Характеристика шпинделя для фрезерного станка с ЧПУ

Spread the love

Возможно, вы планируете модернизировать имеющийся станок или собираете новый фрезерный станок с нуля, и вам нужен хороший шпиндель для любительского станка с ЧПУ.

В этом руководстве я составил список лучших шпинделей с ЧПУ, доступных на рынке в на сегодняшний день.

Выбор лучшего шпинделя с ЧПУ для вашего станка будет зависеть от твердости материалов, которые вы собираетесь обрабатывать, и скорости, с которой вам нужно это делать. Более научный, теоретический подход к выбору шпинделя вы можете прочитать в статье о выборе шпинделя

Если у вас нет времени или терпения для ручной смены инструмента, вы можете выбрать шпиндель с автоматической сменой инструмента (ATC), но он дороже по сравнению с обычными шпинделями.

Факторы, которые я учел при составлении этого списка, — это выходная мощность, качество сборки шпинделя, размер цанги и система охлаждения.

Я отсортировал их по выходной мощности, начиная с маломощных шпинделей и постепенно продвигаясь к шпинделю мощностью 4 кВт.

В конце этой статьи я рассказал о факторах, которые следует учитывать при выборе шпинделя для вашего ЧПУ.

Комплект шпинделя с водяным охлаждением 1.5 КВт

Комплект шпинделя с водяным охлаждением 1.5 КВт

1 & 220v 1.5kw ER16 шпиндель с водяным охлаждением 4 подшипника 80x220mm

1 & 220v 1.5kw 1000Hz инвертор/VFD

1 & 80 мм шпиндель кронштейн/держатель

1 & 220v 75w Водяной насос и 5m трубы

Баланс между качеством и мощностью — это то, что вы получаете с комплектом шпинделя G-Penny machine 1.5KW ER16.

Шпиндель имеет диаметр 3,14 дюйма и может быть установлен на фрезерный станок с ЧПУ с помощью зажима, входящего в комплект.

Этот комплект шпинделя включает шпиндель ER16 мощностью 1,5 кВт, зажим 80 мм и частотно-регулируемый привод 220 В.

Вы можете увеличить скорость этого двигателя до 24 000 об / мин при мощности 1,5 кВт, используя источник питания 220 В. Но может вращать только по часовой стрелке. Скорость можно изменять с помощью частотно-регулируемого привода, входящего в комплект.

Однако самая низкая стабильная скорость, которую вы можете достичь с помощью этого комплекта, составляет 6000 об / мин. Вы можете использовать другой VFD, чтобы снизить скорость.

Шпиндель имеет предварительно установленную цангу ER16 и может удерживать инструменты в диапазоне 0,02–0,354 дюйма (0,5–9 мм) с биением 0,002 дюйма.

Это шпиндель с водяным охлаждением, изготовленный из нержавеющей стали. Насос и патрубки для охлаждения входят в комплект. Этот шпиндель подходит для гравировки и резки дерева, алюминия и других мягких материалов.

В комплект входят шпиндель, частотно-регулируемый привод 220 В, 400 Гц, водяной насос 220 В 80 Вт, 16-футовая труба.

Конструкция и особенности

Шпинель имеется в конструкции любого станка, предназначенного для фрезерования металла и дерева. Шпиндельный прибор производится в виде вращающегося вала. Фреза получает вращательные движения от шпинделя, благодаря чему аппарат исправно функционирует.

Главный инструмент станка, осуществляющий основную работу, связан с состоянием шпинделя. Без него фреза ЧПУ будет работать некачественно. Используя фрезерный станок, следует знать не только предназначение шпинделя, но и конструкцию поворотной системы. В случае неисправности этой детали, использовать аппарат не рекомендуется.

Устройство соединено с общей конструкцией станка. Количество передающихся оборотов регулируется прибором скоростей. Качество и точность фрезерных работ зависят от того, насколько устойчивым к вибрации является бесколлекторный двигатель. Независимо от того, был ли изготовлен ЧПУ станок на заводе или своими руками, для установки шпинделя отводится специальный подвижный портал.

Эта часть комплектации отвечает за перемещение элемента. Перемещение осуществляется по:

• оси стола для установки станка;
• в глубину по оси «зед».

Станочная фреза получает движение благодаря наличию специального узла. Шпиндель минимизирует возможность возникновения искажений, повышая точность производства.

