Ребят, мы построили систему охлаждения для своего ЧПУ и делимся с вами всей документацией на случай, если вы захотите такую же.

Настал тот день, когда появилась возможность привести в порядок охлаждение шпинделя: вышел из строя китайский насос. И мы подумали, что пора перестать прятать канистру с тосолом и насосом под станком и сделать что-то, что было бы не стыдно поставить на видное место. Мы же бюро промышленного дизайна, в конце концов!

Вот так выглядело хозяйство сразу после поломки:

Такая канистра прогревалась до 60С, если станок работал 5-6 часов зимой, и до 70С летом. При этом температура корпуса шпинделя по показаниям инфракрасного термометра имела температуру в сопоставимом диапазоне: от 60 до 75С. Этого хватало впритык, но в ближайшие пару недель виднелся довольно большой заказ на обработку и мы приняли решение сделать охлаждение с запасом.

У нас в закромах оставалась кое-какая водопроводная мелочь и пара красивых биметаллических термометров от одного из прошлых проектов, которые хотелось уже куда-то приобщить. Также у нас довольно дорогая электроэнергия и совсем дешевая холодная вода, поэтому водопроводную мелочь мы решили пустить на организацию второго контура, который бы остужал тосол.

Справа от станка у нас висит щит с электрикой: частотный преобразователь, блоки питания, дампер и прочее. Все смонтировано на листе оргстекла, вырезанного лазером, и мы не стали отходить от заданной стилистики.

После пары часов моделинга получилась вот такая схема:

• На левой стенке располагаются две «американки» на 1/2" для подключения проточной воды. К ним присоединены переходники с цангой на силиконовую трубку 10мм, которая спиралью продевается в отверстия кассеты (та, что с ручкой).
• По силиконовой трубке будет течь проточная холодная вода и через стенку трубки остужать тосол. Не супер эффективно, но в нашем случае вполне достаточно.
• Вся конструкция подвешивается к стене, поэтому в дно бака вмонтирован кран на 1/2" для слива на случай, если потребуется все снять для обслуживания или просто перевесить.
• Биметаллические термометры справа тоже имеют резьбу 1/2" и закреплены контр-гайкой через силиконовую прокладку. На гильзу верхнего термометра будет литься теплый хладагент, и термометр будет показывать его температуру на входе. Гильза нижнего термометра расположена рядом с входным отверстием погружного насоса и показывает температуру выходящего потока.

Суммарно получилось 12 деталей различной толщины: боковые детали и дно решено было сделать из листа толщиной 10мм чтобы было удобнее сверлиться и нарезать резьбу, а заднюю стенку и лицевую панель — 6мм. Мы подготовили контуры для раскройки в DXF, составили спецификацию и отправили нашим друзьям на лазерную резку. На следующий день получили детали и примерно половину дня потратили на сверление граней, нарезание резьбы и снятие фасок.

Затем провели пробную сборку:

Все отлично собралось, и на следующий день мы поехали забирать погружной насос из пункта выдачи интернет-заказов. Выбран был насос для фонтанов ЗУБР ЗНФЧ-20-1.6. Довольно компактный и с характеристиками как раз под нашу задачу.

Пришло время финальной сборки. Все стыки проклеили, винты затянули и оставили сушиться. Видео сборки можно посмотреть вот здесь:

Все просушилось, и мы успешно установили агрегат. Теперь это выглядит вот так:

• 12 деталей из оргстекла
• 2 фитинга «американка» на 1/2"
• 2 биметаллических термометра
• 1 кран на 1/2"
• 5 силиконовых прокладок на 1/2"
• россыпь крепежа М4х0,5
• тюбик силиконового герметика
• 4 метра силиконовой трубки 10мм
• погружной насос ЗУБР ЗНФЧ-20-1.6

Общая стоимость: около 6 тыс.руб.

