Общие сведения о шпинделях по металлу для фрезерного станка с чпу. Выбор шпинделя станка с чпу Какой шпиндель выбрать для станка чпу

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

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

1 Общие сведения о шпинделях

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

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

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

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

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

1.1 Технические параметры

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

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

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

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

• гравирование;
• раскрой;
• фрезеровка.

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

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

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

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

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

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

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

1.2 Преимущества применения

Основные и наиболее значимые преимущества шпинделей следующие:

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

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

2 Устройство и охлаждение

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2.1 Полезная информация о фрезерных шпинделях (видео)

] ВЫБОР ШПИНДЕЛЯ

Шпиндель PURELOGIC PL-SPD-02

Шпиндель PURELOGIC KRESS 1050FME

Шпиндель водного охлаждения PURELOGIC WS-1500

Шпиндель воздушного охлаждения PURELOGIC AS-1500

Под шпинделем мы будем понимать двигатель, на который надет патрон (цанга) для удержания и вращения рабочего иструмента (фрезы, сверла, ножа, гравера). Шпиндели условно можно разбить на две группы - промышленные и любительские. Промышленный шпиндель - специально разработанное устройство, обычно рассчитанное на высокую боковою нагрузку, имеющее сложную систему охлаждения (воздушную или водяную) и смазку. Любительскими можно называть любую дрель или бытовой фрезер. Хочу обратить внимание читателя на то, что обычная бытовая дрель рассчитана на продольную нагрузку, т. е. на сверление отверстий и потому имеет очень посредственные подшипники удержания вала. При работе на станке нагрузки преимущественно перпендикулярны оси шпинделя. Поэтому, качественный шпиндель имеет очень хорошие подшипники, рассчитанные на такие нагрузки. Промышленный шпиндель, как правило, не требует смазки и чистки на протяжении всего срока эксплуатации. Кроме того, специализированный шпиндель имеет так называемый цанговый зажим, хорошо отбалансированный, который позволяет зажимать инструмент со стандартным хвостовиком (об этом будет подробнее в разделе об инструменте). Обычно в станках используется цанга ЕР11 или ЕР13, которая позволяет зажимать инструмент с рабочим хвостовиком 2,5 - 3,0 - 3.2мм. Вряд ли Вам потребуется промышленная цанга ЕР-25, она позволяет зажимать инструмент с хвостовиком 6мм. Это инструмент для снятия больших слоев металла. Предполагаю, что выбранные Вами направляющие просто не позволят работать с такой нагрузкой, т. е. конечно имеется фреза и с рабочим диаметром 2мм при хвостовике 6 мм, и она будет так же эффективна как фреза с хвостовиком 3.2мм, но при использовании фрезы на 10мм при хвостовике 6мм у Вас деформируются направляющие, и результатом будет лишь поврежденный станок. Так что, не гонитесь за максимальным диаметром рабочего инструмента. Как я уже говорил, станок должен быть сбалансирован. Поэтому, остановитесь на цанге ЕР-13 - этого Вам будет достаточно на многие годы.

Что будет, если обычную дрель поставить на станок? Работать конечно будет, но по мере выработки подшипников, будет увеличиваться биение патрона и, соответственно, точность позиционирования инструмента будет уменьшаться. Кроме того, станок, обычно при тонких работах, делает множество мелкошаговых проходов и шпиндель работает к ряду не один час. Дрель может перегреться и сгореть, или в ней сработает тепловая защита и она остановится. Так как управляющее ПО не имеет представления о состоянии дрели, то будет продолжать движение инструмента даже после остановки вращения. Это неминуемо приведет к поломке рабочего инструмента. Мощность шпинделя. Здесь правило - чем больше, тем лучше. Для мелких сверлильно-гравировальных работ достаточно 400-600 ватт. Для фрезеровки металлов и толстых слоев древесины достаточно 1000-1400 ватт. Как универсальный шпиндель, способный выжать из Вашей фрезы и системы подачи максимум - шпиндель на мощность выше 2000 ватт (2кВт).

