Вакуумные столы для станков: обзор и инструкция

Что такой вакуумный стол для станков с ЧПУ

Вакуумные столы – зачастую наиболее удобный способ закрепления заготовки при работе с плоскими листами на фрезерных и лазерных станках с ЧПУ. Прижимная сила в вакуумных столах создается из-за разницы давлений между сильно разреженной средой, которую для простоты называют вакуумом, создаваемой под деталью, и атмосферным давлением, прижимающим деталь сверху к столу. В этой статье мы рассказываем о них подробнее.

Источник: poscope.com

В зависимости от степени разрежения, поверхность вакуумного стола может иметь прижимную силу до одного килограмма на квадратный сантиметр поверхности. Усилие прижима пропорционально разности давлений и площади поверхности. Чем больше площадь обрабатываемой детали, тем лучше она закреплена на столе, и наоборот.

Вакуумные столы могут быть разделены на зоны, которые можно включать и выключать с помощью клапанов. В том случае, когда площадь детали меньше площади стола, необходимо закрыть «лишние» отверстия в столе, чтобы обеспечить достаточный для получения вакуума уровень герметичности.

Для чего нужен вакуумный стол для станков с ЧПУ

Источник: www.ecvv.com

Вакуумные столы помогают работе на станках с ЧПУ во множестве случаев, надежно удерживая заготовки во время обработки, не давая воздействию фрезы сдвинуть деталь и исключая необходимость в фиксации ее саморезами или струбцинами.

Вакуумные столы отлично работают с такими материалами, как пластики и композиты, оргстекло, древесина, металлы. Использование столов такого типа позволяет обрабатывать тонкие листы материала, которые при иных способах закрепления деформируются при касании фрезы. Хрупкие материалы также идеально подходят для обработки на вакуумных столах, так как в случае крепления иными способами, например струбцинами, велик риск повредить заготовку.

Преимущества вакуумных столов для станков с ЧПУ:

Сокращение времени крепления заготовки на 70%;
Экономия времени при обработке тонких материалов до 90%;
Безвибрационный зажим тонких и гибких материалов;
В отличие от магнитных столов — возможно крепление немагнитного материала;
Обработка пленок, при использовании дополнительной переходной пластины;
Удобная сборка и обработка;
Высокая прижимная сила на квадратный сантиметр поверхности.

Виды вакуумных столов

Источник: reddit.com

Самый частый вопрос, который задают владельцы станков с ЧПУ: «А какой тип вакуумного стола мне нужен?». Здесь нет однозначного ответа.

Если у вас большие заготовки и крупные детали, не требующие высокой точности при изготовлении, вам вполне подойдут шлицевые столы. Если вам нужно вырезать мелкие детали сложной формы – понадобится решетчатый стол. Нужна большая гибкость в обрабатываемых деталях и экономия электроэнергии – матричные вакуумные столы с зонированием станут вашим идеальным помощником. Для каких-то специализированных задач понадобится применять нестандартные столы. Стоит заметить, что вы можете изготовить вакуумный стол на самом станке с ЧПУ. Здесь мы рассмотрим наиболее популярные типы вакуумных столов.

Конечно, лучше всего вакуумные столы удерживают большие, плоские и воздухонепроницаемые заготовки. Но даже если вам понадобится обработать небольшую деталь со сложной поверхностью и пористой структурой – достаточно увеличить мощность насоса, создающего разрежение, или же использовать «жертвенный слой» между столом и деталью из специального пористого материала, более равномерно распределяющего удерживающее усилие по поверхности.

При обработке пористого материала на станке с ЧПУ с вакуумным столом «жертвенный слой» может быть использован поверх заготовки таким образом, чтобы минимизировать доступ воздуха через поверхность детали.

Шлицевые (желобковые)

Источник: machines4u.com.au

Вакуумные столы с продольными желобками или отверстиями на прижимной плите. Основное преимущество шлицевых столов – возможность проводить сквозную обработку детали, например сверлить.

