Фрезерные станки с ЧПУ: Основное назначение.

Деревообрабатывающие

Станки с ЧПУ по дереву – популярное оборудование для мебельных и столярных цехов, мастерских, производящих предметы интерьера, сувениры из дерева, фанеры, МДФ, полимеров. Чаще всего применяются бесконсольные агрегаты, имеющие небольшие рабочий стол и настольное пространство.

Работа начинается с закрепления детали, введения программы и тестового запуска, затем осуществляется обработка заготовки и коррекция программы при необходимости.

Мини-фрезеры могут иметь различные технические характеристики:

• максимальные размеры заготовки;
• мощность шпинделя;
• наличие стружкоотсоса и охлаждения рабочей части;
• типы ЧПУ.

С помощью фрезерного оборудования с ЧПУ выполняются работы по обработке и резьбе по дереву, изготовлению печатных плат, мебельных фасадов, раскрою ДСП и МДФ, фрезеровке и гравировке. Станки для изготовления корпусной мебели имеют большие размеры области фрезерования, чем другие разновидности. Это связано с более внушительной площадью деталей.

Настольные программируемые фрезеры применяются в авторемонтных мастерских, на мелкосерийных производствах по изготовлению небольших металлоизделий и механизмов, для создания элементов декора из стали разных типов, сплавов и чугуна.

С помощью настольного программируемого фрезерного станка можно обрабатывать плоские, цилиндрические и конические заготовки с высокой точностью.

Специализированные агрегаты выполняют следующие работы:

• фрезерные;
• фрезерно-сверлильные;
• фрезерно-токарные;
• фрезерно-шлифовочные.

Характеризуются более прочной конструкцией и большей мощностью режущего инструмента по сравнению с предназначенными для деревообработки агрегатами. Предусмотрено охлаждение обрабатываемой поверхности водой или маслом. Это уменьшает износ фрезы и препятствует ее заклиниванию. Стружка часто удаляется с помощью встроенного промышленного пылесоса.

Достоинства

Мини-фрезеры с программным управлением используют как индивидуальные мастера и небольшие мастерские, так и промышленные предприятия. Такое распространение они получили вследствие того, что:

• Компактное оборудование удобно для обрабатывания некрупных деталей из различных материалов.
• Для эксплуатации не требуются большие помещения, мощные фундаменты, высокая мощность электрооборудования.
• Возможно получать высококачественные трехмерные узоры и изготавливать сложные по форме детали.

• Высокая точность обработки заготовок – расхождение с требуемыми размерами не более 0,02…0,05 мм.
• Для работы на станке достаточно иметь представление о технологическом процессе, освоить управление основными операциями и инструментами.
• Автоматизация обработки материалов повышает производительность труда на 20-25%. Падает себестоимость, улучшаются основные производственные показатели.
• Станки мобильны, их можно перемещать.
• Стоимость их гораздо ниже больших промышленных агрегатов.

Производители для удобства потребителей выпускают наборы для сборки настольных станков своими руками с возможностью подобрать нужную комплектацию. Это удешевляет приобретение оборудования, а в случае необходимости можно дополнительно купить недостающие составляющие, например, числовое управление для 4 оси.

Настольные фрезерные станки с ЧПУ расширили перспективы в обработке материалов для небольших предприятий, цехов и мастерских. Функциональные возможности позволяют использовать их для изготовления объемных и сложных деталей, декоративных элементов и проведения высокоточной обработки изделий. Невысокая цена делает доступной мини-станки широкому кругу потребителей – от владельцев небольших предприятий до домашних умельцев. Разместить оборудование можно даже в гараже.

Как правильно выбрать машину с чпу

Существует множество типов и производителей станков с ЧПУ. При покупке нового или бывшего в употреблении (б/у) станка с ЧПУ существует ряд ключевых характеристик, на которые следует обратить внимание.

На рисунке изображена простая конструкция фрезерного станка с ЧПУ, он состоит из таких частей:

1. Ось Х;
2. Ось Y;
3. Ось Z;
4. Привод оси X;
5. Привод оси Y;
6. Рабочий стол;
7. Шпиндель;
8. Патрон для установки режущего инструмента;
9. Корпус станка (в данном случае алюминиевый).

Рассмотрим самые важные характеристики станка:

1. Количество осей

Это самое фундаментальное качество любой машины с ЧПУ. В большинстве базовых конструкций режущая головка перемещается в трех направлениях – X, Y и Z – и сам инструмент всегда направлен вниз и совмещен с осью Z. Эта конструкция немного ограничена по сравнению с много направленными машинами, содержащими четвертую и даже пятую ось.

