Фрезерный станок с ЧПУ: особенности, возможности, характеристика

Краткая история ЧПУ станков

chpu3.png

  • Самым ранним из когда-либо обнаруженных механически обработанных предметов, была чаша, найденная в Италии. Её изготовили в 700 г. до н.э., с помощью токарного станка
  • Попытки автоматизировать механическую обработку начались в 18 веке. Тогда станки были чисто механическими и работали на пару
  • Первая программируемая машина была разработана в конце 40-х годов в Массачусетском Технологическом Университете. Для её работы использовали перфокарты, чтобы кодировать каждое движение
  • Распространение компьютеров в 50-х и 60-х годах коренным образом изменило обрабатывающую промышленность
  • Сегодня станки с ЧПУ являются передовыми роботизированными системами с многоосевым и мультиинструментальным оборудованием, в том числе с автоматической сменой инструмента, без остановки в работе

Преимущества оборудования

Современные станки с ЧПУ обладают широким спектром возможностей, обеспечивают быструю и высокоточную обработку, обладают достаточным запасом надёжности и удобством эксплуатации.

Точность обработки является не только следствием прецизионного автоматизированного управления, но и организацией специальных конструктивных мероприятий, направленных, прежде всего, на повышение жёсткости системы. Увеличение жёсткости достигается за счёт уменьшения длины кинематических цепей и количества механических передач, уменьшения зазоров между деталями, снижения потерь на трение, а также увеличения быстродействия.

Надёжность и длительная бесперебойная работа достигается увеличением износостойкости подвижных деталей, а также мерами по снижению теплопотерь и механического трения. Для этого в частности скользящие направляющие изготавливаются в виде «твёрдый материал — мягкий» (например, сталь/чугун по пластику/фторопласту). Сопрягаемые пары качения (в наплавляющих, подшипниках) отличаются ещё меньшими потерями и повышенной долговечностью. В качестве рабочих тел используются ролики с преднатягом, исключающим биение и износ.

Дополнительные системы, такие как вакуумный стол, улавливатель стружки, охлаждение режущего инструмента, переносной пульт (DSP-контроллер) и ряд других, значительно облегчают управление фрезерным комплексом и увеличивают культуру производства.

Автоматизация производства

Основное преимущество станков с ЧПУ заключается в существенном повышении уровня автоматизации основных рабочих процессов: участие оператора сводится к минимуму, оборудование работает практически автономно.

Алгоритм выполнения технологических операций прописан в управляющей программе — станок самостоятельно выполняет следующие действия:

  • перемещение рабочих органов;
  • выбор режущего инструмента (если есть револьверная головка);
  • изменение скорости и направления вращения шпинделя.

Обращаем ваше внимание, что масштабная автоматизация производства отнюдь не подразумевает снижения требований к квалификации оператора, который должен не только закреплять заготовки и снимать детали, но и периодически проверять их размеры, контролировать качество заточки и износ режущего инструмента.

Точность и повторяемость обработки

Числовое программное управление позволяет производить тысячи единиц идентичной продукции с соблюдением стопроцентной точности размеров. Чтобы попасть в поле допуска при чистовой обработке посадочного диаметра на токарном станке с ручным управлением, оператору нередко приходится несколько раз останавливать привод и делать промежуточные замеры. ЧПУ позволяет выполнять полный цикл при постоянном вращении шпинделя. Если оператор следит за качеством режущего инструмента, отклонение от заданных размеров или увеличение шероховатости поверхности исключены.

При смене режущего инструмента на «ручном» станке оператору приходится подводить его вручную к обрабатываемой поверхности. Это требует высокой концентрации внимания и хорошего зрения. В управляющей программе для каждого резца или фрезы задан так называемый «ноль инструмента». Станок сам позиционирует его относительно заготовки.

Производственная гибкость

Для перехода с производства одной детали на другую достаточно всего лишь заменить программу, которая может быть использована неограниченное количество раз.

В станках классической конструкции используется единый привод, а соотношение скоростей перемещения по разным осям регулируется механическими передачами. То есть, если токарно-винторезный станок рассчитан на работу в метрической системе, то работать с дюймовыми размерами на нем невозможно. В современных станках с ЧПУ у каждого ходового винта есть свой привод с частотно регулируемым или шаговым двигателем. Это дает неограниченные возможности в нарезании нестандартной резьбы или получении сложных криволинейных поверхностей.

