Компания "чпу моделист". Как выбрать фрезерный станок (фрезер) с ЧПУ по дереву своими руками Чпу какой купить

Фрезерные станки с ЧПУ выполняют резьбу по дереву в 3D при производстве элементов декора и интерьера, рекламной продукции, сувениров. Раскраивают криволинейные детали мебели и фасадов из натуральной древесины, выполняют рельефные работы (гравировка). Кроме дерева, обработке поддаются акрил, фанера, МДФ, гипс, мягкие металлические сплавы.

Процесс обработки материала происходит под контролем электроники по заранее подготовленной программе. Такое производство отличается быстротой и высокой точностью выполнения работ.

Классификация фрезеров с ЧПУ

Фрезерное оборудование с ЧПУ различается по технологическим возможностям: скорости обработки и величине заготовок.

Бытовые фрезеры с числовым управлением выполняют гравировку достаточно медленно, оснащаются слабыми электромоторами. При этом они небольшого размера, легкие. Созданы специально для обработки дерева в домашних мастерских. Станок размещается на столе или верстаке и предназначен для выполнения небольших деталей. Эксплуатировать его может начинающий мастер в качестве учебного пособия или для изготовления небольших единичных заказов.

Промышленные фрезеры с числовым управлением рассчитаны на долгую работу под контролем автоматики. На них устанавливают мощные электродвигатели, прочные механические узлы и обязательно увеличенную поверхность резки. Оборудование используется при производственных процессах, требующих высокой скорости обработки и максимальной точности, например, при раскрое крупных листов МДФ, ДСП.

Промышленные фрезерные линии работают в полностью автоматическом режиме. Станок самостоятельно заменяет заготовки и фрезы, обрабатывает детали с пяти сторон. Автоматическая замена резаков производится Системой автоматической смены инструмента, которая бывает рядной или карусельной. Линии оснащаются самыми качественными механизмами и сложными программами.

В зависимости от расположения фрезы станки могут быть:

• вертикально-фрезерными;
• горизонтально-фрезерными.

В промышленности шире применяются вертикально-фрезерные, более точно проводящие обработку и обеспечивающие жесткую фиксацию заготовки. Такой фрезер может обработать и детали под наклоном, независимо от их габаритов.

Различаются станки и количеством шпинделей: 2-шпиндельные, 3-шпиндельные и 4-шпиндельные модели. С увеличением числа шпинделей повышается производительность.

Устройство и комплектация фрезеров с ЧПУ

Принцип работы фрезеров с ЧПУ основан на системе позиционирования по координатам трех осей: X, Y, Z. Все передвижения каретки с резаком производятся под руководством ЧПУ по осям. Как правило, система реализуется таким образом:

• Y-ось — вдоль плоскости рабочего стола;
• X-ось — поперек плоскости рабочего стола;
• Z-ось — в вертикальной плоскости.

Система позиционирования по каждой оси состоит из:

• электромотора;
• системы приводов;
• опорно-направляющих устройств.

От свойств опор и направляющих зависит точность позиционирования и качество конечной продукции. Направляющие должны быть выполнены из высоколегированной стали и могут быть с прямоугольным или круглым сечением.

Устанавливаются направляющие следующим образом:

• по Х-оси для движения портала с двух концов стола;
• по Y-оси на портале для передвижения каретки с фрезой;
• по Z-оси на каретке для передвижения самой фрезы.

Кроме перечисленных деталей в конструкции присутствуют:

• суппортное устройство;
• валовый механизм;
• рабочий стол;
• станина;
• набор режущих инструментов (ножи, фрезы);
• струбцины для крепления деталей.

Резаки прикрепляются на вал с помощью конусного или , идущего в комплектацию.

Электродвигатель передает движение суппортам, балкам (порталам) и шпинделям посредством зубчатой или винтовой передачи. Шпиндель оснащается воздушным или водяным охлаждением.

Для осуществления прямолинейного фрезерования дополнительно используют линейное направляющее устройство, снабженное прижимными механизмами.

Тип электродвигателя

На фрезерах с ЧПУ по дереву устанавливаются электромоторы:

• шагового типа;
• с обратной связью (серводвигатели).