2. Материал, из которого сделан станок

Чугунная или стальная конструкция обеспечивает более высокий уровень жесткости и возможность изготавливать даже самое большое рабочее пространство, но является очень тяжелой. Если перемещение станка по мастерской не планируется, то такой вариант является оптимальным, если же планируются частые перестановки, то лучше обратить внимания на станки из алюминия, они гораздо легче, а по прочности практически не уступают стальным.

В случае, если вы будете обрабатывать мягкие материалы и станок не будет испытывать больших нагрузок при работе, то можно сделать выбор в сторону конструкции из полимерных материалов (акрил, ПВХ).

3. Использование специализированного шпинделя

Шпиндель, соединяющий двигатель и вращающийся инструмент, оказывает большое влияние на точность станка с ЧПУ. Его основная задача – обеспечить, чтобы вращение инструмента было сконцентрировано в одной точке, имело минимальную вибрацию, и чтобы эти условия соблюдались даже при максимальной нагрузке.

Шпиндель более высокого качества увеличивает точность, уменьшив общее количество колебаний по сторонам, а также уменьшает разницу между предполагаемым и фактическим диаметром инструмента.

Для цветных металлов, древесины, пластмассы и других похожих материалов рекомендуется высокая скорость вращения шпинделя. Обрабатывая мягкие материалы на низких скоростях шпинделя, канавки на торцевых фрезах будут забиваться стружкой и портить деталь. Единственный способ избежать гуммирования фрез в мягких материалах при низких оборотах шпинделя – это снизить скорость подачи.

4. Диапазоны механического перемещения

Большие диапазоны перемещения инструмента позволяют обрабатывать большую площадь заготовки за один проход. Чтобы определить габариты станка, который вам нужен, продумайте, изделия с каким максимальным размером вы собираетесь производить на нем.

5. Скорости перемещения

Есть много факторов, которые влияют на количество времени, затрачиваемое для выполнения обработки определенной заготовки, но главным из них всегда является производительность самого станка с ЧПУ. «А почему бы не провести обработку на максимальной скорости?» – спросите вы. Как уже было написано выше, высокая скорость передвижения не всегда положительно сказывается на качестве готовой продукции. Например, акрил, при большой скорости подачи начинает плавиться и деформироваться, древесина обугливается, это плохо сказывается и на рабочем инструменте, фрезы тоже «горят».

Если вы задаетесь вопросом: «Как выбрать фрезерный станок с ЧПУ?», то очень важно обратить внимание на максимальную скорость передвижения, если он будет использован не для любительских целей.

6. Шаговый двигатель или сервопривод: достоинства и недостатки

Типы приводных двигателей для каждой из осей делятся на шаговые двигатели и сервоприводы.

Сервоприводы имеют более высокую точность по сравнению с шаговыми, и стоят намного дороже. Основным преимуществом сервосистемы является то, что она проверяет свое положение при каждом движении относительно независимого измерительного устройства – стеклянной шкалы. Это целый комплекс.

Сервопривод

Шаговые двигатели – это системы с открытым контуром, выполняющие цепочку команд без проверки положения относительно измерительного устройства.

Шаговый двигатель

Однозначно, сервоприводы являются более точными, но и шаговые двигатели в работе добавляют не очень большую погрешность. Выбор между серво и шаговой системой зависит только от того, насколько точным должен быть конечный продукт.

Конструктивные особенности фрезерного станка с чпу

• Мощная станина, корпус, укреплённый ребрами жесткости.
• Высокие показатели жесткости шпинделя.
• Одинаково хорошее качество обрабатываемой поверхности как при встречном, так и при попутном фрезеровании.
• Оборудование оснащено высокоточными винтами и рельсовыми направляющими качения для горизонтального перемещения рабочих органов.

Номенклатура фрезерных металлорежущих станков исчисляется сотнями моделей. Здесь не редкость оборудование длиной 10 м и более. Но есть в этой группе и настоящие «малютки» — мини фрезерные станки с программным управлением, которые помещаются на обычный стол. Таким станком с ЧПУ пользуются в основном владельцы небольших мастерских — для мелкосерийного производства однотипных деталей из металла, дерева, стекла, пластика.  И хотя мощность такого станка не превышает 750 Вт, а габарит — одного метра, его конструкция в целом аналогична крупным заводским станкам.

Мини станки с ЧПУ оборудуются шаговым приводом (сервоприводом) для перемещения каретки, шпинделем, который поворачивается в любом угловом направлении, регулируемым по высоте столом. Управляющая программа, как правило, идет в комплекте с оборудованием и подключается через обычный ПК.

