CNC用スピンドルはどれが良いでしょうか？ CNCに最適な主軸は何ですか? デザインと技術的特徴

こんにちは、みんな。 私はついにルーターベースのスピンドルから離れることにしました。

まだ本格的なインバータのレベルに達していませんし、お金もありません。 このおもちゃ全体があなた専用に作られています。

私は長い間このオプションを検討してきました。

しかし、ここで中国人がブラシレスオプションについて話すとき、明らかに不誠実です。 出力は 2 つだけあり、おそらく通常のコレクターです。 さらに、電圧は 12 〜 48 V に簡単に調整され、エンジンはそれに応じて加速します。 区間全体を通じて同じトルクが存在することは考えられません。 さらに、宣言された 400 ～ 500 W モーターは、電源の 360 W 出力によって制限される可能性があります。

そこで、このオプションを見つけました。

これはほぼ同じものですが、コントローラーに接続する制御基板が追加されているだけです。 つまり、Mach3は速度そのものを制御できるようになる。 デメリットは今でも同じです。

そして今日、別の選択肢が見つかりました。

このオプションには電源も付属しています。 または、別のコントローラー/ドライバーでも発生します。 しかし、ここではまったく何もわかりません。 モーターにはたくさんのリード線が付いています。 つまり、それはまだブラシレスデバイスなのでしょうか、それとも彼らはまた私たちの兄弟をだましているのでしょうか？

による 最後の選択肢明確な情報が見つかりません。

予算は10兆円程度。 どのオプションを選択するかはまだ決めていません。 最新のエンジンについて何か知っている人、または何か他にお勧めする人はいますか?

追記 従来のフライスは振れがかなり強いのでお断りしております。 現在の振れは0.2mmです。 問題はベアリングではなく、プラスチック製のハウジングとこのベアリングが配置されている隙間にあります。

金属および木材用の CNC フライス盤にはスピンドル (ドイツ語の「Spindel」、つまり「スピンドル」から翻訳) が装備されています。 特別な装置、機械の主な動作機構であるカッターに回転運動を伝達する回転シャフトです。

金属や木材用の CNC マシンのシステム全体が作動するのはスピンドルを通してです。そのため、この装置の機能、操作ルール、自分で修理する方法を知ることは非常に重要です。重要であり、単に必要なことです。

1 スピンドルに関する一般情報

スピンドルは基本的に、要素に取り付けられる通常の回転シャフトです。 製粉機 CNCを使用した金属と木材用。 フライス盤のこの機構は、いわゆる回転運動を速度装置から主な切削工具であるマシンカッターに伝達するためのエンジンです。

速度装置は、フライス盤の回転数をシャフトに伝達する機構です。

まさにシャフトの回転精度とブラシレスモーターの耐振動性から、 処理がどの程度正確で正確であるかによって異なります金属と木材の CNC マシンを使用した部品とスペアパーツ。

CNC システムを備えた金属および木材用の自家製または工場のフライス盤では、スピンドルは特別な可動ポータルに取り付けられており、動作中に固定されたスピンドルとともにスピンドルが次の 3 つの軸に沿って移動します。そして「Z」軸に沿って（つまり、深さ方向に）。

簡単に言うと、機械の伝達機構による追加の歪みを発生させることなく、動きはアセンブリを介して機械のカッターに伝達されます。

1.1 技術的パラメータ

スピンドルは両方とも異なります 技術的パラメータ, 設計上、次のとおりです。

• デュアルスピンドル CNC フライス盤 (木材および金属 CNC フライス盤用);
• 垂直回転動作付き（生産用） 複雑な作業 CNC システムを備えたフライス盤で木材や金属を自分の手で加工します。
• 電動スピンドル（自家製、自分で作ったものを含む）。
• 自家製の日曜大工電動スピンドルまたは垂直回転操作機構を備えたスピンドル。 原則として、これらの手作り部品はかなり小さいです。 耐用年数そして定期的な修理が必要です。
• 端部加工用スピンドルです。 主軸ヘッドと超硬カセットを2個接続し、一定角度の面取り加工ができるカセットを2個搭載したモデルです。