Однако, здесь нужно оговориться. Фрезерование бывает двух типов - силовое и скоростное. Это будет рассмотрено отдельно, но пока достаточно понимать, что мы можем либо быстро крутить фрезу и медленно ее подавать, либо медленно крутить фрезу, но быстро ее подавать. Профессиональные станки используют силовое фрезерование - как самый быстрый способ выборки заготовки. Для этого в станок вводятся режимы резания, в которых указывается для конкретной фрезы максимальная скорость подачи, скорость заглубления, скорость вращения. Это позволяет выжать из инструмента максимум производительности, не перегревая и не повреждая его. Если Ваш станок не в состооянии развить необходимое усилие подачи (напоминаю, это важнейший параметр станка), то единственный вариант, который Вам остается - раскрутить шпиндель до максимальных оборотов и потихоньку передвигать по заготовке. Это и будет скоростное фрезерование. Возвращаясь к выбору шпинделя, исходя из вышеизложенного, нужно выбрать - или быстрый шпиндель или мощный, т. е. способный развить на инструменте максимальный крутящий момент. Дорогие специализированные шпиндели не требуют компромисса и могут развивать скорость выше 20 тысяч оборотов и при этом передавать на фрезу усилиет более 2000 ватт. Практически, Вы будете фрезеровать на скорости вращения 8-15 тысяч оборотов.Но очень быстрое вращение не всегда хорошо. Например, дерево, если его выбирать очень маленькими кусочками, образует мелкую пыль, которая затирается между заготовкой и фрезой и начинает подгорать. Это приводит к перегреву фрезы и заготовки. Стоимость промышленно шпинделя с трехфазным питанием и водяным охлаждением, с мощностью 1.5кВт - около 9000 рублей. Но к нему нужен преобразователь частоты , который стоит около 3000 рублей.

Стоимость специализированного шпинделя с воздушным охлаждением - около 8000 рублей. К нему также нужен преобразователь частоты (ПЧ).

Стоимость фрезера Kress-1050 7210 рублей - это один из самых хороших имеющихся на рынке устройств. Кроме того, в интернете присутствует масса рекомендаций по замене в нем подшипников и доработке его до более высокого уровня. Как бюджетный вариант - самое что надо.

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

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

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

Классификация

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

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

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

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

Особенности шпинделя зависимо от вида

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

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

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

Цанговые зажимы

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

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

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

Мощность шпинделя

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

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

Способы фрезеровки

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

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

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

Критерии выбора шпинделей

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

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

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

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

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

Охлаждение

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

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

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

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

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

Основная информация

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

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

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

Параметры

Шпиндель для ЧПУ следует выбирать по следующим критериям:

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

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

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

Из чего можно сделать узел самостоятельно?

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

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

Двигатели на заказ

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

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

Чем лучше двигатели на заказ?

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

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

Выбор профессионалов

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

Шпиндель , является важнейшим конструктивным элементом такого оборудования. В этой детали закрепляется режущий инструмент, и именно она передает ему вращение.

Варианты шпинделей для фрезерного станка

Гравер

Если вас интересует самый недорогой шпиндель для вашего самодельного , то для этого можно использовать серийный гравер. Мощность такого устройства составляет 125 Вт, а цена начинается от 500 рублей. Однако такой шпиндель имеет ряд существенных недостатков. На малых оборотах он выдает слабый крутящий момент, что не позволяет использовать его для обработки заготовок из металла. В связи с этим применять такой шпиндель можно только для гравировки и для обработки заготовок из мягких пород дерева фрезами небольшого диаметра.

Бормашинка

Второй вариант шпинделя для с ЧПУ, сделанного своими руками, – это бормашина, стоимость которой начинается от 2000 руб. По сравнению с гравером, такое устройство работает существенно тише, совсем незначительно теряет крутящий момент на небольших оборотах, отличается качественным патронным зажимом.

DC-мотор

Шпиндель станка для фрезерования можно изготовить своими руками, используя DC-моторы, работающие от напряжения 12–48 В. Мощность таких моторов, способных развивать в минуту 12 000 оборотов, составляет 400 Вт. Такой шпиндельный двигатель отличается следующими преимуществами: отсутствием сильного биения и сильного шума при работе, использованием стандартной цанги ER11A.

Если дооснастить такой шпиндель несложным электронным устройством, то при помощи ЧПУ можно управлять числом его оборотов. Есть у такого шпинделя и недостатки, к которым следует отнести необходимость в дополнительном источнике питания, невысокую мощность, значительный нагрев при работе, что вызывает необходимость его охлаждения. Из-за невысокой мощности с таким шпинделем пригоден для обработки только мягких материалов.

Шпиндель самодельного фрезерного станка с ЧПУ из DC-мотора

Фрезер и прямошлифовальная машина

В качестве шпинделя для самодельных станков с ЧПУ можно также использовать прямошлифовальные машины и фрезеры. Если вы возьмете в качестве шпинделя фрезер модели Энкор ФМЭ-850 Вт, то у вас в распоряжении окажется станок, на котором можно обрабатывать не только деревянные заготовки, но и изделия из фанеры и цветных металлов. Что удобно, в комплекте с таким фрезером идет цанга на 6 мм, для которой есть стандартные переходники 3 в 6 мм. Используя этот переходник, в такой шпиндель можно устанавливать фрезы с диаметрами 0,1–6 мм.

