимальную скорость вращения, а также его жесткость и пригодность для ЧПУ.
  • Дышло: Дышло используется для «втягивания» держателя инструмента в конус шпинделя, отсюда и название.
  • Бельвильские шайбы: это тип плоской пружины, предназначенной для удержания натяжения дышла на держателе инструмента.
  • Вытяжной стержень: это сменная деталь, которая ввинчивается в держатель инструмента. Зажим дышла захватывает тяговый стержень, чтобы дышло могло втянуть его в конус.
  • Зажим дышла: существуют разные конструкции, но зажим дышла фиксирует дышло на тяговом штифте, когда он продвигает шип достаточно далеко в конус.
  • Ведущий шкив: двигатель или трансмиссия вращают шпиндель через ведущий шкив. Показанная конструкция представляет собой шкив привода ГРМ, но доступно множество стилей.

Амбициозные мастера ЧПУ своими руками могут проектировать и производить свои собственные шпиндельные картриджи, но их гораздо проще купить. Есть высококачественные (по крайней мере, для рынка DIY) картриджи, доступные по разумным ценам в таких компаниях, как Tormach.

Вы даже можете найти использованные шпиндели картриджей от VMC в таких местах, как eBay. Просто имейте в виду, что если они не в хорошем состоянии, замена только подшипников для коммерческого VMC очень дорога. Если конус поврежден или имеется чрезмерный износ, требующий повторной обработки, вам придется столкнуться с очень дорогостоящим проектом.

Автономные шпиндели

Обрезной фрезерный станок Makita: шпиндель 1 1/4 HP с высокой скоростью вращения примерно $ 90…

Автономные шпиндели

, особенно фрезерные станки с ЧПУ, очень популярны среди фрезерных станков с ЧПУ.В таком устройстве, как Makita RT0701CR, изображенном выше, есть что понравиться:

Есть и минусы:

  • Державка не снимается. Шпиндель имеет цангу, которая обычно принимает только хвостовик инструмента 1 размера, и нет держателей для быстрой смены инструмента. Смена инструмента вручную выполняется довольно медленно, и вы можете забыть об автоматических устройствах смены инструмента.
  • Маршрутизаторы
  • и подобные шпиндели могут быть очень шумными, хотя это не универсально.

Изготовленные шпиндели

В ручных фрезерных станках старой конструкции мы часто находим то, что я называю «сборные шпиндели».С этими шпинделями труднее всего работать и модифицировать, поскольку они буквально встроены прямо в отливку шпиндельной головки и не оставляют много места для модификации.

С учетом сказанного, общий подход состоит в том, чтобы, по крайней мере, зажимать подвижные иглы для большей жесткости. Еще одна распространенная модификация - это переход с шестерен (действительно шумных и медленных!) На ременную.

Конусы, тяги и держатели инструментов

Помимо типа шпинделя, еще одно важное соображение касается конусов, тяговых стержней и держателей инструмента.Из приведенного выше обсуждения вы должны иметь хотя бы некоторое представление о дышле и держателе инструмента. Конус шпинделя относится к размеру и типу держателя инструмента, который подходит к шпинделю. Например, большой популярностью пользуется конус R8, который использовался в оригинальных ручных фрезерных станках Bridgeport.

Существует огромное количество вариантов конуса шпинделя, поэтому я остановлюсь только на двух наиболее распространенных для фрезерных станков с ЧПУ DIY: R8 и BT 30. Вот чертеж обоих:

.

ВТ-30 вверху и R8 внизу…

А вот их фото рядом:

R8 слева, BT30 справа…

Должно быть довольно ясно, что BT-30 мощнее.Он предпочтителен для высокопроизводительных приложений, но R8 достаточно для большинства DIY фрезерных станков с ЧПУ. Есть еще много возможностей, и мы подробно рассмотрим компромиссы в нашей статье о шпинделе, дышле и устройстве смены инструмента.

Выбор шпинделя с ЧПУ своими руками

Правильный выбор шпинделя для вашего проекта DIY с ЧПУ начинается с составления набора сценариев использования станка. При принятии решения важно понимать ряд решений:

  • Какие материалы вы собираетесь резать на станке? Требования к скорости вращения для твердых металлов несколько отличаются от требований для мягких материалов, таких как дерево и пластик.
  • Фрезы какого размера вы будете использовать?
  • Потребуется ли вам со временем устройство автоматической смены инструмента? В связи с этим будет принято много решений.

В общем, постарайтесь сделать свой выбор так, чтобы можно было использовать как можно больше недорогих готовых аксессуаров. Вместо того, чтобы выбирать экзотический конус шпинделя, выберите что-нибудь обычное, чтобы вы могли купить держатели инструмента дешево.

У нас есть серия по проектированию окончательного настольного мини-фрезерного станка с ЧПУ, в которой подробно рассматриваются все эти конструкторские решения.Для получения информации о шпинделе начните здесь:

[Настольный мини-фрезерный станок с ЧПУ, часть 7: шпиндель, дышло и устройство смены инструмента]

А здесь:

[Ultimate Benchtop Mini Mill с ЧПУ, часть 8: Шпиндель для нашей мельницы]

Конструкция шпинделя

Дизайн шпинделя

- это то, что меня увлекло, и я потратил много времени на изучение. Реальность такова, что большинству DIY-мастеров с ЧПУ не нужно об этом знать. Купите себе хороший шпиндель для картриджей. Преобразование существующей мельницы с зубчатой ​​передачи на ременную.Или используйте автономный шпиндель. Ни для одного из этих проектов не требуется, чтобы вы много знали о конструкции шпинделя.

Но если вы заинтересованы в максимальном увеличении производительности, расширении границ и в целом создании большого количества работы (хотя и интересной!) Для себя, вам стоит немного углубиться в эту область. Я собрал на нем все свои заметки, относящиеся к работе с ЧПУ своими руками, в одну статью из 2 частей, чтобы сэкономить ваше время и проблемы:

[Фрезерный шпиндель с ЧПУ: подшипники, ременной привод, частотно-регулируемый привод, ATC и примечания по конструкции]

Только будьте осторожны - это глубокие воды с множеством акул, которые редко исследуются мастерами DIY с ЧПУ.

Фрезерный станок для свалки

получает работу в рамках бюджета

Что купить в первую очередь, токарный станок или фрезу? Это сложный вопрос для начинающего домашнего машиниста с ограниченными средствами, которые можно потратить на станки, но, конечно, правильный ответ - токарный станок. Нам говорят, что с помощью токарного станка можно построить все другие станки, включая фрезерный. Конечно, может быть небольшим преувеличением, но [Maximum DIY] все еще мог использовать свой бюджетный токарный станок, чтобы сделать приличный фрезерный станок в основном из лома.

Подробностей в сообщении на форуме немного, но там и в видео после перерыва достаточно, чтобы произвести сильное впечатление на сборку. В отличие от многих самодельных заводов, которые в основном представляют собой модифицированные сверлильные станки, [Maximum DIY] начинался с таких вещей, как сломанный пьедестал настольного точильного станка и излишки стальных труб. Двигатель шпинделя от краскораспылителя, а подача мощности по оси Z - это двигатель наклона беговой дорожки. Составной стол было слишком сложно сделать, поэтому купленный стол был снабжен электропитанием двигателя стеклоочистителя.

В этом заключается, пожалуй, самый хитрый прием в этой сборке: использование простой старой глубокой 19-миллиметровой головки в качестве сцепления для подачи питания. 12-гранное гнездо скользит по квадратному валу электродвигателя стеклоочистителя и входит в зацепление с приводным винтом составного стола - простой и пуленепробиваемый.

Безусловно, готовая мельница далека от совершенства. Похоже, ему нужна большая масса, чтобы подавить вибрацию, а эти открытые ведущие шкивы немного напрягают нервы. Но, похоже, это работает хорошо, и действительно, любая мельница лучше, чем никакая.Конечно, если у вас слишком много наличных и вы хотите купить мельницу, а не производить ее, это руководство для покупателя должно помочь.

Как выбрать подходящий мини-фрезерный станок с ЧПУ для вашего магазина - Virtual Event & Streams

Мини-фрезерные станки с ЧПУ могут обеспечить мелкомасштабную обработку в промышленном стиле для использования дома или в мастерской. Хотя эти машины, как правило, неэкономичны, они обладают мощными функциями, которые невозможно воспроизвести с помощью других более простых и дешевых инструментов.Фрезерные станки с ЧПУ с микро-ЧПУ неоценимы для ваших проектов, будь то технические специалисты-фрилансеры, дизайнеры домов или интерьеров, энтузиасты DIY или художники, а в долгосрочной перспективе они даже могут сэкономить вам много времени и денег.

Мини-заводы - это ценное вложение, они могут принести промышленные возможности обработки в дома или магазины. Мини-фрезерные станки с ЧПУ способны взять кусок сырого лома и быстро превратить его в полезную деталь, чего нельзя сказать о молотке или пиле.В этом сообщении блога мы разберем все аспекты выбора подходящего мини-фрезерного станка с ЧПУ.

Что такое мини-фрезерный станок с ЧПУ?

Вообще говоря, фрезерный станок состоит из фиксированного режущего инструмента и подвижного рабочего стола, который управляется вручную или с помощью компьютера. Заготовка закреплена на рабочем столе, который вращается вокруг вращающегося лезвия, чтобы выполнить резку и получить желаемый результат. Подобно полноразмерному фрезерному станку, мини-фрезерный станок с ЧПУ представляет собой меньший инженерный фрезерный станок, который можно разместить на верстаке или столе и создать или изменить деревянные, металлические или современные композитные компоненты.