Высокая производительность

Это преимущество станков с ЧПУ обусловлено не только снижением количества простоев в течение рабочего цикла, но и возможностью точно рассчитать время обработки, увеличить загрузку оборудования. Параметры заготовки и инструмента, известные управляющей программе, позволяют исключить разметку из цикла обработки. Эволюция самих станков дает возможность отказаться от переустановки заготовки в процессе, то есть выполнять все операции с одной базы. От этого повышается и производительность, и точность обработки.

Повышение ресурса режущего инструмента

Снижение влияния человеческого фактора обуславливает еще одно преимущество использования станков с ЧПУ – оптимизацию затрат на режущий инструмент.

Фрезерная обработка часто сопровождается намеренным или случайным увеличением скорости подачи. В результате крошится режущая кромка, отлетает напайка, а фреза «врезается» в заготовку или стол. В управляющей программе ЧПУ-станка задана оптимальная скорость резания, а перемещения инструмента проверены еще на этапе ее создания. Поэтому незапланированные встречи фрезы с деталью или станком исключены.

Не пропустите:  Стол для фрезера своими руками: с чертежами и изготовлением

Незапланированные встречи фрезы с деталью исключены

Характеристика

При выборе оборудования учитывают следующие важные характеристики:

  • класс точности (от нормальной до сверхвысокой);
  • размеры стола;
  • доступные технологические операции;
  • амплитуду перемещений: для стола прямолинейная, для шпинделя — радиальная и прямолинейная;
  • минимальный шаг;
  • уровень точности и повтора движения по указанным точкам;
  • мощность шпинделя, допустимая скорость вращения, число автоматически переключаемых скоростей;
  • координаты, число рабочих подач;
  • количество и способ замены инструментов;
  • габариты и масса.

Встроенные усовершенствованные винтовые пары и направляющие качения обеспечивают ускоренное перемещение частей. Модернизированные приводы электропередач плавно регулируют размер рабочей подачи и количество вращений шпинделя за единицу времени в оптимальном диапазоне. Оборудование выпускает качественную продукцию с максимальной производительностью.

Классификация ЧПУ

Как работает станок
Применяются следующие программные обеспечения, управляющие процессом работы станка:

  1. Позиционные — рабочие части переходят в точки с конкретными координатами. Отличаются точностью останова в заданной точке.
  2. Контурные прямоугольные (коллинеарные) — подвижные элементы перемещаются по прямой линии. Скорость определяется указанными режимами резания, поочерёдно для каждой координатной оси. Выполнение криволинейных поверхностей невозможно.
  3. Контурные (непрерывные) — элементы перемещаются в пространстве по предварительно заданным траектории, форме и конечным точкам. Создаются объёмные детали сложной конфигурации.
  4. Адаптивные (самоприспосабливающиеся) — рабочий процесс автоматически подстраивается к скорости, силе резания, подаче. Автоматически защищается от перегрузок двигатель и привод подач. Отличается качественным процессом обработки, повышенной надёжностью.

Контурное и адаптивное управления основаны на 4-ёх и 5-ти координатных системах, обеспечивающие сложную траекторию движения подвижных элементов. Обработка проводится минимум по 2-ум осям одновременно.

Преобразование 3-х координатного станка в 4-х или 5-ти происходит путём установки добавочной поворотной поверхности. Зона работы при этом уменьшается.

Виды станков с ЧПУ

В этом руководстве мы сосредоточимся на станках, которые обрабатывают материал с помощью режущих инструментов. Они являются наиболее распространенными и имеют самый широкий спектр применения. Так же существуют и другие станки с ЧПУ. Лазерные, плазменные и EDM — Электроэрозионные.