Источник: pinterest.ru

В желобки можно укладывать уплотнительные вставки, для обеспечения лучшего удержания вакуума. Это самые дешевые и простые в изготовлении вакуумные столы для станков с ЧПУ.

Шлицевые с T-образными пазами

Источник: sorotec.de

Алюминиевые пластины с Т-образными пазами как правило изготовлены из цельной пластины алюминия или стали с гладкой поверхностью. Наличие Т-образных пазов и вставляемых в них крепежей позволяет дополнительно установить тиски, зажимные башни, монтажные углы и все остальное, что может потребоваться для лучшей фиксации заготовки.

Решетчатые (матричные)

Источник: vacuumtables.co.uk

Решетчатые столы выполняются путем создания сетки из желобков на поверхности плиты. Такая конструкция позволяет направить всю мощность стола на сколь угодно маленький участок любой формы: контур детали вырезается в листе уплотнителя, полностью закрывающего поверхность стола, в это отверстие помещается деталь; воздух, по углублениям/желобкам устремляется из этой области во все воздухозаборные отверстия стола, что создает максимум прижимной силы именно под деталью.

Иногда решетчатыми называют столы с прорезанными в плите сквозными отверстиями.

VAC-MAT

Источник: witte-barskamp.com

Это нельзя назвать отдельным типом столов, скорее это специальное покрытие для шлицевых или решетчатых столов, сделанное из полимерных материалов различной толщины или жесткости. Конструктивно представляют из себя множество мелких ячеек, каждая из которых за счет вакуума присасывается к обрабатываемой детали. Такая технология позволяет обрабатывать детали с неровной нижней поверхностью и проводить сквозную обработку, так как повреждение нескольких ячеек не приводит к потере вакуума в столе.

Со вставками из пористых материалов

Источник: ytimg.com

Это также не отдельный вид столов, а покрытие для шлицевых или матричных вакуумных столов, выполненное из твердых мелкопористых материалов, например — спеченного металла. Такое покрытие дает возможность работать с самыми тонкими, мелкими или требующими деликатной обработки деталями.

FLIP-POD

Источник: witte-barskamp.com

Вакуумные столы, предназначенные для обработки массивных деталей, имеющих сложную геометрию поверхности. Устроены как набор подвижных присосок, идеально приспосабливающихся к форме изделия. FLIP-POD не требует дополнительных уплотнителей, а наличие зазоров между присосками позволяет сверлить или обрабатывать деталь между ними.

Специальные вакуумные столы

Источник: witterussland.ru

Сфера применения вакуумных столов не ограничивается только станками с ЧПУ. Например, в аэрокосмической промышленности вакуумное крепление деталей сложной формы используют для сборки и обработки деталей космических кораблей или самолетов, таких как крылья или панели обшивки.

Насосы вакуумных столов для станков с ЧПУ

Источник: airbestpractices.com

Основное правило: вакуума много не бывает. Чем больше стол, чем более пористый материал необходимо обрабатывать, чем сложнее поверхность детали, чем мельче готовые изделия – тем мощнее насос потребуется. Зонирование позволяет уменьшить мощность каждого из насосов, но их придется поставить больше. Кроме того, вполне допустимо подключить к столу несколько насосов и без зонирования, используя дополнительные насосы по мере необходимости.

При выборе типа насоса учтите, что вам от него нужна способность не только создавать вакуум, то есть работать при низком давлении, но и перемещать воздух в больших объемах, для компенсации утечек. К сожалению, заранее рассчитать требуемую мощность насоса достаточно сложно, выяснить это можно лишь экспериментальным путем. Кстати, неплохим решением для небольшого DIY-стола будет насос от обычного бытового пылесоса.

Основные типы используемых вакуумных насосов:

пластинчато-роторный, работающий по принципу вращения ротора с подвижными относительно него лопастями в асимметричной камере. Для лучшего уплотнения камеры требует наличия масла.
радиальные (центробежные). Создают вакуум за счет вращения ротора с крыльчаткой, создающей разрежение в центральной камере и выталкивающего воздух за её пределы.
жидкостные (водокольцевые). Не требуют отдельного сепаратора. Охлаждающая жидкость станка является частью рабочей жидкости насоса. Создает вакуум за счет вращения воды в рабочей камере колесом с крыльчаткой, что создает перепад давления.

