От маленьких настольных фрезерных станков до портальных гигантов: виды, назначение, классификация
Содержание:
- Принцип работы фрезерных станков
- Вертикальное и горизонтальное фрезерование
- Технология изготовления
- 5 Продольно-фрезерные и бесконсольные вертикальные станки
- Виды фрезерных станков и их основные особенности
- Типы оборудования
- Принцип работы фрезерных станков
- Преимущества портативного (настольного) оборудования
- Классификация фрезерных станков
- Назначение фрезера
- Прочие группы
- Классификация
- Принцип работы фрезерного станка с ЧПУ
Принцип работы фрезерных станков
Практически все фрезерные станки работают по одинаковому принципу. Отличия могут быть только в их функциональных возможностях.
Основные элементы фрезерного станка
Основными конструктивными элементами таких станков являются: несущая станина, рабочий стол, прижимные элементы, цанга и цанговый патрон, в котором закрепляется рабочий инструмент, портал с закрепленным на нем шпинделем, который имеет возможность перемещаться, приводной электродвигатель.
Рабочим инструментом любого фрезерного станка является фреза, конструкция и размеры которой зависят от того, какой конфигурации деталь подлежит обработке. Рабочий инструмент закрепляется в цанговом патроне при помощи хвостовика, а вращение ему передается от приводного электродвигателя через систему передач. Основным назначением фрезы является снятие лишнего слоя металла с заготовки, в чем, собственно, и заключается суть обработки на таком станке.
Шпиндель станка размещается на подвижном портале, перемещениями которого управляют специальные контроллеры, если речь идет об оборудовании с ЧПУ. Электронная система такого оборудования включает в себя контроллеры ЧПУ (числовое программное управление), вспомогательные элементы системы и соединительные детали. Принцип работы моделей станков с ЧПУ заключается в следующем: специальная программа считывает чертежи детали, которую необходимо получить в результате обработки, формирует электронные команды, которые передаются на рабочий орган станка.
Отдельного внимания заслуживают широкоуниверсальные станки, которые представляют собой гибрид моделей горизонтального и вертикального типа. В их конструкции также имеется цанга, цанговый патрон и зажимы, но коробка передач таких станков передает все движения от одного электродвигателя. Их отличительной особенностью является наличие ручного режима, с помощью которого можно контролировать работу ходового блока.
Пример кинематической схемы (консольно-фрезерный станок)
Дополнительные элементы имеют в своей конструкции пятикоординатный фрезерный станок по металлу и гравировальное оборудование. Такое оборудование оснащено дополнительными зажимными элементами, которые позволяют установить на нем гравировщик. Инструмент такого оборудования вращается за счет карданного вала, которым он напрямую соединен с электродвигателем.
Самыми простыми по своей конструкции являются ручные фрезерные станки по металлу. Такое оборудование обладает невысокой мощностью, а его конструкция состоит из цанги с цанговым патроном, ротора, головки привода и электродвигателя. Естественно, функциональные возможности такого станка тоже ограничены: с его помощью можно выполнять только самые простые фрезерные операции.
Ресурс работы, которым обладает станок фрезерной группы ручного типа, также невысок и составляет не более 10 000 часов. Наиболее слабыми узлами в таком оборудовании, которые первыми выходят из строя, являются цанга и цанговый патрон, прижимы, приставка и шпиндель. Но его невысокую надежность и долговечность вполне компенсирует низкая стоимость. Приобретать его есть смысл в том случае, если пользоваться им вы планируете нерегулярно.
Бесконсольные фрезерные
Имеют шпиндель, совершающий вертикальные перемещения, а передвижения фрезерного стола напоминают крест (перемещаются продольно-поперечно). Такая траектория движения рабочего стола определила второе основное название оборудования этого типа — фрезерные станки с крестовым столом. Особенность таких агрегатов — это не консольное, а жесткое основание для установки заготовки; распространенное назначение — фрезерование крупногабаритных деталей значительной массы.
Это интересно: Изготовление фильтра циклон для пылесоса своими руками
Вертикальное и горизонтальное фрезерование
Для фрезерования используют разное оборудование, которое в зависимости от характера проведения манипуляций делят на два вида вертикальное и горизонтальное. Каждый из них имеет свои особенности применения, преимущества и минусы.