さらに、フライス盤のシャフトによって消費される動力や最大回転数も異なります。

可能な最大回転数は、マシンの事実上の動作モードとその適用範囲によって決まります。

• 彫刻;
• カット;
• フライス加工。

さらに、簡単に実行できる追加のモードもあります。 追加のツールが必要になるのは避けられません。一般に彫刻作業には垂直回転スピンドルがよく使われます。

高速縦フライス加工には電動スピンドルが最適です（自作電動スピンドルも含む）。

特定のマテリアルを操作するには、リストされている使用可能なモードのそれぞれによって決定されます。 必要な要件、そのため、機械のスピンドルは十分な回転速度を確保して購入する必要があります（この場合、最も望ましいのは自分で作成できる 2 つのスピンドルのオプションです）。

スピンドルの消費電力はタイプに完全に依存します 消耗品。 たとえば、800 W の電力はボール紙や合板の精密かつ高速な加工には十分ですが、1.5 kW の電力のスピンドル (デュアルスピンドル バージョン) は理想的です。 フライス加工プラスチック、木材、さまざまな薄い金属。

石材要素の高速かつ精密な加工には、3〜4kWの出力と垂直回転操作機構を備えたモデルが最適です。

機械の周波数変換ユニット（インバーター）はシャフトがなければ機能しません。そのため、高額で時間のかかる修理が必要となる中断やさまざまな故障を防ぐために、 これら 2 つのメカニズムの力は常に完全に同一でなければなりません。

動作速度が遅いスピンドルをより強力なスピンドルと交換する必要がある場合 (たとえば、修理が行われている場合)、周波数変換器アセンブリ (インバータ) も交換されていることを確認する必要があることを理解することが重要です。交換されました。

1.2 アプリケーションの利点

メインでほとんどの 大きなメリットスピンドルは次のとおりです。

• 80～95％に達する極めて高い効率（いわゆる効率）。
• 耐久性のある構造要素。 スピンドルは非常に耐摩耗性と耐久性に優れています。 主軸頭 最新モデルそして、その外殻は青銅でできており、修理の必要はほとんどありません。
• スピンドルの機械要素 (ヘッド、締結機構など) の耐用年数が長く、頻繁に修理する必要がありません。

これはすべて、従来のスピンドルと 2 つのヘッドを備えた垂直スピンドルの両方に摩擦要素や研磨要素がなく、磁気要素 (ヘッド、ローターなど) の消磁の効果がほぼ完全に欠如しているという事実によるものです。

2 設計と冷却

回転子磁石は、通常、耐久性のある希土類金属で作られ、巻線を備えた機械の固定子の内部で回転運動を行います。

中断のない安定した作業を実現するために、ミーリングスピンドルには次のような機能が装備されています。 三相モーターそして特別な 周波数変換器、三相信号を固定子巻線に送信します。

稼働中、機械の主軸は常に 良い冷却(特に垂直回転モデルに適用されます)、2 つしか提供できません。 既知の方法により：水を使用することと空気を使用すること。

水計画 冷却システムは閉ループであり、水が循環し、冷却システム用に特別に設計されたスピンドル キャビティに入ります。

そして、この冷却システムの動作スキームは常に完全に機能するとは限りませんが（これは特に垂直回転モデルによくあります）、原則として、そのような冷却は通常その責任に対処します。

スキーム エアシステム冷却はもう少し複雑です。 ここで、空気はいわゆる「空気取り入れ口」と冷却を目的とした特別なシャフトキャビティを通過します。

そして、その事実にもかかわらず、 この方法の方が好ましく、シャフトの冷却に最もよく使用されますが、重大な欠点があります。

実際、空冷システムは徐々に詰まり、修理が必要になります（特にブラシレスモーターフィルターとスピンドルヘッド）。 そして、これは通常起こります ほとんどの場合、木材などの埃っぽい素材を使用します垂直回転タイプのスピンドルについても同様です。

