Фрезерный станок по металлу с ЧПУ

Принцип работы

С помощью фрезерного оборудования выполняются разные технологические операции. В первую очередь заготовка закрепляется на рабочем столе. После запуска фрезы она снимает поверхностный слой металла с детали. Согласно заданной команде механизм придаёт заготовке желаемую форму. Часто в производстве используются сверлильные станки с ЧПУ. С их помощью в металлических деталях можно создавать отверстия различного диаметра.

Промышленное оборудование обладает большой мощностью и способно выполнять множество задач. Металлические настольные станки по функционалу и мощности уступают промышленным, однако занимают меньше места и стоят гораздо дешевле.

Степень автоматизации

В управляющих системах ЧПУ-станков выделяют следующие ключевые параметры:

1. Разновидность привода. Двигатель может быть шаговый, ступенчатый либо регулируемый.
2. Метод контроля: непрерывный, позиционный, прямоугольный, смешанный.
3. Как загружается программное обеспечение: через flash-носитель, на диске, с помощью магнитной или перфорированной ленты.
4. Сколькими координатами можно управлять одновременно и каков диапазон допустимой погрешности при их введении.

Та цифра, что идет в артикуле станка после буквы Ф, характеризует степень автоматизированности устройства:

• 1 — данные набираются на клавиатуре, предусмотрена цифровая индикация.
• 2 — у фрезерного или токарного станка это означает прямоугольный метод контроля, у сверлильно-расточного — позиционный.
• 3 — управление контурное или непрерывное. Таким способом удобно обрабатывать сложные детали.
• 4 — многооперационное оперирование. Оно сочетает в себе вышеперечисленные функции.

Если вместо цифры стоит буква «Ц», это означает «циклический тип». Алгоритм у таких станков дешевый и простой, но этого достаточно для производства серий заготовок одинакового типа.

Как изготовить своими руками?

Чтобы не покупать токарно-фрезерный станок, можно изготовить агрегат самостоятельно. В качестве основного элемента используется двигатель от стиральной машины. Готовое оборудование позволяет изготавливать штучные детали из дерева, металла, сплавов. Этапы изготовления:

1. Конструкцию самодельного аппарата делают из металлических деталей. Для этого применяются швеллера, уголки, прутья. Скрепляются металлические детали с помощью сварочного аппарата.
2. Далее изготавливается передняя и задняя бабка. В одной из них закрепляется деталь, во второй закрепляется подвижный шпиндель с рабочей головкой.
3. Чтобы обрабатывать боковую часть заготовок, устанавливается отдельный суппорт. На нём закрепляются резцы или стамески.
4. Дополнительно устанавливаются защитные щитки, подсветка.

Чтобы передавать энергию вращения с двигателя на фрезу, используют ремни. Их следует периодически натягивать. Работать с крупными деталями можно только после установки мощного двигателя. Прежде чем начинать обработку заготовок проверяют заточку фрез, резцов, стамесок. Токарно-фрезерные станки применяются в разных направлениях промышленности. С их помощью изготавливают детали сложной формы, делают отверстия, нарезают резьбу. Модели с ЧПУ позволяют делать одинаковые детали без погрешностей со стороны человека.

Устройство и принцип работы

Не зависимо от размеров, промышленный агрегат и настольный фрезерный станок с ЧПУ по дереву имеют одинаковые узлы, обеспечивающие перемещение инструмента по 3-м основным осям:

• X – шпиндельный узел, перемещающийся по балке поперек стола;
• Y – перемещение консоли вдоль стола;
• Z – вертикальное движение шпинделя с цанговым патроном и инструментом.

Вдоль оси Y дополнительно перемещается стол. На столе 3D станков устанавливается независимый шпиндель с кулачками для крепления заготовки. При обработке длинных деталей напротив крепится центр – задняя бабка.

Для удобной работы устанавливается приспособление для сбора стружки. На домашнем оборудовании это обычный пылесос с большим мешком. Шланг подводится в зону реза и легкие опилки засасывает внутрь поток воздуха.

Каждый узел приводится в движение отдельным приводом. Мощность двигателя и количество оборотов подбирается разное, в зависимости от назначения. Фрезеровка производится на большой скорости для обеспечения чистоты обработки. Стол и консоль перемещаются медленно, но с большими нагрузками от веса самих узлов и детали.

