Вакуумная система станка ЧПУ

Наиболее популярным способом блокировки заготовок на рабочем столе станка ЧПУ при обработке мебельных щитов и фасадов МДФ, в том числе по технологии nesting, остается вакуум. Он отличается простой, быстрой, надежной и безопасной фиксацией деталей на рабочем столе, а также сравнительно свободным доступом инструмента для обработки заготовок с 5-ти сторон.

Принцип действия вакуума

Чтобы понять принцип действия устройств с вакуумной фиксацией заготовок, необходимо разобраться с самим определением вакуума, его силой и возможностями использования.

По определению, вакуум – это пространство, свободное от вещества. В данном случае под вакуумом подразумевается технический термин характеризующий область разрежения, которая создается между вакуумным столом станка ЧПУ и установленной на нем заготовкой. Однако в действительности на заготовку воздействует не вакуум, а давление атмосферного воздуха, которое прижимает ее к поверхности стола.

В обычном состоянии атмосферный воздух давит на деталь со всех сторон. Если под одной из сторон детали с помощью вакуумного насоса откачать воздух, то атмосферное давление под ней уменьшится. По закону «Сила действия равна силе противодействия» внешнее давление атмосферного воздуха будет прижимать деталь к плоскости вакуумного стола до тех пор, пока сила сопротивления стола не сравняется с силой давления атмосферы.

На поверхности земли сила давления атмосферного воздуха составляет примерно 1 кг/см². То есть, на плоскость детали со сторонами 10 на 10 см давит вес равный примерно  100 кг. Однако на самом деле сила прижима детали на вакуумном столе станка ЧПУ может существенно отличаться от расчетной силы.

В технических характеристиках вакуумных насосов есть такой показатель как предельное остаточное давление – максимальное значение вакуума, которое позволяет достигнуть конструкция данного агрегата. К тому же, из-за подсоса воздуха в магистралях подачи вакуума и фиксирующих элементах рабочего стола ЧПУ, сила вакуума может теряться. Поэтому фактическое воздействие атмосферного давления на деталь намного меньше.

Следует отметить, что сила вакуума может изменяться в зависимости от мощности вакуумного насоса, но она никогда не будет выше, чем сила атмосферного давления.

Устройство вакуумной системы станка ЧПУ

В устройстве вакуумной системы станка ЧПУ можно выделить следующие составные части:

• Вакуумный стол с устройствами фиксации заготовок;
• Магистрали подачи вакуума;
• Вакуумный насос;
• Элементы управления подачей вакуума.

Вакуумные столы станков ЧПУ

Станки ЧПУ с вакуумной системой блокировки деталей, обычно, оборудуются двумя типами рабочих столов: матричным или консольным.

Матричные рабочие столы отличаются большой площадью и, соответственно, высокими потерями вакуума, особенно при использовании «жертвенной» подложки. Поэтому, как правило, они разделены на несколько отдельных зон подачи вакуума с независимым подключением к общей магистрали. Такие станки оборудуются мощными насосами с высокой скоростью откачки воздуха.

Консольные рабочие столы станков ЧПУ менее требовательны к производительности вакуумного насоса, но более прихотливы к качеству вакуума. Блокировка деталей на них происходит посредством точечного прихвата вакуумными присосками, которые исключают потери вакуума, но имеют меньшую площадь соприкосновения с поверхностью обрабатываемой детали.

Магистрали подачи вакуума станков ЧПУ

Основная задача вакуумной магистрали станка ЧПУ – это быстрый отвод воздуха от рабочих столов станка ЧПУ и их элементов и сохранение качества вакуума. Трубопроводы и шланги вакуумной системы отличаются жесткостью и увеличенным сечением воздухоотводов.  Для эффективного использования мощностей насоса вакуумные магистрали оборудуются разного рода затворами и клапанами.

Главный электромагнитный затвор вакуумной системы позволяет включать и отключать вакуум рабочего стола станка ЧПУ без перезапуска насоса, например при смене обрабатываемых деталей.

Станки ЧПУ с разделенным на зоны матричным столом оборудуются несколькими кранами для подключения той или иной площади рабочего стола. В более современных моделях в отверстия подвода вакуума матричного стола устанавливаются электромагнитные клапаны, которые активируются программными средствами в зависимости от выполняемой программы обработки.

Станки ЧПУ с консольными столами имеют разветвленную вакуумную магистраль, которая подключает к системе отдельные консоли и фитинговые соединения для дополнительных устройств фиксации.

На безшланговых консолях подвод вакуума осуществляется через отверстия  с магнитными  клапанами, которые открываются во время позиционирования над ними присосок с металлической полосой.

Присоски на каретках со шланговым соединением активизируются через вакуумный клапан, расположенный на поверхности самой присоски. Сам клапан представляет собой кнопку, нажатие которой происходит во время позиционирования детали.

Вакуумный насос для ЧПУ

Чтобы правильно подобрать вакуумный насос для станка ЧПУ необходимо просчитать его два основных параметра: номинальную производительность и остаточное давление.

Номинальная производительность – это скорость, с которой вакуумный насос откачивает воздух из вакуумной системы станка ЧПУ.