Вертикальная фрезеровка
Для выполнения данного вида фрезерных работ применяют специализированные вертикально-фрезерные станки, возможности которых позволяет работать в горизонтальной и вертикальной плоскости, и проводить:
-
сверление;
-
вытачивание отверстий;
-
зенкерование.
Их используют для обработки не только металла, но и других материалов, как в единичном, так и поточном производстве. Данное оборудование легко работает даже с чугуном и сталью, позволяя выпускать высококачественные спиральные изделия, рамки, зубчатые колеса, штампы и другое. В зависимости от исполнения, они могут иметь ручное управление, ЧПУ или полностью автоматизированное.
Свое название оборудование получило, благодаря вертикально расположенному шпинделю. Здесь основное движение осуществляет фреза, а заготовку вращают только в соответствии с интенсивностью ее обрабатывания или по мере необходимости. При этом движение непосредственно заготовки на фрезерном столе может быть не только прямолинейным, но и криволинейным. Шпиндельная головка имеет возможность установочного передвижения по специальным вертикально расположенным направляющим и сдвигается совместно с гильзой в осевом направлении.
В зависимости от конструктивных особенностей вертикальные станки для фрезеровки разделяют на две категории:
-
Консольные – крупногабаритные агрегаты с массивной консолью, позволяющей производить сверление и осуществлять работу с помощью концевых, цилиндрических, торцевых и фасонных фрез. Из-за ограничений положения свободного пространства, их используют для производства деталей с небольшим весом и заготовкой незначительного размера.
-
Бесконсольные – в них стол перемещаются по направляющим основной станины, зафиксированной на фундаменте, что позволяет обеспечить высокую жесткость, а значить и точность обработки изделий. За счет отсутствия консоли, это оборудование может оборудовать крупные заготовки и изготавливать крупногабаритные детали. Станки бесконсольного типа незаменимы для обработки не только вертикальных, но и наклонных поверхностей.
Горизонтальное фрезерование
Фрезеровочные работы в горизонтальной плоскости осуществляются на специальных горизонтально-фрезерных станках, у которых шпиндель расположен горизонтально. Такое оборудование может работать угловыми, дисковыми и цилиндровыми фрезами, а также сборной оснасткой со сменными резцами. Кроме стандартных горизонтальных станков, существуют универсальные с возможностью установки инструментов любого типа, предназначенным не только для поверхностной линейной обработки металла, но и сложного реза выемок и пазов на вращающихся заготовках. Резка осуществляется под прямым углом и лучше всего подходит для формирования канавок с быстрым отведением стружки.
Технология изготовления
Чтобы не покупать мощный станок для серийного производства, можно собрать самодельное оборудование. В интернете есть чертежи конструкций и механизмов для обработки металла, которые изготавливаются своими руками.
В первую очередь нужно подготовить материалы и инструменты. Станину желательно изготавливать из металлических уголков или профилей. Соединяется металл с помощью сварки. Рабочая поверхность изготавливается из цельного листа металла толщиной более 3 мм. В качестве двигателя используется гравер, дрель или бормашина. Их мощности хватить для настольных станков, через которые будут проходить мягкие породы древесины и тонколистовой металл. Для закрепления рабочей части требуется соорудить каркас. Его делают из фанеры, ДСП, МДФ, прочного пластика. Крепежом являются саморезы, болты, гайки. На конструкции требуется закрепить направляющие, по которым будет передвигаться рабочая часть с фрезой.
Фрезерный станок — незаменимый элемент предприятий, которые занимаются металлообработкой. При недостатке средств можно изготовить настольный механизм для обработки дерева, пластика и тонколистового металла.
5 Продольно-фрезерные и бесконсольные вертикальные станки
Достаточно часто используются на крупных предприятиях продольно-фрезерные агрегаты, стол которых располагает только одним перемещением (продольным). Их применяют при серийном выпуске крупноразмерных и корпусных изделий из цветных и черных металлов, стали.