Хотя полноразмерные фрезерные станки могут быть горизонтальными или вертикальными, небольшие фрезерные станки обычно имеют вертикальную ориентацию, и ось вращающегося вала также вертикальна. Небольшой фрезерный станок с ЧПУ - это, по сути, компактный обрабатывающий центр. Это экономичное решение для обработки мелких деталей в компактном корпусе с полноразмерной функциональностью. Основным ограничением микромельницы является не качество работы, которую она может произвести, а размер работы, которую она может выполнить.Мини-фрезерные станки с ЧПУ очень подходят для школ, начинающих цехов или в качестве первого шага обработки с ЧПУ.

Особенности мини-фрезерного станка с ЧПУ

Несколько факторов, которые необходимо учитывать при выборе наиболее подходящего мини-фрезерного станка с ЧПУ, - это размер, регулируемое положение стола, зажимы для удержания материала на месте, диапазон скоростей, мощность двигателя и мощность в лошадиных силах, глубина, которую может достичь шпиндель, крутящий момент и расстояние между столом и головкой. Кроме того, вы можете выбрать, хотите ли вы использовать различные дополнительные функции, такие как насос охлаждающей жидкости, вспомогательный электрический рабочий стол или встроенное освещение.Как правило, чем больше дополнительных сборов вы хотите, тем больше сборов вам придется заплатить.

  • Масса и жесткость
    Мы хотим качества и жесткости, потому что на этом процветают станки. Коммерческий VMC весит тысячи фунтов. Если вашему станку не хватает достаточной жесткости, вы будете ограничены в использовании размерных фрез и скорости обработки. Для многих любителей это может не иметь значения - все мы видели удивительную работу, проделанную машинистами на мини-фрезерных станках CMC. Однако, при прочих равных условиях, мы надеемся, что завод с самым большим бюджетом и площадью может послужить отправной точкой.
  • Шпиндель мини-фрезерного станка с ЧПУ
    Сердце любой машины - главный вал. Например, RF-45 обычно ограничивается максимальной скоростью вращения шпинделя 1600 об / мин. Для стали это хорошо, но для алюминия и других программных материалов этого недостаточно. Конечно, вы можете хорошо обрабатывать эти материалы, но ваша шероховатость поверхности и скорость обработки будут ограничены по сравнению с лучшим шпинделем. Кроме того, следует доверять уровню шума коробки передач на этих машинах-упс! Чтобы понять значение слова «лучше», нам достаточно взглянуть на растение Бриджпорт с большим разнообразием садов.Шпиндель 5000-6500 об / мин может улучшить металлообрабатывающее оборудование. Это шпиндели с ременным приводом, а не шпиндели с зубчатым приводом, поэтому они работают тише.
    Все эти передаточные числа не очень подходят для скорости вращения шпинделя, контролируемой ЧПУ, а ременной привод с 2 передаточными числами шкивов может обеспечить более широкую кривую крутящего момента, что является идеальным выбором для управления скоростью вращения шпинделя с частотно-регулируемым приводом. Хороший способ усвоить спецификации шпинделя - составить список операций механической обработки. Поскольку мы говорим здесь об идеальном мини-фрезерном станке с ЧПУ, мы также хотим упомянуть шпиндель с конусом 30.Они редкость, но по крайней мере для станков RF-45 им место для таких машин. Держатели инструментов NMTB и BT-30 более мощные и с самого начала были настроены на совместимость с устройством смены инструмента. Они будут дороже, но если вы можете выбрать, мы считаем, что они будут лучше, чем шпиндели R8. Ящики для шпинделей можно приобрести с углом конуса 30 в таких местах, как Тормах. В любом случае вам придется проделать значительную операцию на RF-45, чтобы преобразовать его в ременной привод, поэтому вам, возможно, придется вытащить головку и установить новую шпиндельную коробку, чтобы у вас было достаточно возможностей, чтобы оправдать это.

:: Подробнее: Как выбрать подходящий мини-фрезерный станок с ЧПУ для вашего магазина

Прочие соображения

Многие функции мини-фрезерного станка с ЧПУ не представляют большого труда, потому что вы откажетесь от источника питания и других принадлежностей. Для тех, кто только начинает строить мини-фрезерный станок с ЧПУ своими руками, еще одно соображение при выборе мини-фрезерного станка с ЧПУ - найти как можно большее сообщество, чтобы другие люди могли преобразовать тот же фрезерный станок.Эти люди могут предоставить помощь и рекомендации для вашего проекта. Еще одним важным моментом услуги является наличие комплектов для переоборудования ЧПУ. Чисто механические комплекты могут сэкономить вам много времени и обычно не добавляют слишком больших затрат к проекту.

Мы настоятельно рекомендуем использовать их новичкам, потому что использование этого набора позволяет запускать проекты быстрее, чем вам не нужно делать все с нуля. Ищите качественный метод, а затем выберите клон, который подходит вашему машинному стилю, так будет лучше.Качество ходового винта не имеет значения - вы замените ходовой винт шарико-винтовой парой как можно скорее. Мини-фрезерные станки с ЧПУ с масленкой, безусловно, являются плюсом, но вы также можете легко добавить масленку к большинству станков.

:: Подробнее: Чего ожидать от фрезерных станков с ЧПУ в будущем?

Мини-фрезерные станки с ЧПУ на IMTS-Exhibition.com

На нашем сайте вы можете найти множество поставщиков мини-фрезерных станков с ЧПУ. Просто зайдите в раздел продуктов или воспользуйтесь функцией поиска, чтобы найти сотни производителей в нашей базе данных продуктов.Если вы хотите узнать больше о вопросах и приложениях, связанных с фрезерными станками с ЧПУ, обязательно ознакомьтесь с другими записями нашего блога.

Если вас интересует еще более подробная информация, связанная с производством, обязательно посетите наш отраслевой канал MTS. На этой выставке мы представляем новые продукты и тенденции, посещая производителей на их предприятиях!

Если у вас есть отзывы об этой статье или другие предложения, отправьте нам сообщение!

MTS собрала мировых производителей мини-фрезерных станков с ЧПУ на этой онлайн-платформе.Просмотрите и найдите своего следующего поставщика вместе с нами.

Быстрая ссылка на поставщиков

Как выбрать шпиндель с ЧПУ? - профессиональная обработка CNC

Очень важен правильный выбор шпинделя или фрезерной головки. Если это касается фанеры или мягкого пластика, шпинделя «игрушечной» щетки в пластиковом корпусе может быть достаточно. Но для профессионального использования (т.е. для зарабатывания денег) он совершенно непригоден. При тяжелой работе это можно сделать за несколько часов, а при экономичной работе может хватить до шести месяцев.

Профессиональные шпиндели - это бесщеточные шпиндели с индукционным инверторным управлением на керамических подшипниках с герметичным моторным отсеком и полностью с металлическим корпусом. У нас есть выбор оборотов шпинделя и мощности.

Скорость шпинделя - это номинальное значение паспортной таблички (12.000, 15.000, 18.000, 24.000, 40.000 об / мин), что не означает, что шпиндель всегда вращается с этими оборотами. Обороты можно контролировать с помощью инвертора, но вы должны помнить, что мощность шпинделя - это величина крутящего момента, умноженная на скорость вращения, поэтому при сохранении крутящего момента и уменьшении оборотов вдвое - примерно половина мощности также падает.И здесь приходится идти на компромисс ...

Не для всего шпинделя. Чем выше мощность шпинделя, тем больше диаметр подшипников, и эти подшипники являются причиной ограничения скорости вращения шпинделя. Чем больше диаметр подшипника, тем выше центробежная сила, с которой шарики нажимают на дорожки качения наружного кольца подшипника, и, таким образом, выделяется больше тепла (один из способов уменьшить этот эффект - использование гораздо более легкой керамики. мячи). Следовательно, 40.Шпиндели с частотой вращения 000 об / мин обычно производятся только в диапазонах малой мощности.

Высокая скорость лучше всего подходит для таких материалов, как алюминий, дерево, композитные материалы, ламинат и т. Д. При обработке стали, особенно нержавеющей стали, термопластов или при сверлении сверлами из быстрорежущей стали, высокая скорость скорее не применяется.

Что касается мощности, то главным критерием является максимальный диаметр фрез, которые будут использоваться, и материалы, обрабатываемые этими фрезами. Для обработки алюминия, пластика, дерева или ламината фрезами с диаметром шпинделя до 5 мм (0.8 кВт 24000 об / мин), и соответственно фрезы до 8 мм - шпиндель 1 кВт, фрезы до 12 мм - шпиндель 3,3 кВт, фрезы до 16 мм - шпиндель 5,6 кВт. Для стали мы должны в первую очередь выбирать шпиндель с более низкой частотой вращения (от 15000 до 18000 об / мин) и, соответственно, фрезы до 10 мм - шпиндель 3,3 кВт, фрезы до 12 мм - шпиндель 5,6 кВт, фрезы до 16 мм - шпиндель 7 кВт, фрезы до 20 мм - Шпиндель 10кВт.

Если вы планируете сверлить сталь, вам всегда нужно выбирать более мощный шпиндель, потому что, например,g., если вы хотите просверлить сталь сверлом диаметром 6 мм при 2000 об / мин со шпинделем мощностью 5,6 кВт при 18 000 об / мин, в нашем распоряжении есть только 0,6 кВт. Нельзя сравнивать мощности шпинделей с мощностями обычных фрезерных станков, потому что у них есть шестерни и нет необходимости иметь такой запас крутящего момента. И еще кое-что. Срок службы таких веретен до 10 лет ...

Различия между фрезерным станком с ЧПУ и фрезерным станком с ЧПУ

Написал

Обработка с ЧПУ в последние годы становится все более популярной формой производства, а ее ключевые преимущества обеспечивают цехам повышенную эффективность, производительность и сокращение отходов.В результате этой возросшей популярности мы стали свидетелями разработки нескольких различных типов станков с ЧПУ, каждый из которых имеет свои отличительные особенности и преимущества.