Остаточное давление – максимальная величина глубины вакуума, которую может создать насос.

Первый параметр особенно актуален для станков с матричным (решетчатым) рабочим столом при работе с «жертвенной» подложкой. Если насос не способен выкачать воздух, попадающий через пористую структуру подложки на краях или в местах сквозной обработки, то он не сможет обеспечить качественный вакуум для удержания заготовки на рабочем столе. Здесь также стоит учитывать пористость и воздухопроницаемость самого обрабатываемого материала.

Параметр величины глубины вакуума важен для прочного удержания детали во время воздействия на нее различными инструментами. Здесь необходимо принимать во внимание плотность обрабатываемого материала, размер инструмента, глубину и скорость обработки, то есть те параметры, которые характеризуют силу давления на заготовку, способную сдвинуть ее.

При выборе вакуумного насоса на станок ЧПУ для производства мебели, в том числе мебельных фасадов МДФ, важно учитывать и другие характеристики, такие как надежность, сложность обслуживания, способность работать длительное время, побочные воздействия на окружающую среду.

В промышленном производстве наиболее распространены следующие типы вакуумных насосов, выделяющихся высокой производительностью и глубиной создаваемого вакуума:

• Водокольцевые вакуумные насосы;
• Вихревые вентиляторы;
• Масляные пластинчато-роторные вакуумные насосы;
• Сухие пластинчато-роторные вакуумные насосы.

Водокольцевые насосы отличаются низкой стоимостью, простой и надежной конструкцией. Однако при нагреве циркулирующей жидкости их производительность падает, образуется пар. Через короткий срок службы начинают течь сальники.

Вихревые вентиляторы (воздуходувки) обладают высокой производительностью, но в некоторых случаях не могут обеспечить нужное качество вакуума.

Масляные пластинчато-роторные вакуумные насосы выделяются отличными характеристиками вакуума и откачки воздуха, надежностью и относительной неприхотливостью в эксплуатации. С другой стороны они имеют высокую стоимость, требовательны к периодическому обслуживанию, образуют масляный туман.

Сухие пластинчато-роторные вакуумные насосы на графитовых пластинах, пожалуй, наилучший выбор для производства мебели и фасадов МДФ на станках и обрабатывающих центрах ЧПУ. Как показывает практика использования вакуумных насосов Becker, они способны работать без потери качества вакуума в течение нескольких часов даже при температуре окружающего воздуха выше 35°C. Обслуживание вакуумного насоса заключается в периодической очистке сжатым воздухом корпуса и воздушных фильтров, ежегодной замене смазки на подшипнике вала ротора. Контроль износа и замена графитовых пластин может производиться с периодичностью более чем через  5  лет.

Проблема высокой стоимости пластинчато-роторных насосов западных производителей вполне решаема покупкой их китайских аналогов.

Управление вакуумной системой станка ЧПУ

Система управления вакуумом станка ЧПУ предназначена для распределения и своевременной подачи вакуума к заданным рабочим зонам рабочего стола и его зажимным элементам. Здесь можно выделить три типа способов управления вакуумом:

• Ручной. Позиционирование зажимных элементов и подключение рабочих зон происходит ручным способом.
• Полуавтоматический. Подготовка рабочих столов производится вручную с использованием программ для расчета оптимального положения присосок и лазерных проекторов. Включение вакуума выполняется нажатием на соответствующую кнопку, педаль или срабатыванием датчика, а отключение происходит автоматически после завершения программы обработки.
• Программный. Расстановка зажимных элементов и активация рабочих зон станка ЧПУ производится автоматически в соответствии с параметрами обрабатываемой заготовки и безопасностью элементов станка. Вакуум включается при позиционировании детали, а отключается, когда обработка детали завершена.

Эффективность вакуумной системы станка ЧПУ

В сравнении с другими способами фиксации заготовок деталей на рабочих столах станков ЧПУ при производстве фасадов МДФ вакуумная система обладает следующими преимуществами:

• Легкость и быстрота монтажа. Оборудование матричного стола и позиционирование присосок происходит на порядок быстрее, чем при использовании любых других типов зажима;
• Легкость и быстрота смены обрабатываемых заготовок. Например, при использовании педали для включения-выключения подачи вакуума, время смены детали может достигать 10-15 секунд;
• Возможность обрабатывать широкоформатные заготовки и детали с необычной геометрией (при наличии хотя бы одной плоской поверхности на них);
• Беспрепятственный доступ инструмента к свободным от захвата сторонам заготовок;
• Бережливая блокировка хрупких и мягких материалов.

Есть у вакуумной системы фиксации деталей для обработки на станке ЧПУ свои минусы. Основной недостаток – это слабая сила зажима мелких деталей и пористых материалов. Возникает необходимость переключаться на использование других устройств фиксации заготовок, в том числе механических или работающих на сжатом воздухе высокого давления.

Другим существенным недостатком является необходимость постоянного поддержания чистоты на вакуумных элементах рабочего стола. С одной стороны это необходимо, чтобы исключить попадание опилок и стружки в вакуумную систему станка ЧПУ, а с другой, – чтобы обеспечить наиболее плотное прилегание заготовок к поверхности вакуумных зажимов.