CNC Шпиндельный двигатель 2,2 кВт

CNC Шпиндельный двигатель 2,2 кВт

Полный комплект шпинделя с ЧПУ для вашей новой сборки с ЧПУ, который может резать мягкие материалы, — это то, что вы получаете с этим комплектом двигателя шпинделя с ЧПУ.

Шпиндель весит 5 кг, а весь комплект весит около 10 кг и включает двигатель шпинделя, частотно-регулируемый привод, водяной насос, 16-футовые водопроводные трубы, 2,75-дюймовую щетку для защиты от пыли, 13 цанг ER20 и 10 сверл.

Вы также можете купить шпиндель без комплекта, связавшись с продавцом по электронной почте.

Вы можете установить шпиндель на любую раму, которая может вместить шпиндель диаметром 3,14 дюйма. Комплект поставляется с цангами ER20 и имеет биение 0,0002 дюйма, что является довольно хорошей точностью.

Вы можете изменять скорость шпинделя от 0 до 24 000 об / мин с помощью частотно-регулируемого привода, который обеспечивает мощность 2,2 кВт. ЧРП, поставляемый с комплектом для управления скоростью шпинделя, представляет собой блок 220 В, 0-400 Гц.

Шпиндель для станка с ЧПУ имеет водяное охлаждение, а в комплект входит погружной насос на 220 В, что делает его пригодным для долгой работы.

Шпиндель, частотно-регулируемый привод и водяной насос вместе могут потреблять ток около 15 А, поэтому вам, возможно, придется предоставить соответствующие выключатели для его настройки.

Используемые разъемы представляют собой авиационные вилки и обеспечивают хорошую гидроизоляцию.

Хорошо промаркированные провода, а также документация и видео помогут вам в процессе установки. Кроме того, на Youtube есть множество видеороликов о настройке этих шпинделей, которые помогут вам в этом.

Мощность агрегата

Производительность механизма, связанного с вращательным движением, сообщаемым двигателем валу, зависит от мощности агрегата. Данная характеристика указывает на возможности обработки материала, при которых маломощное приспособление не справится с поставленной задачей, а чрезмерно мощное приведет к порче детали, и к избыточным расходам электроэнергии. Поэтому, при определении мощности, следует ориентироваться на характер запланированных работ.

Так:

• для сверления или гравировки достаточно мощности в 600 Вт;
• для твердой древесины и металлы до 1,4 тыс. Вт.

При планируемом апгрейде станка, с последующим увеличением мощности, рекомендуется обратить внимание на конструкции от 1,6 тыс. Вт, позволяющие обрабатывать материал любой твердости.

Апгрейд станка

CNC Шпиндельный двигатель 4 кВт

CNC Шпиндель для станка с ЧПУ 4 кВт

Этот шпиндель весит около 8 кг и является крепким шпинделем. Его размер составляет 100 мм.

С этим шпинделем вы получаете цангу ER20, которая позволяет использовать инструменты с диаметром вала от 0,039 до 0,512 дюйма и имеет биение 0,0004 дюйма.

HongYang также производит шпиндели ER11 на 1,5 кВт, ER25 на 4 кВт, ER32 на 7,5 кВт, все из которых доступны на AliExpress

Вы можете изменять скорость шпинделя от 1 до 24 000 об / мин. Чтобы управлять скоростью шпинделя, вам нужно подключить его к VFD.

Он рассчитан на 220 В, может производить мощность 4 кВт и потреблять максимальный ток 10 А при частоте 400 Гц.

Шпиндель имеет водяное охлаждение и может использоваться для фрезерования или гравировки по дереву, камню и мягким металлам, таким как алюминий.

Эти шпиндели бесшумны и хорошо сбалансированы, что обеспечивает хорошую стабильность при работе на высоких скоростях.

Материал конструкции прочный и может служить долго.

Обслуживание

Перед использованием оборудования необходимо произвести прогревание. Прежде, чем отключить агрегат, он должен остыть. Подшипниковые узлы следует периодически чистить от загрязнений. Очистка должна производиться и для охладительной системы. Для обслуживания водяного охлаждения применяется смазочно-охлаждающая жидкость. Она рекомендуется производителем для определенных моделей. Подшипники ротора требуют периодической замены.

Эти рекомендации распространяются на шпиндели как заводского, так и собственного производства. Более подробная инструкция по использованию и обслуживанию устройства прилагается вместе с аппаратом при покупке.