Как собрать вакуумный стол своими руками

Источник: spreitzer.de

Изготовление любого вакуумного стола для станков с ЧПУ следует начинать с оценки тех работ, которые вы будете на нем выполнять, и тех материалов, которые вы планируете использовать. При проектировании необходимо найти баланс между требуемой площадью прижима и силой воздействия на каждый участок, чтобы достаточно прочно закреплять деталь но не вызвать ее деформации (если обрабатывается пластичный или гибкий материал), за что отвечают количество отверстий воздухозабора, их диаметр и кучность, мощность насоса.

Если заготовка опирается на поверхность, которая непроницаема для воздуха, то только те каналы или отверстия, в которых образуется вакуум, создают прижимную силу. На вакуумном столе без каких-либо дополнительных накладок вакуумный эффект работает только на площади отверстий решетки, а не по всей поверхности, на которую опирается деталь. Если вы попытаетесь создать большую полость под деталью, чтобы увеличить силу прижима, вы можете деформировать деталь, и она прогнется в неподдерживаемых областях.

Использование пористых прокладок для вакуумного стола, например из МДФ, позволяет более равномерно распределить прижимное усилие по поверхности детали, но, в то же время, МДФ является менее жесткой опорой, чем стол из металла. Кроме того, вам понадобится гораздо более мощный вакуумный насос, так как любая пористая прокладка существенно уменьшает общую площадь отверстий для вакуума.

Источник: gejava.press

Если у вас нет вакуумного насоса с бесконечной мощностью, то разумно использовать зонирование вакуумного стола, разделив его на отдельные участки, созданием вакуума на которых можно управлять, открывая или закрывая соответствующие клапаны. Для вакуумных столов большого размера зонирование наиболее эффективно.

Если вы планируете использовать станок для изготовления металлических деталей или изделий из камня, то вам обязательно понадобится охлаждать рабочий инструмент и заготовку какой-либо жидкостью, чаще всего водой. Если это так, то вам необходим сепаратор жидкости. Попадание охлаждающей жидкости в вакуумный насос будет ему, насосу, не очень полезно.

Источник: vacuumtables.co.uk

Сепаратор жидкости может быть очень простым – понадобится достаточно большой промежуточный резервуар, в котором будет собираться жидкость, подключенный между вакуумным насосом и столом. Так как скорость воздушного потока относительно небольшая, под действием силы тяжести вода будет скапливаться на дне резервуара, а осушенный воздух попадать в насос. Такая система будет нуждаться в смотровом окне или других средствах контроля заполнения резервуара. Для небольших DIY-столов в качестве сепаратора прекрасно подойдет, например, колба или канистра от проточного фильтра для воды.

Создание дешевого вакуумного стола для станка с ЧПУ

Источник: hackaday.io

Недорогой вакуумный стол для станка можно сделать самостоятельно. Рассмотрим этот процесс на примере стола созданного i’m a maker.

Такой стол пригоден для фрезерования деталей из пластика, алюминия или стали. Стол имеет размер 450 х 300 мм, потому что делался для имеющегося станка с ЧПУ с такими размерами рабочей области.

Параметры вакуумного стола:

Размеры 450 мм x 300 мм x 31,5 мм (высота зависит от имеющегося алюминия);
Расстояние 10 мм от отверстия до отверстия, так что подойдут готовые резиновые коврики (rubber mattes) с перфорацией;
Диаметр отверстий 5 мм, но только 0,2 мм для подачи вакуума на детали;
Отверстия с резьбой M6 для крепления материала на вакуумном столе;
Три вакуумные камеры;
Возможность добавления концевых выключателей для трех из четырех сторон;
Около 4 мм запасной толщины, чтобы при необходимости сделать поверхность другой геометрии.

