Аспирация для фрезерного станка ЧПУ: из чего собрать систему (насадка, шланг, пылесос, циклон)

Аспирация фрезерного станка ЧПУ состоит из четырёх звеньев: насадки на шпинделе, шланга, циклона или контейнера для стружки и источника вакуума, то есть пылесоса или стружкоотсоса. Стружка доходит до контейнера только тогда, когда каждое звено справляется со своей частью пути: слабый источник или петля шланга сводят на нет хорошую насадку. Ниже разобрано, как звенья связаны по расходу воздуха, чем отличаются пылесос и стружкоотсос, зачем нужен циклон, как подвесить шланг, какая пыль образуется на разных материалах и в каком порядке включать систему. Подбор самой насадки по диаметрам и расчёт расхода для трубы 100 мм описаны в категории насадки на шпиндель, а мощность и охлаждение выбирают среди шпинделей для фрезерного станка. В магазине есть насадки на шпиндель, а шланг, циклон и источник вакуума подбираются отдельно, поэтому здесь они описаны по параметрам, без моделей.

Система аспирации из четырёх звеньев

Воздух идёт по цепочке: насадка собирает стружку у фрезы, шланг несёт её, циклон или контейнер отделяет стружку до фильтра, а пылесос или стружкоотсос создаёт поток и очищает воздух фильтром. Система работает на уровне слабого звена, поэтому звенья считают вместе, а не по отдельности.

Зачем система, а не только насадка

Насадка забирает стружку из зоны резания, но унести её до контейнера должен воздух в шланге. Если поток слабый, стружка оседает в шланге и кожухе, а если фильтр забит мелкой пылью, поток падает посреди листа. Поэтому насадку выбирают после того, как известно, каким шлангом и каким источником воздух будет двигаться дальше. Пыль, которую система не собрала, оседает на направляющих и передачах и забивает вентиляторы драйверов и блоков питания.

Насадка: звено, которое подбирают по шпинделю

Насадку подбирают по двум размерам: диаметру корпуса шпинделя под хомут и диаметру патрубка под шланг. Диаметры, высоту щётки и выбор между сталью и ABS пластиком разбирает категория, а здесь важен один вывод. В наличии стальная насадка 100 мм для аспирации на корпус 100 мм и стальная насадка 80 мм для аспирации на корпус 80 мм, а патрубок у обеих один, 100 мм. Поэтому остальная часть системы считается одинаково: шланг 100 мм и расход по сечению 100 мм, а диаметр шпинделя влияет только на хомут.

Насадка не должна закрывать отверстия охлаждения шпинделя с воздушным охлаждением, а пыль, налипшая на крыльчатку, снижает поток воздуха. О чистке крыльчатки и сравнении воздушного и водяного охлаждения написано в статье про охлаждение шпинделя.

Источник вакуума: расход важнее разрежения

У пылесоса и стружкоотсоса в паспорте стоят два числа: максимальный расход воздуха и максимальное разрежение. Расход измеряют при полностью открытом входе, разрежение при полностью закрытом, и в работе нет ни того, ни другого: в системе с насадкой, шлангом и фильтром рабочая точка лежит между ними, а расход тем меньше, чем выше сопротивление системы. Поэтому паспортный максимум с потребностью шланга напрямую не сравнивают: расход берут с запасом на сопротивление насадки, шланга, циклона и фильтра.

Для стружки важна скорость воздуха в шланге: для древесной стружки принимают от 18 м/с, а формулу расхода и таблицу для труб от 50 до 150 мм даёт категория насадок. Для шланга 100 мм расход при 18 м/с равен 508,9 м³/ч. Обратный счёт показывает, что происходит со слабым источником. Шлангу 35 мм для скорости 18 м/с хватает 62,3 м³/ч. Тот же расход 62,3 м³/ч в шланге 100 мм даёт скорость 2,2 м/с: сечение больше в 8,2 раза, скорость во столько же раз меньше, и стружка оседает в шланге и кожухе. Чтобы получить 18 м/с в шланге 100 мм, источник должен дать расход в 8,2 раза больше.

Три типа источника

Циклон: что он делает и чего не делает

Циклон ставят между шлангом и источником вакуума. Воздух со стружкой входит в него по касательной и закручивается, тяжёлые частицы отбрасываются к стенке и падают в контейнер, а воздух с мелкой пылью уходит вверх к источнику вакуума. В фильтр попадает меньше стружки, он реже забивается, и поток держится дольше. При больших объёмах пыли служба WorkSafe Queensland советует ставить циклон между инструментом и машиной, чтобы продлить жизнь фильтра.

Циклон не повышает расход источника и добавляет сопротивление, поэтому часть расхода теряется, но эта потеря меньше той, которую даёт быстро забитый фильтр. Он не отделяет все частицы: тонкая пыль доходит до фильтра, и фильтр остаётся обязательным. Шланг после циклона делают коротким, а диаметры входа и выхода берут по шлангу: слабый пылесос не протянет достаточно воздуха через большой циклон с входом 100 мм и больше.

Циклоны бывают коническими и в виде крышки-сепаратора на ведро. У крышки отделение идёт за счёт объёма ведра, поэтому ведро заполняют не больше чем на три четверти: иначе разделение ухудшается. Чертежей самодельного циклона здесь нет: его размеры зависят от расхода и диаметра шланга, и без паспортных данных источника их не назвать.

