В приводе оси с ЧПУ передача используется для преобразования вращательного движения вала двигателя в поступательное движение вдоль оси. Для того, чтобы вам было проще выбрать передачу для ЧПУ, ниже перечислены наиболее широко используемые виды передач в станках ЧПУ. Экзотические для DIY-сектора передачи, такие как линейный серводвигатель и линейный шаговый двигатель , останутся за пределами данной статьи по причинам практического характера, и будут рассмотрены самые распространенные.
Передача винт-гайка
Под передачей винт-гайка подразумевается пара стальной винт с трапецеидальной или метрической резьбой и гайка. Данный вид передачи является передачей с трением скольжения и на практике в свою очередь имеет несколько разновидностей.
- Строительная шпилька и гайка. Самый бюджетный вариант. Строительная шпилька вообще не предназначена для использования в станкостроении, техпроцесс её изготовления нацелен на применение в строительной сфере, вследствие чего данный вид передачи обладает самым полным набором недостатков - высокой погрешностью, низкой прямолинейностью, малыми нагрузочными характеристиками, малой износостойкостью, высоким трением и т.д. Однако, все же применяется в DIY-станках, изготавливаемых в учебных целях, вследствии низкой себестоимости. Если Вы решили во что бы то ни стало сэкономить на передаче и поставить строительную шпильку, обязательно предусмотрите возможность замены её на трапецеидальный винт или ШВП! Скорее всего, станок на строительной шпильке не оправдает Ваших надежд.
- Приводной винт с трапецеидальной или прямоугольной резьбой. Винт с трапецеидальной резьбой - наиболее распространный вид передачи в металлообрабатывающих станках в прошлом веке и по настоящее время. Трапецеидальные винты производятся их разных видов конструкционных углеродистых сталей путем нарезки резьбы на стальном прутке или её накатки. Накатные винты имеют существенно лучшие характерстики, чем нарезные. Широкое применение трапецеидальных винтов обусловливается их широкой номенклатурой, доступностью на рынке винтов разных классов точности, от C10 до С3. Гайка на винт изготавливается из износостойких материалов, таких, как полиамиды (капролон, нейлон), тефлон, бронза. Правильно рассчитанные и изготовленные трапецеидальные передачи отличаются высокой износостойкостью, т.к. трение идет с малым давлением(вследствие сравнительно большой поверхности трения). На многих все еще работающих станках советского производства пары стоят с момента выпуска станка, и не менялись уже 30-40 лет. Также на таких ходовых винтах возможно использование разрезных гаек, что позволяет с помощью сжатия гайки регулировать натяг и выбирать появляющийся со временем люфт. Из минусов стоит отметить, как ни странно, простоту изготовления винта, что автоматически означает наличие множества производителей, с очень широким разбросом показателей качества. Бюджетные серии винтов изготавливаются из стали #45 без закалки поверхности, что может привести к нарушению прямолинейности винта(иначе говоря, винты малого диаметра мягкие и часто гнутся в процессе транспортировки). К минусам и плюсам одновременно относится высокое трение в передаче. С одной стороны, это снижает КПД, требуется более мощный двигатель для вращения винта. С другой - трение несколько демпфирует вращательные колебания винта, что может быть полезным в случае использования шаговых двигателей(см. резонанс шаговых двигателей). Данный эффект, правда, проявлен достаточно слабо, и для борьбы с резонансом нужны другие способы. Подводя итог, можно сказать, что трапецеидальный винт еще не утратил своего значения в качестве передачи станка с ЧПУ и с успехом используется в станках всех классов.
- Шарико-винтовая передача () ШВП , или шарико-винтовая передача(также называют "шарико-винтовая пара"), в настоящий момент является стандартом де-факто при строительстве станков с ЧПУ. Стальной винт с беговыми дорожками для шариков, подвергнутый индукционной закалке и последующей шлифовке, и специальным образом подогнанная гайка с циркулирующими внутри шариками. При вращении винта гайки катятся по беговым дорожкам, передавая усилие на корпус гайки. Такая передача отличается высокой точностью, высокими КПД (80, 90% и более) и ресурсом. ШВП чаще используется в станках с ЧПУ, так как его использование позволяет использовать двигатели меньшей мощности(не требуются столь существенные усилия страгивания, как в случае с передачей винт-гайка). ШВП поставляется как законченная пара, не требует подгонки гайки и зачастую не требует обработки концов для установки в опоры - это делает производитель, т.е. ШВП зачастую соответствует принципу plug and play, тогда как в случае использования трапецеидальных винтов гайки и винты зачастую изготавливаются в разных местах, и могут потребовать тщательной подгонки, без которой могут возникнуть зазоры, люфты, повышенное трение, износ и т.п. ШВП хуже переносит опилки,пыль и отсутствие смазки, чем передача винт-гайка, при попадании инородного тела даже очень малого размера передача может подклинивать, т.к. соседние шарики в канале вращаются в противоположном направлении. Часто требуется дополнительная защита винта с помощью гофроматериалов. ШВП, также как и трапецеидальный винт, имеют ограничения по длине - слишком длинный винт провисает под собственным весом и при вращении винта(скорость вращения винта с шагом 5 мм в портальных станках достигает 10-15 об/сек и выше) ведет себя как скакалка, от чего станок вибрирует, а узлы, фиксирующие винт, испытывают ударные нагрузки, их ресурс быстро снижается, в посадочных местах появляются зазоры, что в свою очередь усиливает вибрацию станка и снижает качество производимых изделий. Опыт показывает, что отношение диаметра ШВП к его длине не должно быть менее числа 0.022, а также не рекомендуется превышать длину винта в 2000 мм. Для устранения эффекта "скакалки" применяются конструкции с неподвижным винтом и вращающейся гайкой, но такие узлы, как правило, существенно дороже и сложней в изготовлении, а также требуют места, что не всегда возможно реализовать на компактных порталах. Если Вы планируете иногда отключать двигатели приводов и работать на станке в ручном режиме, то лучше не использовать ШВП - передача без самоторможения может доставить Вам уйму хлопот. О разновидностях ШВП и их особенностях смотрите основную статью.