Всю документацию, включая модель и развертки в DXF для лазерной резки мы собрали в архив и разместили вот здесь:

А еще мы открыли канал в Telegram для вопросов по сборке и предложений по модернизации.

Шпиндели ЧПУ станков оберегаются от перегрева двумя способами: водой и воздухом. Рассмотрим эти две разновидности, имеющие право на существование.

Шпиндель с воздушным охлаждением

Эта система напоминает охлаждение бытовой дрели: к валу крепится вентилятор, который отгоняет от движка тёплый воздух, предупреждая перегревание. Система шпинделя с воздушным охлаждением простая, но имеет два основных минуса: Действие вентилятора производится с движением воздушных масс, которые перемещают воздух вместе со всеми опилками, пылью и микрочастицами, выделяющимися при фрезерно-гравировальных работах. Параметры кругового движения лопастей вентилятора непосредственно зависит от скорости оборота вала. То есть, при его замедлении вентилятор будет медленно вращать лопасти, шпиндельный блок начнёт перегреваться.

Шпиндель с водяным охлаждением

По сравнению с воздушной системой охлаждения, водяная конструкция в этом смысле намного эффективнее. У неё нет этих недостатков. Однако есть свои. Её гидравлика требует доработки. Для усовершенствования шпинделя с водяным охлаждением можно воспользоваться обычными шлангами (8 мм снаружи, 6 мм внутри). Где можно найти систему водного охлаждения? Есть несколько секретов.

Если воспользоваться системой водного охлаждения процессора фирмы Termaltake, то можно найти всё необходимое, воспользовавшись насосом, вентилятором, радиатором. Однако ценовой уровень системы довольно высокий. В виде альтернативы подойдёт использование бензинового автомобильного насоса, он достаточно надёжен и не такой дорогостоящий. Эти насосы подразделяются на два типа: низкого давления и среднего. Последние имеют силу впрыскивания 3 атмосферы. Для шпинделя станка ЧПУ это многовато. Поэтому можно взять насос низкого давления.

Отлично подходят насосы карбюраторных авто (0,1 – 0,3 атмосферы). Как раз то, что нужно. Иногда применяют насос для аквариума. Однако этот вариант можно использовать только в крайних случаях. Дело в том, что они крайне ненадёжны. По сравнению с бензиновыми, как небо и земля. Он подойдёт только в качестве временной замены.

Необходимо помнить, что запускать в работу шпиндельное устройство можно только в том случае, когда осуществляется циркуляция охлаждающей жидкости. Если запустить устройство без круговорота воды, шпиндельный блок перегреется и станок ЧПУ выйдет из строя.

А вообще самый беспроигрышный вариант это Чиллер 3000

Обзор шпинделей для ЧПУ CNC

Существует множество разновидностей двигателей, которые в современном мире используются в качестве шпинделей, но я расскажу о тех из них, которые применяются в 3 D фрезерных станках с ЧПУ, уделив особое внимание шпинделям для малых станков, в том числе собираемых своими руками или.

Основные виды шпинделей для малых ЧПУ:

• Коллекторные, с воздушным охлаждением
• Асинхронные с воздушным охлаждением
• Асинхронные с водяным охлаждением.

Коллекторные с воздушным охлаждением.

Как правило, применяются в самодельных станках, когда главная задача – сделать станок как можно дешевле. Такие шпиндели имеют массу недостатков и только одно достоинство: низкая цена. Главный недостаток выделить трудно, потому что все они очень неприятны. Коллекторные шпиндели очень громко шумят при работе, частота вращения вала непостоянна и сильно зависит от нагрузки на фрезу, что не позволяет точно задать нужные режимы резания, они требуют регулярного ухода и периодической замены щёток коллектора, излучают сильные электромагнитные помехи и могут даже быть источником искр при сильном износе коллектора или щеток. Мощность, указанная на корпусе и в паспорте такого шпинделя, соответствует реальности только при работе шпинделя на полных оборотах, при снижении частоты вращения мощность падает и на нижнем пределе регулировок может составлять менее 10% от заявленной мощности. Станок, оборудованный таким шпинделем, не рекомендуется оставлять работающим без присмотра даже на несколько минут, а между тем процесс обработки хорошего 3 D изделия очень часто занимает несколько часов.