chpu4.png

Назначение и функциональные возможности

  • Фрезерно-гравировальные — для нанесения гравировки на любые материалы, от металла до кожи.
  • Фрезерно-токарные — комбинированные устройства, объединяющие в себе оборудование токарной и фрезерной группы. Особая конструкция фрезерной головки позволяет фиксировать в ней не только различные типы фрез, но и токарные резцы, поэтому на таких станках можно выполнять операции по сверлению, зенкерованию, отрезные работы, создавать фаски, торцевать материал, а также выполнять обработку тел вращения.
  • Фрезерно-сверлильные — отличаются компактными размерами и могут выполнять как фрезерные работы, так и операции по нарезанию резьбы, зенкерованию, развертыванию отверстий и прочее.
  • Вертикальные — с верхним размещением шпиндельной головки, которая может перемещаться по консоли в вертикальной и горизонтальной плоскости. Рабочая зона расположена под фрезой.
  • Горизонтальные — с боковым размещением режущего инструмента. Шпиндельный узел статичен, обработка происходит путем перемещения рабочего стола относительно фрезы.
  • Универсальные — станки, позволяющие выполнять сверлильные, токарные и фрезерные операции с вертикально и горизонтально расположенными заготовками. Большинство моделей оснащено поворотным столом.
  • Широкоуниверсальные — многофункциональное оборудование, позволяющее не только проводить все виды операций, возможные для станков такого плана, но и обрабатывать заготовку по нескольким осям одновременно (пять осей максимум).

Материал для обработки

  • Металлообрабатывающее оборудование, предназначенное для резки, сверления, резьбонарезания и т. д. металлов и их сплавов. Отличается усиленной конструкцией, выдерживающей большие нагрузки, и мощным двигателем.
  • Деревообрабатывающие станки, выполняющие весь комплекс фрезерных работ по древесине и всем остальным неметаллическим материалам. При большом визуальном сходстве с фрезером по металлу, оснащены более легкой станиной и не столь мощные.

Показатель точности

Агрегаты с системой числового программного управления обеспечивают высокую точность обработки. Но даже в этом случае показатель точности варьируется в зависимости от того, какая именно модель используется. На показатель точности указывает буква в маркировке модели.

Для отечественных приборов:

  • Н – нормальная;
  • П – повышенная;
  • В – высокая;
  • А – особо высокая;
  • С – самая высокая.

Для иностранных приборов:

  • обычная не обозначается;
  • H – высокая;
  • P – прецизионная;
  • SP – суперпрецизионная;
  • UP – ультрапрецизионная.

внешний вид станка CM-325 с чпу

Степень универсальности

Она указывает на то, насколько широкий функционал имеет аппарат. От этого показателя и его особенностей зависит, в какой области может использоваться оборудования, и для чего. Станки бывают трех типов:

  • универсального – для обработки заготовок, различной формы и материала;
  • специализированного – для обработки деталей общего вида;
  • специального – для обработки конкретной заготовки.

Размещение шпинделя

Шпиндель у прибора может быть размещен:

  • горизонтально;
  • вертикально;
  • под наклоном;
  • комбинированным способом.

Габариты

  • Мини-фрезеры — с рабочим полем 400×400 мм. Такие модели используются в handmade сфере и помимо маленьких габаритов имеют также минимальную мощность и ограниченный функционал;
  • Настольные фрезеры — размер зоны обработки 600×900 мм. Умещаются на рабочем столе. Способны взаимодействовать с любыми материалами и выполнять все виды работ, но из-за невысокой мощности работают довольно медленно, поэтому подходят только для изготовления штучных или малосерийных изделий. Приобретаются преимущественно для личного пользования или мелкого производства.
  • Среднеформатные станки — габариты стола 1300×1300 или 1300×2500 мм. Профессиональное оборудование с мощным шпинделем, подходящее для любых работ. Используется на всех малых и средних предприятиях.
  • Крупногабаритное оборудование — мощные станки с большим рабочим полем (до 2000×3000 мм) и высокой производительностью для работ с большими объемами выпускаемой продукции. Используются на крупных металло- и деревообрабатывающих предприятиях.
  • Фрезерные обрабатывающие центры — полностью автоматизированные многофункциональные комплексы, высота которых превышает человеческий рост. Предназначены для работы с массивными заготовками.
Не пропустите:  Фрезы по дереву - назначение, классификация, советы по выбору фрез

По обработке стекла и камня

Основное отличие стеклообрабатывающего оборудования от фрезеров по металлу в том, что применяется режущий инструмент из высокопрочных материалов или с покрытием из корунда, алмазной крошки. В область контакта стекла с фрезой обязательно подается охлаждающая жидкость, которая дополнительно очищает поверхность и воздух от стеклянной пыли. Это предохраняет оператора агрегата от вдыхания вредных веществ. Такие мини-станки используются также для обработки поликарбоната и оргстекла.