Среди наиболее популярных - фрезерный станок с ЧПУ и фрезерный станок с ЧПУ, также известный как фрезерный станок с ЧПУ. Вот разбивка того, для чего в целом используются станки с ЧПУ, и какие ключевые различия существуют между фрезерным станком с ЧПУ и фрезерным станком с ЧПУ.

Что такое станки с ЧПУ?

Станки

с ЧПУ - это механизмы с компьютерным управлением, которые автоматически перемещают инструмент вокруг заготовки по ряду осей для выполнения резки.Все станки с ЧПУ используют субтрактивное производство для создания конечного продукта, то есть они работают, удаляя материал из существующей детали, а не добавляя к ней.

Скорость движения, скорость вращения и тип движения - все это факторы, которые запрограммированы, чтобы помочь определить особенности резки на станке с ЧПУ. Хотя и фрезерные, и фрезерные станки обеспечивают исключительную точность, есть ряд отличий, о которых вам следует знать.

Фрезерный станок с ЧПУ

Фрезерный станок с ЧПУ считается довольно универсальным инструментом в современных станочных мастерских, его основная цель - резка более мягких материалов, таких как дерево, пластик, акрил, пена и некоторые более мягкие металлы.Как правило, он устанавливается на стационарный стол с большим рабочим пространством со шпинделем, который перемещается по трем осям - X, Y и Z.

Фрезерные станки с ЧПУ

в основном предназначены для работы на высоких скоростях по сравнению с фрезерными станками с ЧПУ, с использованием скорости вращения в качестве движущей силы при выполнении резов. Хотя маршрутизаторы обычно имеют три оси, существуют варианты с 4–6 осями, которые идеально подходят для более сложных проектов.

Особенности фрезерного станка с ЧПУ:

  • Используется для резки более мягких материалов, таких как дерево, пластик и пена
  • Устанавливается на стационарный стол с большим рабочим пространством
  • Оснащен шпинделем, который перемещается по осям X, Y и Z.
  • Работает на высоких скоростях
  • Использует скорость вращения для резки
  • Облегчает трехмерную резку

Посмотрите наш выбор фрезерных станков с ЧПУ на ShopSabre!

Станок с ЧПУ

По большей части фрезерный станок с ЧПУ может выполнять практически те же функции, что и фрезерный станок с ЧПУ, но есть несколько ключевых отличий.В то время как фрезы в основном используются для более мягких материалов, фрезы обычно используются для резки металлов и более твердых материалов. В нем используются вращающиеся режущие инструменты, аналогичные инструментам фрезерного станка, но рабочие скорости намного ниже у фрез.

Вместо использования стационарного стола многие фрезерные станки с ЧПУ перемещаются по оси X-Y, при этом шпиндель перемещается по линейной оси над заготовкой. Это обеспечивает увеличенный зазор по оси Z и позволяет фрезам выполнять более толстые пропилы, поскольку фрезы делают рез с использованием крутящего момента, а не скорости вращения.

Особенности фрезерного станка с ЧПУ:

  • Используется для резки металлов и более твердых материалов
  • Более низкие рабочие скорости, чем у фрезерных станков с ЧПУ
  • Перемещение по оси X-Y
  • Шпиндель перемещается по линейной оси над заготовкой для увеличения зазора по оси Z
  • Может выполнять резку большей толщины
  • Выполняет резку с большим крутящим моментом

Улучшите свои продукты с ShopSabre

Между фрезерными станками с ЧПУ и фрезерными станками с ЧПУ существует ряд ключевых различий, которые помогут определить, что лучше всего подходит для вашего цеха.Наша команда в ShopSabre всегда рядом, чтобы помочь вам принять решение о покупке подходящего оборудования.

ShopSabre предлагает лучшие в отрасли фрезерные станки с ЧПУ по оптимальной цене. Наши продукты производятся в США с использованием передовых технологий, чтобы обеспечить постоянное преимущество в вашем магазине. Получите расценки сегодня, чтобы начать работу с максимальной отдачей.

2018 Цена бывшего в употреблении станка с ЧПУ: Средняя цена станка с ЧПУ

Таким образом, когда вы находитесь на рынке бывшего в употреблении ЧПУ, вам действительно стоит провести исследование.Хороший подержанный станок с ЧПУ при правильном выборе и обслуживании может приносить вам много-много денег.

2018 Цена бывшего в употреблении станка с ЧПУ: Средняя цена станка с ЧПУ

Автор | Станки с ЧПУ

Мы создали таблицу цен на подержанные станки с ЧПУ 2018 года, чтобы определить низкие, высокие, средние и бренды на основе типа ЧПУ. Мы увидели, сколько производителей и машинистов ищут цены, и решили собрать данные на основе наших запасов и продаж за прошлый год.

Это начало в правильном направлении для производителей, поскольку дает им представление о том, сколько денег им нужно для финансирования своих проектов в 2019 году.

Сколько стоит станок с ЧПУ?

Цена станка с ЧПУ по типу ЧПУ

(округленные данные с CNCMachines.net по состоянию на 12/2018)

ЧПУ Тип Описание Низкий Высокая Среднее Годы модели Ведущие бренды на рынке подержанных товаров
Токарный станок с ЧПУ Токарный станок 10 000 долл. США $ 430 000 80 000 долл. США 1982-2017 Haas, Mazak (большинство) и многие другие
Фрезерный станок с ЧПУ Мельница 6000 долларов США 300 000 долл. США 60 000 долл. США 1986-2016 Haas, Fadal, Mazak
ЧПУ VMC Вертикальный обрабатывающий центр 6000 долларов США $ 275 000 50 000 долл. США 1986-2015 Haas, Fadal and Hurco
ЧПУ HMC Горизонтальный обрабатывающий центр 15 000 долл. США $ 350 000 89 000 долл. США 1993-2011 Mazak, Haas, Okuma
ЧПУ HBM Горизонтально-расточная фреза 50 000 долл. США 300 000 долл. США 125 000 долл. США 1998-2011 Toshiba, Николас, Лукас
ЧПУ VTL Вертикальный токарно-револьверный станок 25 000 долл. США 385 000 долл. США $ 166 000 1980-2012 гг. Doosan, Giddings, Motch

Каждый тип ЧПУ производится десятками, если не сотнями производителей станков.Производители станков имеют на рынке специальности и репутацию благодаря своему качеству, сервису и надежности. Некоторые производители, такие как Mazak и Haas, ежегодно производят столько машин, что их легко найти подержанными. ( Узнайте больше о Haas и Mazak.)

Цена станка с ЧПУ

по марке ЧПУ

(округленные данные с CNCMachines.net по состоянию на 12/2018)

Марка ЧПУ

Низкий Высокая Среднее

Модельные годы

Хаас

5000 долларов США 250 000 долл. США $ 32 653 1994-2014
Mazak 3000 долларов США 250 000 долл. США $ 36 980

1987-2006

Hurco

$ 3 500 64 000 долл. США $ 22 417

1985 - 2012

Мори Сэйки

$ 3 333 190 000 долл. США 33 184 долл. США

1987-2007

Фадаль 2 500 долл. США 33 000 долл. США $ 12 341

1993 - 2008

Сравнение цен на токарный станок с ЧПУ

Когда вы слышите о токарных станках с ЧПУ, токарных центрах с ЧПУ или токарных станках с ЧПУ, вы можете знать, что это оборудование выполняет обработку с заготовкой, удерживаемой в патроне на вращающемся шпинделе.Обычно в качестве сырья используется пруток круглого сечения, но могут быть и другие формы. Каждый станок с ЧПУ, который обрабатывает детали, будет иметь зажимной патрон максимального наружного диаметра. Это штанга самого большого размера, которую может удерживать тренажер. Конечно, ваша деталь должна иметь максимальный внешний диаметр готовой продукции меньше указанного. Если вы планируете изготавливать тысячи деталей за раз, вас будут интересовать устройства подачи прутков и максимальный размер собранного материала, с которым может справиться машина. Это самый большой размер, при котором пруток материала может подаваться в станок, чтобы он мог непрерывно изготавливать детали, вместо того, чтобы кто-то подавал в станок одну заготовку за раз.Доступны токарные станки с различным количеством осей от простых 2-осевых до такого количества плоскостей движения как для заготовки, так и для инструментов, что практически любая желаемая форма возможна в одной установке. Чем сложнее токарный станок, тем дороже он обычно стоит.

Сравнение цен на фрезы с ЧПУ

Если деталь будет изготавливаться из блока материала, который лучше всего вписывается в квадратную или прямоугольную форму, то она, вероятно, подойдет для фрезерного станка с ЧПУ.Фрезерные станки с ЧПУ для фрезерования материала бывают двух основных конфигураций: вертикальной и горизонтальной. Вертикальные фрезерные станки имеют фрезерные инструменты, которые находятся в конфигурации вверх и вниз. Фрезерный инструмент опускается и встречает материал, лежащий на столе. Для менее дорогих фрезерных станков стол неподвижен, а для более сложных деталей этот стол может перемещаться. Горизонтальные обрабатывающие центры имеют фрезерные инструменты, которые ориентированы горизонтально, при этом обрабатываемая деталь опирается на вертикальную поверхность. Цена увеличивается в зависимости от сложности возможных перемещений.

Вертикальный обрабатывающий центр Цена

Вертикальные обрабатывающие центры (VMC) более распространены, чем горизонтальные обрабатывающие центры (HMC), отчасти из-за их более низкой стоимости и простоты использования. С VMC вы можете видеть больше того, что делаете, чем с горизонтальным фрезерным станком. Они, как правило, менее сложны в программировании и предлагают большую гибкость, поэтому они лучше, если у вас есть нестандартные элементы или разовые потребности. Вертикальные обрабатывающие центры также требуют меньше площади, чем горизонтальные обрабатывающие центры.Вертикальные фрезерные станки имеют широкий диапазон размеров изготавливаемых деталей, но обычно они используются для небольших деталей. Из-за постоянно растущей сложности и добавления функций как к вертикальным, так и горизонтальным станкам оба типа могут называться «обрабатывающие центры». Большинство фрезерных станков с ЧПУ имеют возможность перемещать шпиндель по оси Z, что позволяет свободно гравировать и изготавливать гораздо более сложные детали. Когда добавляется пятая ось, что делает станок «5-осевым», ось B управляет наклоном инструмента для создания чрезвычайно сложной геометрии.Выбор большинства фрезерных станков с ЧПУ начинается с тех деталей, которые вы планируете обрабатывать.