Источник: hackaday.io

Чертежи вакуумного стола для станка с ЧПУ (в виде модели CAD) состоят из двух алюминиевых деталей, уплотнителя, пневматических соединителей и некоторых винтов. Для использования стола требуются некоторые другие детали. По крайней мере, один вакуумный насос, несколько трубок, сепаратор, коврики с отверстиями 5 мм (растр 10 x 10) и некоторые резиновые заглушки, чтобы закрыть оставшиеся отверстия стола.

Вместо уплотнительного шнура, под который требовалось вырезать паз, использовался обычный герметик, нанесенный на прилегающие поверхности. Это может быть не всегда удобно с точки зрения очистки стола от стружки, так как разобрать такой стол будет сложно. Можно легко изменить модель, если всё же предпочтете использование шнура и быструю разборку стола.

Обработка верхней плиты

Источник: hackaday.io

При изготовлении важно, чтобы детали фрезеровались в определенном порядке.

На первом этапе:

Границы пластины, чтобы получить правильные размеры;
Отверстия для штифтов (отверстия в пластине, 6 мм с допуском m6). Так как вы будете использовать фрезерный станок, создайте отверстия немного меньшего диаметра;
Утопленные отверстия для винтов M5;
Первый тип вакуумных отверстий (5 мм);
Второй тип вакуумных отверстий (0,2 мм);
Отверстия для наружной резьбы (только отверстия с резьбой на краю верхней пластины, но не отверстия с резьбой между вакуумными отверстиями);
Для вакуумных отверстий обратите внимание на глубину и угол заточки сверла 5 мм. В конечном итоге только сверло 0,2 мм должно просверлить пластину.

На втором этапе:

Резьбовые отверстия между вакуумными отверстиями. Они фрезеруются после сборки стола и проходят через верхнюю плиту в нижнюю плиту.

Обработка нижней плиты

Источник: hackaday.io

На первом этапе:

Границы пластины, чтобы получить правильные размеры.
Внешние углубления, чтобы получить места для крепления вакуумной пластины к рабочему столу.
Внутренние углубления.
Отверстия для штифтов (6 мм с допуском m6). Отверстия должны быть такими глубокими, чтобы штифты высовывались примерно на 4 мм, в зависимости от имеющихся у вас штифтов. Так как вы будете использовать фрезерный станок, попробуйте сделать отверстия немного меньше.
Отверстия с резьбой M5.

На втором этапе:

Отверстия М6 с резьбой. Они расположены вверху "крестовины", кроме 4-х отверстий. Они фрезеруются после сборки стола и проходят через верхнюю плиту в нижнюю плиту.

Сверление крепежных отверстий

Просверлите отверстия по краям. Поскольку размеры не подходят для обычного фрезерного станка с ЧПУ, боковые отверстия необходимо просверлить вручную. Нужно разметить и накернить отверстия точно посередине стороны, прежде чем сверлить. С одной стороны вы должны просверлить правильные отверстия для резьбы диаметром 8,8 мм. С трех других сторон должны быть просверлены отверстия под резьбу M5 (4,2 мм).

Подгонка размеров

Пластины нужно подогнать друг к другу, при необходимости обрезать. Проверьте точное совпадение геометрии верхней и нижней пластин. Соблюдайте точные размеры.

Установка штифтов

Установите штифты в нижнюю пластину. Штыри должны выступать примерно на 4 мм.

Герметизация соединения

Для герметизации соединения, зазора между пластинами, нанесите герметик. Позаботьтесь о том, чтобы герметик не попал в отверстия в нижней пластине, особенно на те, которые еще не были просверлены.

Источник: hackaday.io

Сборка

Источник: hackaday.io

Соедините верхнюю и нижнюю пластины. Выравнивание выполняется с помощью штифтов. Постарайтесь выровнять все четыре стороны как можно лучше. Важно: убедитесь, что вакуумные отверстия (0,2 мм) чистые, чтобы воздух мог проходить свободно.