Создание барельефа на тяжеловесных плитах из бетона, гранита, мрамора, песчаника и искусственных каменных заготовках с добавкой полимера возможно на специальных станках. Они предназначены для работы с твердыми материалами, большой площадью и повышенной массой деталей. Очистка и устранение отработанных материалов обеспечивается постоянной циркуляцией воды и пылесосом.

Эти мощные агрегаты обрабатывают и другие материалы – металл, дерево, стекло и ПВХ. Поэтому их можно использовать в широком диапазоне профессиональных интересов. Их недостаток – избыточная громоздкость и мощность, которая будет излишней при использовании оборудования для неспецифических работ.

обработка камня на настольном фрезерном станке чпу

Виды фрезеров в зависимости от рабочего материала

Фрезерные станки с программным управлением предназначены для обработки различных материалов:

  • дерева, МДФ, ДСП, фанеры;
  • цветного и черного металла;
  • стекла и оргстекла;
  • пластика или акрила.

Для правильного выбора следует детально рассмотреть особенности оборудования в соответствии с предполагаемым для работы материалом.

Резка металла

Фрезерные аппараты с ЧПУ для металлообработки отличаются прочной конструкцией и высокой мощностью.

Чтобы уменьшить изнашивание или избежать заклинивание фрезы, станки оснащают системой подачи охладительной жидкости к месту рабочего контакта. В качестве охладителя используют воду или машинное масло.

Чтобы автоматически устранять отходы с обрабатываемых поверхностей в процессе фрезеровки, в станках предусмотрена конструкция для установки системы отсоса воздуха. Для этого на специальные крепления устанавливают раструб мощного промышленного пылесоса.

Выбор фрезерного станка по металлу зависит от типа материала и поставленной задачи:

  • Настольный гравировальный станок с ЧПУ по металлу используют для фрезеровки и гравировки изделий из мягких металлов, например, латуни.
  • Для грубой и финишной обработки цветных металлов подойдет фрезерный и гравировальный аппарат с функцией 3D. Он служит для серийной работы с литыми заготовками, выпуска изделий из алюминиевых плит и листов. Для ускорения производственного процесса возможна комплектация системой автоматической смены инструмента.
  • Для производства рекламных конструкций, 3D-обработки подойдет серия 2500, где на выбор предусмотрено 4 величины рабочего поля по координатам X и Y.
  • Для раскройки листовых металлов, фрезеровки и 3D-обработки алюминия и его композитов (панелей) предназначены серии 3000, 3200, 4000 (усиленный с большей производительностью), 4400 (с функцией 4D-обработки) и 5000 (с автоматической подменой инструмента).

Технические характеристики ЧПУ-оборудования для металла позволяют ему работать и с другими материалами.

Деревообрабатывающая промышленность

Общие особенности деревообрабатывающих станков:

  • Их конструкция проще, чем у фрезеров по металлу.
  • Цена и стоимость их обслуживания ниже.
  • Они легче в обращении и ремонте.
  • Имеют низкие требования к мощности и показателям прочности.
  • В некоторых моделях отсутствует функция охлаждения фрезы.
  • Автоматическая уборка отходов необязательна, поскольку с этой задачей может справиться оператор.

Такие аппараты служат для изготовления:

  • декоративных ножек, балясин и прорезного декора;
  • фасадов для мебели и фигурных консолей;
  • накладных резных элементов;
  • сувенирных изделий, рамок для картин и фотографий.

Выбор фрезерного станка по дереву зависит от области применения:

Чтобы обеспечить возможность обработки крупных деталей, при изготовлении корпусной мебели выбирают станки с большими габаритами области фрезеровки (серии: 3000, 3200, 4000, 4400 и 5000). Такие аппараты отличаются размером, повышенной сложностью направляющих и рамы.

Для изготовления фигурной мебели используют технику автоматической резки узоров, 3D-фрезеровки. Установки с программным управлением обеспечивают повышенную четкость и скорость выполнения сложных элементов.