Зубчатая передача
Зубчатые передачи , применяемые в станках с ЧПУ, бывают 2 видов 
Как выбрать передачу для станка с ЧПУ
Для того, чтобы выбрать передачу для ЧПУ станка
, выбор должен базироваться на тех характеристиках, которые для Вашего станка наиболее критичны. Передачи винт-гайка применяются там, где нет высоких требований по точности и скорости перемещений, если от передачи требуется самоторможение, а также в случае жестких ограничений по бюджету. ШВП обладает наибольшим спектром применения, вы можете купить ШВП с нужным Вам классом точности, шагом, возможностью создания преднатяга и без неё. Единственный случай, когда ШВП не может быть использовано - если от передачи требуется самоторможение, однако если речь о торможении передачи в целях безопасности (удержание шпиндельной бабки), то вопрос решается использованием электромагнитного тормоза на двигателе, противовесом и т.п. Рейка и ремень применяются в станках с большим рабочим полем - от 1.5 квадратных метров и больше - прежде всего для достижения большой скорости раскроя и холостых перемещений. На станках таких размеров не ставится цель достигнуть точности в десятки микрон, 0.2-0.3 мм в большинстве случаев более чем достаточно, поэтому растяжимость ремня и точность реечной передачи не являются препятствием для их применения.
Итого, если у вас большой раскроечный станок - вам стоит выбрать зубчатую рейку или ременную передачу. Если у вас настольный фрезерно-гравировальный станок для учебных или хоббийных целей, Вам подойдет передача винт-гайка. Если вы строите станок среднего формата для бизнеса, на производство, оптимальным выбором будет ШВП. После выбора типа, вам следует определиться с конкретными параметрами передачи.
(с) 2012 сайт
Копирование разрешено с указанием прямой ссылки на источник
Если вы только открываете бизнес и не имеете опыта в этой области, выбор фрезерного станка ЧПУ может поставить вас в тупик - так велико разнообразие на рынке промышленного инструмента.
Только многолетний опыт и специфические знания позволяют специалистам осуществить выбор станков ЧПУ в соответствии с требованиями предъявляемыми к оборудованию.
Многие просто теряются в этом обилии, и это неудивительно - выбрать лучший ЧПУ-станок бывает сложно даже профессионалам, если они не следят за новинками рынка инструментов, ассортимент которого постоянно расширяется и усовершенствуется.
По каким же критериям лучше выбрать ЧПУ станок?
Это зависит от того, для чего он будет использоваться. От материалов, профиля работ, необходимой скорости и точности, от требуемого ресурса. Многие значимые характеристики таких станков напрямую зависят от их оснащения - от свойств их комплектующих и расходников, от конструктивных особенностей. Рассмотрим самые основные.
Шпиндель
Шпиндель - одна из главных частей фрезерного станка. Именно от шпинделя зависит то, какие фрезы смогут применяться именно с этим станком, под какими углами их можно будет закрепить и как именно применять. Привод шпинделя обычно вмонтирован - то есть, шпиндель представляет собой мощный компактный электродвигатель с цангой для зажима фрезы.
Многое прямо зависит и от качества шпинделя - хороший шпиндель прослужит долго, постоянно радуя вас качеством работы, плохой же может загубить не только изделие, но и повредить сам станок в случае аварии, а то и травмировать персонал. К выбору шпинделя следует подходить ответственно, всегда чутко прислушиваясь к рекомендациям производителя станка и обращая внимание в первую очередь на продукцию известных и зарекомендовавших себя производителей комплектующих.
Область фрезеровки
Это одна их важнейших характеристик станка ЧПУ - размер области фрезеровки определяет то, какого размера изделия сможет обрабатывать станок. Для каждой узкой области применения существуют свои требования по размерам, более универсальные станки имеют регулируемую область фрезеровки, либо заведомо превышающую требования по большинству часто встречающихся кейсов применения.
Имеет значение и устройство площадки - не должно вызывать затруднений закрепление и чёткое позиционирование детали заготовки, в противном случае возможен серьёзный брак. Осуществляя выбор фрезерного станка ЧПУ для работы надо заранее определиться с размерами обрабатываемых деталей, чтоб не попасть впросак.
Предназначение станка
ЧПУ станки разделяются в первую очередь по материалу, который призваны обрабатывать, а так же по области применения.
Металлообрабатывающие ЧПУ станки отличаются от прочих прежде всего прочностью и мощностью конструкции, которые позволяют им работать как с металлом, так и с большинством других материалов.
Для уменьшения износа и избегания заклинивания фрезы они часто оснащены подачей охлаждающей жидкости на фрезу, обычно - воды или масла, прямо в область рабочего контакта, а многие из них оборудованы мощным отсосом воздуха - конструктивно предусмотренным креплением раструба промышленного пылесоса, для автоматического устранения стружки с обрабатываемой поверхности.
Деревообрабатывающее оборудование
ЧПУ станки для работы с деревом, а также композитами и пластиком, конструктивно мало отличается от станков для работы по металлу, но имеет чуть более простую конструкцию и меньшие требования по мощности и прочностным характеристикам, что естественным образом обусловлено спецификой материала.
Охлаждение фрезы в них встречается воздушное, а чаще и вовсе отсутствует, так как его наличие не критично. Устранение стружки тоже обычно не предусмотрено и осуществляется оператором вручную. Соответственно, и стоимость таких станков обычно несколько ниже, и обслуживание их проще и дешевле, а распространённость - больше.
Оборудование для изготовления корпусной мебели
Станки ЧПУ предназначенные для производства корпусной мебели имеют свои особенности - в частности, размеры области фрезеровки в них превышают таковые у других ЧПУ фрезерных станков, так как детали для обработки могут отличаться большей площадью, по сравнению с другими областями применения ЧПУ.