Горизонтальные обрабатывающие центры Цена

Несмотря на то, что из приведенного выше списка может показаться VMC, все не так просто. Один горизонтальный фрезерный станок может быть таким же производительным, как и три вертикальных фрезерных станка. Использование шпинделя на HMC может достигать 85% по сравнению с типичными 25% для VMC. Горизонтальный обрабатывающий центр использует более эффективные методы удаления стружки по сравнению с вертикальными фрезами, что означает меньшую необходимость повторной резки и более длительный срок службы инструмента.Обработка поверхности на горизонтальных фрезерных станках также часто бывает лучше. Эти машины очень прочные и выдерживают вибрации, поэтому на работе тише, а срок службы машины увеличивается. Многие владельцы считают, что дополнительные первоначальные вложения в HMC окупаются, поскольку запчасти из машины обходятся дешевле. В зависимости от проекта может иметь смысл купить недорогую бывшую в употреблении HMC и использовать ее исключительно для производства. Существует программное обеспечение, которое поможет вам запрограммировать и запустить его на полную мощность.

Таким образом, когда вы находитесь на рынке бывшего в употреблении ЧПУ, вам действительно стоит провести исследование. Хороший подержанный станок с ЧПУ при правильном выборе и обслуживании может приносить вам много-много денег.

Содержание и мнения в этой статье принадлежат автору и не обязательно отражают точку зрения ManufacturingTomorrow

Комментарии (0)

К этому сообщению нет комментариев.Будьте первым, кто оставит комментарий ниже.


Опубликовать комментарий

Вы должны войти в систему, прежде чем сможете оставлять комментарии. Авторизуйтесь сейчас.

Рекомендуемый продукт

8 методов ускорения производства

Горячие и грязные процессы могут стать серьезной проблемой для производственных компаний.Затраты, связанные с простоями и более длительным циклом, являются ненужным бременем. Возможно, вам нужно охладить, очистить, распылить, продуть, выбросить детали, сохранить работоспособность производственной линии или решить множество других проблем. EXAIR предлагает продукты Intelligent Compressed Air для решения этих и других проблем. Здесь мы собрали восемь методов для ускорения охлаждения и очистки деталей в процессе. К ним относятся вихревые трубки, холодные пистолеты, распылительные форсунки, охладители шкафа, супер воздушные ножи, супер воздушные форсунки и многое другое! https: // exair.co / 184_tt

Проектирование и изготовление высокоскоростного шпинделя

Введение

Высокоскоростной шпиндель, который будет использоваться в металлорежущем станке, должен быть спроектирован так, чтобы обеспечивать требуемые рабочие характеристики. Основные характеристики производительности включают:

  • Требуемая мощность шпинделя, пиковая и продолжительная
  • Максимальная нагрузка на шпиндель, осевая и радиальная
  • Максимальный шпиндель
  • Допустимая скорость
  • Тип инструмента, размер и грузоподъемность для ATC
  • Конструкция с ременным приводом или со встроенным мотор-шпинделем


Хотя эти критерии могут показаться очевидными для разработчика шпинделя, они представляют широкий спектр потребностей, которые довольно сложно удовлетворить и оптимизировать в одной конструкции.Как мы обнаружим, многие критерии противоречат друг другу, и в конечном итоге необходимо выбрать компромисс, чтобы обеспечить лучший дизайн.

Станок также представит конструктивные ограничения для шпинделя. Объем доступного пространства в головке, соображения стоимости, сложность и требования рынка повлияют на окончательную конструкцию шпинделя. Стоимость будет иметь большое влияние на окончательную конструкцию шпинделя. Очень сложная и функциональная конструкция шпинделя неприемлема для недорогого станка.Следовательно, усовершенствованная конструкция станка может оправдать более высокую стоимость более производительного и сложного шпинделя. Фактически, для быстрого и точного станка потребуется надежная высокоскоростная шпиндельная система.

В этой статье дается краткий обзор основных компонентов, необходимых для создания конструкции высокоскоростного фрезерного шпинделя. Основное внимание будет уделяться коммерчески доступным компонентам, которые доступны по разумной цене и наиболее часто используются сегодня на существующих станках. Также будут упомянуты будущие тенденции.

Помимо конструкции высокоскоростной системы шпинделя, будут также обсуждаться вопросы технического обслуживания и надежности.

Конструкция шпинделя с высоким посевом: перечень основных компонентов

Основные компоненты, необходимые для конструкции высокоскоростного фрезерного шпинделя, включают:

  • Тип шпинделя; Ременный привод или встроенный мотор-шпиндель
  • Подшипники шпинделя; Тип, количество, способ монтажа и смазки
  • Мотор шпинделя, ременной, мотор-шпиндель, мощность, размер
  • Вал шпинделя; Включая удерживающую тягу и используемую инструментальную систему
  • Корпус шпинделя; Размер, способ монтажа, грузоподъемность


Каждый из этих компонентов будет обсуждаться с акцентом на критерии выбора и эффективность для данной спецификации станка.Предположим, что это современный обрабатывающий центр с ЧПУ с возможностью автоматической смены инструмента (ATC).

Тип шпинделя: с ременным приводом или со встроенным мотор-шпинделем

Первое решение, которое необходимо принять, - потребуется ли шпиндель с ременным приводом или конструкция со встроенным мотор-шпинделем. Это должно быть определено путем оценки требований к станку, включая требуемую максимальную скорость, мощность и жесткость, а также стоимость. является важным фактором, поскольку шпиндель с ременным приводом обычно является более дешевым решением, чем встроенный мотор-шпиндель.

Конструкция шпинделя с ременным приводом (щелкните здесь, чтобы увидеть рисунок)

Высокоскоростной шпиндель с ременным приводом очень похож по конструкции на конструкцию обычного скоростного шпинделя с некоторыми заметными отличиями. Типичный узел шпинделя с ременным приводом состоит из вала шпинделя, удерживаемого системой подшипников и поддерживаемого корпусом шпинделя. Вал шпинделя включает в себя систему инструментов, включая конус инструмента, механизм дышла и систему разблокировки инструмента. Механизм, обеспечивающий усилие для разжима инструмента, чаще всего устанавливается снаружи

Мощность и вращение передаются на этот шпиндель от внешнего двигателя.Двигатель установлен рядом со шпинделем, и крутящий момент передается на вал шпинделя с помощью зубчатого или клинового ремня. Таким образом, мощность, крутящий момент и скорость шпинделя будут зависеть от характеристик приводного двигателя и передаточного числа ремня, используемого между двигателем и шпинделем.

Основные преимущества конструкции шпинделя с ременным приводом заключаются в следующем:

Разумная стоимость: поскольку сам шпиндель состоит из нескольких основных частей, стоимость относительно невысока по сравнению с альтернативными решениями.
Широкий спектр характеристик шпинделя: поскольку мощность, крутящий момент и скорость шпинделя в значительной степени зависят от приводного двигателя, окончательные спецификации могут быть изменены для конкретного применения с использованием другого двигателя или передаточного числа ремня. В некоторых случаях шестерни также используются для обеспечения нескольких диапазонов скоростей в дополнение к фиксированному передаточному числу ремня.
Возможна высокая мощность и крутящий момент: двигатель шпинделя монтируется снаружи от фактического вала шпинделя, поэтому часто можно использовать очень большой двигатель.Большой двигатель, особенно двигатель большого диаметра, может обеспечить очень высокий крутящий момент и большую мощность для шпинделя. Это намного сложнее в конструкции со встроенным мотор-шпинделем, поскольку доступное пространство всегда ограничено.
Однако есть также некоторые ограничения конструкции шпинделя с ременным приводом, особенно когда требуется высокоскоростной шпиндель:

Максимальная скорость ограничена: шпиндель с ременным приводом будет ограничен по максимальной скорости вращения из-за нескольких факторов. Механическое соединение, которое передает крутящий момент на вал шпинделя, ремень и систему шкивов, ограничено по максимальной рабочей скорости.Если используется система поликлиновых ремней, высокие скорости вращения шкивов имеют тенденцию к растяжению и разъединению ремней, уменьшая их контакт и способность передавать крутящий момент. Зубчатые ремни устраняют проблему проскальзывания, однако на более высоких скоростях эти ремни создают недопустимые уровни вибрации. Шестерни имеют очень ограниченную максимальную скорость, а также будут производить высокие уровни вибрации и тепла при работе на очень высоких скоростях. В ремнях
используется несущая способность: для передачи необходимого крутящего момента в шпинделях с ременным приводом используется соединение ремня и шкива на конце вала шпинделя.Необходимое натяжение этих ремней будет оказывать постоянное радиальное усилие на комплект подшипников вала заднего шпинделя. По мере увеличения мощности и скорости шпинделя прилагаемое натяжение и связанная с этим сила будут увеличиваться, используя большую часть доступной радиальной грузоподъемности подшипников. А замена подшипников большего размера или добавление дополнительных комплектов подшипников будет невозможной, поскольку эти методы только еще больше снизят способность шпинделя достигать высоких скоростей вращения.