Основой служит станина, на которой установлены консоли, стол, блок управления. Для движения имеются направляющие и зубчатые реки. Само перемещение осуществляется вращением звездочек на подвижных узлах.

Движение всех узлов – изготовление деталей на фрезерных станках происходит по команде блока ЧПУ шаговым двигателям, каждому отдельно, исходя из положения инструмента в данный момент, и куда ему следует сместиться для гравировки или объемной обработки.

Программа закладывается в блок ЧПУ в виде координат по 3-м осям. Производится корректировка – указывается форма и размер фрезы. После включения станка начинается движение фрезы и детали относительно друг друга. Компьютер сам выбирает оптимальную траекторию фрезеровки и, какой из узлов удобнее перемещать.

Блок управления подает команды и постоянно получает отчеты о координатах фрезы в каждой оси.

Промышленное оборудование использует для управления программные блоки, созданные программистами на отдельно стоящих компьютерах. Программы загружаются в блок управления в виде дискеты. Изменить что-то невозможно, надо создавать новую программу. Возможно использование нескольких видов инструмента для изготовления одной детали. Вначале работы с первой заготовкой от партии устанавливается нулевая точка для каждого.

Настольный фрезер ЧПУ по дереву в домашней мастерской использует в основном механическое копирование. Оно производится по реальному шаблону. Копировальная втулка или считывающий датчик движется по одной из осей X или Y вдоль материального шаблона, и передают все координаты на рабочий инструмент. Обработка производится поэтапно, предварительная, грубая и чистовая.

Управление

В программное обеспечение загружается управляющая программа (УП), содержащая следующие виды информации:

• геометрическая — размеры детали и обрабатывающего инструмента, их расположение относительно друг друга на столе (координатные перемещения стола определяются обрабатываемой деталью);
• технологическая — материал, твёрдость, чистота поверхности детали, выбранные режимы, последовательность замены инструментов.

Варианты ввода информации:

• набор рукой оператор на пульте;
• через пульт без использования числовых данных.

Популярны системы «SIMENS «Германия, «GE FANUK Automation «США-Япония, из отечественных «Балт-Систем» Санкт-Петербург. Производятся У. П. различного класса для простых и сложных станков

Следует обращать внимание на совместимость аппаратного и программного обеспечения

Фрезерный станок с ЧПУ – область применения

Универсальные возможности станков открывают большие перспективы по использованию фрезерных комплексов с ЧПУ практически во всех областях производства, от тонкой ювелирной работы до судостроения.

Машиностроение

Токарно-фрезерное оборудование в машиностроении

Большая часть работ по производству и обработке машинных механизмов и деталей выполняется на фрезерных станках. Сюда входит изготовление втулок, шестерен, элементов корпуса и двигателя, обработка цилиндров и многое другое. Высокоточное оборудование для фрезеровки одинаково качественно работает с любыми видами металлов, независимо от их твердости.

Деревообработка

Изготовление узорчатой балясины на четырехкоординатном фрезерном станке с ЧПУ

Наиболее широко фрезерное оборудование с ЧПУ используется при работе с древесными материалами. Станки позволяют воплотить в жизнь любые дизайнерские решения и прекрасно справляются как с распилом, так и с эстетической обработкой древесины. Материалами могут служить древесные плиты, доска, твердые и мягкие породы дерева. При помощи фрезерного оборудования можно производить:

• декоративную фрезеровку мебельных фасадов;
• гравировальные работы по дереву;
• вырезание корпусных элементов мебели;
• лестницы любой степени сложности: от простейших, до украшенных резными балясинами;
• двери, декорированные сложным орнаментом;
• различные интерьерные элементы;
• предметы быта (хлебницы, разделочные доски и т.д.);
• создавать барельефы;
• выполнять объемную резьбу, фигурную резку букв, логотипов, сувенирной продукции.

Ювелирная промышленность

Алмазная огранка изделия с использованием фрезерного оборудования

В области работы с драгоценными металлами и камнями фрезерно-гравировальным станкам нет равных: их возможности значительно превосходят человеческие по точности и производительности. На ювелирных фрезерных станках можно:

• наносить гравировку на изделия (фляги, украшения, портсигары и прочее);
• создавать коллекционные монеты;
• изготавливать восковые формы;
• производить сувенирные изделия из драгметаллов;
• выполнять объемные рельефные узоры.

