В прошлой статье я выдвинул интересную идею, которую никогда до этого не встречал в интернете — гашение вибраций и гашение звука на домашних компактных фрезерных станках, например, известного и широко распространённого типа 3018.

Как я рассказывал, одним из, пожалуй, основных проблемных моментов для использования ЧПУ-станков на дому является шум, причём не шум двигателей (с этим-то как раз можно жить, он довольно щадящий), а шум режущего инструмента, в основном фрез, которые издают довольно противный визг на больших оборотах во время обработки материала.

Проблема особенно усугубляется на относительно жёстких материалах: фрезеровка печатных плат (вырезание по контуру), а также обработка металлов.

В ходе размышления над этой проблемой мне пришла в голову довольно интересная мысль: «А что, если обработку производить под толстым слоем жидкости, в частности воды или жидкого, гелеобразного мыла?!»

Как я писал в прошлой статье, я весьма плотно искал хоть какой-нибудь прецедент, чтобы пытались гасить звук таким образом, и не нашёл!

Да, льют СОЖ (смазывающе-охлаждающую жидкость) в зону резания относительно тонким слоем — но в основном только для постоянного вымывания продуктов обработки (проще говоря, стружки и пыли) и смазки/охлаждения инструмента во время работы.

Но покрывать деталь толстым слоем жидкости именно для гашения вибраций и звука (грубо говоря, залить её толстым слоем жидкости и вести обработку прямо под ней) — похоже, что не додумался вообще никто (не факт, но есть такое подозрение ;-) )!

Ввиду того, что у меня уже есть цельнометаллический ЧПУ-станок серии 3018, про который я писал вот тут, мне показалось совершенно непростительным, если бы эта интереснейшая мысль по поводу глушения жидкостью осталась в виде непроверенной теории!

Я никак не мог этого допустить, и работа закипела… :-)

Итак, что первое приходит в голову, когда мы думаем об обработке под слоем жидкости? Разумеется, некая ванна, куда должна быть помещена деталь! 

Изначально, когда думал об этом вопросе, я планировал использовать в качестве ванны обычную пластиковую посуду, коих великое множество в хозяйственных магазинах — наподобие той, в которой носят еду на работу. 

Однако затем я подумал, зачем я буду мучиться? Потом эту посуду надо будет каким-то образом ещё крепить, что опять же не совсем простая задача… А учитывая то, что у меня есть fdm 3D-принтер — похоже, что у меня просто нет альтернатив: только печать! :-)

Сразу же я решил сузить для себя область решаемой задачи: несмотря на то, что изначально этот метод с заливкой жидкостью мне кажется перспективным для многих видов фрезеровки/сверловки — на данный момент вопрос обработки металлов перед мной не стоит. 

Соответственно, я решил ограничиться только одной из областей — сверловка/фрезеровка печатных плат на дому; тем более что, подозреваю, эта тема будет интересна многим! 

Также в этой области свои изыскания я решил ещё более сузить: по предыдущим своим опытам сверловки на своём 3018 станке отверстий под сквозной монтаж деталей на печатных платах, я убедился, что сверловка происходит практически бесшумно (слышно только жужжание двигателя), поэтому изначально можно для себя её определить как беспроблемную операцию и борьбу со звуком сосредоточить именно на фрезеровке (вырезание платы по контуру, фрезеровка дорожек платы). 

Это интересно с той точки зрения, что (если борьба со звуком увенчается успехом) позволит осуществлять мелкосерийное производство печатных плат на дому — так как изначально, когда только пришла мысль в голову, её желательно обкатать на малых партиях, чтобы быстро выловить все «детские болезни» и внести неочевидные изменения, которых требует рынок, но тебе это изначально не приходило в голову; а уже потом, когда все проблемы решены и улучшения внесены — можно заказывать и масштабное изготовление печатных плат на заводах.

Обычно, так как в процессе своих экспериментов с печатными платами я имею потребность в изготовлении их малого размера, то на маркетплейсах я покупаю куски фольгированного гетинакса (не стеклотекстолита, чтобы избежать появления и вдыхания стеклянной пыли!) 100х100 мм. 

Мои платы, как правило, не имеют сильно греющихся и габаритных элементов (которые, в теории, могли бы спровоцировать отслоение медной фольги), поэтому для меня гетинакс вполне годится. 

Дополнительный плюс гетинакса — гораздо меньшая абразивность по сравнению со стеклотекстолитом, что, соответственно, увеличивает срок службы и у режущего инструмента (свёрла/фрезы). 

