Оснастка и узлы для станка с ЧПУ

Что такое оснастка станка с ЧПУ

Оснастка для станка с ЧПУ это узлы, которые не входят в направляющие, двигатели и электронику, но без них станок не работает в полную силу. Передачи переводят вращение двигателя в перемещение оси, кабель-канал защищает проводку подвижных частей, подача СОЖ охлаждает зону резания, централизованная смазка подаёт масло к кареткам и гайкам винтов, поворотная ось добавляет вращение заготовки, а виброопоры ставят станок ровно и гасят вибрацию.

От этих узлов зависят точность позиционирования, ресурс направляющих и инструмента и то, насколько удобно обслуживать станок. Ниже по каждому узлу разобрано, как он работает, какие параметры сверять при подборе и какие ошибки встречаются при монтаже.

Ремённая и реечная передача

Зубчатый ремень со шкивами передаёт вращение двигателя на ось или на винт и работает без проскальзывания: зубья ремня входят во впадины шкива. Ремённую передачу применяют на лёгких осях, лазерных станках, 3D-принтерах и для понижения оборотов между двигателем и винтом. Например, шкив HTD3M на 15 зубьев на двигателе и шкив на 30 зубьев на винте дают передачу 2:1: винт вращается вдвое медленнее, а момент на нём вдвое больше без учёта потерь.

Ремень и шкивы подбирают по профилю и шагу зуба: HTD3M с шагом 3 мм, HTD5M с шагом 5 мм, GT2 с шагом 2 мм. Профиль ремня и шкива должен совпадать: HTD и GT2 различаются формой зуба. Ширина шкива должна быть не меньше ширины ремня, а посадочное отверстие шкива совпадать с валом двигателя или винта: 5, 8 или 14 мм.

Реечная передача состоит из зубчатой рейки и шестерни на валу двигателя. Рейку собирают из отрезков нужной длины, поэтому реечную передачу ставят на длинные оси портальных станков, где винт получился бы слишком длинным: длинный винт прогибается под своим весом, а длинный ремень растягивается под нагрузкой. Модуль рейки и шестерни должен совпадать, у модуля 1 шаг зубьев 3.14 мм. Высоту установки рейки берут по чертежу: к половине делительного диаметра шестерни прибавляют высоту делительной линии рейки над её основанием.

Как рассчитать перемещение оси

Контроллеру нужно число шагов двигателя на миллиметр перемещения. Шаговый двигатель делает 200 шагов на оборот, при дроблении шага 1/8 это 1600 шагов. За один оборот шкив перемещает ремень на шаг зуба, умноженный на число зубьев, а шестерня проходит по рейке 3.1416 x m x z, где m модуль, z число зубьев. Число шагов на миллиметр равно 1600, делённому на путь за оборот.

Чем меньше путь за оборот, тем мельче шаг перемещения и больше тяговое усилие, но тем ниже скорость оси при той же частоте вращения двигателя. Тяговое усилие реечной передачи равно 2 x T / d, где T момент на валу, d делительный диаметр шестерни: момент 1 Н·м на шестерне с делительным диаметром 20 мм даёт 100 Н.

Гибкий кабель-канал

Гибкий кабель-канал укладывает кабели двигателей, шпинделя и датчиков, а также шланги воздуха и охлаждения, которые идут к подвижным частям станка. Цепь из пластиковых звеньев перекатывается петлёй при движении оси: один конец закреплён на раме, другой на подвижной части. Кабели не перегибаются, не путаются и не трутся о раму, а изгибаются по радиусу петли.

• Внутреннее сечение подбирают по суммарному сечению кабелей и шлангов с запасом места. Каналы выпускают с внутренним сечением от 10x10 и 10x15 мм для 3D-принтеров и лёгких осей до 25x77 и 35x50 мм для портальных станков.
• Радиус изгиба канала должен быть не меньше допустимого радиуса изгиба кабелей по их документации.
• Длину канала считают по длине хода оси: неподвижный конец крепят посередине хода, и длина канала равна половине хода плюс длина петли изгиба.
• Наружные размеры канала с петлёй должны помещаться в станок по чертежу.