Сводка

Таким образом, очевидно, что высокоскоростной шпиндель с ременным приводом будет ограничен определенными приложениями.Обычно шпиндели с ременным приводом используются при максимальной скорости вращения 12 000–15 000 об / мин. Для этого необходимо использовать другие средства для обеспечения более высоких скоростей, включая различные типы подшипников, настройки или смазку подшипников. Они будут дополнительно обсуждаться в следующих разделах этого отчета, поскольку они аналогичны методам, используемым в мотор-шпинделях. Мощность для этого типа шпинделя может достигать 30 л.с., однако иногда трудно обеспечить высокий крутящий момент на максимальной скорости. Это будет во многом зависеть от характеристик приводного двигателя.

Конструкция со встроенным двигателем и шпинделем (щелкните здесь, чтобы увидеть рисунок)

Встроенный мотор-шпиндель не полагается на внешний двигатель для обеспечения крутящего момента и мощности. Двигатель является неотъемлемой частью вала шпинделя и корпуса. Это позволяет шпинделю вращаться с более высокими скоростями как единое целое без дополнительных ограничений ремней или шестерен.

Как правило, полный мотор-шпиндель состоит из вала шпинделя, включая элемент двигателя и инструментальную систему.Вал шпинделя удерживается на месте набором высокоточных подшипников. Подшипники требуют смазки, например консистентной смазкой или маслом. Затем вал шпинделя будет вращаться до максимальной скорости и демонстрировать силовые характеристики используемого типа двигателя. Выбор конкретного компонента, конечно, будет зависеть от требований станка. Кроме того, необходимо идти на компромиссы, чтобы обеспечить наилучшее сочетание скорости, мощности, жесткости и грузоподъемности. В следующих разделах будет более подробно описана конструкция и критерии выбора, используемые для основных компонентов высокоскоростного мотор-шпинделя.

Подшипники шпинделя: тип, количество, установка и способ смазки

Одним из наиболее важных компонентов любой конструкции высокоскоростного шпинделя является система подшипников. Наши требования к конструкции гласят, что шпиндель должен обеспечивать высокую скорость вращения, передавать крутящий момент и мощность на режущий инструмент, а также выдерживать разумную нагрузку и срок службы. Тип используемого подшипника должен соответствовать этим требованиям, иначе шпиндель не будет работать.
Высокоточные подшипники сегодня доступны от множества производителей по всему миру.Типы подшипников, доступных для высокоскоростных шпинделей, включают роликовые, конические роликовые и радиально-упорные шарикоподшипники. Критерии выбора того, какой тип использовать, будут зависеть от технических характеристик шпинделя, поскольку каждый из них будет иметь влияние или влияние на выбор подшипника, как поясняется в следующей таблице.

Требование
Высокая скорость
Высокая жесткость
Осевая нагрузка
Радиальная нагрузка
Высокая точность
Лучший тип подшипника
Малый угловой контакт
Большой ролик
Большой угол контакта
Малый угол контакта
ABEC 9, высокий предварительный натяг
Расчетный удар
Малый вал, низкая мощность
Низкая скорость, большой вал
Низкая скорость
Высокая скорость
Дорого, низкая скорость

Как видите, есть много факторов, которые определяют окончательное решение.Шпиндель, который должен иметь самую высокую скорость, не будет иметь максимально возможной жесткости, а шпиндель с самой высокой жесткостью не может работать на высоких скоростях без ущерба для срока службы подшипника. Итак, дизайнеры должны идти на компромиссы, чтобы прийти к окончательному дизайну, предлагающему компромисс.

Радиально-упорные шарикоподшипники и конические роликоподшипники

Радиально-упорные подшипники сегодня чаще всего используются в конструкциях с очень высокоскоростными шпинделями. Это связано с тем, что радиально-упорные шарикоподшипники обеспечивают точность, грузоподъемность и скорость, необходимые для металлических режущих шпинделей.В некоторых. В корпусах используются конические роликоподшипники из-за их более высокой грузоподъемности и большей жесткости по сравнению с шариковыми подшипниками. Однако конические роликоподшипники не допускают высоких скоростей, необходимых для многих шпинделей.
В радиально-упорных шарикоподшипниках используется ряд прецизионных шариков, вставленных в прецизионную стальную дорожку. Они спроектированы для обеспечения способности выдерживать как осевую, так и радиальную нагрузку при надлежащей предварительной нагрузке.

Важным понятием, которое следует учитывать, является максимальная скорость подшипника и, в конечном итоге, шпиндель.Теоретически это определяется с учетом типа подшипника, метода смазки, предварительной нагрузки, нагрузки и т. Д. На практике используется контрольная точка, называемая числом dN. Число dN получается путем умножения диаметра отверстия подшипника на скорость в об / мин. Для высокоскоростного шпинделя с шарикоподшипниками возможно число dN до 1 500 000.

Радиально-упорные шарикоподшипники производятся в соответствии со спецификацией, которая включает угол контакта. Угол контакта - это номинальный угол между линией контакта шарика с дорожкой качения и плоскостью, проходящей через центры шариков, перпендикулярной оси подшипника.(См. Рис. 3) Угол контакта определяет соотношение возможной осевой и радиальной нагрузки, при этом радиальная нагрузка является основным преимуществом. Обычно доступны углы контакта 12º, 15º и 25º. Чем меньше угол контакта, тем больше допустимая радиальная нагрузка, чем больше угол контакта, тем выше будет допустимая осевая нагрузка. Следовательно, может быть желательно использовать подшипник с углом контакта 25 ° для шпинделя, который будет использоваться в основном для сверления, и с углом контакта 15 ° для шпинделя, который в основном будет использоваться для фрезерования.

Контактный угол (нажмите здесь, чтобы посмотреть рисунок)

Все прецизионные подшипники производятся в соответствии со стандартом допусков. Наиболее часто используемым стандартом в США является стандарт ABEC (Американский комитет инженеров подшипников). Эта стандартизация была принята Американским национальным институтом стандартов (ANSI) и по существу соответствует эквивалентным стандартам Международной организации по стандартизации (ISO). Стандарты ABEC определяют допуски для основных размеров и характеристик подшипников.Они подразделяются на установочные размеры (диаметр отверстия, внутренний диаметр и ширина) и геометрию подшипника. Значения точности варьируются от низкого уровня ABEC 1 для подшипников общего назначения до высокого уровня ABEC 9, который описывает высокоточный подшипник, подходящий для использования в высокоскоростном шпинделе. Обычно подшипники шпинделя изготавливаются с геометрической точностью ABEC 9, чтобы обеспечить минимальное биение и точность вращения. Диаметр отверстия, внешний диаметр и ширина производятся в соответствии с ABEC 7, что обеспечивает более рациональную установку и установку.

Радиально-упорные шарикоподшипники

доступны с возможностью выбора величины предварительной нагрузки, обычно обозначаемой как легкая, средняя и тяжелая. Легкие предварительно нагруженные подшипники разработаны для обеспечения максимальной скорости и меньшей жесткости. Тяжелая предварительная нагрузка позволяет снизить скорость, но повысить жесткость. Легкие предварительно нагруженные подшипники часто используются для очень высоких скоростей, где нагрузки резания также невелики и требуется максимальная частота вращения.

Для обеспечения требуемой грузоподъемности шпинделя металлорежущего станка вместе используются несколько радиально-упорных шарикоподшипников.Таким образом, подшипники могут распределять видимые нагрузки и увеличивать общую жесткость шпинделя. Подшипники можно штабелировать несколькими способами в зависимости от желаемых характеристик. Радиально-упорные шарикоподшипники должны быть предварительно нагружены для обеспечения осевых и радиальных характеристик. Один из простых способов сделать это - установить подшипники группами по два или три так, чтобы предварительная нагрузка правильно прикладывалась к подшипникам. Это возможно за счет использования сдвоенных подшипников, которые изготавливаются для этой цели.Внутренние или внешние кольца подшипников отшлифованы таким образом, чтобы при соединении подшипников вместе они имели надлежащую предварительную нагрузку

.

Монтаж подшипника с конфигурацией лицом к лицу / DF X (щелкните здесь, чтобы увидеть рисунок)

Если подшипники устанавливаются лицом к лицу, это называется конфигурацией «лицом к лицу» или «X». В этой конфигурации внешние кольца сброшены. Когда внешние кольца зажаты вместе, зазор снятия нагрузки устраняется, что приводит к правильной предварительной нагрузке. Этот метод монтажа не очень распространен, однако он обеспечивает надлежащую предварительную нагрузку, таким образом, что пара подшипников способна выдерживать как осевую, так и радиальную нагрузку.

Монтаж подшипника с конфигурацией «спина к спине / DB / O» (щелкните здесь, чтобы увидеть рисунок)

Чаще всего используется метод монтажа вплотную, "O" или "DB". В этой конфигурации внутренние дорожки уменьшены. Когда внутренние кольца зажаты вместе, устраняется зазор разгрузки, что приводит к правильной предварительной нагрузке. Эта конфигурация подходит для большинства применений и обеспечивает хорошую точность и жесткость.

Тандемная конфигурация / установка подшипника DT (щелкните здесь, чтобы увидеть рисунок)

Обычно при сборке шпинделя используется комбинация методов монтажа.Во многих случаях два или три подшипника размещаются рядом с передней частью шпинделя, а пара устанавливается рядом с задней частью вала шпинделя. Такое крепление известно как «Тандем» или «DT». Тандемный монтаж не допускает сил в обоих направлениях, если на валу шпинделя не используется другая пара подшипников, обращенных в противоположном направлении. Чтобы увеличить допустимую моментную нагрузку и производительность шпинделя, используются проставки для разделения комплектов подшипников.

Это обычно имеет место в большинстве конструкций мотор-шпиндель.Разработчик шпинделя будет использовать два или три подшипника спереди в тандемной установке. В задней части вала шпинделя также будет использоваться тандемная пара подшипников такого же размера или меньше. Вместе комплекты подшипников образуют общую установку «DB» или «спина к спине». Вал шпинделя и корпус шпинделя устанавливают подшипники.