Шланг: диаметр, длина и подвес

Диаметр шланга равен диаметру патрубка насадки, 100 мм. Меньший диаметр повышает сопротивление при том же расходе, поэтому переходник на меньший шланг сокращает поток, а не только меняет разъём. Длину берут по полному ходу осей X и Y и ведут шланг без петель: каждый метр гофрированного шланга и каждый изгиб уменьшают поток.

Шланг подвешивают над станком на кронштейне, тросе или в кабельной цепи. Шланг, который лежит на столе или тянет насадку в сторону, нагружает ось Z, перекашивает щётку и цепляется за заготовку, а подвешенный шланг не добавляет свой вес к массе шпинделя на оси Z. Сухая стружка электризует гофрошланг, поэтому в него закладывают металлическую спираль или провод и заземляют. OSHA включает контроль статического электричества и заземление оборудования в меры защиты от взрыва горючей пыли.

Пыль разных материалов и безопасность

Система собирает то, что даёт материал. Фанера, МДФ и массив дают стружку вместе с мелкой пылью, а мелкую стружку и пыль МДФ нужно выводить из реза и сразу собирать пылесосом. Пыль стекло- и углеволокна вредна для лёгких, и её собирают пылесосом прямо у фрезы.

Мелкая древесная пыль горюча. По данным OSHA, взвешенная в воздухе пыль при воспламенении даёт вспышку или взрыв, а древесная мука и алюминий входят в примеры горючих пылей. Поэтому пыль собирают у места образования, а при наличии источников воспламенения убирают способами, которые не поднимают пылевое облако, и только пылесосом, одобренным для сбора пыли. Стружку алюминия в один отсос с древесной пылью не собирают: искра от металла поджигает пыль в мешке.

Для древесной пыли предназначен класс пыли M по IEC 60335-2-69: он означает фильтрацию не ниже 99,9% и подходит для пыли с предельно допустимой концентрацией в воздухе рабочей зоны выше 0,1 мг/м³. Фильтр HEPA в бытовом пылесосе класс пыли не заменяет.

Порядок включения и проверка системы

Перед работой проверяют систему целиком, затем включают звенья в одном и том же порядке.

1. Проверка. Патрубок и хомуты затянуты, шланг подвешен и не перегнут, фильтр чистый, контейнер циклона заполнен не больше чем на три четверти.
2. Включение источника вакуума. Стружкоотсос или пылесос включают до запуска шпинделя.
3. Включение шпинделя. После выхода воздуха на режим запускают шпиндель и программу.
4. Остановка шпинделя. Программа закончена, фреза вращается по инерции.
5. Выключение источника вакуума. Его выключают после остановки фрезы.

После работы опорожняют контейнер, чистят фильтр и щётку и проверяют, не осела ли стружка в шланге: оседание означает, что скорость в шланге ниже транспортной, и расход источника проверяют заново. Мешок и фильтр очищают вовремя: забитый фильтр снижает поток на насадке.

Типичные ошибки

• Шланг 100 мм подключён к пылесосу, расход которого рассчитан на шланг 35 мм: стружка оседает.
• Расход источника взят по паспортному максимуму, без запаса на насадку, шланг, циклон и фильтр.
• Циклон с входом меньше шланга или слишком большой для слабого пылесоса.
• Ведро-сепаратор заполнено больше чем на три четверти.
• Шланг лежит на столе или тянет насадку в сторону.
• Алюминиевая стружка собрана в один отсос с древесной пылью.
• Для древесной пыли взят пылесос без класса пыли M.

Частые вопросы

Подойдёт ли бытовой пылесос?

К патрубку 100 мм не подойдёт, если его расход при рабочем сопротивлении не доходит до 508,9 м³/ч: у шланга 32 или 35 мм большое разрежение при малом расходе, а при расходе 62,3 м³/ч скорость в шланге 100 мм падает до 2,2 м/с. Для древесной пыли выбирают пылесос класса M, а бытовой пылесос не рассчитан на коммерческое использование, и фильтр HEPA класс пыли не заменяет, как сказано в руководстве WorkSafe Queensland.

Нужен ли циклон?

Нужен, когда стружки много, например при раскрое листов фанеры и МДФ: циклон забирает основную массу стружки до фильтра, и фильтр дольше держит поток. При малых объёмах система работает и без него, но фильтр забивается быстрее.

Насадка 80 или 100 мм?

Её выбирают по диаметру корпуса шпинделя в месте хомута. Патрубок у обеих насадок 100 мм, поэтому шланг и расчёт расхода одинаковы. Как измерить корпус шпинделя, описано в категории насадок.

Чем аспирация фрезера отличается от вытяжки лазера?

Вытяжка лазера отводит дым из рабочей камеры наружу, а аспирация фрезера собирает стружку и пыль в контейнер у шпинделя. Поэтому фрезерному станку нужен пылесос или пылеулавливатель со шлангом к насадке шпинделя, а лазерному вытяжка дыма наружу и обдув зоны реза.

Можно ли собрать аспирацию своими руками?

Можно: насадку, шланг, циклон и пылесос подбирают и соединяют самостоятельно. Расчёт тот же: диаметр шланга, расход по скорости от 18 м/с с запасом на сопротивление и класс пыли для древесной пыли. Чертежей здесь нет, потому что размеры циклона зависят от расхода выбранного источника.