info@cnc-info.ru

Обзор шпинделей для фрезеров с ЧПУ (CNC)

Существует множество разновидностей двигателей, которые можно применять в качестве шпинделей для станков по фрезеровке дерева и металла. Многие из них достаточно специфические и изготовляются конкретно под модели станков.

Обзор рассчитан на начинающих самодельщиков, чтобы дать общее понимание наиболее часто используемым шпинделям.

Но если говорить про малогабаритные фрезерные станках с ЧПУ, то в них используется в основном два вида двигателей, асинхронные (частотно-модулируемые) и коллекторные. Каждый вид шпинделя имеет свои преимущества и недостатки, давайте разберём на готовых примерах.

Основные виды шпинделей

Основные виды шпинделей для малых фрезерных станков ЧПУ подразделяются на:

  • Коллекторные, с воздушным охлаждением — скорость на валу от 0 до 35.000 об\мин.
  • Асинхронные с воздушным охлаждением (с управлением от частотно-модулируемого блока питания) — скорость на валу от 0 до 24.000 об\мин.
  • Асинхронные с водяным охлаждением (с управлением от частотно-модулируемого блока питания) — скорость на валу от 0 до 24.000 об\мин.

Коллекторные шпиндели с воздушным охлаждением

Коллекторные шпиндели (по факту это Фрезеры, но используются во фрезировальных станках ЧПУ) применяются в самодельных и промышленных станках (но по большей части в самодельных и малогабаритных), когда главная задача – сделать станок как можно проще и дешевле. Масса недостатков коллекторных двигателей покрывается его простотой установки и невысокой ценой (хотя не все модели подходят под параметр низкой цены). Главный недостаток выделить трудно, потому что все они очень неприятны. Коллекторные шпиндели, из-за наличия щёток очень громко шумят при работе, частота вращения вала может меняться, что часто зависит от нагрузки (а так же от входного сетевого напряжения). Это мешает точно задать нужные режимы фрезеровки,  в итоге всегда оставляют запас в меньшую сторону (то есть в угоду запаса на непостоянную скорость, идёт увеличенное время обработки изделия).

«Коллекторники» требую регулярного ухода, длительная работа шпинделя требует частой замены щёток. Если в дрели вы меняете щётки раз в 2-3 года, при умеренном использовании, то в станке придётся это делать раз в 2-3 месяца, если не чаще. Щётки коллектора, излучают сильные электромагнитные помехи, а стёртые щётки могут сильно искрить, что может стать источником случайного воспламенения (как минимум, коллекторные двигатели нельзя надолго оставлять без присмотра). Коллекторные шпиндели ставят из-за их низкой стоимости, и простоте подключения. Помимо стирания щёток, так же стирается и сам коллекторный фал с контактными пластинами. При значительном износе коллектор приходиться либо менять, либо ставить другой  шпиндель (фрезер).

Ниже наиболее распространённые коллекторные модели фрезеров (под шпиндели) от 50 Вт до 800 Вт:

Фрезер (бормашинка, или гравёр так же часто используют в малогабаритных фрезерных станках).
  • Фрезерная машинка Proxxon от 50 до 120 Вт (зависит от модели), при 5000-20000 об/мин.
  • Цены от 1000 до 2500 рублей (модели представлены просто для обзора).

Коллекторный гравёр Proxxon 40 ВтКоллекторный гравёр Proxxon 100 Вт

Другие фрезерные машинки (дремель, бормашинки, гравёры, все так или иначе «Жужжат»).

Основное правило — это простота подключение, встроенная регулировка оборотов и та самая частота оборотов от 500 до 30.000 об/мин.

Цена таких малюток от 900 до 3000 рублей (рассматриваем китайские модели).

Дремель Ворт, 100 ВтДремель 175 Вт

Основной недостаток всех коллекторных фрезеров — это большой шум издаваемый при работе. Из плюсов можно отметить небольшой вес (хотя для шпинделей под станок это особо не влияет).

  • Фрезер Kress 800 FME, 800 Вт, 10 000-29 000 об/мин.
  • Цена около 11.000-12.000 рублей.
  • Китайские аналоги будут стоять дешевле раза в 2.

Коллекторный фрезер Kress 500 ВтКоллекторный фрезер Kress 800 Вт

Возьмём ещё для примера более «массивные» модели, которые имеют практически те же характеристики, что и перечисленные выше.

Фрезер GKF 600 Вт 33000 об/мин, хотя эту модельку не назовёшь дешёвой, так как его цена около 13.000 рублей.

Фрезер GKF 600 Вт

Стоит конечно учитывать — что чем меньше мощность фрезера, тем меньше производительности он будет иметь.

И естественно если рассматривать китайские аналоги некоторых моделей, то вполне приемлемая цена будет упираться в 3-4.000 рублей за 600-800 Вт.

  • Вот этот китайский малыш обойдётся всего за 3500 рублей, при 800 Вт и 30.000 об/мин.