Архитектура и дизайн

Макеты зданий, выполненные на фрезерном станке

На фрезерном оборудовании с ЧПУ создаются плоские и объемные логотипы, дизайнерские и рекламные объекты, макеты зданий, уличные указатели и номера домов, элементы корпоративной символики и множество других изделий такого плана. В качестве материала может выступать камень, металл, древесина, пластик, стекло.

Металлообработка

Фрезерное оборудование позволяет выполнять высокоточную обработку металлов и сплавов

В секторе металлообрабатывающей промышленности возможности фрезерных станков с программным управлением поистине безграничны. Независимо от прочности металла, на оборудовании для фрезеровки можно производить:

• отрезные работы;
• гравировку поверхности;
• шлифовку;
• токарные работы;
• проводить черновую и чистовую обработку поверхностей;
• наносить рельефный узор.

Именно универсальность, многофункциональность, высокая эффективность и точность выполняемых работ делают фрезерные станки с ЧПУ востребованным оборудованием в любом производстве.

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.

Виды выполняемых работ

Фрезерный станок работает за счет вращательного (главного) движения фрезы, установленной в шпинделе, и поступательного (движения подачи) заготовки, которая крепится к столу. Используя его, вы можете подправить размеры или изменить форму металлических, деревянных или пластмассовых заготовок. Фрезеровка необходима при изготовлении многих изделий в различных сферах: от моделирования и производства деталей машин до изготовления стильной мебели и элементов рекламной продукции.

Также возможно использование различных типов фрез, вспомогательного оборудования. Подобрав соответствующий режущий инструмент, вы сможете обработать различные заготовки: поверхности деталей и их криволинейные контуры и скосы, пазы и уступы, резьбу и многое другое.

Лазерная металлообработка на станках с ЧПУ

Благодаря своей уникальности лазер стал одним из самых эффективных инструментов на станках с ЧПУ. Уникальным его делают мощные излучения на ограниченном участке металлообработки, достигающие 108-109 Вт/см2 при непрерывном режиме работы и 1016-1017 Вт/см2 при импульсном режиме работы. Такое свойство позволяет очень быстро нагревать, а затем охлаждать металл. При этом сама заготовка не деформируется от нагревания. Продукты сгорания убираются из зоны металлообработки с помощью технического газа (азота, кислорода, воздуха и пр.) методом продувки. Лазерный луч удобен в использовании, так как им легко управлять, что делает его незаменимым в автоматизированных системах.

Лазер начали использовать с 70-х годов прошлого века. Сферы его применения: сварка, маркировка, наплавка и закалка, резка металла в процессе производства панелей, прокладок, дверей и приборных щитков, кронштейнов, декоративных решеток и пр.

Активное развитие лазерная металлообработка получила после появления на рынке оптоэлектронных лучепроводов повышенной гибкости, а также сложных кинематических роботов-манипуляторов. Они стали использоваться для пространственной металлообработки изделий.

Лазерное оборудование для резки металлов классифицируется в зависимости от источников излучения, а также от выходной мощности, определяющей обрабатываемый материал. Например, импульсно-периодический и квазинепрерывный источники излучения (твердотельные, гранат с неодимом Nd:YAG), имеющие мощность от 100 до 300 Вт, подходят для резки нержавейки и черных металлов. Для обработки различных сплавов (в том числе черных металлов), а также легированных сталей применяют лазер с газово-непрерывной подачей СО2 мощностью до 2 500 Вт.

Основными частями станков для лазерной резки металла являются:

• лазер, оснащенный системами питания и охлаждения;
• стол координатный, на котором крепится заготовка;
• компьютеризированные системы, управляющие столом;
• устройства, подающие технологический газ;
• системы вентиляции.

Работа лазера при постоянном перегреве из-за большой мощности должна обязательно сопровождаться охлаждением. Чаще всего применяют водяные двухконтурные системы или фреоновые холодильные компрессоры. Питание лазерного луча происходит с помощью импульсных или трансформаторных источников в зависимости от технологических задач. При требованиях по минимизации лазерных аппаратов используют импульсный источник, а для высокой надежности – трансформаторные схемы.