Тип электромотора зависит от планируемых задач и мощности станка.

Шаговый электромотор трансформирует импульсы электросигналов в механическое движение ротора с остановкой в нужном положении. Такой тип электродвигателя обеспечивает точный контроль над скоростью и позиционирование без использования контроллера обратной связи. Он очень прост в обслуживании и обходится сравнительно недорого. При этом скорость двигателя не превышает 1000 оборотов в минуту, а при максимальных нагрузках существует вероятность потери шага.

Серводвигатели в отличие от шаговых не крутятся постоянно, а получив сигнал, совершают движение и останавливаются до следующего сигнала. Сервоприводы обладают механизмом обратной связи, который позволяет исправлять ошибки. Это означает, что если надавить на привод, он будет сопротивляться, пытаясь вернуться в нужную точку.

Серводвигатели вращаются быстрее, они мощнее и точнее. Но значительно удорожают стоимость фрезера. Обслуживание их требует специальных навыков, поэтому доверяется квалифицированным кадрам. Управлять серводвигателями также сложнее.

Фрезер с сервоприводом необходим для высокоскоростной обработки материалов (чаще раскроя листов) или при изготовлении матриц высокой точности.

Дополнительные приспособления

По специальному заказу фрезер с ЧПУ комплектуется дополнительными устройствами, расширяющими функционал:

• четвертая поворотная ось: позволяет изготавливать детали сферической, конической или цилиндрической формы, украшенные резьбой. Например, колонны, столбики, балясины, ножки для мебели сложной формы;

• вакуумная столешница: необходима при частом выкраивании листов ДСП, МДФ, фанеры на элементы сложной формы. Стол с вакуумной помпой плотно удерживает вырезанные заготовки без использования механики.

Выбор фрезера с ЧПУ

Подбирая фрезерное оборудование с ЧПУ по дереву, следует учесть важнейшие характеристики.

Размеры рабочей столешницы

Они определяют размер заготовки, которую можно будет фрезеровать на этом ЧПУ станке. Размер столешницы должен быть чуть больше, чем планируемые габариты заготовок, поэтому предварительно нужно определиться со сферой применения станка:

• если планируется выполнять накладную резьбу, достаточно 90 х 60 см;
• для панно, картин и мебельных фасадов — 120 х 120 см;
• для фрезерования дверных полотен — 130 х 250 см;
• для изготовления мелких изделий, сувениров — от 30 х 30 см.

Тип и мощность шпинделя

Для работы с небольшими элементами достаточно мощности шпинделя от 1500 до 2200 Вт. Если планируется фрезерование материала глубже 80 мм, раскрой толстой фанеры, дерева, МДФ — необходим шпиндель мощностью от 3000 Вт. Для обработки деталей из фторопласта подойдет маломощный 1500 Вт. Промышленные станки ЧПУ с автоматической сменой резаков оборудуются шпинделями мощностью от 4000 Вт.

Второе отличие шпинделей — система охлаждения, она может быть водяной или воздушной. При обработке дерева достаточно более дешевой и простой водяной системы охлаждения.

Высота фрезеруемой детали

Толщина или высота детали зависит от координаты Z. Максимальное значение координаты соответствует расстоянию от портала до столешницы и подбирается так:.

• для работы с большими изделиями из дерева (столбами, кронштейнами) необходимо оборудование высотой от 20 см;
• для раскроя, выполнения рекламных заказов и небольших изделий достаточно 15 см.

Тип управления

Есть три варианта: отдельная стойка или пульт, компьютер и плата, компьютер и ЛПТ. Последний не подойдет для профессиональных работ.

Второй вариант удобен тем, что на мониторе компьютера отображается весь ход работы. Он требует приобретения компьютера, который используется на весь технологический процесс.

Пульт-стойка хорош тем, что система управления полностью интегрирована с фрезером. Например, при отключении электричества станок фиксирует позицию и запустится с этой точки. Пульт прост в управлении, защищен от запыления. Управляющая программа пишется на компьютере.

Управление станками по дереву с системой смены инструмента, поворотными осями или несколькими шпинделями эффективнее и проще с помощью пульта-стойки.