Подача СОЖ в зону резания

СОЖ отводит тепло от режущей кромки и заготовки, снижает трение и вымывает стружку из зоны резания. При обработке алюминия жидкость снижает налипание материала на кромки фрезы, а меньший нагрев заготовки означает меньшую тепловую деформацию и более точный размер.

Подключение шланга подбирают по трубке подачи: цанговый фитинг 8 мм под наружный диаметр трубки или резьбовой штуцер 1/2 дюйма под резьбу линии подачи.

Централизованная смазка

Система смазки подаёт масло от ручного насоса по трубкам через разветвители к кареткам направляющих и гайкам винтов. Одним нажатием рычага смазка поступает сразу ко всем точкам, и не нужно смазывать каждый узел отдельно. Без смазки шарики и дорожки направляющих и винтов изнашиваются быстрее, появляется люфт и станок теряет точность.

Диаметры трубок и фитингов должны подходить друг к другу по всей системе. Как часто подавать масло, указывают производители направляющих и винтов. После сборки систему прокачивают рычагом, пока масло не появится на всех точках, и настраивают расход регулировочными винтами разветвителей.

Поворотная ось

Поворотная ось добавляет станку вращение заготовки и превращает трёхосевой фрезерный станок в четырёхосевой, в программах эту ось обозначают буквой A. Передняя бабка с патроном вращает деталь от шагового двигателя, задняя бабка с вращающимся центром поддерживает длинную заготовку с другой стороны. С поворотной осью на фрезерном станке обрабатывают детали вращения, балясины и объёмные изделия, гравируют цилиндры и делают пазы по окружности через равные углы.

• Высоту центров подбирают по размерам заготовки: при высоте центра 65 мм над столом помещается заготовка радиусом меньше 65 мм, и над ней нужен запас хода по оси Z для фрезы.
• Передняя и задняя бабка должны иметь одинаковую высоту центра, иначе ось заготовки пойдёт наклонно.
• Патрон выбирают по диаметру и форме заготовок: патрон 100 мм с четырьмя кулачками удобно держит квадратный брус.
• При передаче 6:1, шаговом двигателе 200 шагов на оборот и дроблении 1/8 получается 200 x 8 x 6 / 360 = 26.667 шага на градус, один шаг двигателя поворачивает заготовку на 0.3°.
• Крепёжные размеры оснований сверяют по чертежу станка, контроллер должен поддерживать четвёртую ось, а для двигателя нужен отдельный драйвер.

Виброопоры

Виброопоры ставят под станину станка. Резьбовая шпилька позволяет выставить станок по уровню, а упругое основание гасит вибрацию и не даёт станку смещаться по полу. Опоры различаются диаметром основания, резьбой шпильки и допустимой нагрузкой.

Нагрузку на одну опору считают делением массы станка с заготовкой на число опор и сравнивают с допустимой. Резьбу шпильки подбирают по отверстию в станине. После выравнивания шпильку фиксируют контргайкой, а через 2 недели работы уровень проверяют повторно: упругий элемент даёт усадку.

Как подобрать узлы

Частые ошибки

• Подбирают шкив только по шагу, не сверив профиль зуба с ремнём.
• Подбирают шестерню другого модуля, чем у рейки, и передача заклинивает или работает с ударами.
• Не делают лыску на валу под стопорный винт шкива или шестерни, и деталь проворачивается под нагрузкой.
• На стыке отрезков рейки не выставляют шаг зубьев шаблоном, и ось подклинивает на стыке.
• Берут кабель-канал без запаса по сечению или с радиусом меньше допустимого для кабелей, и кабели перетираются и ломаются.
• Прокладывают трубки смазки с резкими перегибами, и масло не доходит до части точек.
• Ставят переднюю и заднюю бабку не в один паз стола, и ось заготовки идёт не параллельно оси X.
• Перемещают станок волоком на виброопорах и ломают шпильки.