Мебель из гнутой древесины. Гнутая мебель своими руками. Технологии изготовления гнутой мебели

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

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

1 Общие сведения о шпинделях

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

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

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

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

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

1.1 Технические параметры

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

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

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

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

гравирование;
раскрой;
фрезеровка.

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

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

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

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

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

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

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

1.2 Преимущества применения

Основные и наиболее значимые преимущества шпинделей следующие:

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

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

2 Устройство и охлаждение

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2.1 Полезная информация о фрезерных шпинделях (видео)

] ВЫБОР ШПИНДЕЛЯ

Шпиндель PURELOGIC PL-SPD-02

Шпиндель PURELOGIC KRESS 1050FME

Шпиндель водного охлаждения PURELOGIC WS-1500

Шпиндель воздушного охлаждения PURELOGIC AS-1500

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

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

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

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

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

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

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

Всем привет друзья, собираю небольшой станок ЧПУ и на днях приобрел комплектом шпиндель, частотник, цанги, в общем все самое необходимое для полного счастья. Штука не дешевая, и обзор будет весьма полезен для тех кто собирается купить но сомневается в выборе. Продавец проверенный и не я один у него брал, доставляет быстро, есть склады в России и упаковано все супер!

Через семь дней я уже бежал домой вприпрыжку с огромной коробкой всяких ништяков и мне дико хотелось ее распаковать.

Собственно почему я выбрал именно такой комплект. Соглашусь, мощность 2.2 кВт для небольшого станка избыточна, но разница в цене между 1.5 кВт. и 2.2 кВт. не большая а вот различия между ними существенны! Во первых цанга на более мощном шпинделе ER20 что позволяет крепить фрезы с хвостовиком большего диаметра, что увеличивает жесткость и повышает его функциональность а во вторых на этой модели установлены 4 подшипника c7005x2 c7002x2 что увеличит срок службы данного агрегата.
И так, характеристики:
Размеры: 80 мм
Мощность: 2.2kw
Напряжение: 220 В
Частота: 0-400 Гц
Скорость: 0-24000 об./мин.
Водяное охлаждение
цанги ER20
Габариты самого шпинделя

В комплект ходит:
1 x 2.2 кВт шпиндель с водяным охлаждением
1 х 2.2 кВт/220 В VDF Частотный преобразователь
1 х Помпа для системы водяного охлаждения
1 х 5 метров трубки для системы охлаждения
1 х 80 мм. кронштейн для шпинделя
13 x набор цанг ER20 (1,2, 3.175, 4,5, 6,7, 8,9, 10,11, 12.7, 13 мм)
Собственно теперь можно посмотреть на живые фотографии того что было в коробке. Начнем со шпинделя, тут все как обещал продавец огромная металлическая штуковина которая весит ровно пять килограмм, гайка цанги стальная со следами балансировки, в верхней части находятся два штуцера с гайками для шлангов системы охлаждения и разъем для подключения питания (ответная часть так-же идет в комплекте) В разъеме 4 пина но задействованы только 3 их можно подключать в любой комбинации, сопротивление обмоток 2.5 Ом.

Помпа для системы водяного охлаждения модель DS3500 рабочее напряжение 220 в. 50 Hz мощность 75 Вт. Производительность 3000 литров в час и помпа способна поднять воду на высоту 3.5 метра. Помпа погружного типа крепится на 4 присоски, в комплекте идет переходной штуцер с быстрой фиксацией шланга 8 мм. Вилка американского стандарта тип А

Кронштейн стандартный для шпинделя диаметром 80 мм. в комплекте с ним 3 винта, один по центру отжимной чтобы можно было вставить шпиндель и два для того чтобы зафиксировать шпиндель на месте.

В комплекте у меня было 15 цанг ER20 13 в индивидуальных контейнерах, одна установлена в шпиндель и одна была просто в пакетике как бонус что весьма приятно.

Частотник HY02D223B Весьма распространенный, хоть инструкция идет в комплекте но она вся на английском языке и достаточна подробная но разобраться по началу трудно. К счастью для нас в интернете легко найти инструкцию по настройке и описание основных функций. Внимание во избежания преждевременной кончины шпинделя рекомендую сбросить частотник до заводских настроек и настроить соответственно характеристикам вашего шпинделя. В самом частотнике установлен вентилятор который включается сразу после подачи питания. Панель управления сьемная, но шлейф короткий, при желании его можно значительно удлинить.

Так же в комплекте было 5 метров шланга внешний диаметр 8 мм. внутренний 5 мм. достаточно жесткий. Мне к сожалению его оказалось мало и я прикупил еще 5 метров в ближайшем автомагазине.

Ну и напоследок когда я все это распаковал все было подключено и проверено, если кому-то это будет интересно можете посмотреть видео по запуску этого шпинделя.