Настольный фрезерный станок с ЧПУ

Печатные платы

Пользователь Константин К. (г. Краснодар)  Станок cnc-2020al

Настольные фрезерные станки

(Рис. 5) Благодаря своей компактности этот тип станков обрел широкую популярность среди ремонтных мастерских и автосервисов, школ и ПТУ. С его помощью выполняются такие операции — сверление отверстий, нарезание резьбы, горизонтальное фрезерование цилиндрическими, дисковыми, фасонными, и другими фрезами, вертикальное фрезерование торцевыми, концевыми, шпоночными и другими фрезами.

Среди конструкционных особенностей выделяют особую жесткость (при правильной установке станка), благодаря чему все работы выполняются с относительной точностью. Данный тип станков применят для серийного производства различных деталей. Основные преимущества настольных фрезерных станков это низкий уровень потребления энергии, мобильность, невысокая стоимость и компактность. Приведем несколько моделей: Optimum BF16 Vario, ВМД-16В (WMD16V), ВМД-20В (WMD20V).

Широкоуниверсальные фрезерные станки

(Рис. 9) Широкоуниверсальные фрезерные станки предназначены для выполнения всех видов фрезерных работ со сталью, чугуном, сплавами и другими материалами. В отличие от горизонтально-фрезерных станков, данный тип имеет еще одну шпиндельную головку, установленную на выдвижном хоботе, ее можно поворачивать под любым углом в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Не исключена раздельная и одновременная работа обоими шпинделями. Для дополнительной универсальности станка на поворотной головке устанавливают накладную фрезерную головку, она дает возможность обработать на станке детали необычной сложной формы не только с помощью фрезерования, но и сверлением, зенкерованием, растачиванием и т. д.

В отдельных видах широкоуниверсальных станков отсутствует консольная панель. Вместо нее по вертикальным направляющим станины, передвигается каретка, которая в свою очередь имеет горизонтальные направляющие для салазок с вертикальной рабочей поверхностью и Т-образными пазами. Как правило, с их помощью устанавливается дополнительные приспособления такие как, делительный стол или другое делительное устройство.  

Приведем в качестве примера несколько широко распространенных моделей данного станка: НГФ-110-Ш4+ВФГ, JET JMD-939GH, СФ-676 (675), JET JMD-1452TS DRO.

Из вышеперечисленных моделей состоит фрезеровочная группа токарных станков. Они различны по габаритам и типу выполняемых работ. Но одинаково применяются в промышленной отрасли. Каждый из приведенных типов предназначается для выполнения специальных работ, которые невозможно произвести на станках другого класса.

Технические характеристики полностью зависят от конкретного производителя и марки станка. А качество производимых деталей зависит от уровня профессионализма мастера-фрезеровщика.

Советы по выбору

Качественный настольный фрезер нужно подбирать правильно

Разберемся, на что стоит обращать особое внимание, подыскивая подходящее оборудование

Очень важно посмотреть, каково расположение направляющих в настольном фрезерном станке. Именно от этой особенности будет зависеть перемещение шпинделя конструкции.
Стоит узнать, какова мощность двигателя аппарата

Более мощные экземпляры позволят работать со стальными заготовками и твердыми сплавами.
Важны и размерные параметры рабочего стола устройства.
Если мастерская находится слишком близко к соседскому дому, целесообразно присмотреть оборудование, которое работает не слишком шумно.
Желательно подыскать технику, в которой предусмотрены системы, улавливающие летящую стружку, а также имеются защитные щитки.

Как выбрать?

Для дома станок выбирается не только в зависимости от его цены. Несколько конкретных характеристик окончательно определят конечный выбор потребителя.

Потребляемая мощность – проводка в доме или квартире чаще всего рассчитана на 16 ампер при 220 вольтах (порядка 3500 ватт). Именно эту мощность выдержат автоматы в квартире. Если проводка имеет существенно большее сечение, и в прихожей рядом со счётчиком установлены автоматические предохранители на 25 ампер, а счётчик позволяет выдержать импульсный ток более 5 кВт, что указано на его лицевой стороне, то разрешённая мощность вырастает именно до данного предела.

Габариты – станок должен поместиться в любой комнате. Он может занять столько же места, сколько и небольшой диван либо одно-двуспальная кровать. Комната должна быть довольно большая. Размещать станковое оборудование в квартире не рекомендуется – шум и вибрации легко передаются через стены многоквартирного дома.

Возможность резки и стачивания, сверления и пиления металлов. Лучшей окажется модель, рассчитанная на обработку сталей. Но и стоит она недёшево.