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

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.

1. По типу станка - напольные и настольные.
2. Шпиндель - водяное или воздушное охлаждения.
3. Направляющие могут быть круглые или квадратные профильные.
4. Рабочий стол может быть подвижным или нет, двигается сам портал.
5. На станке может присутствовать централизованная система смазки.
6. На станках установлены шаговые или серво-двигатели.
7. По типу управления станком: DSP контроллер RZNC, NCStudio – PCI плата, Mach 3 – интерфейсная плата (LPT).
8. Станок может быть оснащен СОЖ.
9. Станки с автоматической сменой инструмента ATC.
10. Станок может быть укомплектован вакуумным столом или только струбцинами, Т-пазами.
11. 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.

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

На этом сложном оборудовании изготовляют всевозможные детали из металла, оргстекла, акрила или пластика, древесины. Их универсальность состоит в том, что они хорошо подходят для поперечного строгания, образования самых сложных поверхностей, в частности, криволинейных; выполняют выборки гребня, шпунта, фальцев, паза, шлицы и калевки.

Описание станка

Стандартная комплектация станка включает:

• тяжелое и мощное основание;
• рабочий стол;
• , с одновременным присутствием шпиндель-вала;
• набор нескольких инструментов для резки материалов;
• передний дисковый тормоз.

В конструкцию станков сегодня включены многие важные устройства, обеспечивающие точность обработки и удобство для пользования. О них важно знать, чтобы выбор фрезерного станка с ЧПУ был осмысленным и правильным.

Не оставьте без внимания шпиндель!

Одно из важных качеств в работе электродвигателя вала шпинделя – способность плавно и равномерно его вращать. При комплектации подбирают подшипники высочайшего (класса точности, а цанга должна иметь повышенные допуски по биению и размеру.

Различают основные типы систем охлаждения шпинделей:

1. Жидкостная (в её основе – циркуляция воды или тосола в замкнутом контуре). Одно из преимуществ – надёжное теплоотведение. Среди недостатков – сложная конструкция, ведь охлаждающую жидкость надо разместить в резервуаре.
2. Воздушная (такое охлаждение состоит в нагнетании воздуха через щели-воздухозаборники в полости шпинделя). В числе плюсов системы – компактность и простота. Минус тоже есть – фильтры, особенно у техники, обрабатывающей массив дерева, надо часто менять, они загрязняются пылью.

При выборе шпинделя для станка ЧПУ, стоит обратить внимание на указанные в техническом паспорте его показатели (мощность и частота вращения при фрезеровании), зависящие от того, насколько твёрдые обрабатываются материалы. Например, у листовой фанеры требуемая мощность для обработки – 800 Вт; над массивом твёрдой древесины, лёгкими металлами – медью, латунью и алюминием, пластиком трудится более мощный станок – 1500 Вт; а камень обрабатывают при мощности 3000 – 4000 Вт.

Сейчас в оборудовании для фрезерных работ, в основном применяют импортные шпиндели:

1. Итальянский – высококачественные, работающие с большой скоростью, при плавном вращении и малом биении, преимущественно, с воздушным охлаждением и высокой ценой.
2. Китайский имеет сплошной корпус цилиндрической формы, который на торцах закрыт крышками, а для удерживания валов применяют подшипниковые узлы. Среди плюсов – конструкция имеет достаточный уровень жёсткости и минимальную вибрацию, нечувствительность к наличию стружки и пыли, доступность по цене. У моделей шпинделей китайского производства, к сожалению, большая вероятность брака, бывает трудно заменить подшипники. А у моделей, имеющих водяное охлаждение, наблюдается слабая антикоррозионная стойкость внутренних деталей.