Установите винты соединяющие верхнюю и нижнюю пластины и закрутите их. Затягивайте аккуратно, чтобы не сорвать резьбу в мягком алюминии. Вкрутите переходники для шлангов или труб насоса, герметизируйте резьбовые соединения тефлоновой лентой.

Подготовка к работе

Присоедините сепаратор, манометр и вакуумный насос. Надежно закрепите вакуумный стол на станке с ЧПУ. Вакуумный стол готов, можно приступать к работе.

Кейсы вакуумных столов DIY

Вакуумный стол из алюминия для станка с ЧПУ, созданный James Hobson

Источник: hackaday.com

Джеймс Хобсон создал вакуумный стол для станка с ЧПУ из блоков алюминия, путем фрезерования.

James Hobson пишет:

«Если вы делаете много деталей различной формы на станке с ЧПУ, то знаете, что крепление заготовки - худшая часть процесса. Нужно выяснить, как вы собираетесь зажимать деталь, убедиться, что кусок материала достаточно большой для использования, что он не будет перемещаться по столу и тому подобное. Очень хотелось бы просто бросить кусок материала на рабочий стол и начать обработку.

У нас есть потрясающий станок с ЧПУ, на котором мы изготавливаем прототипы различных мелкосерийных деталей. Я решил, что нужен лучший способ закрепления заготовок для механической обработки, поэтому создал алюминиевый вакуумный стол, состоящий из двух частей. Он имеет четыре отдельных вакуумных кармана, которые можно использовать как по отдельности, так и все сразу. Верхняя поверхность представляет собой сетку с квадратными каналами. Используя маленькие резиновые заглушки или винты, можно заткнуть неиспользуемые каналы, чтобы минимизировать потери вакуума. При закреплении детали требуется прокладка между заготовкой и столом - но, как вы можете видеть на видео, после установки она никуда не движется».

Вакуумный стол для станка с ЧПУ, созданный пользователем CalebPeters

Источник: instructables.com

Калеб Петерс сделал вакуумный стол из неметаллических материалов, применяя сверление.

CalebPeters рассказывает о своем станке:

«Этот проект вакуумного стола был просто быстрым экспериментом, чтобы увидеть, будет ли работать такой дизайн. Оказалось, что получилось довольно неплохо, учитывая, что я не проводил каких-то исследований, прежде чем разрабатывать и изготавливать его.

Мне требовалось сделать стол как можно более тонким, сохраняя при этом способность вакуумного зажима удерживать различные материалы. Кроме того, требовалось прикрепить его непосредственно к алюминиевому столу самого станка. Я попробовал обработать пару деталей, используя вакуумный стол, латунную пластину и дубовую панель толщиной 6 мм. Латунная пластина удерживалась не так хорошо, как мне хотелось, но я уверен, что замена насоса на более мощный и заглушка лишних отверстий мне помогут. Деревянная заготовка не доставила мне никаких проблем».

Вакуумный стол из МДФ для станка с ЧПУ, созданный независимым конструктором Dan Spangler

Источник: makezine.com

Dan Spangler собрал универсальный стол из трех склеенных между собой слоев, с верхней пористой пластиной, для того, чтобы иметь возможность обрабатывать детали любой формы.

Дэн рассказывает о конструкции:

«Во-первых, это базовая плита, которая крепится к раме вашего ЧПУ и соединяется с вакуумной системой. Далее идет “пленум” — средний слой, который содержит сетку каналов воздушного потока, распределяющих вакуум по всему столу. Последний слой - это верхняя панель, пористая доска, которая позволяет воздуху проходить через нее.»

Источник: makezine.com

«Базовая плита и “пленум” изготовлены из древесноволокнистой плиты средней плотности, MDF, поскольку он дешев. Вы также можете сделать их из пластика высокой плотности, такого как АBS или ПВХ. МДФ пористый и должен быть герметизирован для обеспечения вакуума. Вы можете использовать любой готовый герметик для дерева, такой как полиуретан на водной или масляной основе, герметики на эпоксидной основе или даже разбавленный водой клей для дерева. Дополнительные слои герметика нанесены на края МДФ, так как они подвержены протечкам больше, чем верхняя и нижняя поверхности.