Итак, осознав границы своих потребностей и основной способ решения вопроса (3D-печать), я напечатал вот такую ванну, где заготовка печатной платы укладывается на высоте в 1 см над дном и поддерживается целым массивом специальных столбиков прямоугольного сечения: 

Глубина ванны спроектирована таким образом, чтобы над печатной платой образовывался слой жидкости в 2 см (больше просто у меня длина фрез не позволяет; по крайней мере, тех, которые есть в наличии). 

Кроме того, по бокам можно видеть площадки с нарезанной резьбой — там устанавливаются специальные прижимные устройства, которые как прижимают плату сверху, так и содержат клинящие устройства, которые заклинивают плату слева и справа всё больше и больше по мере закручивания болтов. Это позволяет надёжно удерживать пластину.

Кстати говоря, в процессе, когда уже спроектировал и напечатал ванну, я вспомнил одну свою старую мысль: меня всегда поражало наличие «жертвенного столика» — то есть поддержки под обрабатываемой деталью. 

Почему поражало: потому что он (жертвенный столик) приходит в негодность во время обработки (да как так-то, а?! Надо что-то делать с этим ведь!… :-) ).  

Да, это вынужденно, никуда не деться… Однако, глядя на готовую ванну, я снова вспомнил эту свою старую мысль, и мне со всей очевидностью стало понятно: а ведь это можно устранить!!! 

Вариант А (более банальный и простой): вот эту всю поддерживающую структуру внутри ванны сделать сменной, вставляемой в дно ванны на разъёме, чтобы заменять по мере износа; 

Вариант Б (гораздо более интересный): сделать, как я её называю, «динамическую поддержку» — прямо под сверлом/фрезой всегда имеется свободное место, и поддержка не портится при обработке, так как зона поддержки динамически перемещается вместе с обрабатывающей головкой, тогда как сама плата остаётся неподвижной. 

На картинке ниже я изобразил примерно возможные реализации:

Но это пока в процессе осмысления… Возможно, в следующей итерации ванны я это и реализую… Причём подозреваю, что сразу в виде динамической системы, так как она мне нравится больше… 

Кстати, к слову: ванну я напечатал из abs-пластика слоем 0,2 мм, и у меня были подозрения, что она будет протекать, если для теста её попробовать залить водой — как ни странно, протекание отсутствует полностью! Тем не менее, в дальнейшем, для большей гарантии результата, я решил сбрызнуть внутреннюю часть ванны ацетоном, чтобы он несколько расплавил пластик и закрыл потенциально возможные поры… 

Почему: так как я планирую использовать для заливки не воду, а, как мы выяснили в прошлой статье, для максимального задействования не только глушения звука, но и эффекта Ребиндера* — жидкое мыло, прямо вот так, не разводя водой, в виде геля (т. е. прямо в той форме, в какой оно продаётся в магазинах), а оно благодаря этому эффекту явно будет очень сильно проникать в любые зазоры… 

Соответственно, я хочу эту потенциальную возможность максимально устранить (ну, по крайней мере, насколько это возможно), чтобы ванна у меня не протекла во время работы…

*Вкратце, что за эффект: «расклинивание» материала на атомно-молекулярном уровне: физическое воздействие (например, давление режущей кромки фрезы/сверла) несколько раздвигает атомы/молекулы друг от друга, вследствие чего в образовавшийся зазор устремляется жидкость, оказывая гигантское давление (в тысячи атмосфер!) на стенки зарождающейся трещины. 

В результате — гигантское усиление режущего свойства инструмента! То есть это своеобразный атомно-молекулярный «рычаг» для увеличения усилия. 

Эффект особенно явно проявляется при применении ПАВ (поверхностно-активных веществ; например, мыла и мыльной воды), которые с огромной скоростью проникают в зачаточную трещину и буквально раздирают её стенки в стороны!

Кроме ванны, я ещё подумал и о том, что необходимо каким-то образом защитить оборудование станка от потенциальных брызг: быстро вращающаяся фреза, к тому же, периодически поднимающаяся, наверняка будет разбрызгивать мыло во все стороны, с дикой силой! 

Изначально я планировал сделать вокруг ванны, как и озвучивал в предыдущей статье, своеобразный рукав из полиэтилена, внутрь которого вставить поддерживающую спираль из нержавеющей стали — в качестве подобной спирали взять и скрутить пруток из нержавейки сечением в 1 мм, взятый от сварочного аппарата: 

В качестве возможных конфигураций думал использовать следующие (прогресс в идеях показан ниже сверху-вниз): изначально думал сделать сужающийся кверху рукав, однако потом осознал, что он будет слишком сильно деформироваться в процессе перемещения обрабатывающей головки. 