С такими задачами, как выпуск мелких резных деталей и гравировка декоров и барельефа, хорошо справляется настольный фрезерно-гравировальный станок. Благодаря компактным размерам и форме его можно использовать в качестве домашнего оборудования.

Производственный процесс в этом случае обычно сопровождается большим количеством пыли. Для ее поглощения должна быть предусмотрена система вакуум-аспирации.

Для выполнения столярных работ (соединений «шип-паз», отверстий под замки, резки контуров и др.) используют шипорезно-долбежный станок с ЧПУ по дереву.

Оборудование с ЧПУ массово используют на фабриках и в мастерских при изготовлении мебели, окон, дверей, фасадов и декоративных изделий из древесины.

Станки для оргстекла и пластика

В этих станках применяют фрезы с твердосплавными, корундовыми или алмазными рабочими поверхностями. Они бывают двух видов:

  • С напылением.
  • Цельноспеченные. Отличаются высокой прочностью и долговечностью. Их производят при большой температуре и высоком давлении методом запекания алмазной крошки.

Обязательное условие работы на таком оборудовании — подача жидкости в место контакта фрезы с поверхностью обработки. Она способствует не только охлаждению, но и быстрому удалению пыли и фрагментов, которые мешают процессу и могут испортить заготовку при попадании под фрезу.

Не пропустите:  Фрезер по дереву. Основные характеристики и особенности

Для 3D-фрезерования, плоскостного раскроя и гравировки применяются станки серии:

  • 3000 (классический 3D-станок),
  • 3200 (предполагает быструю и частую смену инструмента),
  • 4000 (усиленный вариант модели 3000 с большей производительностью),
  • 4400 (с функцией 4D-обработки),
  • 5000 (с автоматической сменой инструмента).

Указанные станки предназначены для работы со следующими материалами:

  • поливинилхлорида,
  • акрилового стекла,
  • поликарбоната,
  • макетных пластиков,
  • разных видов стеклопластика.

Кроме того, такое оборудование способно обрабатывать другие твердые материалы и заготовки из металла.

Обзор станков

Прежде чем решить вопрос, какой фрезерный станок выбрать для оснащения домашней мастерской или производственного предприятия, важно ознакомится с характеристиками оборудования, которое предлагается на современном рынке. На сегодняшний день наиболее востребованным являются фрезерные станки, производимые в следующих странах:

  • Германия;
  • Италия;
  • Австрия;
  • Китай;
  • Северная Корея;
  • Малайзия;
  • США;
  • Тайвань;
  • Чехия;
  • Турция.

Пятикоординатный фрезерный станок

Пятикоординатный фрезерный станок

Наиболее известными компаниями, которые производят и реализуют фрезерные станки с ЧПУ, являются:

  • GCC Jaguar;
  • Redwood;
  • RuStan;
  • JCC;
  • Hyundai Wia;
  • Kami;
  • Zenitech.

Одними из самых быстрых станков, которые также отличаются широким разнообразием настроек и дополнительных функций, являются модели торговой марки GCC Jaguar.

Широким разнообразием ассортимента станков для обработки деталей из металла и других материалов отличается компания JCC. В каталоге данного производителя представлены станки с ЧПУ следующего назначения:

  1. универсального типа, предназначенное для выполнения гравировальных и фрезерных работ;
  2. для обработки изделий из древесины и металла;
  3. прошивные станки электроэрозийного типа;
  4. оборудование фрезерно-токарной группы.

Передовые программные продукты, с помощью которых управляются станки данной торговой марки, позволяют задействовать весь их потенциал.

Вертикально-фрезерный с ЧПУ МА655

Вертикально-фрезерный с ЧПУ МА655

Фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, торговой марки RuStan — это, преимущественно, оборудование широкоуниверсального типа, с помощью которого можно выполнять широкий перечень технологических операций. Отличает модели данной торговой марки и то, что при их приобретении можно воспользоваться разнообразными скидочными программами, а также возможностью гарантийного и постгарантийного обслуживания.

По-настоящему уникальными являются фрезерные станки с ЧПУ, выпускаемые под торговой маркой Redwood. Они способны выполнять обработку деталей в формате 2d и 3d. Реализация технологии 3d предполагает, что по заданной программе из заготовки получают объемную деталь, полностью соответствующую заданным геометрическим параметрам.

