Аспірація для фрезерного верстата ЧПУ: з чого зібрати систему (насадка, шланг, пилосос, циклон)

Аспірація фрезерного верстата ЧПУ складається з чотирьох ланок: насадки на шпинделі, шланга, циклона або контейнера для стружки та джерела вакууму, тобто пилососа або стружковідсмоктувача. Стружка доходить до контейнера лише тоді, коли кожна ланка справляється зі своєю частиною шляху: слабке джерело або петля шланга зводять нанівець добру насадку. Нижче розібрано, як ланки пов’язані за витратою повітря, чим відрізняються пилосос і стружковідсмоктувач, навіщо потрібен циклон, як підвісити шланг, який пил утворюється на різних матеріалах і в якому порядку вмикати систему. Добір самої насадки за діаметрами та розрахунок витрати для труби 100 мм описані в категорії насадки на шпиндель, а потужність і охолодження обирають серед шпинделів для фрезерного верстата. У магазині є насадки на шпиндель, а шланг, циклон і джерело вакууму підбираються окремо, тому тут їх описано за параметрами, без моделей.

Система аспірації з чотирьох ланок

Повітря йде ланцюжком: насадка збирає стружку біля фрези, шланг несе її, циклон або контейнер відокремлює стружку до фільтра, а пилосос або стружковідсмоктувач створює потік і очищає повітря фільтром. Система працює на рівні слабкої ланки, тому ланки рахують разом, а не окремо.

Навіщо система, а не лише насадка

Насадка забирає стружку із зони різання, але віднести її до контейнера має повітря в шлангу. Якщо потік слабкий, стружка осідає в шлангу й кожусі, а якщо фільтр забитий дрібним пилом, потік падає посеред листа. Тому насадку обирають після того, як відомо, яким шлангом і яким джерелом повітря рухатиметься далі. Пил, який система не зібрала, осідає на направляючих і передачах та забиває вентилятори драйверів і блоків живлення.

Насадка: ланка, яку підбирають за шпинделем

Насадку підбирають за двома розмірами: діаметром корпусу шпинделя під хомут і діаметром патрубка під шланг. Діаметри, висоту щітки та вибір між сталлю й ABS пластиком розбирає категорія, а тут важливий один висновок. В наявності сталева насадка 100 мм для аспірації на корпус 100 мм і сталева насадка 80 мм для аспірації на корпус 80 мм, а патрубок в обох один, 100 мм. Тому решта системи рахується однаково: шланг 100 мм і витрата за перерізом 100 мм, а діаметр шпинделя впливає лише на хомут.

Насадка не повинна закривати отвори охолодження шпинделя з повітряним охолодженням, а пил, що налип на крильчатку, знижує потік повітря. Про чищення крильчатки та порівняння повітряного й водяного охолодження написано в статті про охолодження шпинделя.

Джерело вакууму: витрата важливіша за розрідження

У пилососа й стружковідсмоктувача в паспорті стоять два числа: максимальна витрата повітря і максимальне розрідження. Витрату вимірюють за повністю відкритого входу, розрідження за повністю закритого, і в роботі немає ні того, ні іншого: в системі з насадкою, шлангом і фільтром робоча точка лежить між ними, а витрата тим менша, чим вищий опір системи. Тому паспортний максимум із потребою шланга напряму не порівнюють: витрату беруть із запасом на опір насадки, шланга, циклона й фільтра.

Для стружки важлива швидкість повітря в шлангу: для деревної стружки приймають від 18 м/с, а формулу витрати й таблицю для труб від 50 до 150 мм дає категорія насадок. Для шланга 100 мм витрата за 18 м/с дорівнює 508,9 м³/год. Зворотний підрахунок показує, що відбувається зі слабким джерелом. Шлангу 35 мм для швидкості 18 м/с вистачає 62,3 м³/год. Така сама витрата 62,3 м³/год у шлангу 100 мм дає швидкість 2,2 м/с: переріз більший у 8,2 раза, швидкість у стільки ж разів менша, і стружка осідає в шлангу та кожусі. Щоб отримати 18 м/с у шлангу 100 мм, джерело має дати витрату в 8,2 раза більшу.

Три типи джерела

Циклон: що він робить і чого не робить

Циклон ставлять між шлангом і джерелом вакууму. Повітря зі стружкою входить у нього по дотичній і закручується, важкі частинки відкидаються до стінки й падають у контейнер, а повітря з дрібним пилом іде вгору до джерела вакууму. У фільтр потрапляє менше стружки, він рідше забивається, і потік тримається довше. За великих обсягів пилу служба WorkSafe Queensland радить ставити циклон між інструментом і машиною, щоб подовжити життя фільтра.

Циклон не підвищує витрату джерела й додає опір, тому частина витрати втрачається, але ця втрата менша за ту, яку дає швидко забитий фільтр. Він не відокремлює всі частинки: тонкий пил доходить до фільтра, і фільтр залишається обов’язковим. Шланг після циклона роблять коротким, а діаметри входу й виходу беруть за шлангом: слабкий пилосос не протягне достатньо повітря крізь великий циклон із входом 100 мм і більше.

Циклони бувають конічними й у вигляді кришки-сепаратора на відро. У кришки відокремлення йде за рахунок об’єму відра, тому відро заповнюють не більше ніж на три чверті: інакше поділ погіршується. Креслень саморобного циклона тут немає: його розміри залежать від витрати й діаметра шланга, і без паспортних даних джерела їх не назвати.