Соответственно, мебельный ЧПУ станок будет иметь большие размеры по всем измерениям, а также большую сложность и стоимость рамы и направляющих, чем аналогичный станок для работы с менее крупными объектами. В остальном они мало отличаются от станков для обработки дерева, пластика и композитных материалов.
Стеклообрабатывающие станки
Стеклообрабатывающие фрезерные ЧПУ станки станки отличаются от станков для обработки металла в основном тем, что фрезы в них применяются специальные, с твердосплавными, алмазными и корундовыми рабочими поверхностями.
Фрезы бывают как со специальным покрытием, так и цельноспечённые - такие комплектующие создаются путём запекания алмазной крошки при высоких температурах и большом давлении, что даёт необычайно прочный и долговечный инструмент.
Также, в станках обрабатывающих стекло, подача рабочей жидкости в область контакта фрезы с материалом обязательна - это обусловлено не только необходимостью охлаждения фрезы при работе с таким твёрдым материалом как стекло, но и обязательностью немедленного устранения отработанных фрагментов материала - чтобы они не мешали дальнейшей работе и не портили деталь попадая снова в место контакта фрезы с заготовкой, с одной стороны, и чтобы они не попали в воздух, которым дышит оператор станка.Помимо стекла такие станки могут обрабатывать поликарбонат, оргстекло различного состава и другие твёрдые материалы, а также металлические заготовки.
Выбрать станок ЧПУ для работы по стеклу можно исходя из его соответствия этим обязательным критериям.
Камнеобрабатывающее оборудование
Фрезерные ЧПУ станки для работы по камню предназначены для гравировки и выполнения сложных объёмных барельефов на таких твёрдых материалах, как природный камень различной породы - гранит, мрамор, песчаник, а также на искусственных каменных плитах из гранитной крошки с полимером.
Специфика работы по камню предполагает одновременно и большие площади обработки, и высокую твёрдость материала, и повышенный вес заготовок. Также, камень характерен тем, что, при работе с ним существует необходимость одновременно и в постоянной циркуляции воды в рабочей зоне, и в устранении крошки и пыли пылесосом - сама по себе вода не спасает от пыли крупной фракции, характерной для минеральных материалов.
Такие станки могут с лёгкостью справляться и с другими материалами - от дерева и ПВХ, до, зачастую, даже стекла и металла, а потому пригодятся не только изготовителям изделий из камня, но и тем, чьи профессиональные интересы значительно шире.
Это самое совершенное, пожалуй, оборудование для фрезеровки с программным управлением, которое может в этой области производства почти всё, однако - излишне мощное, громоздкое и дорогое для большинства работ не связанных прямо с его предназначением.
Как бы ни был велик соблазн получить поистине универсальный фрезерный ЧПУ станок, если среди ваших задач нет обработки камня - подумайте над приобретением чего-то более специализированного, из перечисленного выше.
Это, пожалуй, самые основные моменты, о которых надо быть в курсе при выборе фрезерного ЧПУ станка. И пусть сначала кажется, что при необходимости купить фрезерный ЧПУ выбор непрост, всё не так страшно. Теперь мы остановимся на особенностях фрезерных станков с ЧПУ.
Виды кинематических моделей станка
При подготовке к работе на фрезерном ЧПУ-станке используются кинематические модели станка, которые представляют из себя программную имитацию данного оборудования и необходимы для корректной подготовки и прогнозируемости действий станка при исполнении программы.
Кинематическая модель станка в обязательном порядке несёт в себе информацию о рабочей области, её размерах и расположении относительно неподвижного основания станка, о расположении и возможных траекториях рабочей головки - держателя фрезы, о других физических параметрах оборудования - расстояния, размеры, - всех, которые имеют непосредственное отношение к производимым станком работам.
Примеры станков и их моделей:
Подготовка управляющей программы
Для работы на фрезерных станках ЧПУ используются CAD/CAM-системы - программные пакеты, предназначенные для перевода данных из чертежей и моделей в понятную станку форму команд.
Внесённые данные о размерах и форме детали становятся в них управляющими траекториями, которые, в свою очередь, превращаются в управляющие программы в процессе постпроцессирования.
Постпроцессор
Постпроцессор - специальный программный продукт, который превращает данные о параметрах детали в индивидуальную программу, управляющую движениями инструмента и/или заготовки, для каждого конкретного станка.
Здесь можно подробнее прочитать о разработке кинематических моделей, на примере промышленных систем фирмы Siemens .
Детальную информацию по работе с каждым конкретным станком можно получить на официальном сайте его производителя. Это наиболее надёжный вариант, который убережёт от многих ошибок.
Управление
В отдельных случаях, когда предстоит работа на серьёзном промышленном станке, задать программу по обработке какой-то более или менее простой детали можно вручную, через пульт управления станком. В таком случае следует строго соблюдать инструкции производителя и последовательно выполнить все необходимые шаги.
Пульт управления одним из фрезерных ЧПУ-станков:
При создании элементов более сложной формы без применения компьютера обойтись нельзя, а многие компактные станки и вовсе управляются только через подключенный ПК.
Многоосевая обработка
Фрезерные ЧПУ делятся на вертикальные и горизонтальные - по расположению рабочей головки, соответственно - верхнему или боковому, а так же подразделяются по количеству осей обработки - на трёхкоординатные, четырёх и пятикоординатные.
Соответственно, чем больше осей координат движения инструмента, тем более эффективно и с большей сложностью может производиться обработка детали.
Используемые фрезы
В зависимости от специфики работы - от материала, необходимых форм обработки и других факторов, в фрезерных ЧПУ- станках используется большое количество всевозможных фрез. Фрезы бывают однозаходные, двухзаходные, сферические, v-образные, конусные сферические, пирамидальные радиусные с одной или двумя режущими гранями, гравировальные, отрезные и т.д.