Главным принципом работы специалистов, занимающихся выпуском фрезерного оборудования торговой марки Kami, является производство высококачественной продукции. При помощи станков данной торговой марки можно обрабатывать не только металл, но и детали из камня, древесины, пластика и даже стекла.

Компания Hyundai Wia специализируется на выпуске станков с ЧПУ, на которых производится продукция для аэрокосмической и автомобильной промышленности. Программы, которые используются для их управления, предполагают минимальное вмешательство со стороны человека и значительно упрощают использование подобного оборудования.

Фрезерный станок от немецкого производителя Zenitech

Фрезерный станок от немецкого производителя Zenitech

В каталоге известного производителя Zenitech преобладает профессиональное фрезерное оборудование с ЧПУ, предназначенное для обработки деталей из металла и древесины.

На современном рынке широко представлено фрезерное оборудование с ЧПУ торговой марки Инвест Адам. Основными преимуществами моделей, которые отличаются своей компактностью и универсальностью, являются:

  • высокая точность обработки;
  • эффективность и производительность;
  • управляющие программы могут воспроизводиться неоднократно;
  • конструкция отличается высокой надежностью;
  • связь с компьютером, который управляет работой оборудования, осуществляется через обычный USB-порт.

Для оснащения домашней мастерской и крупного производственного предприятия можно использовать фрезерный станок с ЧПУ, выпущенный немецкой компанией BZT. Отличает станки данной торговой марки высокая устойчивость, надежность фиксации заготовок, точность и оперативность обработки. Удобным является и то, что станки данной торговой марки могут работать практически на любом программном обеспечении.

На стоимость фрезерного станка с ЧПУ оказывают влияние следующие параметры:

  • сложность конструкции оборудования и его тип;
  • тип производства, для которого предназначено оборудование;
  • страна производитель и торговая марка;
  • функциональность станка.

Наиболее простой конструкцией обладают настольные станки с ЧПУ, которые и стоят значительно дешевле более функционального оборудования. Чтобы сэкономить на приобретении фрезерного станка, выбирайте оборудование отечественных производителей. В среднем, стоимость настольного фрезерного оборудования с ЧПУ составляет порядка 4000 долларов США. Варьироваться такая цена может от ряда факторов: габариты станка и рабочего стола, мощность двигателя, вес оборудования и его функциональность.

Стоимость оборудования вертикально-фрезерной группы с ЧПУ варьируется в пределах от 7000 до 25000 долларов США. Цена конкретной модели оборудования зависит от ее мощности, количества оборотов шпинделя и точности обработки.

Отечественный станок ГФ2171

Отечественный станок ГФ2171

Широкоформатные фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, являются самыми дорогими в своей категории, так как они позволяют выполнять широкий спектр технологических операций. Высокая стоимость такого оборудования окупается тем, что его можно эксплуатировать в достаточно интенсивном режиме. Перечень операций, которые можно выполнять при помощи оборудования данной категории, впечатляет:

  1. раскройка заготовок;
  2. фрезерование поверхностей различного типа;
  3. полировальные операции;
  4. сверление;
  5. расточные операции.
Источники

  • https://3dtool.ru/stati/chpu-stanki-dlya-nachinayushchikh/
  • https://InfoFrezer.ru/stati/printsip-raboty-frezernogo-stanka-s-chpu/
  • https://www.multicut.ru/articles/opisanie-osnovnykh-preimushchestv-stankov-s-chpu/
  • https://tokar.guru/stanki-i-oborudovanie/frezernyy-stanok-s-chpu-ego-osobennosti-i-preimuschestva.html
  • https://InfoFrezer.ru/stati/vidy-frezernyh-stankov-s-chpu/
  • https://VseOChpu.ru/klassifikatsiya-stankov-s-chpu/
  • https://VseOChpu.ru/nastolnyj-frezernyj-stanok-s-chpu/
  • https://www.multicut.ru/articles/vybor-frezernogo-stanka-s-chpu/
  • http://met-all.org/oborudovanie/stanki-frezernye/frezernye-stanki-chpu.html

[свернуть]

Вертикально-фрезерные станки: устройство, описание, видео

Фрезерные станки: общие сведения, классификация, обозначение Фрезерные станки предназначены для обработки наружных и внутренних плоских,…

Читать статью