У такого оборудования очень сильная электрическая составляющая (надежное электрооборудование, мощный двигатель), поэтому на них допускается использовать твердосплавные торцовые головки для обработки заготовок. Продольные станки незаменимы в тех случаях, когда изделия имеют большой диаметр среза.
Отметим отдельно, что продольно-фрезерные агрегаты характеризуются повышенной производительностью и точностью за счет наличия нескольких шпиндельных узлов, а также простотой обслуживания. Такие станки выпускаются с шириной рабочей поверхности до 500 см (минимум – 32 см).
Вертикальный фрезерный станок без консоли располагают крестовым столом. Он передвигается поперечно и продольно. Данное оборудование использует фасонные, цилиндрические и торцовые фрезы для обработки (показано на видео) тяжелых и крупногабаритных деталей. Электрическая схема бесконсольных станков имеет большой запас прочности, на них обычно устанавливают несколько двигателей, в которых обороты регулируются по бесступенчатой схеме.
Виды фрезерных станков и их основные особенности
На сегодняшний день существует достаточно много всевозможных фрезерных станков, которые объединены в отдельные группы:
- Универсальные фрезерные станки
- Горизонтально-фрезерные или консольные, которые от всех прочих отличаются положением шпинделя или рабочей консоли в горизонтальной плоскости.
- Широкоуниверсальные – как правило, оснащаются несколькими рабочими головками.
- Вертикально-фрезерные станки, которые имеют главный шпиндель (или консоль), расположенный в вертикальной плоскости.
- Бесконсольные, их отличительная черта – это наличие крестообразного рабочего стола.
- Копировально-фрезерные станки – работают как по копиру, так и без него.
- Карусельно-фрезерные – отличаются наличием вращающегося рабочего стола.
- Инструментальные фрезерные станки, которые предназначены для изготовления точной продукции и режущего инструмента.
Типы оборудования
Существует несколько основных типов ЧПУ фрезерных станков:
- Вертикальные фрезерные станки имеют вертикальный шпиндель, похожий на сверлильный пресс, но с X-Y столом, который позволяет автоматически позиционировать обрабатываемый материал.
- Горизонтальные фрезерные станки также имеют X-Y стол для позиционирования изделия; Однако, фрезы устанавливаются на горизонтальной оправке поперек стола.
- Универсальный фрезерный автомат может использоваться для вертикального или горизонтального фрезерования. Головка шпинделя прикреплена шарнирным соединением, чтобы был возможен любой из типов фрезерования.
- Портальные фрезерные станки ЧПУ используются с большими заготовками. Они позволяют добавлять шпиндель по мере необходимости для пятиосевых и шестиосевых фрезерных станков.
- Фрезерный обрабатывающий центр с ЧПУ – это агрегат, который используются для автоматического повторения операций. Большинство обрабатывающих центров имеют числовое программное управление (ЧПУ).
- Фрезерные станки с ЧПУ запрограммированы набором команд, называемых G-кодами, и используют инструменты CAT (с V-образным фланцем), BT или HSK.
Дополнительные функции
Рассмотрим некоторые из отдельных функций, доступных в фрезерных (CNC) станках:
- Программа обработки детали может быть введена в контроллер через клавиатуру или при помощи сканирования перфорированной ленты считывающим устройством в блоке управления.
- Программа обработки детали, однажды введенная в память компьютера, может использоваться и повторяться множество раз.
- Программа обработки детали может редактироваться и оптимизироваться непосредственно на станке. Если есть какие-либо изменения в дизайне изделия, программа без труда может быть изменена в соответствии с требованиями.
- Ввод информации может быть в значительной степени упрощен за счет использования специальных подпрограмм, разработанных для повторяющихся последовательностей обработки. Для обычных операций, таких как сверление отверстий по кругу (при использовании сверлильно фрезерного станка с ЧПУ), могут быть созданы и сохранены специальные программные циклы в памяти компьютера. Эти программы или подпрограммы могут быть извлечены и использованы любое количество раз; При этом необходимо указать только определенные параметры, и компьютерное управление выполнит автоматически необходимые вычисления и последующие действия.