Специализированные

Среди них:

• Станки по металлу (если вам нужен токарный станок с чпу по металлу, характеристики конкретной модели являются определяющим фактором, поскольку вам может подойти как фрезерный, токарный, так и лазерный станок с чпу. В дальнейшем, выбирая токарный станок с чпу, технические характеристики — это основное, от чего нужно отталкиваться).
• Станки по дереву (если вы задаетесь вопросом, какой чпу по дереву выбрать, то стоит рассмотреть фрезерные станки).
• Станки по пластику (если вам нужно обработать детали из пластика, стоит также рассмотреть фрезерный станок).

Степень автоматизации

В управляющих системах СЧПУ, которыми оборудуются станки с программным обеспечением, тоже есть свои схемы классификации. Здесь разделение идет по следующим параметрам:

1. Назначение. Выпускаются позиционные, прямоугольные, непрерывные, комбинированные станочные системы управления.
2. Способ загрузки. Программное обеспечение в систему может устанавливаться через диск, флеш-носитель, магнитную или перфорированную ленту.
3. Тип привода: шаговый, ступенчатый, регулируемый.
4. Число управляемых (одновременно) координат и погрешности их задания.

Степень автоматизации оборудования обозначается Ф «N», и в его маркировке стоит на последнем месте.

• Ф1 — механизм оснащен устройством цифровой индикации. Координаты перемещения вводятся с клавиатуры, каждый раз на один кадр программы.
• Ф2 — в оборудовании используется позиционная (в сверлильных и координатно-расточных группах) или прямоугольная (во фрезерных, токарных и расточных группах) система управления.
• Ф3 — оборудование с контурными или непрерывными СЧПУ. Используя их можно обрабатывать поверхности любой степени сложности.
• Ф4 — ЧПУ станком управляет многооперационная комбинированная СЧПУ, в которой совмещаются возможности контурного и позиционного управления.
• Ц — цикловое программное управление. Самая дешевая и простая система автоматизации. Устанавливается на машины для производства однотипных деталей. Система циклового управления используется на станках с 2-3 точками позиционирования.

В маркировку обязательно вводятся индексы, отражающие наличие устройств автоматической смены инструмента (АСИ). Обозначаются они буквами: «Р» — смена и фиксация инструмента, осуществляются поворотом револьверной головки, «М» — смена инструмента из специального барабана, так называемого, инструментального магазина. В маркировке моделей отечественных станков ЧПУ это буквенное обозначение ставят перед видом системы программного управления Ф «N».

Технологические группы

Если проводить классификацию станочного оборудования по виду основных операций, то их можно разделить на следующие технологические группы:

• Фрезерная группа и сверлильно-расточная. Так как современное фрезерное оборудование довольно универсально, и может растачивать, сверлить, зенкеровать, то грань между фрезерной, сверлильной и расточной группой довольно условна.
• Токарная.
• Шлифовальная.
• Зубообрабатывающая.
• Многоцелевые станки или обрабатывающие центры.

Этой же классификацией каждой из групп присвоен свой номер. У токарных станков — 1-й номер, фрезерных — 6-й, сверлильных и расточных — 2-й, у разных станков — 9-й. Когда приходится расшифровывать маркировку, обращайте внимание на первую цифру. Именно она означает технологическую группу оборудования.

Устройство и принцип работы

Настольный фрезер с числовым программным управлением – это комплекс из механического оборудования и электронной подсистемы. Обработка детали осуществляется вращающейся фрезой, срезающей слой материала. Она закреплена в патроне на валу шпинделя. Режущая часть имеет соответствующие задаче форму и размер. Вращательные движения создает электродвигатель шпинделя, расположенного на подвижном портале. Контроллер ЧПУ задает команды для перемещения портала вдоль трех координатных осей, фиксации фрезы в точке, проведении операции обработки.

Электронная составляющая настольных фрезерных станков включает в себя панель оператора, дисплей, контроллер, устройства памяти. Компьютер создает программу из G-кодов на основе объемной модели изделия, контроллер, считывая описание, дает команды оборудованию.

Управление возможно от персонального компьютера или ноутбука с платой расширения. Оператор имеет возможность задавать режимы и управлять станком вручную.

Работа на оборудовании заключается в закреплении детали, установке режущего инструмента, инсталляции нужной программы, запуске и наблюдении за рабочим процессом. Отладку возможно сделать с помощью виртуального прогона программы, чтобы избежать ошибок во время обработки заготовки.

Используется следующее программное обеспечение для станков с ЧПУ:

• Позиционное. Программа задает координаты обрабатываемых точек и применяется для сверления и расточки.
• Контурное. Фреза перемещается в пределах заданной траектории.
• Комбинированное. Объединяет позиционную и контурную программу, значительно расширяет возможности обработки.
• Многоконтурное. Самое сложное ПО, предназначено для широкоформатных станков.