Шумовой уровень – вряд ли соседям понравится, если ваш станок предназначен для не самых шумных работ, а его звуки в действительности громче пилорамы, болгарки или перфоратора. Уровень шума в децибелах может быть указан конкретно.

Разновидности оборудования

Станки фрезерной группы, оснащенные ЧПУ, в зависимости от того, какой материал на них обрабатывается, подразделяются на следующие категории:

1. для работы по металлу;
2. для обработки заготовок из древесины;
3. фрезерно-гравировальной группы.

Большую категорию оборудования данной группы составляют станки, на которых обрабатываются детали, выполненные из различных металлов:

1. настольные фрезерные станки, оснащенные ЧПУ;
2. обрабатывающие центры, отличающиеся высокой функциональностью;
3. станки широкоуниверсального типа;
4. токарно-фрезерной категории;
5. сверлильно-фрезерной группы.

Фрезерные станки, управляемые при помощи специальных программ, можно использовать и для оснащения домашней мастерской, так как они отличаются простотой эксплуатации и дают возможность изготавливать детали из металла, выполненные с высокой точностью своих геометрических параметров.

Фрезерный станок с ЧПУ за работой

На предприятиях, которые производят мебель, а также в строительных компаниях применяются фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, с помощью которых выполняется обработка заготовок из древесины. На таких станках обрабатываются изделия из древесины, а также заготовки из полимеров, алюминиевых сплавов, фанеры и ДСП.

Станок с ЧПУ, на котором возможно выполнять операции гравировки, применяется для обработки изделий, изготовленных из металла, натурального и искусственного камня, бетона и ряда других материалов. С его помощью изготавливают декоративные каменные колонны, статуэтки, другие изделия, выполняющие исключительно декоративную функцию. Такие станки по металлу и ряду других материалов чаще всего используют для производства различных рекламных конструкций.

По принципу работы и своей производительности фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, могут быть следующих категорий:

• отличающиеся небольшими габаритами и невысокой производительностью — мини станки;
• настольного типа;
• вертикально-фрезерного типа;
• широкоформатные.

Станки, которые используются для оснащения домашней мастерской, нельзя назвать профессиональными, их преимущественно используют для полезного хобби. Такие фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, отличаются невысокой стоимостью, поэтому ими часто оснащаются мастерские различных учебных заведений: школы, технические училища, ВУЗы и др.

Оборудование настольного типа обладает рядом весомых преимуществ:

1. невысокая стоимость;
2. исключительная мобильность;
3. простота эксплуатации и конструктивного исполнения.

Такие станки, несмотря на свою компактность, способны выполнять различные технологические операции по металлу и другим материалам: фрезерование, сверление, растачивание.

Для обработки заготовок, обладающих большими габаритами, используются вертикально-фрезерные станки. В качестве рабочих инструментов на них применяются сверла, фрезы цилиндрического, концевого, фасонного и торцевого типа. С помощью такого оборудования, которым преимущественно оснащаются крупные производственные предприятия, можно выполнять обработку как горизонтальных, так и вертикальных поверхностей.

Широкоформатные фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, полностью соответствуют своему названию: в их конструкции имеется специальная рабочая головка, которая может поворачиваться в любом направлении. Благодаря своей универсальности такие станки чаще всего используются для оснащения цехов нестандартного оборудования и инструментальных участков.

Широкоформатный фрезерный станок с ЧПУ

Обработка мягких пород древесины

При обработке дерева мягких пород, необходимо помнить о некоторых тонкостях

1. Сама программа, которая отвечает за обработку, усложняется в разы. В первую очередь это необходимо для точного отслеживания позиции режущего инструмента на протяжении всего процесса обработки. Скорость фрезеровки необходимо установить как можно меньшую для достижения наивысшего качества готовой поверхности. Это сопровождается большим недостатком по отношению к количеству выпускаемой продукции.
2. Так как инструмент не может быть идеальным с точки зрения геометрии, он неизбежно имеет хоть и минимальный, но люфт, который исключает возможность получения ровных граней (как при ручной резьбе). Также фрезеровка мягкого дерева сопровождается появлением на поверхности мелкого ворса, который впоследствии очень сложно сошлифовать (такой функцией обычно не оборудованы фрезерные станки с ЧПУ), особенно в труднодоступных местах (таких, как резкие углубления). А если случайно задеть ворсинку и начать тянуть за нее, есть вероятность оторвать несколько волокон с древесины, из-за чего будет испорчено все изделие, и придется повторять длительный и трудоемкий деревообрабатывающий процесс заново.