Мотор-шпиндель с парами подшипников Tamdem и предварительным натягом пружины (щелкните здесь, чтобы увидеть рисунок)

Мотор-шпиндели испытывают повышение температуры из-за нагрева подшипников и потерь двигателя.Это тепло приводит к термическому разрастанию вала шпинделя. Как показано, тандемная пара подшипников, используемых как в передней, так и в задней части шпинделя, первоначально будет иметь приложенную предварительную нагрузку в зависимости от расположения подшипников относительно корпуса шпинделя. При нагревании вал шпинделя вырастает в длину. Это изменение размера будет восприниматься подшипниками как увеличение предварительной нагрузки, поскольку внутреннее кольцо вдавливается в подшипник. Это крайне нежелательно и может привести к быстрому выходу подшипников из строя.

Чтобы компенсировать это изменение, часто необходимо установить подшипники заднего шпинделя в плавающий корпус с пружинами. Плавающий корпус устанавливается в прецизионное отверстие или шариковую клетку, которая может свободно перемещаться только в осевом направлении. Пружины используются для обеспечения постоянного усилия предварительной нагрузки на вал шпинделя в осевом направлении. По мере увеличения шпинделя из-за теплового расширения задние подшипники также могут двигаться. Таким образом, предварительная нагрузка подшипников не изменяется и поддерживается силой, прилагаемой пружинами.Этот метод используется для высокоскоростных фрезерных шпинделей и шлифовальных шпинделей и действительно увеличивает стоимость и сложность шпиндельной системы.

Конструкция подшипника: гибридная керамика (щелкните здесь, чтобы увидеть рисунок)
Недавним достижением в технологии подшипников является использование керамического материала (нитрида кремния) для производства прецизионных шариков. Керамические шарики при использовании в радиально-упорных шарикоподшипниках имеют явные преимущества по сравнению с обычными стальными шариками подшипников:

Керамические шарики имеют на 60% меньшую массу, чем стальные: это важно, потому что во время работы шарикоподшипника, особенно при высоких скоростях вращения, центробежные силы толкают шарики к внешнему кольцу и даже начинают деформировать форму шарика. .Эта деформация приводит к быстрому износу и износу подшипников. Керамические шары с меньшей массой не будут подвергаться такому воздействию с той же скоростью. Фактически, использование керамических шариков позволяет увеличить скорость до 30% для данного размера шарикоподшипника без ущерба для срока службы подшипника.

Керамические шарики

не взаимодействуют со стальными дорожками качения. Одним из наиболее заметных механизмов выхода из строя подшипников является поверхностный износ, возникающий в результате микроскопической «холодной сварки» материала шарика с дорожкой качения. Холодные сварные швы фактически ломаются при вращении подшипника, создавая шероховатость поверхности, которая приводит к тепловыделению и выходу подшипника из строя.Керамический материал резко снижает этот механизм, что приводит к увеличению срока службы подшипников.

Керамические шарикоподшипники

работают при более низких температурах: из-за почти идеальной круглой формы керамических шариков гибридные керамические подшипники работают при гораздо более низких температурах, чем стальные шарикоподшипники. Это увеличивает срок службы смазки подшипников. Керамические подшипники работают с гораздо более низким уровнем вибрации: испытания показали, что шпиндель, в котором используются гибридные керамические подшипники, демонстрирует более высокую жесткость и более высокие собственные частоты, что делает их менее чувствительными к вибрации.

Способы смазки подшипников

Радиально-упорные шарикоподшипники требуют определенной смазки для правильной работы. Функция смазки заключается в создании микроскопической пленки между телами качения для предотвращения истирания и скольжения. Кроме того, смазка защищает поверхности от коррозии и защищает поверхность от загрязнения частицами.
Самый распространенный тип смазки - консистентная смазка. Смазка обеспечивает самый простой способ смазки. Смазка впрыскивается в пространство между шариками и дорожками и остается постоянной.Поэтому он требует минимального обслуживания и почти не требует затрат. Однако консистентная смазка имеет ограничения. Шпиндели, набитые консистентной смазкой, обычно не работают при значениях dN, равных 850 000, для непрерывной работы. По мере увеличения скорости рабочие температуры повышаются, и смазка начинает разрушаться. Большинство смазок рассчитано на работу при температурах ниже 300 ° F. Тип смазки, которая может выдерживать высокие скорости, обычно имеет эфирную масляную основу и загуститель на основе бариевого комплекса. Примером этого может быть Kluber Isoflex NBU-15.Что касается количества смазки, больше - не лучше. Чрезмерное количество смазки может вызвать нагревание из-за взбивания, что приведет к ухудшению качества смазки. Приблизительно от 20% до 30% открытого пространства между гонками должно быть заполнено. После заливки смазки требуется тщательная обкатка, чтобы смазка полностью распределилась внутри подшипника.

Как правило, высокоскоростные шпиндели, в которых используется консистентная смазка, не позволяют заменять консистентную смазку между заменами подшипников. Во время замены подшипника в подшипник осторожно вводят чистую смазку.Положительное избыточное давление воздуха обычно используется для предотвращения попадания загрязнений в подшипник, что может привести к быстрому выходу подшипника из строя.

Таблица 31. Типичные консистентные смазочные материалы

Код Бардона Обозначение Базовое масло Загуститель Рабочая температура. Диапазон ° F Максимум dN Комментарии
Г-2 Маяк Exxon 325 дистер Литий от -65 до 250 400 000 Хорошая защита от коррозии, низкий крутящий момент.
Г-4 NYE Rheolube 757SSG Нефть Натрий -40 до 200 650 000 Антиокислительные присадки, смазка для шпинделей станков. Не водостойкий.
Г-6 Эксон Андок С Нефть Натрий от -20 до 250 650 000 Подходит для работы на высоких скоростях и с низким уровнем миграции смазки. Не водостойкий.
Г-12 Шеврон НИИ-2 Нефть полимочевина от -20 до 300 400 000 Общего назначения, умеренная скорость, водонепроницаемость.
Г-18 NYE Rhoetemp 500 Сложный эфир и нефть Натрий от -50 до 350 500 000 Для высоких температур, высокой скорости. Не водостойкий.
Г-32 Supermill A72832 дистер Литий от -100 до 250 400 000 MIL-G-23827, EP, антикоррозионные добавки.
Г-33 Mobil 28 Углеводород синтетический Глина -80 до 350 400 000 MIL-G-81322, DOD-G-24508, широкий диапазон температур.
Г-35 DuPont Krytox 240 AB Перфтор-
алкилполиэфир
Тетрафтор-
этилен-
теломер
от -40 до 450 400 000 Превосходная термоокислительная стабильность, не ползучесть, водостойкий и химически инертный.
Г-42 NYE Rheolube 350-SBG-2 Нефть Натрий / Кальций -30 до 250+ 650 000 Смазка для подшипников шпинделя для нормальных температур и максимального срока службы при высоких скоростях.
Г-44 Брайкот 601 Перфторированный полиэфир Тетрафторэтилен-
ломер
от -100 до 500+ 400 000 Превосходная термоокислительная стабильность, не ползучесть, водостойкий и химически инертный.
Г-46 Клубер Изофлекс НБУ-15 Сложный эфир Комплекс бария от -40 до 250+ 850 000 Смазка для подшипников шпинделя для максимальных скоростей и умеренных нагрузок.
Г-47 Клубер Асоник GLY32 Сложный эфир / синтетический углеводород Литий -60 до 300 600 000 Смазка для бесшумной работы подшипников шпинделя для умеренных скоростей и нагрузок.
Г-50 Клубер Isoflex Super LDS 18 Сложный эфир / минерал Литий от -60 до 250 850 000 Смазка для подшипников шпинделя для максимальной скорости и умеренных нагрузок.
Г-51 Mobilith SHC 15 Углеводород синтетический Литий от -60 до 450 500 000 Общего назначения, умеренная скорость, водонепроницаемость.
Типы смазок, используемых в подшипниках высокоскоростного шпинделя (любезно предоставлено Barden Co.)

Методы смазки маслом (щелкните здесь, чтобы увидеть рисунок)

Во многих случаях, особенно когда требуется высокая частота вращения, смазки подшипников консистентной смазкой недостаточно. Затем масло используется в качестве смазки и доставляется различными способами. Как упоминалось ранее, консистентная смазка может поддерживать скорость подшипника до значения 850 000 dN. Смазка маслом может поддерживать скорость до 1 500 000 dN.

Один из распространенных методов смазки - масляный туман. Используется резервуар для хранения масла, в котором сжатый воздух смешивается с маслом. При этом образуются капли масла, которые переносятся воздушным потоком в зону подшипника. Основными преимуществами масляного тумана являются хорошая подача смазки, простота и помимо смазки подшипника масляный туман также очищает и охлаждает подшипники. Эта система лучше всего подходит для шпинделей с высокими скоростями и относительно небольшими нагрузками. Масляный туман довольно сложно измерить и контролировать, поэтому, если количество масла, подаваемого в подшипники, должно быть достаточно точным, масляный туман может быть не лучшей системой для использования.

Другой распространенный метод смазки маслом - струйная смазка. В масляной форсунке используется насос высокого давления, который подает масло непосредственно в кольцо подшипника. Эта система подходит для шпинделей, которые должны выдерживать высокие нагрузки, высокие скорости и высокие температуры. Необходимо следить за тем, чтобы масло могло быстро пройти через подшипник, в противном случае масло будет вспениваться. Эта система требует сложного насоса, резервуара для хранения и системы контроля температуры, однако иногда необходимо поддерживать шпиндели с очень высокой производительностью.Другая система - импульсное масло-воздух - нагнетает масло в очень небольших количествах со сжатым воздухом в полость подшипника. Частота впрыска может быть связана с работой шпинделя или просто по времени.