Сферические и пирамидальные фрезы применяются для глубокого выбирания материала из детали, обработки углов, создания углублений соответствующей формы. Отрезные и гравировальные фрезы разной формы применяются для гравировки, разрезки детали, обработки краёв изделия, и для придания формы - создания барельефного изображения. Радиусные и галтельные фрезы, как выпуклые, так и вогнутые, применяются для обработки углов, краёв столешниц и других деталей, снятия фасок и т.д. Торцевые фрезы позволяют создавать отверстия, в отличие от сверел - любой формы.
Примеры используемых фрез:
Разнообразие фрез варьируется от простейших, похожих на обыкновенное сверло или бур, и до очень сложных, из разных материалов и всевозможной формы, с различным количеством режущих граней. Это обеспечивает широкий диапазон решаемых ими задач.
Для каждого материала и вида работ необходим индивидуальный подбор фрез, которые вам поможет подобрать наш специалист.
Фрезерные станки с программным управлением - прекрасный инструмент, при грамотном использовании способный создавать очень широкий ассортимент изделий, от рекламных конструкций до частей других станков, от кухонных разделочных досок до деталей реактивных авиадвигателей. Область их применения почти безгранична, а ассортимент и степень доступности увеличиваются с каждым днём.
Сейчас уже не только машиностроительный завод может позволить себе подобное оборудование, но и относительно небольшая мастерская, что не может не радовать.
Хотите больше интересных новостей из мира 3D-технологий?
Типы фрезерных станков ЧПУ
В «природе» существует масса типов фрезерных станков, отличающихся по конструкции и области применения: ручные, напольные, настольные, консольно-фрезерные: вертикально- и горизонтально-фрезерные, продольно-фрезерные, карусельно-фрезерные станки и т.п.
В данной статье мы поговорим о фрезерных станках производства КНР. На что обратить внимание «новичку» при выборе станка под различные задачи: обработка (раскрой, гравировка, изготовление 3D деталей) дерева, фанеры, цветных и черных металлов, работа с пластиками, ювелирным воском, камнем и т.п.
«Начинка» фрезерного станка:
Фрезерные станки производства КНР представлены на рынке в широкой гамме с различными опциями, также станки могут быть оснащены различной по типу электроникой, направляющими, программным обеспечением. Поговорим подробнее, что мы можем встретить в комплектации станка.
- По типу станка - напольные и настольные.
- Шпиндель - водяное или воздушное охлаждения.
- Направляющие могут быть круглые или квадратные профильные.
- Рабочий стол может быть подвижным или нет, двигается сам портал.
- На станке может присутствовать централизованная система смазки.
- На станках установлены шаговые или серво-двигатели.
- По типу управления станком: DSP контроллер RZNC, NCStudio – PCI плата, Mach 3 – интерфейсная плата (LPT).
- Станок может быть оснащен СОЖ.
- Станки с автоматической сменой инструмента ATC.
- Станок может быть укомплектован вакуумным столом или только струбцинами, Т-пазами.
- Перемещение может происходить за счет ШВП, косозубой рейки, прямой рейки.
На что же обратить внимание при выборе фрезерного станка?
Основное – это жесткость всей конструкции. Чем меньше в конструкции станка соединенных деталей между собой посредством болтов, тем меньше будет люфтов. При недостаточной жесткости конструкции мы получаем на выходе малую скорость обработки, низкую производительность, а вследствие возникающих вибраций ломаем инструмент, в частности - граверы.
Шпиндель можно выбрать абсолютно любой, исходя из задачи – воздушного или водяного охлаждения. Шпиндели водяного охлаждения менее шумные, могут «работать» на минимальных оборотах, не боятся перегрева в отличии от шпинделей воздушного охлаждения. Например, обработка (гравировка) магния происходит на 12000-15000 об/мин. Для шпинделя до 3 квт требуется подключение к сети 220V ±10% 50Hz, свыше 3 квт - подключение 380 вольт. Изначально в конструкции станка под определенные задачи производитель закладывает ту мощность шпинделя, которая необходима. Например, станки малого формата для 3D гравировки (изготовление клише для тиснения, пломбираторы, медали) всегда будут оснащены шпинделем 800, 1.5, 2.2 кВт. Для таких работ не требуется силовая обработка. Если это станок для раскроя того же ДСП, МДФ (мебельное производство), то смысл ставить шпиндель от 3 кВт и выше.
К выбору направляющих нужно отнестись серьезно, от этого зависит точность обработки и в целом жесткость конструкции. Наиболее бюджетные станки имеют круглые направляющие, но и это позволяет с легкостью обрабатывать дерево, пластики, ювелирный воск и т.д. Для более точной обработки нужно выбирать квадратные профильные рельсовые направляющие таких известных брендов, как AMT-PMI, Hiwin, THK и другие.
Рабочие столы , как правило, подвижные только на станках небольшого формата – 200х300, 300х400 мм. На остальных станках большего формата стол всегда неподвижен, перемещается портал – ось Y.
Очень важной особенностью в конструкции станка является централизованная система смазки. Она может быть ручной и автоматической. Смазка важна для смазывания трущихся деталей станка – направляющих. Автоматическая система смазки удобна, работает по таймеру. Система смазки ставится на станки, начиная с формата 1200х1200 мм и более.
Выбор двигателя не всегда зависит от покупателя, станки с малым рабочим полем до 1200х1200 мм практически всегда оснащены шаговым мотором. На станках с большим рабочим полем 2000х3000 мм можно установить шаговые и серводвигатели. Сервопривод дает большую динамику, более точное позиционирование, но самое главное – он не теряет шаги (встроен датчик (энкодер), которой фиксирует нарушения, и затем система вносит коррективы в движения механизмов) на высоких скоростях (не сбивается координата). Конечно, предпочтительнее ставить на станок сервопривод, но это ведет к существенному удорожанию оборудования. Например, под какие-то задачи по изготовлению фасадов в мебельном производстве можно работать на станке, оснащенном шаговыми двигателями. Приведем несколько примеров:
- Скорость перемещения: ШД (шаговый двигатель) – 20-25 м/мин, сервопривод может перемещаться от 60 м/мин и более.