Асинхронные 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 превращают в более высокую, регулируемую на выходе инвертора. Как правило, диапазон регулировок составляет от 100 до 400 герц, что позволяет управлять оборотами шпинделя при помощи частоты в пределах от 6 000 до 24000 оборотов в минуту. Такая связка асинхронного шпинделя и инвертора 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 эксплуатировать их годами без техобслуживания. К недостаткам следует отнести сильную зависимость температуры шпинделя от температуры окружающего воздуха, относительно сильный нагрев корпуса шпинделя, и свист крыльчатки воздушного охлаждения на высоких оборотах. Кроме того, при использовании такого шпинделя с выключенной системой аспирации (стружкоотсос) поток охлаждающего воздуха раздувает стружку по всему помещению, в котором работает станок. Однако, отсутствие необходимости в подаче и циркуляции охлаждающей жидкости привлекает многих пользователей, и они готовы по этой причине мириться с некоторыми неудобствами.

К недостаткам асинхронных шпинделей, как с воздушным, так и с водяным охлаждением, относится их высокая цена.

Асинхронные с водяным охлаждением.

Все преимущества асинхронных шпинделей, описанные мной в разделе про модификацию с воздушным охлаждением, относятся и к шпинделям с водяным охлаждением, но имеют ряд своих неоспоримых преимуществ. Отсутствие крыльчатки воздушного охлаждения и водяная рубашка делает такой шпиндель почти бесшумным на невысоких оборотах. При работе станка, оборудованного таким шпинделем, самый громкий звук это звук, издаваемый фрезой грызущей материал (например дерево). Даже «бзыкание» шаговых двигателей громче звука работающего шпинделя. Громкость звука, издаваемого при работе асинхронного шпинделя без нагрузки, сопоставимо с громкостью звука издаваемого хорошей импортной электробритвой. Зачастую, звук, издаваемый при этом станком громче, но это является следствием резонанса корпуса станка, сам же шпиндель снятый со станка действительно очень тихий. Водяное охлаждение позволяет держать температуру корпуса шпинделя в пределах до 30 градусов по цельсию, что очень положительно сказывается на сроке службы как подшипников, так и шпинделя в целом.

К недостаткам асинхронных шпинделей с водяным охлаждением относится необходимость подключения непрерывной циркуляции охлаждающей жидкости, обычно это вода с небольшим добавлением тосола или антифриза, причем добавляют его в воду не для морозоустойчивости, а для того, чтобы вода не «зацвела». В чистой воде очень быстро начинают образовываться нитевидные водоросли, которые прилипают к внутренним стенкам рубашки охлаждения шпинделя и препятствуют нормальной циркуляции воды и ухудшают охлаждение.

К недостаткам асинхронных шпинделей, как с воздушным, так и с водяным охлаждением, относится их высокая цена.

Это был краткий обзор по трем основным видам шпинделей, применяемых в построении станков с ЧПУ малых и средних размеров. Самодельщики, кроме этого, применяют вместо шпинделя обычные бормашинки типа Fit и Dremel , двигатели от ручных фрезеров, и вообще всё, что вращается от электричества. На больших станках часто ставят шпиндели из описанных мной, но с дополнительными опциями, например, с функцией автоматической смены фрез при помощи пневматики, такие шпиндели очень дорогие и их цена превышает общую цену небольшого настольного 3 D фрезерного станка с ЧПУ. В металлообрабатывающих станках для силовой фрезеровки преимущественно применяются шпиндели с низкими скоростями вращения, а в ювелирных фрезерах асинхронные шпиндели, способные развивать до 60000 оборотов в минуту. Но это уже совершенно другая история…..