- У станков с ЧПУ имеется средство для проверки программы обработки детали без фактического ее запуска на станке. Система управления проверяет программу обработки детали, и движение режущего инструмента в каждой операции, с отображением на экране монитора (блок видеодисплея). Форма компонента, которая будет получена после обработки, также отображается на экране без фактической обработки. Обычно такой функцией оснащен фрезерный центр с ЧПУ.
- Блок управления с ЧПУ позволяет компенсировать любые изменения в размерах режущего инструмента. Когда написана программа обработки детали, оператор станка проставляет конкретный тип и размер режущего инструмента, например, если это гравер. Но в действительности использование программы обработки на станке может быть недоступно для конкретной фрезы. Система управления ЧПУ позволяет компенсировать разницу между запрограммированным инструментом и используемым.
- С системами управления ЧПУ можно получить информацию об использовании оборудования, которая будет очень полезна для контроля производства. Система может предоставлять такую информацию, как количество произведенных компонентов, время на компонент, время для установки задания, время, в течение которого используется конкретный инструмент, время, в течение которого машина не работает, диагностика неисправностей и многое другое.
Принцип работы фрезерных станков
Практически все фрезерные станки работают по одинаковому принципу. Отличия могут быть только в их функциональных возможностях.
Основные элементы фрезерного станка
Основными конструктивными элементами таких станков являются: несущая станина, рабочий стол, прижимные элементы, цанга и цанговый патрон, в котором закрепляется рабочий инструмент, портал с закрепленным на нем шпинделем, который имеет возможность перемещаться, приводной электродвигатель.
Рабочим инструментом любого фрезерного станка является фреза, конструкция и размеры которой зависят от того, какой конфигурации деталь подлежит обработке. Рабочий инструмент закрепляется в цанговом патроне при помощи хвостовика, а вращение ему передается от приводного электродвигателя через систему передач. Основным назначением фрезы является снятие лишнего слоя металла с заготовки, в чем, собственно, и заключается суть обработки на таком станке.
Шпиндель станка размещается на подвижном портале, перемещениями которого управляют специальные контроллеры, если речь идет об оборудовании с ЧПУ. Электронная система такого оборудования включает в себя контроллеры ЧПУ (числовое программное управление), вспомогательные элементы системы и соединительные детали. Принцип работы моделей станков с ЧПУ заключается в следующем: специальная программа считывает чертежи детали, которую необходимо получить в результате обработки, формирует электронные команды, которые передаются на рабочий орган станка.
Отдельного внимания заслуживают широкоуниверсальные станки, которые представляют собой гибрид моделей горизонтального и вертикального типа. В их конструкции также имеется цанга, цанговый патрон и зажимы, но коробка передач таких станков передает все движения от одного электродвигателя. Их отличительной особенностью является наличие ручного режима, с помощью которого можно контролировать работу ходового блока.
Пример кинематической схемы (консольно-фрезерный станок)
Дополнительные элементы имеют в своей конструкции пятикоординатный фрезерный станок по металлу и гравировальное оборудование. Такое оборудование оснащено дополнительными зажимными элементами, которые позволяют установить на нем гравировщик. Инструмент такого оборудования вращается за счет карданного вала, которым он напрямую соединен с электродвигателем.
Самыми простыми по своей конструкции являются ручные фрезерные станки по металлу. Такое оборудование обладает невысокой мощностью, а его конструкция состоит из цанги с цанговым патроном, ротора, головки привода и электродвигателя. Естественно, функциональные возможности такого станка тоже ограничены: с его помощью можно выполнять только самые простые фрезерные операции.
Ресурс работы, которым обладает станок фрезерной группы ручного типа, также невысок и составляет не более 10 000 часов. Наиболее слабыми узлами в таком оборудовании, которые первыми выходят из строя, являются цанга и цанговый патрон, прижимы, приставка и шпиндель. Но его невысокую надежность и долговечность вполне компенсирует низкая стоимость. Приобретать его есть смысл в том случае, если пользоваться им вы планируете нерегулярно.