- Скорость разгона: ШД – до 120 об/мин за 1 секунду, сервопривод – до 1000 об/мин за 0,2 секунды
В природе существует множество систем управления станком, начиная от «любительских» Mach 3 и заканчивая собственными разработками компании производителей оборудования – Fanuc, HAAS, Moriseiki, Syntec, Seikos, Heidenhain. Простые контроллеры Mach 3, NC Studio и пр. способны работать только c 3-4 координатами. Профессиональное (промышленное) оборудование оснащено собственными «стойками», что позволяют сменить инструмент во время работы. Для управления таким оборудованием используется система управления Fanuc серии Oi, которая рассчитана на 6-8-ми координатные станки и позволяет одновременно управлять 4-мя осями. Для раскроя, выборки и гравировки можно использовать недорогие аналоги: NC Studio, DSP контроллеры. Они прекрасно справляются с поставленными задачами, требуют минимум знаний, просты в использовании и стоят не дорого.
Станки, которые рассчитаны на обработку металла всегда будут оборудованы СОЖ (смазочно-охлаждающая жидкость) .
Станок с автосменой (ATC) инструмента целесообразно использовать на «коротких» циклах обработки 5-15 мин, где используется более 2 инструментов. В основном это будет 2D обработка – раскрой, выборки. Например, изготовление межкомнатных дверей. Станки с автосменой в основном идут с форматом стола 1500х3000 мм и более.
Заготовку на фрезерном станке можно крепить самыми различными способами. Это может быть струбцина, вакуумный стол, саморезы. Вакуумный стол позволяет закреплять заготовку на рабочем столе фрезерного станка, используя при этом силу вакуумного насоса. Так же в конструкцию вакуумного стола входит уплотнительный шнур, который позволяет «отсекать» не нужные участки, если, к примеру, заготовка имеет размер не на все рабочее поле станка.
К недостаткам такого стола можно отнести следующее:
- невозможно закрепить маленькие заготовки;
- несовместимость с некоторыми системами (в частности с системой охлаждения инструмента, системой улавливания стружки);
- некоторые материалы, как МДФ, ДСП, дерево, вакуумник не «притягивает», поэтому здесь нужен достаточно мощный насос порядка 5 кВт, что приводит к увеличению потребления электроэнергии, а также сравнительно повышает стоимость. Поэтому производственник должен взвесить все «за и против» и сделать свой выбор сам.
Второй вид стола, который можно встретить в конструкции станков небольшого формата – стол с Т-пазами
. Очень удобен для работы с МДФ, ДСП и деревом. Преимущества данного стола в надежном креплении заготовки. Как правило, на стол устанавливаются накладки из ПФХ, которые нужно будет менять в дальнейшем в виду их износа. Такой стол называют «жертвенный».
Для механического перемещения в приводах исполнительных органах станка с ЧПУ могут быть применены: ШВП (шарико-винтовая передача), зубчатая рейка – косозубая и прямая. В некоторых самодельных станках можно встретить передачу винт-гайка. У каждой системы перемещения существуют свои плюсы и минусы. Передача с прямым зубом может быть использована на малых и средних скоростях, ее никогда не ставят на станок, оснащенный сервоприводом. Передача с косым зубом дает большую скорость перемещения и высокую точность позиционирования. Такими системами перемещения оснащены станки с полем от 1200х2400 мм и более.
Шарико-винтовые передачи для ЧПУ применяются только для средних и малых станков формата 200х300 и до 1200х1200 мм. Это связано с возможностью прогиба винта при расположении корпуса в его средней части. В настоящее время максимально допустимая длина ШВП составляет 1,5 м. Есть отличный пример покупки с виду одинаковых станков, но по стоимости различных: на одном станке формата 900х600 мм будет установлена ШВП 8 мм в диаметре, а на втором 16 мм. Более тонкая ШВП при высоких рабочих подачах начнет вибрировать (резонанс) по всей длине, что приведет к поломке инструмента, а возможно и поломке узлов станка. А ШВП диаметром 16 мм на тех же рабочих параметрах скорости будет без проблем работать и перемещать узлы станка. И такой станок будет производительней.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод: любой станок, подобранный правильно под определенные задачи, под которые он был сконструирован, будет исправно, быстро и точно работать без поломок. Правильный выбор всегда помогут сделать специалисты компании ЮСТО. Звоните по бесплатному телефону 8-800-555-79-69, и мы подберем станок именно под ваши задачи.
Широко используются для производства мебели и прочих сопутствующих изделий. В настоящий момент данная группа оборудования является одной из самых востребованных, без нее не обходится ни одно предприятие деревообрабатывающей отрасли, а так же некоторые организации смежных отраслей.
На что стоит обращать внимание выбирая фрезерный станок с ЧПУ?
- Определить задачи, которые предстоит решать с помощью данного оборудования с оглядкой на перспективу.
- Выбирать фрезерный станок нужно исходя из максимального размера заготовок, так будет легче определиться с тем, какая рабочая зона должна быть у станка.
- Немаловажное значение имеет и портал. В идеале для его изготовления должна использоваться толстолистовая сталь, она будет служить гарантом жесткости и виброустойчивости станка. У более дешевых станков конструкция алюминиевая. Узнав величину хода шпинделя по оси Z, можно узнать толщину заготовки, которую сможет обработать данный станок.
- Важнейшей и дорогостоящей частью станка является шпиндель. К его выбору стоит отнестись очень ответственно и по возможности избегать производителей с неизвестными названиями. Качественный шпиндель при должном уходе способен прослужить не менее 5 лет, при этом в нашей стране существуют официальные сервисные центры, в которых ремонтируют и обслуживают данную деталь станка. Показатели мощности шпинделя обязательно должны соответствовать уровню нагрузки на оборудование, причем с некоторым запасом.