И затем понял, что лучше всего будет применить широченный рукав размером с саму ванну — тогда он будет только чуть-чуть деформироваться наверху, в том месте, где прикреплён к головке: 

Однако в процессе размышления над этим мне пришла гораздо более интересная мысль: а зачем делать такой гигантский рукав, если всё можно сделать гораздо более компактно и красиво — всего лишь микрорукав вокруг вращающегося инструмента! 

Где большую часть его длины изготовить из abs-пластика, а нижнюю часть сделать в виде отгибающейся разрезной бахромы — у меня уже была такая готовая трубка, распечатанная из TPU (термопластичный полиуретан для fdm 3D-принтера), поэтому, я просто взял и разрезал её по низу ножницами, после чего прикрепил и жёсткую трубку, и мягкое резиновое окончание к двигателю шпинделя: 

Таким образом получается, что когда головка опускается на плату, бахрома упирается в неё и отгибается в стороны, а при подъёме головки происходит обратный процесс — бахрома заново выпрямляется и предотвращает разлетание брызг: они просто попадают в эту бахрому и стекают капельками вниз. Чтобы это всё эффективно работало, длину бахромы подобрал таким образом, чтобы она была несколько ниже (где-то на 5 мм) кончика фрезы. 

Также, думая о брызгах, у меня появилось подозрение, что так как фреза имеет спиральную канавку как у сверла — скорее всего, при быстром вращении, жидкость по этой канавке будет подниматься с ускорением вверх и, соответственно, заливать зажим и сам двигатель! 

Надо было бы это предотвратить, поэтому я распечатал, как я её назвал, «отражательную тарелку» — которая плотно надевается на фрезу и вращается вместе с ней (пока сделал так, потом, если будет проскальзывать, буду крепить на отдельном микроболтике).

В теории это должно работать как-то так: 

Но, как бы оно ни работало, очевидно, что это будет явно лучше, чем отсутствие подобной тарелки… 

В итоге напечатал вот такую тарелку: 

Итак, механическая часть вроде бы готова… Осталось только немного поразмышлять над собственно самой жидкостью, которую стоит применить… 

В прошлой статье я выдвинул предположение, что жидкое мыло должно быть оптимальным вариантом: недорого, его много, оно имеет желеобразную вязкую консистенцию, в которой, по идее, эффективно должны вязнуть, в частности, звук и вибрация вообще. Ну и, кроме того, эффект Ребиндера «на максималках» опять же… 

А в нашем случае — ванна плотно прикручена к рабочему столику… Соответственно, что? Ванна должна гасить, кроме звука, ещё и вибрации столика!!! После того как я это осознал, меня осенило: обалдеть, а ведь это можно так гасить вибрации любых деталей станка, и не только собственно обрабатываемой детали с рабочим столиком!!!

Сразу скажу, что я никогда про это не слышал и нигде про это не читал — я додумался до этого исключительно собственными логическими рассуждениями!

Таким образом получается, что если мы плотно прикрепим на все более-менее значимые части станка ёмкости с налитой туда вязкой жидкостью, то, теоретически, мы должны убрать любые резонансы конструкции! 

Потому что я сам неоднократно замечал, что во время обработки детали и даже просто перемещения головки с места на место, когда даже просто включаются шаговые двигатели — элементы конструкции начинают «петь», то есть звонко и громко дребезжать, и, в теории, мы можем это подавить укреплёнными на станке ёмкостями с жидкостью!!! О_о

Это может быть очень интересно хотя бы потому, что есть реальные научные исследования, подтверждающие эффективное гашение вибраций с помощью жидкостей — например, как я в прошлой статье приводил результаты одного исследования — всего лишь простая заливка детали маслом позволила снизить уровень вибраций на 84,8% и 93,2% соответственно, в зависимости от типа применяемого масла (моторное/силиконовое). 

Хотя, как я там же отметил, тема, похоже, настолько неисследованная, что каких-либо данных в интернете — раз-два и обчёлся!

Мне стало интересно, и я стал копать эту тему (гашение вибраций), в результате чего наткнулся на в некоторой степени похожее решение, где специально подвешенная масса работает в противофазе вибрациям и её размер подобран таким образом, чтобы подавлять вибрации на резонансной частоте — называется это «tuned mass damper» (настроенный демпфер массы). В качестве такой подобранной массы может использоваться большое количество объектов: бетонные блоки, бетонные шары, бассейны с водой (на верхних этажах небоскрёбов) и т. д. и т. п.

Однако, опять же хочу отметить, что это немножко другая область, и, собственно, то, о чём я говорю — создание на пути вибраций вязкой среды — такого, похоже, что, никто не делает! 