Типы станков для фрезерования

Выбирая подобное оборудование, надо исходить из того, насколько оно соответствует предназначению. У россиян есть выбор:

• высокоскоростные ЧПУ станки-автоматы, которые режут и выполняют раскрой металлов, обрабатывают детали из картона и древесины, справляются с двухслойным пластиком и акрилом, ПВХ, оргстеклом и гипсом, натуральным камнем – гранитом и мрамором;
• модели (фрезерно-гравировальные), работающие с листами (предельный габарит 2000 х 4000 х 200 мм);
• граверы (от 2D моделирования до 4D);
• узкопрофильные автоматы, работающие с одним каким-то материалом – разновидностями камня, фанерой, древесиной, нержавеющей сталью или алюминием;
• небольшие портативные модели с ЧПУ. Например, модель фрезерного станка с «Настольный 3D» служит для фрезерования печатных плат, МДФ и обрабатывает изделия предельно точно.

В линейке техники серии для профессионалов, можно отдать предпочтение вертикальным и горизонтальным обрабатывающим центрам с программным управлением; большим трех-, четырех- и пятикоординатным фрезерным ЧПУ граверам, которые производят на Тайвани.

Они считаются достаточно надежными и покупаемыми (после Германии и Японии – на третьей позиции). К тому же, их выгодно приобретать и частным лицам, и предприятиям, благодаря наличию в Москве и Туле сервисных центров, занимающихся поставкой оснастки, режущего инструмента, наладкой техники и обучением персонала.

ВНИМАНИЕ: Отличить станок с Тайваня несложно: у него цельнолитая станина (материал изготовления бразильский мелкозернистый чугун). К тому же автомат укомплектован американскими или японскими подшипниками, импортными шпинделями.

А если заказчик ищет высокоточный ювелирный станок, лучшая модель для этого – P 0403 от производителя Vector.

Мебельное оборудование

Деревообрабатывающее и мебельное производство, мастерские, изготавливающие окна, двери и фасады, не смогут функционировать без оборудования широкого функционала, – автоматов по дереву с чпу.

В последние годы стала модной мебель в стиле ретро – с изящными резными подлокотниками, ножками и другими деталями. При этом используется технология автоматизированной резки узора на фрезерном станке, на котором установлено числовое управление. Оно обеспечивает высокую точность и качество, когда выполняется сложная фрезерная обработка древесины и создаётся резной элемент.

При помощи такого оборудования, возможно наладить производство:

• деревянных мебельных фасадов и декоративных консолей;
• бaляcин, фигурных нoжек и прорезных элементов;
• зaклaдных резных деталей;
• символов, статуэток, фигурок и рамок различной формы для картин и зеркал.

Тот, кто ограничен в средствах, возможно, купит недорогой китайский стандартный гравировально-фрезерный станок с ЧПУ – СС-М1, специально для . При изготовлении фасадов, гравировке декора и барельефа – обычно много пыли. Поэтому, выбирайте ту комплектацию, где есть вакуум-аспирация для пылепоглощения. В данной модели она есть.

Какие фрезерные станки лучше? Однозначного ответа не даст никто. Но доверия всё же больше к программному рабочему оборудованию. Подход к выбору нужной техники у каждого мастера – свой.

И хорош тот фрезерный станок с ЧПУ, у которого выше точность, ниже энергопотребление, больше удобства в пользовании, надёжность в любой рабочей ситуации.

Можно сформулировать три совета правильного выбора:

1. Уточняйте заранее у менеджеров фирм все данные о модели; материалах, с которыми работает станок. Если есть видео – просмотрите. Это поможет определиться.
2. Проконсультируйтесь до покупки относительно функционала оборудования и круга выполняемых задач. А лучший вариант – записаться на демонстрацию работы чпу станка и не стесняться по ходу эксплуатации задавать вопросы.
3. Когда нужная модель выбрана, будьте внимательны в момент покупки: проверьте купленное оборудование на предмет комплектации узлов. Обязательно должен быть блок программного управления станком; шнуры, имеющие разъемы соответствующей конфигурации, и диски с ПО. Обычно ПО устанавливают специалисты фирмы, продающей станок, во время его наладки.

Заключение

В основном, мы попытались помочь человеку, стоящему перед выбором. Разобрались, как выбрать фрезерный станок (вещь дорогая, и будет работать у владельца не один год – с металлом или деревом). По крайней мере, сейчас выбирать есть из чего. Хочется надеяться, что читатели воспользуются этой информацией для покупки рабочего инструмента.