Сегодня на рынке доступно множество масел, эффективных для использования в высокоскоростных подшипниках. Следующая таблица, любезно предоставленная Barden, Co., иллюстрирует некоторые из доступных типов и технических характеристик.

Таблица 30: Типовые смазочные материалы S

Штриховой код Обозначение Базовое масло Рабочая температура.Диапазон ° F Максимум dN Комментарии
0-9 Масло для инструментов Exxon Нефть от -65 до 150 1 500 000 * Антиокислительная, антикоррозийная E.P. добавки.
0-11 Winsorlube L-245X дистер -65 до 175 1 500 000 * Агрессивно в отношении краски, неопрена, антикоррозионных присадок.MIL-L-6085.
0–14 Масло Exxon Turbo Oil # 2389 дистер -65 до 350 1 500 000 * Антиокислительные присадки, MIL-L-7808.
0-17 Нёсил М-20 Силикон -100 до 350 200 000 Низкое поверхностное натяжение, имеет тенденцию к миграции, MIL-S-81087, тип 1.
0-28 Mobil SHC224 Углеводород синтетический -65 до 350 1 500 000 * Хорошая термостойкость, низкая летучесть.
0-49 Масло Exxon Turbo Oil # 2380 дистер -65 до 350 1 500 000 * Противоокислительные присадки, MIL-L-23699
0-50 NYE Synthetic 181B Углеводород синтетический от -40 до 300 1 500 000 * Хорошая термостойкость, низкая летучесть.
0-59 Брей Микроник 815Z Перфторированный полиэфир от -100 до 500 400 000 Низкое поверхностное натяжение, но не мигрирует.
0-62 DuPont Krytox 1506 Фторуглероды от -60 до 550 400 000 Низкое поверхностное натяжение, но не мигрирует.
Смазочные масла для подшипников высокоскоростного шпинделя (любезно предоставлено Barden Co.)

Сводка

Смазка подшипников - важнейший компонент всей высокоскоростной шпиндельной системы. В зависимости от размера, типа и скорости подшипника смазка подшипника может осуществляться с помощью постоянной консистентной смазки или масляной системы какого-либо типа.Техническое обслуживание системы смазки имеет жизненно важное значение, и его необходимо тщательно контролировать, чтобы обеспечить поддержание надлежащего состояния подшипников. Масляный туман, масляная струя и импульсные масляно-воздушные системы требуют подачи чистого, сухого и непрерывного воздуха. Кроме того, очень важно использовать смазочное масло правильного типа, количества и чистоты.
Расчет срока службы подшипников (щелкните здесь, чтобы увидеть график)
У всех подшипников будет полезный срок службы, определяемый как время работы до тех пор, пока не будут потеряны технические характеристики подшипника или не произойдет полный отказ подшипника.Наиболее частой причиной выхода из строя подшипников является усталость, из-за которой дорожки качения становятся грубыми, что приводит к нагреву и, в конечном итоге, к механическому повреждению. На срок службы подшипников в целом влияют следующие параметры:

Нагрузки на подшипник, осевые и радиальные
Уровни вибрации
Качество и количество смазки
Максимальная скорость
Средняя температура подшипника
Срок службы подшипника обычно выражается как срок службы L10. Это определяется как минимальный срок службы в оборотах для 90% типичной группы явно идентичных подшипников.Расчет для этого выражается следующим образом:



Где:
C33 = номинальная динамическая грузоподъемность
K = коэффициент для нескольких подшипников
P = эквивалентная радиальная нагрузка

А:

P = XR + YT
R = радиальная нагрузка
T = осевая нагрузка
X = коэффициент радиальной нагрузки, связанный с углом контакта
Y = коэффициент осевой нагрузки в зависимости от угла контакта, T и шарикового дополнения.

Если принять во внимание время, срок службы можно выразить в часах работы:

В общем, срок службы подшипника и, в конечном итоге, срок службы шпинделя будет зависеть от многих факторов, включая скорость, нагрузку, смазку и размер подшипника.Компьютерные модели часто используются для прогнозирования срока службы, однако типичный срок службы подшипников шпинделя для работы на очень высоких скоростях должен находиться в диапазоне 5000-7000 часов, при условии, что шпиндель не сломался или не использовался неправильно. На следующем графике показан теоретический срок службы подшипников в зависимости от частоты вращения и коэффициентов нагрузки подшипника. (Предоставлено SNFA)

Конструкция двигателя шпинделя (щелкните здесь, чтобы увидеть рисунок)

В шпинделях со встроенным двигателем должен использоваться электродвигатель как часть вала ротора. Следовательно, размер и мощность двигателя будут сильно зависеть от доступного пространства.Как мы обсуждали ранее, размер подшипника имеет решающее значение в конструкции высокоскоростного шпинделя, поэтому вал двигателя влияет на размер подшипника, который можно использовать. Размер подшипника также влияет на грузоподъемность, жесткость и максимальную скорость, поэтому характеристики двигателя должны соответствовать несущей способности.

Наиболее распространенным типом двигателя, используемого в шпинделях высокоскоростных двигателей, является асинхронный двигатель переменного тока. В этой конструкции ротор прикреплен к валу шпинделя с помощью клеевого или термического зажима.Ротор и статор, обмотка, в которой вращается ротор, обычно предоставляются поставщиком двигателя или привода. При сборке ротор прикрепляется к валу. После этого подшипники устанавливаются спереди и сзади вала, а затем вал устанавливается в корпус шпинделя.

Вал шпинделя очень важен, так как он должен передавать мощность от двигателя на режущий инструмент. вал должен располагать и поддерживать подшипники, а также содержать всю систему инструментов.Одним из важных аспектов конструкции вала является изгиб. Во время работы на высоких скоростях вал будет проявлять характеристики изгиба. Частота изгиба вала зависит от диаметра и длины вала шпинделя. Часто возникает соблазн сконструировать очень длинный вал шпинделя, поскольку это увеличивает грузоподъемность шпинделя и позволяет использовать более мощный двигатель. Однако следует соблюдать осторожность, поскольку длина шпинделя увеличивается, первый изгибный режим будет приближаться к частотам в рабочей зоне.Это недопустимо для работы шпинделя и должно быть решено либо путем изменения конструкции вала с большим диаметром (подшипники будут больше и медленнее!), Либо путем уменьшения длины вала. На следующей диаграмме показаны режимы гибки шпинделя. (любезно предоставлено IBAG Zurich)

Мощность и крутящий момент двигателя шпинделя (щелкните здесь, чтобы увидеть рисунок)

Асинхронные двигатели

переменного тока демонстрируют кривые мощности и крутящего момента, отчасти определяемые конструкцией обмотки. Однако из-за ограниченного пространства и центробежных сил, действующих на многослойный ротор, мощность тесно связана со скоростью

. Двигатели шпинделя

обычно обеспечивают постоянный крутящий момент до базовой скорости и постоянную мощность после базовой скорости. Поскольку мощность является функцией скорости, умноженной на крутящий момент, следующие кривые являются типичными.Обычные шпиндельные головки увеличивают доступный крутящий момент за счет использования механических компонентов, таких как шестерни и шкивы.

Мотор-шпиндели, однако, должны полагаться на одну характеристику двигателя, чтобы обеспечить мощность и скорость, необходимые для обработки во всем рабочем диапазоне. В результате обычно шпиндели спроектированы и предназначены для использования на полной или близкой к ней скорости. Ниже этого значения, когда мощность падает, возможна небольшая тяжелая обработка.

Интегральные асинхронные двигатели переменного тока обычно трехфазные, требующие специального электронного привода для обеспечения источника электроэнергии.Привод является высокочастотным и обеспечивает переменное напряжение и переменную частоту на двигатель шпинделя. Скорость двигателя переменного тока определяется по следующей формуле:


Скорость (об / мин) = (частота в Гц x 120) / (количество полюсов двигателя)

Это означает, что для двухполюсного шпиндельного двигателя с максимальной скоростью 30 000 об / мин потребуется привод, способный обеспечивать полное напряжение двигателя при выходной частоте 500 Rz. Если бы этот двигатель был четырехполюсным, то требовалась бы максимальная частота 1000 Гц.

В высокоскоростных приводах используется концепция разомкнутого контура, обеспечивающая подачу напряжения и тока на двигатель без какой-либо обратной связи в реальном времени для замыкания контура скорости или положения. Однако многие приводы используют магнитную или оптическую обратную связь с приводом шпинделя. Он используется для регулирования скорости, обеспечения программируемого позиционирования вала шпинделя и, в некоторых случаях, жесткого нарезания резьбы. Ориентация требуется для многих систем инструментов для работы УВД. Бесщеточный DC и вектор потока являются примерами систем с замкнутым контуром.

Пневматические уплотнения шпинделя и конструкции лабиринта (щелкните здесь, чтобы увидеть рисунок)

Высокоточные подшипники очень чувствительны к внешним загрязнениям. Стружка, пыль, грязь, охлаждающая жидкость и другие инородные материалы будут загрязнять поверхности подшипников, что приведет к преждевременному отказу, особенно в подшипниках с консистентной смазкой.

Для защиты от этого состояния разработчики шпинделя используют уплотнения определенного типа для предотвращения попадания загрязнений в шпиндель. Самый простой тип - положительное избыточное давление воздуха.Сжатый воздух под низким давлением направляется в корпус шпинделя. Воздух подается наружу к передней и задней части шпинделя, обеспечивая небольшой поток воздуха. Этот поток предотвращает попадание загрязнений в шпиндель.