Какой шпиндель использовать для обработки стали

Обычно для обработки стали требуются низкие обороты (по сравнению с числом оборотов в минуту для алюминия и дерева) и высокая мощность шпинделя с ЧПУ.

Возможность обработки стали также зависит от жесткости вашего станка и используемых инструментов. Для стали рекомендуется выбирать шпиндель с большой мощностью при низких оборотах.

Силы, действующие на инструмент и, следовательно, на шпиндель, больше при обработке твердых материалов, таких как сталь.

Желательно выбирать шпиндель со стальным корпусом, жесткой конструкцией и керамическими подшипниками. Керамические подшипники выдерживают биение с большей силой, чем металлические шариковые подшипники.

Мощность и скорость фрезерного шпинделя с ЧПУ определяются также типом операции обработки, которую вы собираетесь выполнять.

Например, сверление стали требует больше энергии, чем фрезерование или токарная обработка стали.

Обычно при обработке стали скорость фрезерования на 50% выше, чем скорость сверления.

В случае токарной обработки скорость может быть на 100% больше, чем при сверлении.

Для предприятий, которым необходимо выполнять тяжелую производственную работу, я настоятельно рекомендую шпиндели ATC вместо обычных шпинделей с ЧПУ.

Изготовление своими руками

При недостатке средств на покупку импортного оборудования можно задуматься над изготовлением шпинделя для станка своими руками. В первую очередь необходимо определиться с тем, какой станок нужен. Если нужен механизм для проведения простых работ, можно сделать конструкцию на основе ручного гравера или бормашины. Сам корпус станка в таких случаях изготавливается из фанеры. Охлаждение для настольного оборудования не требуется.

Однако, если нужно обрабатывать твердые материалы, необходимо собирать большой станок. Для этого необходимо найти чертёж подходящего оборудования для своей площади помещения. Этапы сборки:

1. После подготовки чертежа требуется купить все материалы и инструменты для проведения работы.
2. Собрать каркас из металлических профилей или уголков. Соединения можно сделать с помощью сварочного аппарата. Станина должна быть тяжёлой, чтобы заглушать возможные вибрации, исходящие от двигателя при работе.
3. Установить рабочий стол. При работе со стальными заготовками его желательно изготавливать из толстой листовой стали. Размер выбирается исходя из свободного пространства в помещении и габаритов станины.
4. Поставить направляющие для шпинделя. Закрепить на них шпиндель.
5. Установить оборудование для регулировки мощности двигателя. Спрятать провода в защитные кожухи.

Дополнительно поставить охлаждение. Для самодельного оборудования подойдёт конструкция с подачей жидкости. При самостоятельной сборке можно сделать станок с двумя шпинделями.

При выборе мощности двигателя требуется отталкиваться от того, какие материалы будут обрабатываться на станке. Если нужно универсальное оборудования, выбирают максимальную мощность. Нельзя использовать двигатель на высокой мощности. Если при работе самодельного станка есть вибрации, необходимо проверить основание на котором он установлен и дополнительно утяжелить станину.

Факторы, которые следует учитывать при выборе шпинделя для вашего фрезерного станка с ЧПУ

Размер и вес.

Размер двигателя определяет, можно ли его правильно установить на ваш фрезерный станок с ЧПУ. Также важно учитывать форму шпинделя, поскольку существуют шпиндели цилиндрической и квадратной формы.

Убедитесь, что рама вашего фрезерного станка с ЧПУ достаточно прочна, чтобы выдержать вес шпинделя. В шаговых двигателях на осях должны иметь достаточный крутящий момент для обработки веса двигателя.

Скорость и мощность

Скорость шпинделя определяет диапазон работы, которую вы можете выполнить. Например, резка мягких материалов требует низкой скорости, так как большие куски материала можно легко отрезать.

В случае металлов срезание больших кусков металлов затруднено, и, следовательно, количество материала, удаляемого за один проход, значительно уменьшается.

Чтобы добиться высокой скорости резания, вам придется увеличить скорость шпинделя, чтобы делать больше резов в минуту.

Мощность шпинделя — еще один фактор, ограничивающий ваши проекты. Шпиндель с достаточной мощностью может обеспечить плавный рез и предотвратить повреждение заготовки. С другой стороны, шпиндель без достаточной мощности может привести к его остановке.