Но, даже несмотря на эти трудности, качественная обработка сложных трехмерных деталей вполне возможна. В первую очередь необходимо уметь пользоваться такими компьютерными программами, как ArtCam. Благодаря им можно предварительно увидеть трудные места, которые появятся при обработке, проставить необходимый инструмент для каждого участка заготовки и рассчитать примерное время, затрачиваемое на полную обработку.

Но перед этим желательно освоить такие программы, как 3DMax, Rhinoceros, Google SketchUp и другие. В них гораздо проще создавать трехмерные модели, которые позже будут импортированы в тот же ArtCam, а потом и в фрезерный станок ЧПУ. Если необходимо повторить формы готового изделия, но возможности создать модель в программе нет, то можно воспользоваться 3d сканером, который сделает все за вас (видео по работе с ним можно найти на просторах интернета).

Чистовая обработка древесины

После грубой обработки производится замена фрезы агрегата на более мелкую (чаще всего коническую или шарообразную), которая сможет произвести чистовую фрезеровку с достижением необходимого качества готовой поверхности.

Скорость чистовой обработки очень низкая, из-за чего общая производительность значительно снижается. Также на время очень сильно влияет время, затрачиваемое на смену инструмента при чистовой обработке, так как обычно фрезеровка производится несколькими фрезами.

Себестоимость готового изделия так же вырастает в разы, поскольку она зависит чаще всего от времени работы ЧПУ фрезера по дереву и трудозатрат на разработку программы обработки.

12 шагов к построению станка

Надо знать, что есть немало самодельных чертежей станка с ЧПУ, предлагаются различные подходы к решению некоторых задач. Чтобы в этой информации не «заблудиться», опытные специалисты разработали руководство, в котором сформулировано 12 главных шагов для создания функционального агрегата.

Воплощая станок в металле, нужно определиться:

1. С ключевыми конструктивными решениями, учитывающими бюджет.
2. Основанием и элементами Х-оси.
3. С правильным проектированием козловой оси Y.
4. Схемой сборки оси Z.
5. Линейной системой движения.
6. Компонентами механического привода.
7. Выбором двигателей.
8. Конструкцией режущего стола.
9. Параметрами шпинделей и системы охлаждения.
10. Электронной начинкой и источниками питания.
11. Параметрами контроллера ПУ.
12. Выбором необходимого ПО.

Возможности универсального оборудования

Среди оборудования по обработке материалов, фрезерный станок с ЧПУ по металлу применяется наиболее часто. Наиболее распространённый тип такого станка – консольный фрезерный. Ему свойственно наличие консоли. Эта жёсткая корпусная деталь способна перемещать каретку по направляющим станины. В таком станке с ЧПУ шпиндель агрегата не может перемещаться или совершает мало движений. Все работу по перемещениям в пространстве выполняет стол с закрепленной деталью.

Большинство консольно-фрезерных станков (с горизонтальной или вертикальной обработкой) – универсальны. На них фрезеруют детали из стальных заготовок, чугуна и цветных металлов. У операторов есть выбор из совокупности цилиндрических, дисковых, фасонных, угловых, торцовых, концевых и других фрез для изготовления небольших по численности партий, производят изделия крупными серийными партиями.

Например, на консольно-фрезерном станке 6Р82 несложно обрабатывать любые заготовки.  К тому же есть возможность расширить функционал станка, пользуясь поворотным круглым столом, накладными головками из числа универсальных и делительных, применяя прочие приспособления.

Максимальные размеры заготовок, которые способны обрабатываться на данных станках – 800х240х370 мм. Можно выбрать любую скорость резания фрезой (интервал 31,5 – 1600 оборотов за минуту). Благодаря столу, поворачивающемуся на ±45°вокруг вертикальной оси, можно выполнять фрезеровку заготовки (не переустанавливая) под различными углами, что способствует точности изготовления деталей и высокой производительности.

Тот факт, что этот станок автоматизирован, предоставляет возможность на заводах налаживать многостаночное обслуживание.

Что такое фрезерный станок с ЧПУ?

с помощью торцевых и концевых фрез

По конструкции фрезер с ЧПУ практически ничем не отличается от обычных устройств для фрезерования. Но в то же время установка на станок программного управления значительно повышает его точность выполнения операций, надежность и производительность на высокой скорости срезания, а также точность установки фрез и других режущих элементов.