Горизонтально-фрезерные
Оснащены горизонтальным шпинделем и рабочим столом в виде консоли. Стол совершает продольные, поперечные и вертикальные перемещения относительно шпиндельного вала и обрабатывающего инструмента (фрезы), закрепленного в нем.
Преимущества портативного (настольного) оборудования
Портативное оборудование имеет несколько определенных преимуществ:
- Занимает небольшое количество места. Подходит для маленьких помещений с небольшим свободным пространством.
- Есть возможность выполнять самые разные технологические операции: гравировку, фрезеровку, сверление отверстий и расточку, обработку торцов и выборку пазов. Функциональность ненамного уступает крупным промышленным моделям.
- Компактная модель издает меньше шума и практически не вибрирует.
- Для подключения достаточно общую сеть в 220В.
- Оборудование небольшой массы можно передвигать по мастерской, по мере необходимости. Несложность в транспортировке и мобильность устройства позволяют использовать его в наиболее удобных местах. При необходимости можно вывезти из одной мастерской в другую с минимальными затратами.
Немаловажным преимуществом настольных станков является и их небольшая стоимость. Сейчас такое оборудование используется даже на крупных производствах. Единственный его минус – ограниченный допустимый размер обрабатываемых заготовок на порядок меньше, чем у промышленных агрегатов.
Как выбрать
Существует несколько основных функциональных особенностей, на которые стоит обращать внимание при выборе станка для работы в домашней мастерской
При этом важно учитывать, какие работы будут на нем производиться, необходимый размер рабочего стола, мощность и частоту вращения шпинделя, допустимую скорость обработки
Направляющие
От их расположения напрямую зависит направление хода шпинделя. Настольные станки в основном снабжены направляющими скольжения или полированным валом, как наиболее бюджетный вариант.
Мощность электродвигателя
От этого параметра зависит, с какими именно металлами сможет работать мастер. Для заготовок из твердых сплавов и высоколегированной стали используется более мощный электродвигатель, чем для работы с мягкими сплавами.
Уровень шума
Если мастерская находится дома, то важно, чтобы уровень шума от работающего агрегата не сильно беспокоил соседей. Поэтому лучше выбирать оборудование с максимально низким показателем шума
Дополнительные и защитные приспособления
Несмотря на стандартную конструкцию настольного фрезерного станка по металлу, многие модели снабжены дополнительными устройствами и различными защитными приспособлениями
Особое внимание стоит уделить наличию защитных щитков и системы, улавливающей стружку
Система охлаждения
Во время рабочего процесса активно нагревается как сама фреза, так и поверхность обрабатываемой заготовки. Системы охлаждения могут быть водные и воздушные. При отсутствии системы охлаждения мастеру придется регулярно останавливать работу оборудования, чтобы дать ему остыть. В противном случае можно сломать инструмент или попортить заготовку.
Классификация фрезерных станков
Основными видами фрезерных станков являются следующие модели:
- Горизонтально-фрезерные станки . В агрегатах присутствуют горизонтальный шпиндель и консольный рабочий стол. Назначением выступает обработка небольших и нетяжелых изделий.
- Вертикально-фрезерные станки . Ось инструмента в конструкциях проходит по вертикали. Есть рабочая консоль. В работу принимаются заготовки с небольшим весом и компактными размерами.
- Универсальные фрезерные станки . В конструкцию включены поворотный стол и дополнительные устройства, что позволяет существенно расширить список выполняемых фрезерных процессов.
- Широкоуниверсальные фрезерные станки . Аппараты оборудованы поворотной шпиндельной головкой и дополнительными приспособлениями, позволяющими максимально охватить весь перечень фрезеровочных действий.
- Бесконсольные фрезерные станки . Производятся с вертикально перемещающимся шпинделем, перемещения стола — продольно-попереченые, что по траектории напоминает крест. Консоли нет, деталь крепится на жесткое основание. Выполняют работу с крупногабаритными и тяжелыми заготовками.
- Продольно-фрезерные станки . В конструкцию входит совершающий продольное движение стол, а движения шпиндельной бабки являются поперечными, вертикальными или под углом.
- Карусельные фрезерные станки . Относятся к агрегатам с непрерывным действием, функционируют по принципу многопозиционного процесса. Оборудованы одним или несколькими вертикальными шпинделями.