Универсально-фрезерные

Металлообрабатывающие станки такого типа, имеют шпиндель, размещенный горизонтально и предназначаются для резки сравнительно небольших по размеру и весу заготовок. Подобное оборудование производит резку деталей инструментами различного типа: дисковых, цилиндрических, угловых, концевых, фасонных и торцевых. Такие станки, вне зависимости от выбранной модификации, позволяют обрабатывать поверхности металлических заготовок вертикально, делать горизонтальные фаски и винтовую нарезку, пазы и углы в деталях. При необходимости дополнительных операций, связанных с делением или винтовым перемещением заготовки под кромкой фрезы, действия выполняются вручную, с применением дополнительного оборудования, которое закреплено на столе.

При выборе таких моделей нужно учесть, что их конструкция достаточно сложная. Основные механизмы расположены на станине, с расположенным внутри корпуса узлом шпинделя и коробкой передач. Оправка с режущим инструментом, удерживается хоботом с подвесками. Консоль с коробкой передач механизма, перемещается по вертикальным направляющим. Поворотный механизм, предназначающийся для разворотов стола вокруг оси на 45 гр., расположен на салазках направляющих консоли. Благодаря такому инженерному решению, стол с закрепленной деталью, может направляться по отношению к режущей кромке инструмента по металлу горизонтально, под любым углом.

Горизонтально-фрезерные

Такой тип, является одним из самых распространенных. Этот вариант очень простой в практической работе и техническом уходе. Представляет собой станину механизма с горизонтальным шпинделем, на котором располагается фреза, коробку передач и стол, перемещающийся горизонтально, вертикально и перпендикулярно. Станки подобного типа не только простые, они еще и надежные – что дает возможность выбрать их в качестве оборудования для любой ремонтной мастерской.

Горизонтальный фрезерный станок

Широкоуниверсальные

Эти фрезерные станки имеют дополнительную головку шпинделя, находящуюся на подвижном хоботе. Благодаря такому инженерному решению, режущий инструмент можно разворачивать под любым углом по отношению к детали в двух разных плоскостях. Подобные изделия способны обеспечивать резку металла как раздельно, так и одновременно, двумя шпинделями с установленным инструментом. Большую степень универсальности таким станкам по металлу, придает монтаж накладной фрезерной головки, которая устанавливается на поворотной. Подобный вариант станков по металлу позволяет не только фрезеровать заготовку, но и сверлить, зенкеровать или растачивать деталь, поэтому достаточно часто входят в список рассматриваемых при выборе оборудования.

В модификациях станков, консоли нет, вместо нее по направляющим станины передвигается каретка, позволяющая крепить стол и вспомогательное оборудование. Такое оборудование является универсальным, его выбирают для обработки металла на экспериментальных предприятиях и инструментальных цехах.

Вертикальные консольно-фрезерные

Эти станки по металлу, в отличие от предыдущих образцов, имеют вертикальное размещение шпинделя. Некоторые модификации позволяют смещать вдоль оси шпиндель и делать его горизонтальные повороты, что существенно расширяет функции станка. Фреза вставляется в специальный конус в оправке. Фрезерование металла на таких станках, может производиться не только за счет подъема стола, но и с помощью вертикальных операций режущим инструментом. Благодаря использованию специальной оправки, обработку изделий на оборудовании такого типа можно производить и дисковыми фрезами.

Вертикальный фрезерный станок

Бесконсольные станки

Такие станки по металлу дают возможность заниматься фрезерованием вертикальных, горизонтальных, наклонных поверхностей и пазов и было сконструировано для работы по металлу на заготовках крупных габаритов и значительного веса. На таких станках, консоли нет, перемещение салазок и стола осуществляется по направляющим станины, закрепленной в фундаменте.

Благодаря инженерному решению, конструкция фрезерного оборудования, обладающего высокой жесткостью, дает возможность производить резку металла с большей точностью, чем станки консольного типа и обрабатывать крупногабаритные заготовки с большой массой. На таких станках, шпиндельная головка, которая является одновременно и коробкой передач, передвигается по направляющим. Шпиндель с гильзой перемещается по оси для установки на нужный размер.

Бесконсольный фрезерный станок