Станки с ЧПУ классифицируются по таким признакам:

• число координатных перемещений бабки оборудования или ее рабочей поверхности;
• способ подачи деталей для порезки – ручной или автоматический;
• по количеству инструментов – одно- или многоинструментальные;
• месторасположение шпиндельного узла – по горизонтали или вертикали.

Системы ЧПУ могут быть:

• замкнутыми – эти агрегаты оборудованы датчиками, которые при эксплуатации станка контролируют процесс обрабатывающих работ, а также привод, перемещающий рабочие элементы по непрерывной схеме;
• разомкнутыми – шаговый электродвигатель четко контролирует процесс перемещения рабочих узлов агрегата, в этом случае нет необходимости в использовании датчиков обратной связи.

Основное перемещение узлов на современных фрезерных станках с ЧПУ обеспечивается электрическими двигателями постоянного тока и асинхронными силовыми агрегатами, направляющие вращение шпинделя с помощью специального редукторного механизма, ременной передачи или прямого привода.

На установках горизонтального типа, как правило, происходит обработка крупногабаритных и корпусных изделий. На производствах они используются не так часто, как вертикальные, которые признаются значительно эффективней и считаются более универсальными.

Принцип работы

Применение фрезерного оборудования позволяет проводить обработку самых различных заготовок. Сегодня выполняется фрезерование следующих материалов:

1. Керамики.
2. Древесины.
3. Цветных и черных металлов.
4. Искусственного и природного камня.
5. Полимеров самого различного типа.

Рассматривая принцип работы, стоит отметить следующие моменты:

1. Заготовка закрепляется в специальном столе. При механической обработке может оказываться серьезное воздействие на заготовку. Именно поэтому она должна быть закреплена надежно и при фрезеровании оставаться неподвижной.
2. Отличительной чертой фрезеровального оборудования можно назвать то, что основное вращение передается установленному инструменту. Варианты исполнения с ЧПУ могут отличаться тем, что после выполнения одной из операций проводится перебазирование заготовки. Для этого стол снабжается приводом.
3. Изделие устанавливают на фрезеровочный стол. После этого проводится внесение программного кода, по которому и будет вестись обработка. Стоит учитывать, что станки могут иметь и сверлильный инструмент. За счет особого приспособления проводится быстрая смена режущего инструмента на момент выполнения работы.

Встречается и настольный бытовой тип оборудования, когда заготовка во время работы постоянно находится в неподвижном состоянии. Отличие подобных моделей также заключается в относительно небольших размерах и малом весе. Мини-фрезерный станок по металлу с ЧПУ может устанавливаться в небольшой мастерской для выполнения основных операций.

Как на нем работать?

В помощь новичку, в первый раз вставшему за только что приобретённый или самостоятельно изготовленный станок, учебники и справочники, советы знакомых токарей-фрезеровщиков, обучающие видеоматериалы. Универсальные инструкции тоже есть. Вот одна из них.

Для подключения микроконтроллеров станка может использоваться, к примеру, проводной интерфейс RS-485. Это специализированный микроконтроллер, преобразующий сигналы USB-порта ПК в команды RS-формата и обратно. Скорость обмена данными между программной частью станка и компьютером/ноутбуком/планшетом, в котором есть свободный USB-порт, может достигать 10 Мбит/с. Для подключения используйте кабель USB.

Установите драйвер для программатора и специальную ЧПУ-программу на ПК.

Подготовьте станок к работе. В отладку устройства входит проверка рабочего стола станка на отсутствие посторонних предметов и вещей. Переключите станок в режим приёма команд. Инструкция по отладке прилагается в руководстве по эксплуатации.

Подготовьте материалы и заготовки, подлежащие обработке. Перед началом механического процесса прогрейте шпиндельный механизм, заставив его немного поработать вхолостую

Это важно на зимнем холоде, когда станок эксплуатируется в холодное время и не в домашних условиях.

Выставьте показатели коррекции на нужные габариты резаков, которыми будет обрабатываться каждая деталь.

Поставьте зажимное устройство на его посадочное место, на котором оно согласно инструкции должно работать.

Передайте в программный блок станка координаты относительного нуля для проведения начала обточки. Запустите на ПК программу, задающую схему работы станка, и загрузите в неё вытачиваемый эскиз.

Запустите процесс, проверив наладку и крепление заготовки

Материал при обточке не должен сместиться с позиции обрабатывающего центра.

Станок приступит к работе. Если эскиз был удачно загружен, а сама деталь и резаки надёжно закреплены, то по окончании определённого времени пользователь получит запрашиваемую деталь, которая выточилась из исходной заготовки.