В общем, если ближе к делу: решил я проверить, насколько это эффективно!  

Для этого накупил маленьких ПЭТ-бутылочек на 0,5 литра с питьевой водой, которую вылил из них и залил туда жидкое мыло, после чего бутылочки притянул ко всем более-менее значимым (на мой взгляд) местам ЧПУ-станка обычными капроновыми стяжками, предварительно несколько сплющив и вылив немного мыла (чтобы бутылочки плотно прилегали к конструкции станка): 

Логика была такая: пока сойдёт и так (для тестов), если же оно будет работать — то со временем можно сделать более аккуратно, распечатав широкие (где-нибудь в ладонь шириной) хомуты, которыми плотно притянуть бутылки с жидкостью к элементам конструкции станка... 

Так как «глазам и ушам веры нет» :-) — то я решил замерять вибрации с помощью датчиков, а именно: взял три аналоговых датчика Холла, распечатал специальный крепёж, включающий эти датчики и неодимовый магнит, и запланировал установку этих датчиков в трёх местах станка, чтобы производить замеры как бы по трём осям.  

Но в качестве оси Z я сразу даже не стал планировать установку датчика на шпиндель, так как были подозрения, что слишком его будет мотать из стороны в сторону и в целом подвергать вибрациям, что будет не особо репрезентативно…Вместо этого решил устанавливать датчик шпинделя не на сам шпиндель, а наверху портала сбоку. 

В качестве устройства всего датчика придумал собрать нечто такое: датчик Холла крепится на специальный держатель, а перед ним шатается на длинной штанге из стального прутка (тот же самый сварочный пруток из нержавейки, который вы видели выше) ­— неодимовый магнитик 10х2 мм, закреплённый внутри пластикового держателя — специально сделал всю конструкцию довольно габаритной и на длинном штыре, чтобы она начала раскачиваться даже от малейших вибраций!

Сделав всю партию датчиков, что-то меня подвигло произвести тесты предварительно (до установки всех) хотя бы одного датчика, установив его на станок:

И тут меня ждало великое огорчение: датчик превосходно видел, даже если пройти мимо стола, на котором стоит станок — он начинал раскачиваться даже от шагов человека, но просто категорически отказывался раскачиваться от высокочастотной вибрации включённого станка! Вот такая печаль… 

Что делать? Сидел я, смотрел на всё это в некоторой печали… И тут меня осенило: да чего я тут сижу то, грущу! У меня же есть модуль акселерометра-гироскопа mpu-6050, оставшийся от одного из старых проектов! 

Сказано — сделано: быстро собирается экспериментальная установка из esp32 и этого модуля, несколько переделывается прошивка, где в качестве донора была взята предыдущая, настроенная на датчики Холла, и…  

Первый тест прошёл великолепно: датчик видит даже малейшие вибрации, даже если слегка постукивать на расстоянии в метр от него пальцами по столу! Моей самодельной установке на базе датчика Холла такое даже и не снилось! 

Для осуществления своей работы esp32 подключается к домашнему роутеру по wi-fi, после чего можно пройти по определённому ip-адресу и получить через браузер доступ к графическому интерфейсу, в котором показывается аналитика вибраций по всем трём осям. 

Несмотря на то, что модуль mpu-6050 трёхосевой, я захотел получить более наглядную информацию, ввиду чего переносил его физически и крепил на три разных места на станке (хотя, в теории, можно было ограничиться только одним местом, раз модуль трёхосевой, но мне показалось, что так будет более наглядно). 

Места для установок датчика показаны на фото ниже: 

Я провёл тесты (фрезеровки) для 4 случаев:

1. Полностью сухая обработка — заготовка из гетинакса уложена внутри сухой ванны;

2. Ванна заливается чистой водой и осуществляется обработка;

3. Ванна заливается жидким мылом;

4. Ванна заливается жидким мылом и на элементы конструкции станка навешиваются бутылки с жидким мылом.

Результаты вы можете видеть ниже. Сразу хочу сказать в качестве комментария: программа довольно кривая, поэтому её результаты стоит воспринимать только весьма примерно; к тому же, опрос вёлся один раз в 5 миллисекунд, что явно недостаточно для полноценного замера высокочастотных вибраций (да и, насколько я понимаю, датчик не потянет). 

Таким образом, показанное на картинках ниже можно воспринимать только как некие условные величины, приблизительно демонстрирующие наблюдаемую картину (картинки ниже кликабельны). 