Тип охлаждения

Шпиндели с очень высокими оборотами имеют тенденцию быстро нагреваться, поэтому важно обеспечить надлежащее охлаждение шпинделя.

Наиболее распространенными типами охлаждения, доступными для шпинделей, являются воздушное охлаждение и водяное охлаждение. Вода имеет более высокую теплоемкость, чем воздух, и, следовательно, она может отводить больше тепла от двигателя. Лучше использовать дистиллированную воду вместо обычной, чтобы не повредить шпиндель.

Шпиндели с воздушным охлаждением, как правило, имеют лучшие характеристики крутящего момента, чем шпиндели с водяным охлаждением, благодаря своей конструкции. Но шпиндели с воздушным охлаждением производят больше шума, чем шпиндели с водяным охлаждением.

Обычно, шпиндели с водяным охлаждением служат дольше и обеспечивают лучшую точность, чем шпиндели с воздушным охлаждением.

Основной проблемой при эксплуатации шпинделя с водяным охлаждением является влияние климатических условий. Так как в холодную погоду вода может замерзнуть и помешать вращению шпинделя.

Водяное охлаждение предпочтительнее воздушного охлаждения, если шпиндель используется в течение продолжительных периодов времени.

Контроль скорости

Шпиндель с низким энергопотреблением может управляться драйверами двигателя с ШИМ (широтно-импульсной модуляцией).

VFD (частотно-регулируемый привод) предпочтительнее для мощных шпинделей, поскольку они обеспечивают лучший контроль и стабильную работу.

Необходимо выбрать правильный ЧРП для вашего шпинделя. Неправильная конфигурация может немедленно вывести из строя ваш шпиндель. Убедитесь, что номинальное напряжение, ток и частота шпинделя соответствуют вашему VFD (если у вас уже есть VFD).

Также можно управлять скоростью шпинделя с помощью контроллера, который запускает ваши шаговые двигатели. Я подробно рассказываю о контроллерах GRBL с ЧПУ здесь — Лучшие контроллеры с ЧПУ GRBL для любителей .

Технические параметры

Рассматриваемое устройство характеризуется довольно большим количеством особенностей. Ключевыми техническими характеристиками фрезерного станка по металлу можно назвать нижеприведенные моменты:

1. Мощность. Во многом показатель мощности связана с параметрами установленного электрического двигателя. Измеряется показатель в Вт, может варьировать в достаточно большом диапазоне. Выбор по мощности проводится в соответствии с областью применения станка.
2. Частота вращения. Шпиндель фрезерного станка может вращаться с различной скоростью. При этом современные модели характеризуются тем, что могут изменять частоту вращения ступенчато или плавно.

Шпиндельный фрезерный станок также классифицируется по области применения. В зависимости от показателя мощности выделяют следующие модели:

1. Для обработки полимеров и ДСП, а также МДФ подходят модели, мощность которых составляет 800 Вт. Они обходятся в относительно небольшую сумму, могут устанавливаться в домашней мастерской.
2. Дерево, мягкие цветные сплавы, текстолит характеризуются повышенной степенью обрабатываемости. Именно поэтому рекомендуемая мощность станка составляет 1500 Вт.
3. Распространенные стали, камень и твердые сплавы могут подвергаться механической обработке при мощности 3000 Вт. Этого вполне достаточно для того, чтобы фреза врезалась в материалы с повышенной твердостью.

Не стоит забывать о том, что слишком высокая мощность не всегда является преимуществом оборудования. Это связан с высоким показателем энергопотребления и стоимостью. При выборе часто уделяется внимание и ступенчатости проводимой регулировки.

Современные модели имеют бесступенчатую регулировку, за счет чего существенно повышается точность обработки.

Различные схемы фрезерных станков также обуславливают следующие характеристики:

1. Показатель КПД может достигать до 95%. За счет этого существенно снижаются энергетические затраты, повышается эффективность применения станков.
2. Высокая надежность и прочность. При качественном изготовлении устройство может прослужить на протяжении достаточно длительного периода.
3. Конструктивные особенности позволяют эксплуатировать оборудование на протяжении длительного периода без остановок. Это связано с наличием системы охлаждения.

Во многом эксплуатационные характеристики шпинделя зависят от области применения, требуемой точности обработки. Кроме этого, повышенная степень обрабатываемости обеспечивается за счет охлаждения.