Типы оборудования

Существует несколько основных типов ЧПУ фрезерных станков:

• Вертикальные фрезерные станки имеют вертикальный шпиндель, похожий на сверлильный пресс, но с X-Y столом, который позволяет автоматически позиционировать обрабатываемый материал.
• Горизонтальные фрезерные станки также имеют X-Y стол для позиционирования изделия; Однако, фрезы устанавливаются на горизонтальной оправке поперек стола.
• Универсальный фрезерный автомат может использоваться для вертикального или горизонтального фрезерования. Головка шпинделя прикреплена шарнирным соединением, чтобы был возможен любой из типов фрезерования.
• Портальные фрезерные станки ЧПУ используются с большими заготовками. Они позволяют добавлять шпиндель по мере необходимости для пятиосевых и шестиосевых фрезерных станков.
• Фрезерный обрабатывающий центр с ЧПУ – это агрегат, который используются для автоматического повторения операций. Большинство обрабатывающих центров имеют числовое программное управление (ЧПУ).
• Фрезерные станки с ЧПУ запрограммированы набором команд, называемых G-кодами, и используют инструменты CAT (с V-образным фланцем), BT или HSK.

Дополнительные функции

Рассмотрим некоторые из отдельных функций, доступных в фрезерных (CNC) станках:

• Программа обработки детали может быть введена в контроллер через клавиатуру или при помощи сканирования перфорированной ленты считывающим устройством в блоке управления.
• Программа обработки детали, однажды введенная в память компьютера, может использоваться и повторяться множество раз.
• Программа обработки детали может редактироваться и оптимизироваться непосредственно на станке. Если есть какие-либо изменения в дизайне изделия, программа без труда может быть изменена в соответствии с требованиями.
• Ввод информации может быть в значительной степени упрощен за счет использования специальных подпрограмм, разработанных для повторяющихся последовательностей обработки. Для обычных операций, таких как сверление отверстий по кругу (при использовании сверлильно фрезерного станка с ЧПУ), могут быть созданы и сохранены специальные программные циклы в памяти компьютера. Эти программы или подпрограммы могут быть извлечены и использованы любое количество раз; При этом необходимо указать только определенные параметры, и компьютерное управление выполнит автоматически необходимые вычисления и последующие действия.
• У станков с ЧПУ имеется средство для проверки программы обработки детали без фактического ее запуска на станке. Система управления проверяет программу обработки детали, и движение режущего инструмента в каждой операции, с отображением на экране монитора (блок видеодисплея). Форма компонента, которая будет получена после обработки, также отображается на экране без фактической обработки. Обычно такой функцией оснащен фрезерный центр с ЧПУ.
• Блок управления с ЧПУ позволяет компенсировать любые изменения в размерах режущего инструмента. Когда написана программа обработки детали, оператор станка проставляет конкретный тип и размер режущего инструмента, например, если это гравер. Но в действительности использование программы обработки на станке может быть недоступно для конкретной фрезы. Система управления ЧПУ позволяет компенсировать разницу между запрограммированным инструментом и используемым.
• С системами управления ЧПУ можно получить информацию об использовании оборудования, которая будет очень полезна для контроля производства. Система может предоставлять такую информацию, ​​как количество произведенных компонентов, время на компонент, время для установки задания, время, в течение которого используется конкретный инструмент, время, в течение которого машина не работает, диагностика неисправностей и многое другое.

Особенности и технология обработки заготовок на фрезерах с ЧПУ

• точение цилиндров на поверхности;
• фрезеровка цилиндрических, криволинейных плоскостей и поверхностей;
• сверление, зенкерование, развертывание отверстий.

Так, фрезер с пятью координатами – это станок, который позволяет разворачивать изделие вокруг какой-то заданной оси в дополнение к основному перемещению инструмента относительно заготовки. Как правило, роль пятой координаты играет угол наклона оси шпинделя. Если во время работы его меняют (установив необходимую программу в ЧПУ), то за одно крепление детали на станке может происходить обработка малых по размеру галтелей – так на термине профессионалов называю переходные плоскости. Эта операция происходит с помощью конических концевых фрез, имеющих определенное закругление в форме сферы.

Настройка современных фрезерных станков с ЧПУ не вызывает у специалистов сложностей. Нужно только учесть несколько общих особенностей, которые характеризуют фрезерную обработку деталей, среди них такие:

• форма детали;
• характер режущих операций;
• использование станка с набором разных лезвий;
• количество координат;
• показатель шероховатости изделия после ее выполнения работ.