Фрезеровка насухую (установка датчика производилась как на картинке выше, слева-направо, ниже показаны значения по трём осям, для каждого положения датчика):

Фрезеровка с заливкой чистой водой (установка датчика производилась как на картинке выше, слева-направо, ниже показаны значения по трём осям, для каждого положения датчика):

Фрезеровка с заливкой жидким мылом (установка датчика производилась как на картинке выше, слева-направо, ниже показаны значения по трём осям, для каждого положения датчика):

Фрезеровка с заливкой жидким мылом (установка датчика производилась как на картинке выше, слева-направо, ниже показаны значения по трём осям, для каждого положения датчика) и бутылками с жидким мылом на станине станка:

Ну и само видео, как это выглядело — так как видео не вставляется, даю ссылками:

• Тест фрезеровки насухую;

• Тест фрезеровки с ванной, залитой водой;

• Тест фрезеровки с ванной, залитой жидким мылом. 

Итак, какие мы выводы можем для себя сделать из этих экспериментов? 

Думаю, их можно сформулировать следующим образом:

• САМОЕ ВАЖНОЕ: к сожалению, ни вода, ни мыло совершенно не глушат противный высокочастотный визг фрезеровки! Субъективно иногда мне казалось, что звук обработки под жидкостью несколько тише — но это может быть субъективно, так как факт остаётся фактом: звук во всех случаях настолько громкий, что совершенно нетерпимый для помещения. И при такой формулировке, на мой взгляд, не имеет смысла дальнейшая градуировка этого уровня: «абсолютно нетерпимый», «абсолютно нетерпимый на 10% меньше» и т. д. :-D — это всё бессмысленно, если уровень звука всё равно неприемлем…

• Пыль: тут всё прекрасно — пыль просто отсутствует как класс! Таким образом, если нет пылесоса для станка или нет желания его покупать и держать включённым в течение долгого времени (а это тоже шум) — то заливка жидкостью и обработка под ней вполне себе вариант.

• Отдельно хочу сказать про отражательную тарелку, надетую на фрезу: сработала великолепно — после снятия фрезы с этой тарелкой было видно, что с нижней стороны тарелка вся покрыта мылом (тонким слоем), а стенки защитной трубки забрызганы по уровень этой тарелки. Таким образом, можно констатировать, что тарелка нужна и отлично защищает от влаги, так как шпиндель был полностью сухим. Страшно подумать, что бы с ним было, если бы не эта тарелка! Подозреваю, что вода забралась бы чуть ли не до самого двигателя!

• Кстати, заодно про брызги: защитный кожух только вокруг обрабатывающего инструмента (фрезы) отлично себя проявил — станок не забрызган вообще нисколько. То есть даже чуть-чуть нет! Ни одной брызги нигде! 

Итого, что можно констатировать: в качестве борьбы с шумом такой способ не годится, однако в качестве борьбы с пылью — вполне себе! Кроме того, есть надежда, что в таком режиме (с постоянной смазкой водной плёнкой, усилением резания эффектом Ребиндера и охлаждением) режущий инструмент прослужит долго… 

Также жидкостный режим хорошо облегчает омывание зоны обработки — просто-напросто всю стружку можно смывать струями медленно вращающейся крыльчатки, находящейся в ванне. 

Что же касается жидкостных демпферов, навешанных на раму станка: на данный момент пока эффективность непонятна — нужно больше исследовать этот вопрос… Однако ввиду того, что основным вопросом для меня была борьба с шумом, а сам станок был установлен на толстенное вибростойкое основание — особых проблем с вибрациями корпуса не замечено; на фото ниже показано это основание: кусок вспененной упаковки от самого станка, в которой он и приехал:

Однако, уже написав это, я вдруг осознал, что, похоже, демпферы-то работают! Во время обработки — что-то я не слышал «взвизгивания» корпусных деталей! А оно обычно бывает! ;-)

Кстати, хотел сказать, что я умышленно использовал спиральную фрезу с закруглённым концом, чтобы тест был более жёстким. Так как фреза в виде пера, по идее (из за меньшего пятна контакта с деталью) дала бы меньше шума. Но, она к тому же довольно короткая, поэтому мне могло не хватить длины для толщины жидкости и установки отражательной тарелки; также, потенциально она могла существенно сильнее взбивать мыло в пену, что мне совершенно было не нужно:

Ну вот, примерно такие результаты у меня получились, и, казалось бы, основная задача (борьба с шумом) не решена? 

Однако в процессе мне пришла в голову одна поразительная идея альтернативного пути, которым (опять же!) мало кто идёт и который невероятно эффективен (судя по слухам!) — но о нём мы поговорим уже в другой статье! ;-)

P.S. Проверено, работает, и это потрясающе! :-) Скоро... ;-)

© 2026 ООО «МТ ФИНАНС»