Верхняя плита отличается. Она должна быть достаточно твердой, чтобы поддерживать вашу заготовку, но достаточно пористой, чтобы позволить воздуху свободно проходить через нее. Рекомендуемый материал - Ultralite MDF, он на 40% легче и пористее, чем обычный МДФ.

С универсальным вакуумным столом для фрезерного станка вы просто кладете свою заготовку на рабочий стол, включаете насос - и вуаля! Теперь у вас есть килограмм на каждый квадратный сантиметр прижимной силы, удерживающий вашу заготовку.»

Источник: makezine.com

Вакуумный стол из МДФ для станка с ЧПУ "Benchtop Pro", созданный пользователем infinity111

Источник: thingiverse.com

Пользователь infinity111 рассказывает об оригинальной конструкции вакуумного стола, сделанного из подручных материалов:

«Загрузите файл с макетом в Fusion 360 (бесплатно для любителей). Поместите заготовку из MDF в ваш станок с ЧПУ и надежно закрепите. Возможно, вам придется поколдовать с Fusion 360, чтобы правильно установить траектории инструмента для конкретно вашего станка.»

Источник: thingiverse.com

«Запустите полученную программу в G-code, чтобы вырезать основную камеру и вакуумный порт. Переверните материал и вырежьте «направляющие отверстия - эти отверстия не проходят сквозь материал. Соберите вакуумный стол, используя клейкую ленту. Прикрепите к рабочему столу. Выборочно просверлите отверстия под размер вашего рабочего стола. В качестве вакуумного насоса я использовал маленький фирменный пылесос марки "5HP Max". Наслаждайтесь!»

Источник: thingiverse.com

Заключение

Источник: youtube.com

Вакуумные столы улучшают качество продукции и эффективность процесса изготовления деталей на станках с ЧПУ. Мощное прижимное усилие является необходимым для достижения стабильного качества.

Несколько полезных советов

При использовании вакуумного стола:

Важно спланировать резку таким образом, чтобы сохранить наибольшую площадь поверхности, на которую воздействует вакуум, как можно дольше. Не прорезайте поверхность полностью до тех пор, пока не дойдете до очень тонкого слоя на всей обрабатываемой детали. Используйте фрезу как можно меньшего диаметра для окончательной резки, чтобы избежать преждевременного освобождения и смещения детали.
Держите вакуумный стол в чистоте. Пыль и стружка на столе не дает детали хорошо прижаться к столу, препятствуя тем самым поддержанию вакуума.
Иногда выгоднее использовать два вакуумных насоса меньшей производительности, чем один большой. Одного из небольших насосов вполне хватит для больших заготовок и деталей с большой площадью поверхности. Для проблемных и мелких деталей, которые не имеют достаточной площади поверхности, запустите второй насос.
Используйте куски воздухонепроницаемого материала, чтобы герметизировать те участки стола, которые не заняты заготовкой.
Если вам необходимо удерживать пористый материал, то вся ваша заготовка - одна большая утечка, положите поверх неё кусок непористого материала в качестве «жертвенного слоя».
Применяйте «жертвенный слой» из плотного пористого материала между столом и заготовкой, чтобы обеспечить сохранность стола и фрезы, а также для равномерного распределения вакуумного эффекта по поверхности заготовки.

Самостоятельное изготовление вакуумных столов кажется не слишком сложным, особенно если у вас уже есть под рукой функционирующий фрезерный станок с ЧПУ, но качество самодельного вакуумного стола может быть далеко от промышленного, да и гарантии на него вам никто, конечно, не даст, а при профессиональном применении это очень важно.

Вакуумные столы для станков: обзор и инструкция

Что такой вакуумный стол для станков с ЧПУ

Для чего нужен вакуумный стол для станков с ЧПУ