Назначение фрезера
Ручной фрезерный станок– это инструмент для высокоскоростной обработки дерева вращающимся режущим инструментом – фрезой. Процесс резания называется фрезерованием. При обработке пило- и композитных материалов на основе древесины фрезер совершает поступательные движения вдоль обрабатываемой поверхности по ней или направляющих над ней.
Скорость вращения режущей насадки и перемещения станка либо заготовки относительно него регулируются оператором. Направление движения задается мастером вручную, параллельным упором, шиной либо шаблоном.
Фрезер решает широкий спектр задач по обработке древесных материалов:
Выборка фальцев или четвертей – открытый паз в торце или боковине доски, бруса, шалёвки для соединения заготовок.
Четверть
Проделывание пазов – закрытых фальцев различной формы.
Чистый паз
Профилирование кромки пиломатериала – придание кромке изделия формы, соответствующей профилю режущей части фрезы.
Скругленная кромка
Подготовка посадочных мест под соединительные элементы, петли, замки.
Выборка места под замок
Вырезание деталей сложной формы по шаблону из тонких материалов.
Результат работы копировальной втулки
Нанесение узоров, сложных рисунков с применением шаблонов.
Работа с шаблоном
Выравнивание деталей по шаблону пазовой фрезой с опорным подшипником.
Удаление кромок
Создание плинтусов, карнизов путём комбинирования применения фрез.
Сложные узоры
Сверление отверстий нестандартных диаметров.
Прочие группы
Зубообрабатывающие агрегаты входят в категорию станков, служащих для обработки шлифовальных и прочих зубьев. Класс фрезерных манипуляторов в качестве режущего инструмента использует фрезы различной конфигурации и диаметра.
Строгальные версии обобщены одним общим признаком: процесс производится методом прямолинейного возвратно-поступательного движения. Еще одна специфическая категория — разрезка и распиловка катаных заготовок (швеллеров, уголков, подобных материалов). Также в классификации станков выделяют следующие вариации:
- протяженные модели, в которых применяется многолезвийный инструмент (протяжка);
- версии, направленные на обработку резьбовых соединений и ее изготовление;
- вспомогательные агрегаты, включающие в себя большинство опций, которые имеют вышеуказанные устройства.
Классификация
Виды оборудования:
- Горизонтально- и вертикально-фрезерные. Они комплектуются специальным рабочими поверхностями, у которых можно менять угол расположения.
- Бесконсольные вертикальные.
- Продольные. Конструкция таких станков имеет две стойки.
- Барабанные и карусельные.
- Копировальные.
- Шпоночные.
- Для обработки торцевых поверхностей.
- Специализированные.
Продаются станки для выполнения одной задачи и многофункциональные машины. Ко второму типу относятся сверлильно-фрезерные станки. Применяются для сверления заготовок и изменения их форм.
Отличия обычных станков от оборудованных системой ЧПУ
Существует оборудование, которое настраивается механически, и полностью автоматизированные станки, которые работают после настройки программы. Ко второму варианту относятся механизмы, управляемые системой ЧПУ. Универсальные фрезерные станки по металлу часто управляются только механически. При использовании программированного оборудования увеличивается точность изготавливаемых деталей, повышается производительность в 4–8 раз. Существуют настольные станки с ЧПУ и промышленные машины для крупных предприятий.
Принцип работы фрезерного станка с ЧПУ
Рассмотрим кратко работу станка фрезерного с ЧПУ:
- Движение по осям X, Y, Z осуществляется двигателем, запитанным переменным или постоянным током.
- Движение части машины выполняется путем подачи команд.
- Все операции выполняются с помощью таких кодов, как скорость, подача, глубина резания и т. д.
- Для каждой операции предназначен отдельный код.
- Предусмотрена система предупреждения (индикаторы и концевые выключатели) для защиты различных операций и компонентов.
Фрезерные станки перемещают деталь относительно неподвижного инструмента или подводят фрезу к зафиксированной на столе детали в вертикальном или горизонтальном направлениях по осям X, Y и Z.