Шланг: діаметр, довжина й підвіс

Діаметр шланга дорівнює діаметру патрубка насадки, 100 мм. Менший діаметр підвищує опір за тієї самої витрати, тому перехідник на менший шланг скорочує потік, а не лише змінює роз’єм. Довжину беруть за повним ходом осей X і Y та ведуть шланг без петель: кожен метр гофрованого шланга й кожен вигин зменшують потік.

Шланг підвішують над верстатом на кронштейні, тросі або в кабельному ланцюгу. Шланг, що лежить на столі або тягне насадку вбік, навантажує вісь Z, перекошує щітку й чіпляється за заготовку, а підвішений шланг не додає свою вагу до маси шпинделя на осі Z. Суха стружка електризує гофрований шланг, тому в нього закладають металеву спіраль або дріт і заземлюють. OSHA включає контроль статичної електрики та заземлення обладнання в заходи захисту від вибуху горючого пилу.

Пил різних матеріалів і безпека

Система збирає те, що дає матеріал. Фанера, МДФ і масив дають стружку разом із дрібним пилом, а дрібну стружку й пил МДФ потрібно виводити з розрізу та одразу збирати пилососом. Пил скло- та вуглецевого волокна шкідливий для легенів, і його збирають пилососом просто біля фрези.

Дрібний деревний пил горючий. За даними OSHA, зважений у повітрі пил за займання дає спалах або вибух, а деревне борошно й алюміній входять у приклади горючих пилів. Тому пил збирають у місці утворення, а за наявності джерел займання прибирають способами, які не здіймають пилову хмару, і лише пилососом, схваленим для збирання пилу. Стружку алюмінію в один відсмоктувач із деревним пилом не збирають: іскра від металу підпалює пил у мішку.

Для деревного пилу призначений клас пилу M за IEC 60335-2-69: він означає фільтрацію не нижче 99,9% і підходить для пилу з граничнодопустимою концентрацією в повітрі робочої зони понад 0,1 мг/м³. Фільтр HEPA в побутовому пилососі клас пилу не замінює.

Порядок увімкнення та перевірка системи

Перед роботою перевіряють систему цілком, потім вмикають ланки в одному й тому самому порядку.

1. Перевірка. Патрубок і хомути затягнуто, шланг підвішено й не перегнуто, фільтр чистий, контейнер циклона заповнено не більше ніж на три чверті.
2. Увімкнення джерела вакууму. Стружковідсмоктувач або пилосос вмикають до запуску шпинделя.
3. Увімкнення шпинделя. Після виходу повітря на режим запускають шпиндель і програму.
4. Зупинка шпинделя. Програму закінчено, фреза обертається за інерцією.
5. Вимкнення джерела вакууму. Його вимикають після зупинки фрези.

Після роботи спорожняють контейнер, чистять фільтр і щітку та перевіряють, чи не осіла стружка в шлангу: осідання означає, що швидкість у шлангу нижча за транспортну, і витрату джерела перевіряють заново. Мішок і фільтр очищають вчасно: забитий фільтр знижує потік на насадці.

Типові помилки

• Шланг 100 мм під’єднано до пилососа, витрата якого розрахована на шланг 35 мм: стружка осідає.
• Витрату джерела взято за паспортним максимумом, без запасу на насадку, шланг, циклон і фільтр.
• Циклон із входом меншим за шланг або надто великий для слабкого пилососа.
• Відро-сепаратор заповнено більше ніж на три чверті.
• Шланг лежить на столі або тягне насадку вбік.
• Алюмінієву стружку зібрано в один відсмоктувач із деревним пилом.
• Для деревного пилу взято пилосос без класу пилу M.

Часті запитання

Чи підійде побутовий пилосос?

До патрубка 100 мм не підійде, якщо його витрата за робочого опору не доходить до 508,9 м³/год: у шланга 32 або 35 мм велике розрідження за малої витрати, а за витрати 62,3 м³/год швидкість у шлангу 100 мм падає до 2,2 м/с. Для деревного пилу обирають пилосос класу M, а побутовий пилосос не розрахований на комерційне використання, і фільтр HEPA клас пилу не замінює, як сказано в керівництві WorkSafe Queensland.

Чи потрібен циклон?

Потрібен, коли стружки багато, наприклад під час розкрою аркушів фанери та МДФ: циклон забирає основну масу стружки до фільтра, і фільтр довше тримає потік. За малих обсягів система працює і без нього, але фільтр забивається швидше.

Насадка 80 чи 100 мм?

Її обирають за діаметром корпусу шпинделя в місці хомута. Патрубок в обох насадок 100 мм, тому шланг і розрахунок витрати однакові. Як виміряти корпус шпинделя, описано в категорії насадок.

Чим аспірація фрезера відрізняється від витяжки лазера?

Витяжка лазера відводить дим із робочої камери назовні, а аспірація фрезера збирає стружку й пил у контейнер біля шпинделя. Тому фрезерному верстату потрібен пилосос або пилоуловлювач зі шлангом до насадки шпинделя, а лазерному витяжка диму назовні та обдув зони різу.

Чи можна зібрати аспірацію своїми руками?

Можна: насадку, шланг, циклон і пилосос підбирають і з’єднують самостійно. Розрахунок той самий: діаметр шланга, витрата за швидкістю від 18 м/с із запасом на опір і клас пилу для деревного пилу. Креслень тут немає, бо розміри циклона залежать від витрати обраного джерела.