Как выбрать комплектующие для станка с ЧПУ

1. Проектирование и подбор комплектующих

Какую электронику подобрать к станку
С чего начать проектирование
Определение жесткости

2. Поэтапные руководства по подбору конкретных комплектующих

Проектирование и подбор комплектующих для станка с ЧПУ

Часть 1. «Какую подобрать электронику к станку?» или с чего начать.

Одним из самых распространенных вопросов у наших клиентов является «какие шаговые двигатели/драйверы подобрать для моего будущего станка?». Зачастую этот вопрос ставится в тот момент, когда станка нет даже в проекте, только в задумке – человек определился только примерно с рабочим полем и обрабатываемыми материалами. Данная ситуация является, естественно, ошибочной. Выбор электроники – далеко не первостепенное, он не составляет труда по сравнению с остальными этапами создания станка. Определиться с приводами можно только после определившись с другими параметрами, такими как перемещаемая масса, максимальная скорость и ускорения, усилия резания и пр. Поэтому при создании фрезерного станка с ЧПУ подбор комплектующих начинается с проекта, а проект – с постановки задачи.

> Как правильно подобрать комплектующие для станка с ЧПУ

Проектирование станка с ЧПУ. Часть 2. Постановка задачи

Итак, первый шаг – определить круг изделий, которые будут производиться на станке. Это даст возможность вычленить следующие параметры размеры рабочего поля. Размеры поля соответственно дадут представление о возможном весе станка и его габаритах. Рабочее поле не должно существенно превышать необходимое. В данном случае запас карман тянет, и еще как. Затраты на изготовление, вес и прочие сложности с увеличением станка растут нелинейно!

Обрабатываемые материалы и режимы обработки. Эти данные следует использовать, чтобы вычислить такую информацию как планируемый к использованию инструмент. Очень важно тщательно определить минимальный и максимальный тип и размер фрез, это затем скажется на выборе шпинделя, а он, в свою очередь, обуславливает всю остальную конструкцию станка. Надо определить вид и размер фрез, будут ли использоваться резьбонарезные головки или точное позиционирование инструмента, потребуется ли автоматическая смена, будут ли использоваться шпиндели с инструментальными конусами или достаточно цангового зажима типа ER и т.п.
Усилия резания на фрезе. Максимальное усилие резания на фрезе обязательно необходимо если не знать более-менее точно, то как минимум иметь интуитивное представление о нём. Усилия резания - параметр, исходя из которого определяется жесткость, т.е. важнейшая характеристика будущего станка. Станок с недостаточной жесткостью будет выдавать некачественную поверхность, ломать фрезы, изнашивать шпиндели и направляющие, с избыточной жесткостью – будет дорогим, громоздким и экономически неэффективным.
Модель или хотя бы тип и размер шпинделя. Он достаточно определенно вытекает из предыдущих 2 пунктов. Под разные шпиндели – разные станки!
Комплектация станка. От обрабатываемых материалов зависит, нужна ли будет система защиты направляющих от стружки/пыли, подача СОЖ, вытяжка для удаление продуктов резания и т.п. Скажем, для деревообрабатывающих станков практически невозможно работать без вытяжки, но не нужна СОЖ, а для станков по алюминию – наоборот, для станков по алюминию защита направляющих желательна, но в целом опциональна, а для станков по чугуну – просто необходима, и т.д.
Количество осей. В зависимости от требований к изделиям станок может быть 3-осевым, 4-осевым (с 1 поворотной осью), 5-осевым (с 2 поворотными осями). Число осей также сильно влияет на конструкцию станка, его сложность и стоимость.
Ход по осям и вылет шпинделя. Эти данные на данном этапе определяются примерно, без особой точности, для получения модели действующих сил в первом приближении.

Проектирование станка с ЧПУ. Часть 3. Определение жесткости («бюджет жесткости»)

После определения параметров, упомянутых в предыдущей части, в т.ч. примерную длину осей, можно построить условную схему приложения внешних усилий и их распространения по конструкции станка(ниже пример, одна стрелка – усилие на фрезе, вторая – на поворотной оси).

Ключевым параметром при создании фрезерного станка с заданной точностью является жесткость на режущей кромке, которая определяется как сила, требуемая для отклонения режущего инструмента от исходного положения на единицу длины(обычно мкм). Согласно некоторым данным, значения жесткости в пределах 10-25 Н/мкм считаются достаточными для большинства станков. Значения 50 Н/мкм и более свойственны высокоточным станкам.