- Очень важный момент: какой используется двигатель перемещения - шаговый или серводвигатель? К самым последним современным моделям относятся серводвигатели, они обладают большей скоростью и точностью, т.е. погрешность во время обработки равна нулю. Им не знакомо такое понятие, как пропуск шага, которое свойственно шаговым двигателям. Лучше отдавать предпочтение серводвигателям проверенных производителей, к коим относятся Delta, Yaskava, Panasonic. Так можно быть уверенным в том, что данное оборудование надежно прослужит в течение всего срока эксплуатации.
- Уже перед покупкой фрезерного станка нужно определить, какое количество инструмента будет задействовано в процессе изготовления детали. В случае, если понадобится более трех инструментов и к тому же их необходимо будет часто менять, то в целях экономии денежных средств лучше приобретать станок с автоматической сменой инструмента. В нашем ассортименте представлены станки с автоматической сменой инструмента - это Excitech SHMS 1325-C и Excitech SHMS 2040-C.
- Стойка управления станком должна быть изучена. Очень распространены DSP контроллеры (пульт дистанционного управления), но самым современным вариантом для фрезерных станков с ЧПУ считается стойка производства Тайвань Syntec. Она уже полноценная сама по себе, ее не нужно подключать к персональному компьютеру чтобы осуществлять управление.
- Необходимо уделить внимание программному обеспечению, которое предлагается вместе со станком. Обычно в комплекте идут программы, к примеру, Type 3 , которые очень удобно использовать.
При выборе фрезерного станка(CNC Router) с чпу определитесь:
1. с каким материалом Вы собираетесь работать. От этого зависят требования к жесткости конструкции фрезерного станка и её типу.
Например, ЧПУ станок из фанеры позволит обрабатывать лишь дерево(в том числе фанеру) и пластики(в том числе композитные материалы - пластик с фольгой).
На фрезерном станке из алюминия можно обрабатывать уже и заготовки цветных металлов, при этом увеличится и скорость обработки изделий из дерева.
Для обработки стали фрезерные станки из алюминия не пригодны, здесь уже нужны массивные станки с литой станиной из чугуна, при этом и обработка цветных металлов на таких фрезерных станках будет с большей эффективностью.
2. с размером заготовок и размером рабочего поля фрезерного станка. Это определяет требования к механике станка с ЧПУ.
При выборе станка уделите внимание изучению механики станка, от её выбора зависят возможности станка, а заменить её без существенной переделки конструкции невозможно!
Механика фрезерного ЧПУ станка из фанеры и алюминия зачастую одинаковая. Подробнее ниже по тексту.
Но чем больше размер рабочего поля станка тем более жесткие и дорогие направляющие линейного перемещения потребуются для его сборки.
При выборе станков для решения задач изготовления высоких деталей, с большими перепадами высот, существует распространенное заблуждение в том, что достаточно выбрать станок с большим рабочим ходом по оси Z. Но даже при большом ходе по оси Z, невозможно изготовить деталь с крутыми склонами, если высота детали больше рабочей длины фрезы, то есть более 50мм.
Рассмотрим устройство фрезерного станка и варианты выбора на примере станков с чпу серии Моделист.
A) Выбор конструкции CNC станка
Существует два варианта построения CNC станков:
1) конструкции с подвижным столом
, рисунок 1.
2) конструкция с подвижным порталом
, рисунок 2.
Рисунок 1 Фрезерный станок с подвижным столом
Преимущества конструкции станка с подвижным столом - это простота реализации, большая жесткость станка ввиду того, что портал неподвижен и закреплен к раме (основанию) станка.
Недостаток - большие размеры, по сравнению с конструкцией с подвижным порталом, и невозможность обработки тяжелых деталей в связи с тем, что подвижный стол несет на себе деталь. Данная конструкция вполне подходит для обработки дерева и пластиков, то есть легких материалов.
рисунок 2 Фрезерный станок с подвижным порталом(портальный станок)
Преимущества конструкциифрезерного станка с подвижным порталом:
Жесткий стол, выдерживающий большой вес заготовки,
Неограниченная длина заготовки,
Компактность,
Возможность исполнения станка без стола (например, для установки поворотной оси).
Недостатки:
Меньшая жесткость конструкции.
Необходимость применения более жестких (и дорогих) направляющих (ввиду того, что портал "висит" на направляющих, а не закреплен на жесткой станине станка, как в конструкции с подвижным столом).
B) Выбор механики Фрезерного станка с ЧПУ
Механика представлена (см. цифры на рис.1, рис.2 и рис.3):
3 - держателями направляющих
4 - линейными подшипниками или втулками скольжения
5 - опорными подшипниками (для крепления ходовых винтов)
6 - ходовыми винтами
10 - муфтой соединения вала ходового винта с валом шаговых двигателей (ШД)
12 - ходовой гайкой
рисунок 3
Выбор системы линейного перемещения фрезерного станка (направляющие - линейные подшипники, ходовой винт - ходовая гайка).
В качестве направляющих могут использоваться:
1) роликовые направляющие качения , рисунок 4,5
Рисунок 4
Рисунок 5
Этот тип направляющих попал в конструкции любительских лазеров и станков из мебельной промышленности,рисунок 6
Недостаток - низкая нагрузочная способность и низкий ресурс, поскольку изначально не предназначены для использования в станках с большим количеством перемещений и высокими нагрузками, невысокая прочность алюминиевого профиля направляющих приводит к развалу, рисунок 5 и как следствие неустранимый люфт, что делает непригодным дальнейшей использование станка.
Ещё один вариант роликовых направляющих, рисунок 7, также не пригодный для высоких нагрузок и потому используется только в лазерных станках.
Рисунок 7
2) круглые направляющие , представляют собой стальной вал изготовленный из высококачественной износоустойчивой подшипниковой стали со шлифованной поверхностью, с поверхностной закалкой и жестким хромированием, показаны под цифрой 2 на рисунке 2.
