От маленьких настольных фрезерных станков до портальных гигантов: виды, назначение, классификация

Об оснащении устройств ЧПУ

Оснащение и возможности ЧПУ для управления числовым станком позволяет достаточно эффективно повышать производительность труда по обрабатыванию криволинейных плоскостей, имеющих прямолинейные образующие.

При этом сейчас для выполнения подобных работ выпускаются чаще всего ЧПУ устройства двух типов:

• шлифовально-контурные со аш, имеющим ось, перпендикулярную плоскости рабочего стола;
• профильно-шлифовальные устройства со шпинделем, а также параллельной рабочему столу осью.

Суть составления программы, обеспечивающей выполнение определенных технологических задач на подобных станках, заключает в себе описание компьютерной программой всех маршрутов прохождения режущих инструментов, предназначенных для формирования изделия.

Все такие задачи (операции) разделяются на несколько отдельных переходов, которые в свою очередь могут подразделяться на следующие виды:

• позиционные;
• элементарные;
• вспомогательные;
• инструментальные.

К примеру, для токарного числового ПУ станка нужно задавать такие параметры, как:

• количество необходимых проходов, переходов;
• вид обработок, каким будут подвержены заготовки;
• общее число установок;
• типовые размеры режущих элементов, а также их количество.

Важно. Для использования различных технических возможностей конкретного оборудования, рекомендуется все применяемые в рабочем процессе инструменты, размещать в одном резцедержателе

Универсально-фрезерные

В малосерийном производстве для изготовления деталей методом фрезерования применяют этот вид. В ремонтно-механических небольших мастерских, а также в инструментальных цехах.

Вместе с основными узлами, шпиндельный узел и коробка скоростей, находятся внутри станины. Консоль двигается по вертикальным направляющим, а по консольным направляющим двигаются салазки с поворотным механизмом, на котором размещается особый стол, который двигается в горизонтальной плоскости с разнообразными углами относительно шпиндельной оси. С помощью конструкционных особенностей выполняемые работы на таких станках делаются качественно и быстро.

Разновидности, устройство и особенности конструкции

Настольные фрезеровальные станки имеют несколько разновидностей, которые отличаются конструкционными особенностями и функциональностью. Настольные станки отличаются компактностью, простотой в эксплуатации, низким уровнем шума, а также доступной ценой.

Компактные модели состоят из тех же основных узлов, что и промышленное оборудование: станина, шпиндель, направляющие и рабочий стол. На станине устанавливаются крепежные элементы, система управления, провода.

Консольные

Консольные станки имеют схожий принцип работы с вертикально-фрезерным станком с ЧПУ. Шпиндель в них передвигается по вертикальным направляющим.

Портальные

В данном случае передвижение происходит по трем осям. Портальный станок закрепляется на специальной направляющей, которая крепится поперечно столу.

Структура шифра

Согласно классификации, фрезерные станки имеют шифр, содержащий набор букв и цифр. Первые две указывают на тип станка и его группу:

• единица в шифре говорит о том, что станок вертикально-фрезерный и на консоли;
• пятерка же обозначает аналогичные, но без консоли;
• двойка — непрерывно действующие;
• тройка — одностоечные продольные;
• четверка — копировальные и гравировальные;
• семерка — широкоуниверсальные.

Размеры оборудования зашифрованы третьей и четвертой цифрами. Буквы указывают на модификации в конструкции. Последние буквы отвечают за модификации базовой модели, за деление по классам точности (нормальная, повышенная и особо точная), использование современных систем управления оборудованием и их вид.

У производителей есть право вносить изменения в первоначальную модель, и это должно получить отражение в шифре после основного обозначения. Несерийное оборудование или специальное типа копировально-фрезерного или гравировально-фрезерного на заводе обозначается специальными шифрами с индексом завода.

Преимущества фрезеровальных станков.

Если сравнить автоматизированные сверлильно-фрезерные установки и фрезерные малогабаритные станки с программным управлением, сразу же будет понятно, что у последних имеется ряд своих положительных достоинств:

• Небольшие габариты.
• Невысокая стоимость.
• Создает мало шума.
• Минимальная вибрация при работе.
• Конструктивная простота.
• Универсальность.

Такие станки выдают высокую точность при обработке деталей, имеющих довольно сложную геометрическую фигуру. При этом процесс обработки происходит довольно быстро и качественно.

За процессом работы станка, снабженного ЧПУ следить только один оператор, который производит запуск компьютерной программы. То есть, существует возможность работы нескольких станков одновременно, под управлением одного человека.

Если в свое время оборудование, снабженное ЧПУ, использовалось только для промышленных целей, то на данное время оно активно применяется при обработке металлических деталей и заготовок из других материалов при частных мастерских.

Настольный фрезеровальный станок с ПУ вполне возможно изготовить своими силами непосредственно в гаражных условиях. Таких домашних мастеров довольно много, а станок фрезеровальный с ЧПУ довольно дорогой, по сравнению с обычным оборудованием.

Консольный вертикально-фрезерный станок

Вертикально-фрезерный станок с консолью является одним из самых распространенных. Такая популярность связана с тем, что, несмотря на довольно простую конструкцию, этот станок способен выполнять большинство наиболее востребованных фрезерных операций.

Рассмотрим общую конструкцию консольного вертикально-фрезерного станка (рис 3).

Рисунок 3. Конструкция консольного вертикально-фрезерного станка.

Рисунок 3. Конструкция консольного вертикально-фрезерного станка.

Вертикально-фрезерный станок с консолью состоит из следующих элементов.

1. Консоль. Сложный механизм, обеспечивающий подачу заготовки на вращающуюся фрезу с необходимым шагом и скоростью. В большинстве случаев имеет настройки на полуавтоматический режим обработки, что позволяет выбрать направление и скорость подачи, а также глубину внедрения фрезы в зависимости от частоты вращения шпинделя.
2. Салазки. Предназначены для перемещения стола.
3. Стол. Служит для закрепления обрабатываемой заготовки.
4. Защитный щиток. Предохраняет фрезеровщика от разлета стружки.
5. Шпиндель. Передает движение от привода станка на фрезу. Может регулироваться по высоте и углу наклона по отношению к обрабатываемой детали.
6. Фрезерная бабка. Содержит механизмы реверса и изменения скорости вращения шпинделя.
7. Ползун. Подвижная часть фрезерной головки. Осуществляет подачу фрезы в вертикальном направлении.
8. Станина. Основание станка, на котором размещаются все узлы и механизмы.
9. Кожух. Защищает узлы консоли от попадания стружки.
10. Шкаф. Служит для размещения электрооборудования.

Вертикально-фрезерные станки могут оснащаться дополнительным оборудованием или иметь расширенные возможности благодаря внедрению дополнительных опций.

Классификация по типу обрабатываемого материала

Самые распространенные материалы для фрезерной обработки – металлы и дерево.

Метало – и деревообрабатывающие фрезеры имеют значительные отличия по числу оборотов шпинделя. Металл обрабатывается при оборотах фрезы до 3000 об/мин, дерево в 10 раз больше. Причем чем выше обороты, тем чище деревообработка. Фреза по металлу при таких оборотах сгорит или сломается.

Кроме этих материалов, современное станкостроение предлагает фрезеры для обработки практически всех производственных материалов. На деревообрабатывающих станках можно работать с материалами, схожими по плотности и прочности с древесиной:

• МДФ, ДСП, ЛДСП, ОСП, ДВП, фанеру;
• некоторые виды пластиков и пластмасс;
• оргстекло и композитные материалы.

Специальные станки есть для обработки сверхтвердых материалов: гранит, мрамор, другие натуральные и искусственные камни.

На изображении фрезер по камню в работе:

Простые фрезерные станки образца 20 века сегодня почти не производятся. Однако по-прежнему работают во множестве мастерских, на производствах. Современные, с ЧПУ выпускаются все больше. И есть возможность выбора наиболее подходящего варианта. Для покупателя открыт весь мировой рынок такого оборудования. Современные техника этого профиля выпускаются и в России.

Основные категории

Токарно-револьверный агрегат имеет горизонтальную поворотную головку. На остове располагается фронтальная бабка со скоростной коробкой, а также шпиндель с кулачком револьверного типа. Движение передается при помощи ходового вала и механизма подачи прутка.

Одностоечный токарно-карусельный станок функционирует посредством установки обрабатываемой заготовки на планшайбу. Траверс находится на вертикальных направляющих элементах. Движение от коробки передач трансформируется путем перемещения суппорта с резцовым держателем револьверной конфигурации.

Классификация токарных станков с двумя стойками предусматривает больше суппортов. При этом второй поддерживающий элемент может устанавливаться на второй стойке, коробка передач вмонтирована в нижнюю часть корпуса.

Многорезцовое оборудование оснащается станиной с передней бабкой, коробкой скоростей и шпинделем. В конструкцию входит несколько суппортов, два передних блока и один задний аналог. Продольное перемещение детали обеспечивается сменными колесами и гитарой, определяющей величины рабочих подач. На задней бабке смонтированы направляющие элементы.

Токарно-затылочные версии практически не отличаются от винторезных моделей. Фронтальная бабка со шпинделем расположена на станине. Суппорт затылочного типа с резцовым держателем и фартуком установлен на направляющих и регулирующих деталях. Кроме того, в конструкцию входит задняя бабка, ходовой винт и вал.

Лобовые агрегаты отличаются от металлообрабатывающих «собратьев» тем, что у них отсутствует задняя бабка. В передней части находится скоростная коробка со шпинделем и фиксированной планшайбой. Станина расположена поперечно на отдельной плите с резцовым держателем и суппортом.

Назначение

Преимущественно фрезерные станки предназначены для обработки металлов. Из заготовок способом механической обработки вырезаются различные детали самого разного профиля и размеров, в том числе сложные, с прямыми и криволинейными контурами.

Кроме механической обработки, различные детали из металла изготавливают и другими способами: литье в формы, штамповка на прессах, вырубка, резка, ковка. Но эти способы не всегда технологически возможны или оправданы. Например, штамповкой, газовой или лазерной резкой нельзя создать объемную деталь, или деталь высокой точности.

Кроме фрезеровки, есть другой вид механической обработки металлов – токарная обработка. Процесс схож с фрезерованием, но при этом резцами вырезаются круглые детали. Как отдельная разновидность, есть совмещенные токарно-фрезерные станки, на которых выполняется как обработка по диаметрам, так и по прямым линиям – пазы, углубления, каналы, шлицы и т.д.

Токарно-фрезерный станок:

Принцип работы

Способ обработки на таких станках прост – фреза снимает с заготовки «все ненужное», создавая деталь с размерами, точно соответствующими чертежу. Для этого требуется выполнить несколько условий:

1. Сплав фрезы должен быть значительно прочнее металла или сплава заготовки.
2. Должен быть правильно подобран профиль (форма) фрезы, количество зубьев.
3. Переключением скоростей вращения шпинделя подбирается оптимальная скорость обработки.
4. Заготовка должна абсолютно точно располагаться и перемещаться относительно фрезы. При этом крепление заготовки должно быть достаточно прочным.

Процесс фрезерной обработки:

Любое отклонение приведет к выборке в ненужном месте, и заготовка попадает в брак.

Поэтому большое значение имеют параметры рабочего стола. Шпиндель и механизмы подачи заготовки к фрезе не должны иметь люфтов. Салазки должны перемещаться без малейших отклонений. От того, насколько точно работают эти узлы, зависит класс точности станка. В металлообработке есть 5 классов точности для станков:

1. Н – нормальная точность.
2. П – повышенная.
3. В – высокоточные станки.
4. А – повышенная высокая точность.
5. С – мастер-станки, самые высокоточные.

Фрезерные станки классов В, А, С используют в цехах с постоянной температурой и влажностью, так как большой температурный ход приводит к сужению и расширению металлических частей станка на минимальные величины, но это уже недопустимо для сверх высокоточных станков, допуски на которых составляют сотые доли мм.

Точность обработки на станках старого типа зависела не только от станка, но и от квалификации фрезеровщика. Далее стали появляться вспомогательные механизмы и приспособления, станки с полуавтоматической и автоматической подачей, с ЧПУ (числовое программное управление).

Современные станки, работающие по компьютерным программам, имеют другой принцип работы. Заготовка может крепиться неподвижно, а её обработку проводит подвижная в трех координатах фреза. Такие станки работают с минимальным участием человека (загрузка ПО, расположение заготовки, включение и контроль) и могут сделать деталь любой сложности с высокой точностью. Это вывело технологии фрезерной металлообработки на новый уровень.

Назначение фрезерного оборудования небольшой мощности

При помощи такого инструмента можно решить сразу несколько задач. Можно произвести:

• гравировку металла;
• сверление;
• зенкерование;
• фрезерование.

Также в заготовках и деталях легко сделать отверстия необходимого диаметра.

Мини фреза для многих мастеров незаменимая вещь по ряду причин:

1. Мини размеры и приемлемый вес устройства.
2. Отсутствие громких шумов при работе со станком.
3. Возможность работать от бытовой энергосети, а также небольшое потребление электричества.
4. Простое управление и понятное обслуживание.
5. Адекватная цена.

Именно поэтому даже в промышленности часто встречаются мини фрезеровальные станки.

Станки токарные с ЧПУ

На токарном станке обработка производится резцом со сменными пластинами. Он закрепляется в резцедержателе, который вместе с салазками и поворотной плитой входит в узел суппорта. Токарный станок с ЧПУ может быть оборудован кассетным резцедержателем (вмещает до 12 инструментов). Заготовка зажимается в токарном патроне, закрепленном на вращающемся шпинделе. Рабочие органы токарного станка приводятся в движение приводными механизмами, причем скорость вспомогательного хода практически всегда делается выше скорости рабочего.

Классификация токарных станков с ЧПУ по виду выполняемых работ

На сегодняшний день широко используется несколько типов этого оборудования:

• Центровые. Обработка заготовки производится по контуру деталей цилиндрической и конической формы, фасонных поверхностей. Основной способ обработки — точение.
• Патронные. Нарезают резьбу, зенкеруют, сверлят, обтачивают заготовки под фланцы, шестерни, диски, втулки. Токарные станки этого вида могут применяться для обработки как внутренней, так и внешней поверхности деталей.
• Патронно-центровые. Универсальные токарные станки, успешно совмещают технологические возможности по обработке патронных и центровых механизмов.
• Карусельные. Используются для металлообработки крупногабаритных заготовок, деталей неправильной формы. Одностоечные карусельные ЧПУ станки применяют, если диаметр заготовки не превышает 2 м. Для заготовок с диаметром до 12…15 метров потребуются двухстоечные токарные станки ЧПУ.

Конструктивные характеристики

• Для токарных станков с ЧПУ характерна вертикальная или круто наклоненная компоновка. При такой конструкции стружка легче удаляется из рабочей зоны, оборудование с ЧПУ занимает меньшую площадь, можно подключить к станку автоматическое загрузочное устройство любого типа.
• Все несущие конструкции станка выполняются более жесткими, за счет увеличения толщины металла и дополнительных ребер жесткости.
• Токарные станки с ЧПУ оборудуются инструментальными сменными магазинами или автоматическими револьверными головками, которые ставятся на место резцедержателя.

Разные модели

На промышленных предприятиях, в мастерских и в профильных учебных заведениях применяются разные виды станков. В основе классификации устройств для фрезерования лежат особенности их конструкции и принцип работы. Самыми распространенными являются ниже рассмотренные типы фрезерных станков.

Универсальные модели с поворотным столом

Позволяют изготавливать крупногабаритные детали. Это может быть резка по горизонтальной и вертикальной оси или винтовая нарезка материала.

Универсальная модель с поворотным столом

Конструкция такого станка имеет ряд особенностей – основные узлы и коробка скоростей располагаются внутри станины, а консоль и рабочая поверхность передвигаются в разных направлениях.

Под горизонтально расположенный шпиндель подходят всевозможные фрезы, например, цилиндрические, дисковые и угловые. На рабочий стол фрезерного станка можно поместить дополнительное оборудование, которое позволит расширить его технические возможности.

Горизонтальный фрезерный станок

Отличается простотой эксплуатации и технического обслуживания. Это надежное устройство, которое широко используется во многих мастерских. В его конструкции отсутствует поворотная часть – во время работы стол перемещается параллельно и перпендикулярно оси шпинделя.

В качестве рабочего инструмента могут использоваться концевые, цилиндрические, торцевые, угловые и фасонные фрезы. Рабочие узлы находятся на станине, а коробка скоростей, приводящая в движение шпиндель, размещена внутри.

Широкоуниверсальный

Этот фрезеровочный станок является многофункциональным устройством. В нем имеется дополнительная часть шпинделя, которую можно крутить под любым углом с помощью специального выдвижного хобота.

На нее монтируется накладные элементы, например, резаки или сверла, которые позволяют не только фрезеровать, но и совершать разные операции. Например, сверлить или точить. С помощью выдвижной фрезы можно выполнять любые работы по металлу.

Одновременные действия с двумя ножами повышают производительность труда, поэтому такие модели станков подходят для применения не только в частных мастерских, но и в промышленности.

Вертикальный консольно-фрезерный станок

Предназначен для внутренней и внешней обработки деталей с разным типом поверхности. Его шпиндель вращается вокруг вертикальной оси и подходит для работы с торцовыми, концевыми и шпоночными фрезами и фрезерными головками.

Во многих усовершенствованных моделях он может смещаться и занимать относительно детали горизонтальное положение. От размера вертикального консольно-фрезерного станка зависят габариты основных узлов прибора, мощность электродвигателя и расстояние наибольшего перемещения стола.

Бесконсольный фрезерный станок с крестовым столом

Способен выполнять сложные операции на высоких скоростях. В отличие от вертикального фрезерного станка по металлу, он может обрабатывать массивные детали. Это обусловлено особенностями конструкции прибора, которая отличается от стандартных моделей.

В нем нет консоли, движение рабочего стола осуществляется на жестких станинах, а шпиндельная головка скользит по стоечным направляющим. Кроме своих основных функций, она справляется с задачами коробки передач.

Под это устройство подходят твердосплавные торцевые, концевые и цилиндрические фрезы. Основные и вспомогательные движения могут выполняться как вручную, так и автоматически.

Технологические этапы процесса

Что касается технологического процесса фрезеровки, то она состоит из несколько последовательностей, которым необходимо следовать:

Изделие осторожно подводят со стороны поверхности, необходимой для обработки, к фрезеру, который в это время вращается.
Отведя стол, отключают шпиндель, чтобы он не вращался.
После этого нужно задать требуемую глубину прорезания.
Запускают шпиндель.
Изделие, расположенное на столе, вместе с ним подводят к стыковке с фрезой.

Обработку металлических деталей цилиндрической фрезой производят при длине фрезы на 10-15 мм более, чем есть изделие, а диаметр её подбирается, исходя из толщины разрезания и ширины. При выборе торцевых фрез работа будет делаться не так шумно, поскольку детали надежнее прикрепляются. Производительность предприятия будет высокой при использовании набора фрез, так как во многом упрощается задача. Все зависит от применяемых фрез, а это: совместные фрезы, зубила, двумя дисками одновременно, набора фрез, расположенных с разных боков заготовки и пр. Фрезерование плоскостей несколькими торцевыми фрезами делает сразу несколько обрезаний, а также исключает удары при работе.

Современные технологии позволяют проводить безопасную и с меньшим процентом брака обработку на токарно-фрезерных станках, оборудованных системами ЧПУ. В некоторых случаях, как при обработке деталей повышенной твердости, можно на них делать шлифовку. Они гарантируют получение изделий по максимуму точной геометрической формы, а также производительность. Бывают как специального назначения, так и общего использования, но небольшие детали дома можно обрабатывать ручным электрическим фрезером. Управление на компьютере позволяет задать все параметры и выполнять максимально точно, к тому же есть возможность рассчитывать и создавать 3D модели непосредственно на станке.

Благодаря современным технологиям, фрезерная обработка приобретает большую популярность в разных отраслях производств. Что касается металла, то можно на станках делать как алюминиевые, так и стальные, титановые изделия. Вне зависимости от материала, фрезерованием можно делать детали специального назначения, эксклюзивные, ювелирные и др. И только на станках, оборудованных системами ЧПУ, можно выполнять лазерную фрезеровку деталей сложной формы. Это дорогостоящая, но качественная обработка возможна без предварительной шлифовки.

Общая информация

Фрезерные станки делятся на вертикальные и горизонтальные. Вращение режущего элемента и подача металлической заготовки – это основные их формообразующие движения. Оператор управляет этими функциями с помощью раздельных приводов. Вращательные движения выполняет только фреза. Заготовки крепятся на столе и подаются к режущему элементу. Один из основных параметров станка – это размер стола.

По особенностям конструкции станки делятся на консольные и бесконсольные. В консольных стол размещается на подъемном механизме. В бесконсольных рабочий стол движется по прямой или в стороны и крепится на стационарной станине. Оборудование барабанного и карусельного типа можно отнести к устройствам непрерывного действия.

Виды фрез

Обработка металлических деталей на фрезерных станках выполняется с помощью рабочих инструментов определенного типа. Каждый из них отличается по предназначению.

Отдельные виды фрез отличаются по рабочим параметрам:

• особенности размещения резцов;

• форма зубьев;

• направленность элементов, соприкасающихся с металлической заготовкой;

• используются цельные и сборные рабочие элементы.

Фрезы отличаются по способу крепления и материалу изготовления резцов.

Конструкция фрез

Концевая фреза состоит из рабочей части с центровым отверстием и хвостовика. Между ними расположена шейка. На конце рабочей части находятся торцевые зубья.

Насадная торцевая фреза имеет зубья, между которыми находятся канавки. В центре такой фрезы есть отверстие. На зубьях можно выделить переднюю и заднюю поверхность, а также режущую кромку.

Насадные дисковые фрезы круглой формы имеют отверстие в середине, возле которого расположен торцовый шпоночный паз. На корпусе фрезы размещаются вставные зубья.