したがって、 この方法非常に効果的ですが、空冷システムのフィルターと構造全体の両方の定期的な修理と清掃が必要です。

2.1 フライススピンドルに関する役立つ情報 (ビデオ)

スピンドルはドイツ語から翻訳すると「紡錘」を意味します。 これがなければ、フライス盤を含むほとんどの種類の機械は動作できません。 主軸を介してエンジンからカッターに動きが供給されるためです。

設計上の特徴と技術的な特徴

これは CNC フライス盤の主要コンポーネントの 1 つで、中空の金属シャフトです。 カッター用のホルダー、つまりマンドレル、コレット、または「プル」が取り付けられています。 マンドレルがしっかりとフィットするように、スピンドルの端は円錐形に作られています。

フライス盤のスピンドルは、それ、マンドレル、および実行本体を X、Y、Z 軸に沿った 3 つの平面で運ぶキャリッジ上に配置されます。

回転運動は中間機構による歪みを受けることなく、直接カッターに伝えられます。 最も重要な 仕様スピンドルはパワーとシャフトスピード（回転数）です。

消費電力に応じて、この装置で処理できる材料は次のように決まります。

• 合板、チップボード、MDF、ポリマー - 800 W;
• 木材、テキストライト、軟金属合金 (銅、青銅、アルミニウム) - 1500 W;
• 天然石、スチール - 3000 W以上。

回転数によってツールの動作モードが決まります。 最も一般的な関数:

• 彫刻;
• カット;
• フライス加工。

追加のモードには、V 字型などの特殊な彫刻機を使用した処理が含まれます。 たとえば、木製部品の切断は、6 mm ダブルカッターを使用して少なくとも 20,000 回転で行われます。 回転速度リザーブのあるスピンドルを購入することをお勧めします。

重要な特性

• 十分 高効率仕事: 効率は 95% に達する可能性があります。
• 高い信頼性と強度: よく作られたユニットは非常に耐久性があります。 青銅から彫られた頭はほとんど壊れません。
• 修理や故障をせずに長期間使用できるように設計されています。

冷却

過熱や金属強度の低下を避けるために、部品を冷却する必要があります。 空気または水を使用する 2 つの冷却機構が開発されました。

水冷中、水は部品の本体に特別に設けられた凹部を通過します。 金属から熱が伝わり、特別な容器に流れ込みます。 CNC マシンの近くに水のタンクを置くのは必ずしも便利とは限りません。そのため、水冷デバイスの方が人気があります。

空冷は運転で構成されます 気流ノッチを通して。 この目的のために、部品の本体に空気取り入れ口が設けられています。 この冷却方法の唯一の欠点は、ほこりの多い材料を扱うときにフィルターに汚れが蓄積することです。 ほとんどの製品には空冷が装備されています 現代のモデルフライス加工装置。

スピンドルは周波数変換器（インバータ）と連動して動作するため、それらの電力は一致する必要があります。 そうしないと、メカニズムの 1 つが壊れてしまいます。 より強力なスピンドルモデルを設置する場合は、適切なインバータを選択する必要があります。

卓上CNCマシンに最適なスピンドル

小型 CNC マシンのスピンドルとして、次のデバイスのいずれかを選択できます。

手彫りの彫刻家。 彫刻機の欠点は、出力が低く、回転速度が低いことです。 したがって、CNC フライス盤は以下に従ってのみ動作できます。 柔らかい素材そして小さなカッター付き。

ドリル。 静かな動作としっかりとしたチャッククランプが特徴です。 低いエンジン速度ではトルクの低下が事実上なく、これは彫刻機と比較して大きな利点です。

DCモーターを使用したスピンドル。 回転速度12,000 rpmで0.4 kWという優れた出力を備えています。

• 振れが少なく、均一なプリント基板の製造が可能。
• 静かな動作。
• 便利な規格のコレット。

• 低電力;
• 別の電源が必要です。
• 動作中は非常に高温になりますので、冷却を考慮する必要があります。

MASN で中国製 CNC マシンのスピンドルをセットアップする方法と、スピンドルを制御するインバーターをセットアップする方法に関するビデオ:

冷却スピンドルのレビューと比較

ナイフ、彫刻家）。 スピンドルは、工業用とアマチュア用の 2 つのグループに大別できます。 産業用スピンドルは特別に設計された装置で、通常は高い横方向の荷重がかかるように設計されており、複雑な冷却システム (空気または水) と潤滑装置を備えています。 ドリルや家庭用ルーターはアマチュアと呼ばれます。 読者の注意を喚起したいのは、一般的な家庭用ドリルは縦方向の荷重、つまり穴を開けるために設計されており、したがって非常に平凡なシャフト保持ベアリングを備えているという事実です。 機械で作業する場合、負荷は主にスピンドル軸に対して垂直になります。 したがって、高品質のスピンドルには、そのような負荷向けに設計された非常に優れたベアリングが搭載されています。 工業用スピンドルは、原則として、その耐用年数全体にわたって潤滑や洗浄を必要としません。 さらに、特殊なスピンドルにはバランスのとれたいわゆるコレット クランプがあり、標準シャンクで工具をクランプすることができます (これについては工具のセクションで詳しく説明します)。 通常、機械では ER11 または ER16 コレットが使用され、2.5 ～ 3.0 ～ 3.2 mm の作業シャンクで工具をクランプできます。 ER25 工業用コレットが必要になることはほとんどありません。これを使用すると、6 mm シャンクの工具をクランプできます。 これは、大きな金属層を除去するためのツールです。 あなたが選択したガイドではそのような負荷を扱うことはできないと思います。つまり、当然のことながら、6 mm シャンクで加工直径 2 mm のカッターがあり、それは同じくらい効果的です。 3.2 mm シャンクのカッターを使用できますが、6 mm シャンクの 10 mm カッターを使用すると、ガイドが変形し、結果として機械が損傷するだけです。 したがって、加工ツールの最大直径を追い求めないでください。 すでに述べたように、マシンはバランスが取れていなければなりません。 したがって、EP-13 コレットを使用してください。長年にわたってこれで十分です。

通常のドリルを機械に取り付けるとどうなるでしょうか? もちろん動作しますが、ベアリングが磨耗するとカートリッジの振れが大きくなり、それに応じてツールの位置決め精度が低下します。 さらに、この機械は通常、繊細な作業に使用され、細かいステップのパスを何度も行い、スピンドルは数時間作動します。 ドリルが過熱して焼損したり、熱保護が作動して停止したりする可能性があります。 制御ソフトウェアはドリルの状態を知らないため、回転が停止した後もツールを動かし続けます。 これは必然的に作業ツールの損傷につながります。

スピンドルパワー。 ここでのルールは多ければ多いほど良いです。 小規模な穴あけや彫刻作業には、400 ～ 600 ワットで十分です。 金属や厚い木材の層をフライス加工する場合は、1000 ～ 1400 ワットで十分です。 カッターとフィード システムを最大限に引き出すことができるユニバーサル スピンドルとして、2000 ワット (2kW) を超える出力を持つスピンドルです。

ただし、こちらは予約が必要です。 ミーリングにはパワーとハイスピードの 2 つのタイプがあります。 これについては別途説明しますが、ここでは、カッターを素早く回転させてゆっくりと送り込むか、またはカッターをゆっくり回転させて素早く送り込むことができることを理解するだけで十分です。 プロの機械はほとんどの場合、パワーミーリングを使用します。 早い方法ワークサンプル。 これを行うために、特定のカッターに指定される切断モードが機械に導入されます。 最大速度送り、貫入速度、回転速度。 これにより、ツールを過熱したり損傷したりすることなく、ツールのパフォーマンスを最大限に引き出すことができます。 あなたの機械が必要な送り力を生み出すことができない場合 (これが機械の最も重要なパラメータであることを思い出してください)、残された唯一の選択肢は、スピンドルを回転させて回転させることです。 最大速度そしてゆっくりとワークの周りを動かします。 高速ミーリングになります。 スピンドルの選択に戻ると、上記に基づいて、高速スピンドルか強力なスピンドル、つまり工具に最大のトルクを発生させることができるスピンドルを選択する必要があります。 高価な専用スピンドルには妥協が必要なく、20,000 回転を超える速度に達しても、2,000 ワットを超える力をカッターに伝達できます。 実際には、8 ～ 15,000 回転の回転速度でフライス加工を行うことになりますが、非常に速い回転が常に良いとは限りません。 たとえば、木材を非常に小さな断片で選択すると、細かい粉塵が形成され、加工物とカッターの間でこすれて燃え始めます。 これはカッターとワークピースの過熱につながります。