Не все модели фрезеров имеют в своем комплекте такую цангу, что не позволяет применять их для оснащения с ЧПУ. Есть у фрезера Энкор ФМЭ-850 Вт и недостатки, к которым относятся высокая шумность при работе и отсутствие в конструкции электронного устройства, отвечающего за изменение количества оборотов, что не позволяет использовать его для обработки полимерных материалов (для этого необходимы небольшие обороты фрезера).

Фрезер Sparky

Если на фрезерном станке с ЧПУ, который вы сделали своими руками, необходимо обрабатывать полимерные материалы, то в качестве шпинделя для него лучше использовать фрезеры торговой марки Sparky. Мощность таких фрезеров может варьироваться в пределах 500–1050 Вт. В конструкции моделей, мощность которых начинается с 750 Вт, предусмотрено электронное устройство, отвечающее за изменение количества оборотов, поэтому их можно использовать для обработки полимерных материалов (акрил, ПВХ, двухсторонний пластик, модельный пластик и др.). Для обработки таких материалов фрезер должен иметь возможность вращаться с небольшим количеством оборотов, не теряя при этом своей мощности. Это предотвращает нагрев в зоне обработки и плавление пластика, а высокая мощность обеспечивает достаточную производительность процесса фрезерования.

Фрезер Kress

Оптимальными по соотношению «цена – качество» являются фрезеры торговой марки Kress, которые также можно использовать в качестве шпинделей для станков, оснащенных системой ЧПУ. Большим преимуществом таких фрезеров является то, что в их конструкции предусмотрена система, которая нормирует биение.

Профессиональный шпиндель

При желании можно оснастить свой самодельный фрезерный станок с ЧПУ профессиональным шпинделем, в конструкции которого предусмотрена система жидкостного охлаждения. Кроме эффективной системы охлаждения, в конструкции такого шпинделя есть 3–4 подшипника, что значительно повышает его надежность и точность обработки (здесь стоит заметить, что в шпинделях обычного бытового оборудования установлено только 2 подшипника). К достоинствам таких устройств следует отнести отсутствие в их конструкции быстроизнашиваемых щеток и низкий уровень шума при работе. Самым большим недостатком таких шпинделей является то, что их стоимость начинается от 7000 рублей. Кроме того, дополнительно придется потратиться на приобретение частотного преобразователя для системы охлаждения, который стоит порядка 6000 рублей.

Шпиндель для станка с ЧПУ своими руками

Чаще всего для станков с ЧПУ, которые сделаны своими руками, используют устройство для резки металла «Дремель» или китайские аналоги подобного оборудования, которые без проблем можно приобрести в любом городе РФ.

Между тем применять такие устройства в качестве шпинделя фрезерного станка не совсем правильно, так как они очень быстро приходят в негодность. Все дело в том, что в их конструкции предусмотрен только один упорный подшипник, что не дает им возможности длительное время воспринимать боковые нагрузки, характерные для фрезерной обработки.

Практически любая технологическая операция по фрезерованию древесины и металла выполняется с боковыми нагрузками на режущий инструмент и, соответственно, на конструкцию шпинделя.

Очень часто для самодельных фрезерных станков приобретают шпиндели, в которых установлены коллекторные двигатели. Такие устройства стоят недорого и хорошо работают на высоких оборотах, а на низких значительно теряют свою мощность. Этих проблем можно избежать, если установить на свой станок шпиндель с бесколлекторным двигателем.

В качестве готовой основы можно использовать недорогой фрезерный станок с ЧПУ, а для изготовления для него шпинделя своими руками вам понадобятся следующие комплектующие:

• электродвигатель бесколлекторного типа (NTM серии 50-50 580 KV/2000 Вт);
• удлиненный вал;
• контроллер для бесколлекторного двигателя;
• сервотестер.

Сервотестер, который необходим для регулировки скорости вращения шпинделя, можно приобрести самый недорогой. Важно только обращать внимание на удобство крепления такого устройства к самому фрезерному станку с ЧПУ.

Удлиненный вал такого двигателя позволяет закреплять фрезу непосредственно на нем при помощи цангового зажима. Для этого на вал двигателя посредством держателей устанавливаются два подшипника, два встроенных подшипника качения имеет также и сам двигатель. Собранная таким образом конструкция отлично противостоит боковым нагрузкам, возникающим при фрезеровании на станке не только металла, но и заготовок из мягкой древесины.