Фрезер Китай 800 Вт и 30.000 об/мин

Асинхронные шпиндели с воздушным охлаждением

В станках с ЧПУ такие шпиндели применяются в комплекте с инвертором – устройством, преобразующим 1 фазу 220 вольт в 3 фазы по 200 вольт, а частоту сети 50 герц преобразует в более высокую, которую на выходе регулирует инвертор. Как правило, диапазон регулировок составляет от 0 (первый порог частоты может быть 100 Гр)  до 400 герц, и это позволяет управлять оборотами шпинделя при помощи частоты в пределах от 0 (3.000)  до 24.000 оборотов в минуту. Инвертор позволяет добиться стабильной частоты вращения независимо от нагрузки на фрезу, и почти неизменной мощности на валу независимо от частоты вращения. Эти шпиндели не имеют изнашиваемых щёток, что позволяет использовать их годами без техобслуживания. К недостаткам следует отнести зависимость температуры шпинделя от температуры окружающего воздуха, значительный нагрев корпуса шпинделя, и «жужжание» крыльчатки воздушного охлаждения, которая на высоких оборотах может стать причиной свиста. Кроме того, при использовании такого шпинделя с выключенной системой аспирации (стружкоотсос) поток с охлаждающего вентилятора шпинделя, может сильно раздувать стружку по помещению. Но, из-за отсутствия необходимости в подаче и циркуляции охлаждающей жидкости (как это сделано на шпинделях с водяным охлаждением) часто становиться причиной выбора именно такой конструкции.

К недостаткам асинхронных шпинделей, как с воздушным, так и с водяным охлаждением, относится их высокая цена (хотя, не все можно так сравнить). Но всё же положительных характеристик больше:

  • Низкий уровень шума.
  • Низкий уровень вибрации.
  • Длительная бесперебойная работа.
  • Высокий крутящийся момент на валу.
  • Поддержание постоянных оборотов при разной нагрузке.

Асинхронные шпиндели с воздушным охлаждением производятся по сути именно для фрезерных станков, то есть в других областях их не используют.

Основная масса производиться в Китае, на Aliexpress можно найти сотни продавцов, но моделей всего около пару десятков.

Воздушные шпиндели производятся в основном до 800 Вт, хотя есть модели и 1,5 кВт, хотя их используют реже (может сильно греться).

В основном можно отметить четыре модели шпинделей на 200, 300, 400 и 500 Вт, которые имеют одинаковые характеристики по размерам, разница только по длине.

Так же есть модели с воздушным охлаждением и 800 Вт того же формфактора что и 500 ваттники, но они идут коллекторные.

  • 200 Вт 3000-12000 об/мин, крутящий момент 230 Нм/м.
  • Цена на Aliexpress от 1200 до 1600 рублей.

Шпиндель асинхронный 200 Вт 3000-12000 об/мин

  • 500 Вт 0-12000 об/мин, крутящий момент 500 Нм/м.
  • Цена на Aliexpress от 1800 до 2500 рублей.

Шпиндель асинхронный 200 Вт 3000-12000 об/мин

Все шпиндели этой категории имеют одинаковый диаметр - стандартные 52 мм, это упрощает их использование во фрезеровальных малогабаритных станках по дереву и металлу. И отличаются только по длине.

Шпиндели оснащаются цанговым зажимом ER11 или ER16, так же может использоваться и стандартный зажимной патрон от дрели.

Модель съёмника для цанг можно посмотреть тут.

Практически все шпиндели из этой линейки имеют толщину 52 мм, так что их установка входит в определённый шаблон.

Шпиндель асинхронный 500 Вт 0-12000 об/мин

Так как для увеличения мощности шпинделя бесконечно длину увеличивать не получиться, воздушные асинхронные шпиндели на 800 Вт и выше имеют другой диаметр.

Асинхронные шпиндели с водяным охлаждением

Асинхронные шпиндели с водяным охлаждением имеют те же данные, что и с воздушным охлаждением, но имеют и свои неоспоримые плюсы:

Отсутствие крыльчатки делает такой шпиндель практически бесшумным водяная помпа обычно работает очень тихо). Шум от такого станка обычно идет от фрезы и от шаговых двигателей.

Водяное охлаждение поддерживает низкую температуру самого двигателя, что положительно сказывается на долговременную работу встроенных подшипников.

Так же большинство шпинделей с «водянкой» имеют частоту оборотов от 0 до 22-24.000 об/мин. Что в случае с воздушным охлаждением будет создавать высокий уровень шума.

Недостатки конечно есть — это необходимость оборудования системы шлангами охлаждения, емкостью для воды и водяной помпой. Так же стоит учитывать что вода в емкости будет всё же греться и нужно проводить её периодическую замену. В системе охлаждения рекомендуется использовать не простую воду, а антифриз — что снижает образование накипи, и предотвращает появление водорослей в воде.

  • Асинхронный шпиндель с водяным охлаждением на 800 Вт и 0-24.000 об/мин.
  • Цена на Aliexpress  8.500-9.500 руб.

К недостаткам асинхронных шпинделей, как с воздушным, так и с водяным охлаждением, относится их высокая цена. Хотя, судя по ценам на Aliexpress, стоимость шпинделей 500-800 Вт даже ниже коллекторных аналогов.

В малогабаритных станках  самодельщики часто использую борфрезы, дремели, бормашинки, и подобные им фрезеровальные инструменты, иногда закреплённые даже простыми нейлоновыми стяжками... Хотя рукодельшики те ещё маниаки :)

Если ЧПУ используется в высокоточных ювелирных работах, то иногда используют высокооборотистые шпиндели с частотой вала до 60.000 об/мин. Но все их можно отнести к разряду спецоборудования и обычно не используются очумелыми ручками.

А вот и пример очумелых ручек. Хотя стоит отдать должное, очевидно владельцу «очумелых ручек» всего 15-16 лет и это похвально для такой работы. Конечно точность у такого станка практически отсутствует — но для ознакомления с технологией фрезерования с помощью ЧПУ — вполне приемлемо и похвально.

Самодельный фрезеровальный станок из фанеры