Это оптимальное решение для любительских конструкций, т.к. цилиндрические направляющие имеют достаточную жесткость для обработки мягких материалов при небольших размерах станка с чпу при относительно низкой стоимости. Ниже представлена таблица выбора диаметра цилиндрических направляющих в зависимости от максимальной длины и минимальной величины прогиба.
Некоторые китайские производители дешёвых станков устанавливаю направляющие не достаточного диаметра, что ведет к снижению точности, например, при использовании на станке из алюминия на рабочей длине 400мм направляющих диаметром 16мм приведет к прогибу в центре под собственным весом на 0,3..0,5мм(зависит от веса портала).
При правильном выборе диаметра вала, конструкция станков с их использованием получается достаточно прочная, большой вес валов придает конструкции хорошую устойчивость, общую жесткость конструкции. На станках размером более метра применение круглых направляющих требует значительного увеличения диаметра для сохранения минимального прогиба, что делает применение круглых направляющих неоправданно дорогим и тяжелым решением.
| Длина по оси | Станок из фанеры | Станок из алюминия для работ по дереву | Станок из алюминия для работ по алюминию | |
| 200мм | 12 | 12 | 16 | 12 |
| 300мм | 16 | 16 | 20 | 16 |
| 400мм | 16 | 20 | 20 | 16 |
| 600мм | 20 | 25 | 30 | 16 |
| 900мм | 25 | 30 | 35 | 16 |
3) профильные рельсовые направляющие
На смену полированным валам на станках большого габарита приходят профильные направляющие. Использование опоры по всей длине направляющей позволяет использовать направляющие значительно меньших диаметров. Но использование данного вида направляющих накладывает высокие требования к жесткости несущей рамы станка, поскольку станины из листового дюраля или листовой стали сами по себе не являются жесткими. Малый диаметр рельсовых направляющих требует использования в конструкции станка толстостенной стальной проф трубы или конструкционного алюминиевого профиля большого сечения для получения необходимой жесткости и несущей способности рамы станка.
Использование особой формы профильного рельса позволяет получить лучшую износоустойчивость в сравнении с другими типами направляющих.
Рисунок 8
4) Цилиндрические направляющие на опоре
Цилиндрические направляющие на опоре являются более дешевым аналогом профильных направляющих.
Также как и профильные требуют использования в раме станка не листовых материалов, а проф трубы большого сечения.
Преимущества - отсутствие прогиба и отсутствие эффекта рессор. Цена вдвое выше, чем у цилиндрических направляющих. Их использование оправдано при длине перемещения выше 500мм.
рисунок 9 Цилиндрические направляющие на опоре
Перемещение можно выполнить как на втулках (трение скольжения) - рис.10 слева, так и с использованием линейных подшипников (трение качения) - рис. 10 справа.
рисунок 10 Втулки и линейные подшипники
Недостаток втулок скольжения - износ втулок, приводящий к появлению люфтов, и повышенное усилие на преодоление трения скольжения, требующее применения более мощных и дорогих шаговых двигателей (ШД). Их преимущество - низкая цена.
В последнее время цена на линейные подшипники настолько снизилась, что их выбор экономически целесообразен даже в недорогих хоббийных конструкциях. Преимущество линейных подшипников в меньшем коэффициенте трения по сравнению с втулками скольжения, а, соответственно, большая часть мощности шаговых моторов идет на полезные перемещения, а не на борьбу с трением, что делает возможным применение моторов меньшей мощности.
Для преобразования вращательного движения в поступательное на ЧПУ станке необходимо применение винтовой передачи (ходового винта ). За счет вращения винта, гайка движется поступательно. В фрезерно-гравировальных станках может применяться винтовые передачи скольжения и винтовые передачи качения .
Недостаток винтовой передачи скольжения - довольно большое трение, ограничивающее её использование при больших оборотах и приводящее к износу гайки.
Винтовые передачи скольжения:
1) метрический винт. Достоинство метрического винта - низкая цена. Недостатки - низкая точность, малый шаг и низкая скорость перемещения. Максимальная скорость перемещения винта (velocity mm`s per min) исходя из максимальных оборотов ШД (600об/мин). Лучшие драйвера сохранят момент вплоть до 900об/м. При такой скорости вращения можно получить линейное перемещение:
Для винта М8 (шаг резьбы 1,25мм) - не более 750мм/мин,
Для винта М10 (шаг резьбы 1,5мм) - 900мм/мин,
Для винта М12 (шаг резьбы 1,75мм) - 1050мм/мин,
Для винта М14 (шаг резьбы 2,00мм) - 1200мм/мин.
При максимальных оборотах у мотора останется порядка 30-40% от его первоначально указанного момента, и данный режим используется исключительно для холостых перемещений.
При работе на такой низкой подаче повышенные расход на фрезы, уже через несколько часов работы на фрезах образуется нагар.
2) трапецеидальный винт . В двадцатом веке занимал лидирующее положение в станках для металлообработки, до появления ШВП. Достоинство - высокая точность, большой шаг резьбы, а следовательно, и высокая скорость перемещения. Следует обращать на вид обработки, чем более гладкая и ровная поверхность винта тем больший срок службы у передачи винт-гайка. Катанные винты имеют преимущество перед нарезными винтами. Недостатки трапецеидальной передачи винт-гайка - достаточно высокая цена в сравнении с метрическим винтом, трение скольжение требует применения шаговых двигателей достаточно большой мощности. Основное распространение получили винты TR10x2 (диаметр 10мм, шаг резьбы 2мм), TR12x3 (диаметр 12мм, шаг резьбы 3мм) и TR16x4 (диаметр 16мм, шаг резьбы 4мм). В станках маркировка такой передачи TR10x2,TR12x3,TR12x4,TR16x4
Винтовые передачи качения:
Шарико-винтовая передача (ШВП). В Шарико-винтовой передаче трение скольжения заменено на трение качения. Для достижения этого в ШВП винт и гайка разделены шариками, которые катаются в углублениях резьбы винта. Рециркуляция шариков обеспечена с помощью возвратных каналов, которые идут параллельно оси винта.