三相スピンドルについて特筆したいと思います。 電源線は 3 本あり、中性線が 1 本とアース線が 1 本あります。 家庭用（単相）ネットワークに直接接続することはできません。 接続するには1相から3つ作る必要があります。 これは、周波数コンバータ (FC) を使用して行われます。 デバイスがまっすぐになる 交流電流そしてそこから異なる周波数と位相の交流を生成します。 ここで、IF は集合を表すことに注意してください。 サービス機能。 特に、入力電圧が常に 50 Hz (ロシアの場合) で、これを変更できない場合、デバイスは設定に応じて出力で 1 ～ 400 Hz の周波数を生成します。 私たちのタスクに関連して、これはスピンドル速度を設定できることを意味します。 さらに、インバータは機械ソフトウェアから制御でき、プログラムは指定された材料の速度テーブルに従って必要な主軸速度を自動的に設定します。 さらに、高価なインバータには、いわゆるベクトル モータ制御が搭載されています。 入らずに 技術的なニュアンス, これにより、実際の主軸速度を間接的に (電流の位相シフトによって) 決定し、生成される IF パルスの図をタイムリーに変更することで、工具に大きなトルクを発生させることができると言えます。 さらに、インバータを使用するとスピンドルの加速と減速の速度を設定できるため、耐用年数にもプラスの影響を与えます（ただし、これに反論する情報源もあります）。 インバータのサービス機能の中には、スピンドルの消費電流超過に対する保護機能もあります。これにより、送り速度の選択ミスなどにより負荷が設定されたしきい値を超えた場合にスピンドルをオフにすることができます。 。 そしてもう一つ 大事なポイント- インバータはスピンドル準備完了信号を発行できます。つまり、スピンドルが指定された速度に達したか、またはその速度から逸脱したことをソフトウェアに信号で知らせます。 これにより、予期しないスピンドルのシャットダウンが発生した場合に、プログラムの実行を停止してツールを保存できます。 したがって、インバータの存在により、スピンドルの信頼性と使いやすさが大幅に向上します。

スピンドル冷却システムには空気または水が使用できます。 空気 - 従来のドリルと同様、スピンドル シャフトにファンが配置されています。 このシステムの欠点は、第一に、ワークピースから切り出したものすべてをスピンドルに吸い込む掃除機のように動作すること、第二に、ファンの効率がシャフトの回転速度に依存し、低回転ではファンの効率が左右されることです。速度が上昇すると、スピンドルが過熱して故障する可能性があります。 給水システム空気の欠点がまったくなく、非常に効果的です。 しかし、油圧は改善する必要があります。 外径8mm、内径6mmの標準的な食品ホースを使用しています。 私は、Termaltake プロセッサー用のコンピューター水冷システムから最初のマシンを作成しました。 ポンプ、ラジエーター、ファンが含まれています。 しかし、かなり高価です。 その後、ポンプとして車のガソリンポンプを使用するようになりました。 より信頼性が高く、より安価です。 燃料ポンプには中圧と低圧があることに注意してください。 射出成形機には中圧ポンプが装備されており、約 3 気圧を展開します。 そんなに必要ありません。 キャブレター車のポンプは 0.1 ～ 0.3 気圧の圧力を発生します - 良い選択肢。 水族館用のポンプという選択肢もありますが、これは完全に最後の手段です。 ガスポンプと水族館のポンプの信頼性は比較できません。 水を循環させずにスピンドルを始動すると、スピンドルが過熱して故障する可能性があることに注意してください。