Это особенно важно для мотор-шпинделей из-за часто возникающего «эффекта дымохода». Когда мотор-шпиндель работает, потери в роторе будут выделять тепло. Поскольку единственный контакт между ротором и корпусом шпинделя осуществляется через подшипники, вал нагревается.Когда шпиндель остановлен, горячий ротор нагревает прилегающий воздух, который поднимается вверх. Это движение воздуха, как в дымоходе, втягивает наружный воздух в шпиндель, часто принося с собой загрязнения. Это может быть очень опасным, если разрезаемый материал представляет собой графит или углерод. Положительное избыточное давление воздуха защитит шпиндель от этого эффекта.

Одна из наиболее уязвимых областей шпинделя - это его носовая часть. В этой зоне передние подшипники находятся очень близко к зоне обработки и подвергаются разбрызгиванию охлаждающей жидкости и стружке.Поэтому важно принять дополнительные меры для защиты чувствительных подшипников шпинделя. Контактные уплотнения невозможны из-за высоких скоростей. Вместо этого используются лабиринтные уплотнения. Лабиринтное уплотнение - это бесконтактная система уплотнения, состоящая из неподвижной и вращающейся части. Обе части имеют врезанные в них каналы и канавки, поэтому они подходят друг к другу, образуя серию проходов между подшипником шпинделя и наружным воздухом. Частице грязи охлаждающей жидкости очень трудно пройти через лабиринтное уплотнение.Лабиринтные уплотнения, используемые в сочетании с избыточным давлением воздуха, обеспечивают очень хорошую защиту высокоскоростного шпинделя.

Система фиксации инструмента

Высокоскоростной шпиндель, предназначенный для использования в обрабатывающем центре с ЧПУ, должен иметь возможность автоматической смены инструментов. Это достигается путем включения системы инструментов. Общие системы инструментов включают стили CAT, BT и ISO. Совсем недавно был разработан новый стандарт инструментов DIN и ISO с особым приложением для высоких скоростей, известный как HSK.
В этом отчете не предпринимается попытка сравнить стили инструментов, однако стандарты CAT, BT и ISO сомнительны как выбор инструментов для очень высокой скорости. Поскольку эти стандарты инструмента были разработаны до высокоскоростной резки, допустимые допуски не всегда соответствуют строгим требованиям высокоскоростной обработки. При использовании одного из этих стилей точность, чистота и, самое главное, баланс - очень важные вопросы, которые необходимо учитывать.

Шпиндель должен обеспечивать средства для нахождения и зажима державки.Это достигается путем механической обработки конуса на одном конце шпинделя, изготовленного с учетом соответствующего угла и диаметра конуса, требуемого данной спецификацией инструмента. Кроме того, должен быть предусмотрен зажимной механизм, чтобы удерживать резцедержатель в конусе во время операций обработки. Это устройство, тягово-сцепное устройство, должно обеспечивать достаточное тяговое усилие, чтобы преодолевать все силы, создаваемые резанием, которые стремятся вытащить инструмент из шпинделя. Наиболее распространенная техника, используемая в конструкции дышла, - это складывание тарельчатых шайб для создания длинного натяжного кольца.Конец дышла захватывает ручку фиксации резцедержателя и удерживает резцедержатель в нужном положении в конусе. Когда должна произойти смена инструмента, гидравлический или пневматический цилиндр сжимает дышло, и резцедержатель освобождается

Что касается конструкции шпинделя, дышло представляет некоторые проблемы. Дышло - это подвижное устройство, и при каждом приведении в действие пружины могут оказаться в немного разных местах. Это может создать проблему с балансировкой, которая может вызвать нежелательную вибрацию на высоких скоростях.Чтобы избежать этого, компоненты дышла изготавливаются с жесткими допусками, а внутри используются направляющие втулки.

Кроме того, с увеличением скорости увеличивается требуемая удерживающая сила. Нецелесообразно увеличивать удерживающую силу простым увеличением количества шайб, так как для этого потребуется, чтобы вал шпинделя был длиннее (помните режимы изгиба?). Также не всегда целесообразно увеличивать диаметр шайб, так как это может потребовать увеличения вала (более крупные подшипники, более низкая скорость!).

Для удовлетворения требований к удерживающей силе иногда используются системы механической блокировки. В дышле используются тарельчатые шайбы для втягивания державки в конус. Однако после посадки срабатывает механическая система блокировки. Компоненты блокировки могут быть маленькими шариками или кулачками. После того, как запорный механизм установлен, все силы резания направляются на прочный стальной вал, а не на тарельчатые шайбы. Эта система обеспечивает очень высокую удерживающую силу и жесткость, что имеет решающее значение для высокоскоростного процесса резки.

Поскольку шпиндель будет использоваться с магазином ATC, необходимо иметь встроенные электронные датчики или переключатели, чтобы указать логике управления, когда инструмент зажат, разжат или отсутствует. Эти сигналы должны быть получены в результате контроля положения дышла.

Корпус шпинделя

Вал шпинделя и двигатель должны находиться в корпусе. Корпус может быть неотъемлемой частью станка или может быть корпусом картриджа. Во многих конструкциях высокоскоростных шпинделей используется корпус картриджного типа, так как он наиболее прост в обслуживании, а допуски, необходимые для высокой скорости, легче получить, если корпус может быть изготовлен в виде цилиндра.
Основная функция корпуса шпинделя заключается в размещении подшипников. Высокоточные подшипники, работающие при максимальных значениях dN, должны иметь точную геометрию и размер. Кроме того, корпус будет обеспечивать смазку, воздушное уплотнение, охлаждающую воду или масло и другие компоненты, необходимые для шпинделя. Если в шпинделе используется смазка маслом, в корпусе будут просверленные каналы для подачи масла или масляного тумана к каждому подшипнику и из подшипника в обратную линию. Охлаждающая жидкость часто используется для отвода тепла, выделяемого статором двигателя шпинделя, так как это тепло может повлиять на размер и точность шпинделя в целом.

Корпус шпинделя обычно соединяется со станком с помощью фланца или крепежной скобы. Будьте осторожны при обращении с любым точным шпинделем. Сбои, вмятины и другие повреждения могут повлиять на точность и срок службы подшипников.

Выводы

Конструкция высокоскоростного шпинделя должна учитывать желаемый конечный результат: требуемую мощность, скорость, крутящий момент, используемую инструментальную систему, точность и срок службы. Из этой проектной спецификации можно выбрать необходимые компоненты, включая подшипники, конструкцию вала, двигатель, систему смазки, тип инструмента, систему дышла, корпус и систему охлаждения.
Как мы видели, подшипники в наибольшей степени влияют на конструкцию шпинделя. Конструкции высокоскоростных шпинделей чаще всего работают с подшипниковыми системами до предела, чтобы быть наиболее производительными. А поскольку встроенные двигатели ограничены в доступном максимальном крутящем моменте, более высокие скорости дают более высокую мощность. Для достижения этих скоростей и поддержания разумного срока службы необходимо использовать прецизионные подшипники вместе со сложными системами смазки подшипников. Системы масляной форсунки или масляного тумана не только повышают скорость подшипников, но и обеспечивают функции охлаждения и очистки.Техническое обслуживание имеет решающее значение для работы прецизионных систем подшипников. Также следует использовать уплотнения с положительным избыточным давлением и лабиринтные воздушные уплотнения для защиты среды подшипников.

В дополнение к подшипникам конструкция вала шпинделя должна обеспечивать мощный двигатель, подходящую систему фиксации инструмента и жесткость без возникновения проблем с изгибом. И все вращающиеся компоненты должны работать в сбалансированном состоянии.

Корпус шпинделя должен поддерживать и точно устанавливать подшипники, а также обеспечивать коммунальные услуги, необходимые для шпиндельной системы.Он должен быть прочным и жестким, так как корпус передает все силы от шпинделя на станок.

В общем, конструкция высокоскоростного шпинделя является результатом многих компромиссов. Размер и тип подшипника определяют максимально возможные скорости. Увеличение предварительных нагрузок и дополнительные тандемные подшипники повысят жесткость, но будут принесены в жертву скорости. Двигатели большой мощности не впишутся в проектный диапазон, и потребуются более сложные системы привода. Более высокие скорости требуют более точных инструментальных систем, лучшего баланса и чистоты для получения желаемых результатов.Торговая дисциплина должна быть строгой. Операторы должны быть хорошо обучены и поощряться к тому, чтобы они больше узнали о станке.

Тенденции будущего

По мнению любого разработчика шпинделя, идеальный шпиндель должен иметь следующие характеристики:
Неограниченная скорость
Высокая мощность
Длительный срок службы
Самобалансирующийся
Самодиагностика
Какими бы недостижимыми ни казались эти качества, они будут реализованы в будущее. Высокие скорости могут быть достигнуты за счет использования магнитных или гидравлических подшипников.Эти бесконтактные подшипниковые системы не подвержены механическому износу, поэтому их срок службы будет очень долгим. Электронные датчики будут контролировать все аспекты работы шпинделя, включая нагрузки при резке. Дисбаланс можно компенсировать во время работы шпинделя. Диагностическая информация может быть передана в ЧПУ для выполнения действий. Сверхпроводящие материалы и новые моторные технологии позволят создать компактные мощные моторные системы, которые производят мало тепла. Тепловые воздействия на вал шпинделя можно компенсировать электронным способом.

Список литературы

The Barden Corporation
200 Park Avenue
Danbury, CT 06813
T (203) 744-2211
F (203) 744-3756

SNFA Route de la Glane 143 / B
Case Postale 34
CH 1752 Villars sur Glane
T (037) 24-07-66
F (037) 24-06-14

Специальная продукция SKF
1530 Valley Center Parkway
Bethlehem, PA 18017
T (800) 221-8325
F (215) 861-4811

Kluber Tribologyr
54 Wentworth Ave.
Londonderry, NH 03053
T (603) 434-7704
F (603) 434-8046

Уильям Пополи
Президент
IBAG Северная Америка
Подразделение Burmco, Inc.
80 Republic Drive
North Haven, CT 06473
T (203) 407-0397
F (203) 407-0516

.

Автор: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *