Производительность работы на производстве зависит от многих факторов, и один из них — качество работы оборудования. Именно поэтому фрезерные станки с ЧПУ пользуются все большей популярностью. Они нашли свое применение практически во всех областях промышленности, начиная от дерево- и металлообработки и заканчивая стоматологией. Рассмотрим подробнее, как они устроены, принцип работы и разновидности.

Общая информация

Фрезерными станками с ЧПУ называют группу металлорежущих и деревообрабатывающих станков. Они предназначены для обработки фрезой заготовок разной формы и из разных материалов. Она закрепляется на шпинделе и совершает вращательные движения. Заготовка же остается неподвижной. Управление в этом случае автоматизированное.

Сферы применения

На фрезерных станках можно изготовить такие детали:

1. Плоские. С отверстиями и без них, с пазами, с вырезами и фасками. Речь о машинных деталях, корпусах, предназначенных для электронных устройств, различного рода панелей и т. д.
2. Сложные. Могут иметь любую, даже самую необычную геометрическую форму. Используются для создания элементов: например, для автомобилей.
3. Зубчатые. Это колеса, шестерни, зубчатые ремни и другие детали, у которых зубчатый профиль.
4. Отверстия и пазы. С помощью фрезерных станков с ЧПУ можно делать точные отверстия нужного диаметра и глубины, а также пазы разных размеров.
5. Крепежные. Сюда относятся зажимы, тиски и другие элементы, предназначенные для закрепления заготовок.
6. Скульптуры, вывески. Очень часто фрезерные станки с ЧПУ используют для изготовления рекламных вывесок, знаков и надписей.
7. Скульптуры, украшения. Речь идет о декоративных элементах из разных материалов.

Отдельно стоит сказать о производстве стоматологических изделий. На фрезерных станках делают накладки, протезы, коронки, хирургические шаблоны, виниры, вкладки, импланты и т. д. Они подходят для работы с такими материалами, как керамика, металлические сплавы, диоксид циркония.

Получается, фрезерные станки с ЧПУ используются в таких сферах:

• производство мебели;
• ювелирное дело;
• судостроительство;
• архитектура, строительство;
• дизайн;
• реклама;
• машиностроение;
• изготовление бытовой техники;
• производство дверных полотен, окон и других деревянных конструкций;
• автомобилестроение;
• производство электронных устройств.

Также они нужны для изготовления высокоточных электронных устройств и медицинского оборудования узкой направленности.

Особенности конструкции

Фрезерные станки с ЧПУ состоят из нескольких важных деталей. Каждая из них имеет свои особенности, функции и задачи:

1. Станина. Это основание, на котором закрепляются все механические узлы и системы.
2. Рабочий стол, перемещающийся в разных направлениях — вперед, назад, влево, вправо.
3. Пульт управления. Устанавливается на кронштейн. В большинстве моделей можно перемещать в то место, где оператору будет удобнее всего работать.
4. Шпиндель. Предназначен для зажима режущего инструмента и придания ему вращения.
5. Колонна для шпинделя. Движется вверх-вниз.
6. Защитные кожухи. Как понятно из названия, делают рабочий процесс более безопасным, защищая оператора от летящей стружки и охлаждающей жидкости.
7. Дверца. Через нее можно попасть в рабочую зону.

Также на станке есть магазин режущих инструментов барабанного типа. Их смена происходит при поступлении команды от ЧПУ. Рассмотрим подробнее особенности отдельных блоков.

Устройство для ввода данных

Используется для ввода программы обработки заготовки. Чаще всего это считыватель перфоленты, магнитных лент или персональный компьютер. Подключаются они через порт RS-232-C.

Блок управления

По праву считается «сердцем» фрезерного станка и осуществляет управление всеми его узлами. Это связующее звено между оператором и станком. Основные функции блока управления:

• анализ введенной оператором программы;
• расшифровка кодов;
• интерполяция — вычисление контуров или передвижение по указанным точкам;
• отправка команд по управлению осями;
• обработка сигналов, которые являются обратной связью от осей и сообщают об их положении и скорости;
• включение/выключение системы охлаждения;
• смена режущих инструментов в зависимости от выполняемой задачи.

На фрезерных станках с ЧПУ может быть установлена одна из двух систем управления:

1. Закрытая. Специфическое управление со своими алгоритмами и рабочими циклами. Такие системы можно считать самыми надежными.
2. Открытая. В целом ПО такое же, как и на обычном компьютере. Главное преимущество — доступность. Большинство электронных компонентов можно купить в любом компьютерном магазине по вполне доступной цене.

Самые современные фрезерные станки с ЧПУ имеют CAM-систему, благодаря которой производственный процесс становится на 100% автоматизированным, а программы можно писать сразу на станке.

Исполнительный блок

Включает в себя стол и шпиндель. Движутся оба элемента, но первый приводится в движение осями X и Y, а второй — Z. Команды исполняются с помощью двигателей и винтовых передач.

Винты играют важную роль в рабочем процессе. Если сравнивать со станками, в которых управление ручное, фрезерное оборудование с ЧПУ отличается повышенной точностью. Кроме того, трение, возникающее при движении исполнительного блока, практически сведено к минимуму. Точно так же минимизирована вероятность появления люфта. Это очень важно, поскольку есть возможность точно выставлять заготовки и режущие инструменты в пространстве, обеспечивая тем самым качественное фрезерование.

В исполнительном блоке могут быть установлены серводвигатели и шаговые. Последние преобразуют электрические сигналы в дискретное механическое перемещение.

Система привода

Состоит из схемы усилителя, приводных двигателей и шарико-винтового подшипника. Работает он примерно так:

• из блока управления сигнал с информацией о скорости движений осей и положении рабочей поверхности передается на схемы усилителя;
• сигналы усиливаются, запуская двигатели привода.

Дальше двигатели передают усилие подшипнику, а он уже выставляет положение поверхности стола.

Система обратной связи

Состоит из датчиков, которые непрерывно контролируют положение и скорость работы режущих инструментов. Они передают сигнал на блок управления, который проводит анализ и, при необходимости, корректирует параметры.

Пульт управления

Это экран, на котором оператор может видеть команды, сигналы и другую информацию. Его устанавливают на кронштейне и перемещают в удобное для оператора место.

Классификация фрезерных станков с ЧПУ

Система классификации станков с ЧПУ довольно обширна. Параметрами для разделения на виды являются функциональность, особенности применения, классы точности, вес, наличие/отсутствие консоли, степень автоматизации, конструкция.

Функциональность

По функциональности или спектру выполняемых задач различают несколько видов фрезерных станков с ЧПУ:

1. Узкого назначения. Предназначены для выполнения только одного вида работ: например, создания отверстий заданного размера.
2. Специализированные. Используются для производства определенных изделий, которые строго соответствуют определенным параметрам.

Также существуют универсальные станки, на которых можно выполнять любые работы и создавать любые детали.

Применение

Этот параметр делит все фрезерные станки на бытовые и профессиональные. Бытовые отличаются легкостью, простой конструкцией, невысокой ценой и небольшими размерами. Их используют для решения бытовых задач, на также на производствах, где изготавливают различные детали в небольших количествах. Также они подойдут для мастерских.

Профессиональные фрезерные станки используют на промышленных производствах. Особенно удобны они при крупносерийных производствах. Главное отличие такого оборудования — высокий показатель мощности, благодаря которому они могут бесперебойно работать на протяжении нескольких часов.

Класс точности

Их всего 5:

1. Н — нормальный показатель точности. Подойдет для деталей, к которым нет особых требований.
2. П — повышенная точность. Позволяет получать более точные размеры и формы.
3. В — высокая точность.
4. А — называется особой точность. Погрешность минимальная, полное соответствие требованиям.

Также существует класс С — сверхвысокая точность. Это оптимальный вариант для изготовления деталей, которые должны иметь определенные размеры и форму. На фрезерных станках с такой маркировкой можно изготовить детали, которые будут на 100% соответствовать чертежам и программам.

Вес

Самая простая классификация. По этому параметру выделяют такие виды фрезерных станков:

• легкие — до 1000 кг;
• средние — до 10 тонн;
• тяжелые — до 100 000 тонн.

Также существует особо тяжелое оборудование. Его вес достигает 100 000 тонн и более.

Консоль

Различают бесконсольные и консольные фрезерные станки с ЧПУ. У первых консоль выносная. На ней размещают шпиндель и режущие инструменты. Такая конструкция позволяет беспрепятственно работать с громоздкими и большими заготовками. Их движение ничем не ограничивается.

Во второй модели консоль закрепляется непосредственно на столе. За счет этого обработка становится более качественной и точной. Такие фрезерные станки подходят для изготовления элементов, к которым предъявляются повышенные требования: например, медицинского оборудования, электроники.

Конструкция

По особенностям конструкции выделяют еще несколько видов фрезерных станков. Приведем примеры.

Вертикально-фрезерные

Шпиндель стоит вертикально и совершает движения по вертикали. За счет этого есть возможность ставить фасонные, цилиндрические и другие виды фрез. Подходит для обработки заготовок из самых разных металлов и сплавов, вертикальных/горизонтальных поверхностей, деталей любых геометрических форм, включая колеса, пазы, углы и т. д. Дополнительная функция — сверление.

Горизонтально-фрезерные

Шпиндель занимает горизонтальное положение и совершает движения справа-налево. Так обрабатывают детали небольшого размера. Сюда подходят цилиндрические, торцевые, угловые, дисковые и другие фрезы. На таких станках обрабатывают пазы, углы, горизонтальные и вертикальные поверхности. Дополнительно можно делать полировку и шлифовку.

Положение рабочего стола в станках такого типа можно регулировать, например, поставить перпендикулярно оси шпинделя.

Комбинированные

Фрезерная головка подвижная, поэтому способна менять положение в зависимости от выполняемых задач. То же самое касается и шпинделя. Он может занимать и горизонтальное, и вертикальное положение относительно заготовки.

Универсальные

Речь идет о консольных станках, предназначенных для обработки средних или маленьких по размеру деталей. Для их дополнительного перемещения в пространстве, например, по винтовой траектории, предусмотрены специальные механизмы.

Существуют и широкоуниверсальные фрезерные станки с ЧПУ. Их отличие от предыдущего вида в наличии второй шпиндельной головки, расположенной на выдвигаемом хоботе. Она может двигаться под разными углами.

Стоит отметить, что во втором случае у каждого шпинделя свой привод (независимый), благодаря чему они могут функционировать отдельно друг от друга. На второй фрезерной головке можно установить как режущий инструмент, так и приспособления для сверления, расточки.

Сверлильно-фрезерные

Станки такого типа также можно назвать универсальными. Благодаря особенностям конструкции головка может просверливать даже наклонные поверхности. Результат — расширение функциональности.

Продольно-фрезеровальные

Подходят для нескольких видов работ:

• чистовая;
• получистовая;
• черновая.

На этих станках выполняют обработку плоских или фасонных поверхностей заготовок из черных или цветных металлов. Стол двигается продольно. Движение в остальных направлениях доступно только шпинделю и шпиндельной бабке.

Копировально-фрезерные

Используются для обработки сложных деталей с рельефной поверхностью на основании исходного образца. Наглядные пример — скульптуры.


Существует несколько подвидов копировально-фрезерных станков:

1. Шпиндель расположен снизу.
2. Шпиндель сверху.
3. С подвижным рабочим столом и шпинделем сверху.

Также есть двухсторонние модели с подвижной кареткой. В них предусмотрена станина с направляющими.

Шпоночно-фрезеровальные

На такие станки устанавливают концевые фрезы, которые используются для обработки шпоночных врезных канавок. Консоль перемещается по направляющим. Стол оборудован стойкой, на верхней части которой закреплена головка.

Настольные

Компактное оборудование с хорошими характеристиками. Оно подходит для обработки чугунных и стальных заготовок. Шпиндель с режущим инструментом совершает вертикальные движения, а заготовки могут передвигаться по 3 осям. У шпинделя отдельный привод, позволяющий регулировать скорость его движений.

Стоматологические

Этот вид фрезерных станков с ЧПУ стоит вынести в отдельную группу. Как сказано выше, они предназначены для создания элементов, используемых для восстановления поврежденных или утраченных зубов. Это протезы, коронки, вкладки, импланты, абатменты, виниры и т. д. Их главное преимущество — высокая скорость и точность обработки.

Фрезерные станки в зуботехнических лабораториях могут быть 4-осевыми и 5-осевыми. Второй вариант считается более универсальным, поскольку позволяет выполнить обработку любых по сложности заготовок. При соблюдении всех инструкций по работе с оборудованием такого типа на изготовление одной циркониевой коронки уходит не более 5 минут.

Преимущества фрезерных станков с ЧПУ

Весомых преимуществ всего 7, но на самом деле их больше. Список выглядит так:

1. Высокая точность любого вида обработки. Благодаря программному обеспечению можно выполнять резку, формировку и обработку заготовок из любых материалов. Никакими традиционными методами обработки добиться таких результатов невозможно. При этом детали могут иметь любую, даже сложную геометрическую форму и рельеф.
2. Экономичность. В первую очередь экономия касается Фонда оплаты труда. Один оператор может обслуживать до 4 станков с ЧПУ. На предприятиях с серийным производством часто применяют роботов — в таком случае экономится еще больше средств. Экономия затрагивает и режущий инструмент. Как? При работе на обычном оборудовании оператору иногда приходится повышать скорость подачи. И здесь начинает играть роль человеческий фактор. Работник может совершить это действие непреднамеренно: например, из-за отсутствия нужных навыков и понимания рабочего процесса. Результат — быстрый износ инструмента. В случае с фрезерным станком с ЧПУ таких промахов быть не может, потому что все параметры работы задаются компьютерной программой.
3. Гибкость. На оборудовании с ЧПУ переход от изготовления одной детали с другой, принципиально отличающейся по форме и размерам, занимает считанные секунды. Достаточно выбрать одну из хранящихся в памяти программ или внести новую.
4. Высокая производительность. Фрезерные станки с ЧПУ могут бесперебойно работать на протяжении 24 часов в сутки. Это возможно благодаря сокращению количества и продолжительности простоев, точного расчета времени обработки и т. д.
5. Снижение затрат на режущий инструмент. Для станков с ручным управлением часто приходится докупать дополнительное оснащение: например, конусные линейки, фасонные инструменты, копировальные устройства. В случае со станками с ЧПУ таких расходов нет. Все приспособления встроены изначально, при этом нет разницы, какие задачи будет выполнять оператор.
6. Нет необходимости в повышенной квалификации работников. Для управления обычным фрезерным станком нужен фрезеровщик или токарь 4-6 разряда. Важно, чтобы у него был опыт работы. Для станков с ЧПУ хватит 1 оператора и 1 наладчика. Необязательно иметь высокий разряд, поскольку процесс не предусматривает обработку деталей вручную. Нужно всего лишь контролировать работу оборудования, вводить программы, подавать заготовки и забирать готовые изделия. Также в обязанности оператора входит проверка состояния режущего инструмента.

Еще одно преимущество — безопасность труда. В большинстве случаев работа производится в закрытой зоне, на дверях которой есть датчики. Благодаря этому вероятность нахождения работника в зоне обработки и, следовательно, травмирования сводится к нулю.

Как выбрать фрезерный станок с ЧПУ

При выборе подобного оборудования обращайте внимание на рабочие характеристики. Вот некоторые из них:

1. Размер рабочей поверхности. От нее зависят допустимый объем и размер заготовки, которую можно разместить.
2. Жесткость конструкции стола. Если ее недостаточно, фрезер начнет вибрировать, из-за чего снизится скорость его вращения и качество обработки. Также ускорится износ режущих инструментов.
3. Мощность и частота вращения шпинделя. Здесь все зависит от размера станка и материалов, с которыми придется работать. Так, для дерева, латуни и алюминия достаточно 1,5-3 кВт, а для цветных металлов и природного камня понадобится уже 4 кВт.
4. Вид фрезы. Подбирается под материал.

Также стоит обратить внимание на возможность автоматической смены инструмента, наличие датчика измерения его высоты, систему удаления стружки и вариант крепления заготовки.

Итого, фрезерные станки с ЧПУ — по-настоящему универсальное оборудование, которое можно использовать в небольших мастерских, на крупных предприятиях и даже в зуботехнических лабораториях. Благодаря наличию программного обеспечения готовые детали в точности соответствуют всем предъявляемым к ним требованиям, отличаются высоким качеством и точностью.