Рисунок 12
ШВП обеспечивает возможность работы при больших нагрузках, хорошую плавность хода, значительно увеличенный ресурс(долговечность) за счет уменьшения трения и смазки, увеличенный коэффициент полезного действия(до 90%) за счет меньшего трения. Она способна работать на больших скоростях, обеспечивает выокую точность позиционирования, высокую жёсткость и отсутствие люфта. То есть станки с использованием ШВП обладают значительно большим ресурсом, но имеют более высокую цену. В станках имеют маркировку SFU1605, SFU1610, SFU2005, SFU2010, где SFU -одинарная гайка, DFU - двойная гайка, первые две цифры - диаметр винта, вторые две - шаг резьбы.
Ходовой винт фрезерного станка может крепиться следующим образом:
1) Конструкция с одним опорным подшипником. Крепление осуществляется с одной стороны винта гайкой к опорному подшипнику. Вторая сторона винта через жесткую муфту крепится к валу шагового двигателя. Достоинства - простота конструкции, недостаток - повышенная нагрузка на подшипник шагового двигателя.
2) Конструкция с двумя опорными подшипниками в распор. В конструкции используется два опорных подшипника во внутренних сторонах портала. Недостаток конструкции - более сложная реализация по сравнению с вариантом 1). Достоинство - меньшие вибрации, если винт не идеально ровный.
3) Конструкция с двумя опорными подшипниками в натяг. В конструкции используется два опорных подшипника на внешних сторонах портала. Достоинства - не деформируется винт, в отличие от второго варианта. Недостаток - более сложная реализация конструкции, по сравнению с первым и вторым вариантом.
Ходовые гайки бывают:
Бронзовые безлюфтовые. Достоинство таких гаек - долговечность. Недостатки - сложны в изготовлении (как следствие - высокая цена) и имеют большой коэффициент трения в сравнении с с гайками из капролона.
Капролоновые безлюфтовые. В настоящее время капролон получил широкое распространение и все чаще заменяет метал в профессиональных конструкциях. Ходовая гайка из графитонаполненного капролона имеет значительно меньший коэффициент трения по сравнению с той же бронзой.
рисунок 14 Ходовая гайка из графитонаполненного капролона
В гайке шарико-винтовой пары (ШВП) трение скольжения заменено на трение качения. Достоинства - низкое трение, возможность работы на высоких скоростях вращения. Недостаток - высокая цена.
Выбор соединительной муфты
1) соединение с использованием жесткой муфты. Достоинства: жесткие муфты передают больший крутящий момент с вала на вал, нет люфта при больших нагрузках. Недостатки: требуют точной установки, так как эта муфта не компенсирует несоосность и перекос валов.
2) соединение с использованием сильфонной (разрезной) муфты. Преимуществом использование сильфонной муфты является то, что ее использование позволяет компенсировать несоосность установки ходового вала и оси шагового двигателя до 0,2мм и перекос до 2,5 градусов, в следствии чего меньшая нагрузка на подшипник шагового двигателя и больший ресурс шагового двигателя. Она также позволяет гасить возникающие вибрации.
3) соединение с использованием кулачковой муфты. Достоинства: позволяет гасить возникающие вибрации, передают больший крутящий момент с вала на вал, в сравнении с разрезной. Недостатки: меньшая компенсация несоосности, несоосность установки ходового вала и оси шагового двигателя до 0,1мм и перекос до 1,0 градуса.
C) Выбор электроники
Электроника представлена (см. рис. 1 и 2):
7 - контроллером шаговых двигателей
8 - блоком питания контроллера ШД
11 - шаговыми двигателями
Существуют 4х-проводные, 6-ти проводные и 8-ми проводные шаговые двигатели . Всех их можно использовать. В большинстве современных контролеров подключение осуществляется по четырех проводной схеме. Остальные проводники не используются.
При выборе станка важно чтоб шаговый двигатель был достаточной мощности для перемещения рабочего инструмента без потери шагов, то есть без пропусков. Чем больше шаг резьбы винта тем более мощные потребуются моторы. Обычно чем больше ток двигателя тем больше и его крутящий момент(мощность).
Многие моторы имеют 8 выводов для каждой полуобмотки в отдельности - это позволяет подключить мотор с последовательно соединенными обмотками либо параллельно. При параллельно соединенных обмотках вам потребуется драйвер на в два раза больший ток, чем при последовательно соединенных обмотках, но при этом будет достаточно в два раза меньшего напряжения.
При последовательном наоборот - для достижения номинального момента потребуется в два раза меньший ток, но для достижения максимальных оборотов - в два раза большее напряжение.
Величина перемещения за один шаг, обычно, 1,8 градуса.
Для 1,8 получается 200 шагов на один полный оборот. Соответственно для вычисления величины количество шагов на мм («Шагов на мм» (Step per mm) ) пользуемся формулой: кол-во шагов на оборот / шаг винта. Для винта с шагом 2мм получим: 200/2=100 шагов/мм.
Выбор контроллера
1) DSP контроллеры. Достоинства - возможность выбора портов (LPT , USB, Ethernet) и независимость частот сигналов STEP и DIR от работы операционной системы. Недостатки - высокая цена (от 10 000 руб.).
2) Контроллеры от китайских производителей для любительских станков. Достоинства - низкая цена (от 2500 руб.). Недостаток - повышенные требования к стабильности работы операционной системы, требует соблюдения определенных правил настройки, предпочтительно использование выделенного компьютера, доступны только версии LPT.
3) Любительские конструкции контроллеров на дискретных элементах. Низкая цена китайских контроллеров вытесняет любительские конструкции.
Наибольшее распространение в любительских конструкциях станков получили китайские контроллеры.
Выбор блока питания
Для двигателей Nema17 необходим блок питания не менее 150Вт
Для двигателей Nema23 необходим блок питания не менее 200Вт
