Фрезерный станок с ЧПУ: устройство, виды, изготовление

Описание

Фрезерный станок с ЧПУ по металлу — универсальное оборудование, с помощью которого обрабатываются металлические заготовки. Рабочим инструментом в таких станках является фреза, которая вращается при работе электродвигателя.

Конструкция этого оборудования включает нескольких элементов:

Станина — конструкция, на которой закрепляются все остальные детали. Основание должно быть монолитным, чтобы не допускать отклонений при работе и смягчать вибрацию двигателя.
ЧПУ. Система, с помощью которой запускается программа, контролирующая механизмы станка.
Направляющие. Отвечают за передвижение фрезы и рабочего стола.
Рабочий стол. Предназначен для размещения заготовки и её дальнейшего позиционирования на оборудовании.
Двигатель. Отвечает за работу фрезы.

Это стандартное устройство и комплектация фрезерного оборудования. К нему могут добавляться зажимы, крепежные элементы, защитные кожухи.

Особенности устройства фрезерного станка с ЧПУ

Фрезерный станок с ЧПУ – аппарат, позволяющий быстро и качественно изготовить любые заготовки со сложными формами из любых твердых материалов – древесины, металлов, пластика и др. Оборудование с ЧПУ значительно упрощает процесс обработки изделий, снижая потребность в ручном труде до минимума.

Такой станок может выполнять следующие функции:

Фрезеровка.
Точение по заданным параметрам.
Расточка деталей.
Зенкерование.
Шлифовка.
Нанесение гравировки.

Компьютерные программы, разработанные для станков, полностью управляют процессом – от контроля за движениями обрабатывающего шпинделя до включения или выключения системы охлаждения в случае необходимости.

Фрезерный станок с ЧПУ имеет следующие конструктивные особенности:

Наличие станины, которая предназначена для крепления всех механических узлов и систем устройства.
Рабочий стол, который может перемещаться в двух направлениях – влево/вправо и вперед/назад.
Пульт управления. Крепится на специальном кронштейне и в большинстве станков может быть перемещен в наиболее удобное для оператора место.
Шпиндель. Эта деталь необходима для обеспечения качественного зажима ножа и придания ему вращения.
Колонна, на которой закреплен шпиндель. Может перемещаться в направлении вверх/вниз.
Защитные кожухи. Требуются для того, чтобы сделать процесс работы на станке максимально безопасным. Они предназначены для защиты оператора от попадания стружки и охлаждающей жидкости, которая попадает в рабочую область под давлением.
Дверца. Предназначена для обеспечения доступа в рабочую зону станка.
Магазин инструментов барабанного типа. Смена ножей происходит по команде управляющего софта.

Устройства для ввода данных

Предназначено для ввода оператором параметров программы обработки изделия на фрезерном станке.

Наиболее популярными устройствами ввода являются:

Считыватель перфоленты.
Считыватель магнитных лент.
Персональный компьютер.

Все они работают через порт формата RS-232-C.

Блок управления станком

Это сердце устройств с ЧПУ. Именно с помощью этого узла осуществляется все управление устройством. Функции управляющего блока:

Чтение и обработка инструкций, вводимых оператором.
Расшифровка кодов.
Интерполяция (может быть линейной, круговой или спиральной). Требуется для генерации движения осей станка.
Передача команд по управлению осями.
Получение и обработка сигналов обратной связи о положении и скоростях осей.
Управление дополнительными функциями – включение и выключение охлаждающей системы устройства, смена режущего инструмента, шпинделя и т. д.

ВАЖНО! Подсистема управления – центральная часть всего станка. Она предназначена для взаимодействия с оператором, контролирующим процесс обработки и чтения управляющих программ.

Системы управления могут быть двух типов:

Закрытыми, то есть имеющими собственные алгоритмы и циклы работы, о специфике которых производители не распространяют информацию. Отличаются повышенной надежностью.
Открытыми. Программное обеспечение таких устройств во многом повторяет софт, установленный на любой персональный компьютер. Их достоинствами являются доступность и небольшая стоимость электронных компонентов, большую часть из которых можно найти в любом компьютерном магазине.

Самые высокотехнологичные станки оснащены САМ-системой, которая позволяет полностью автоматизировать процесс написания управляющих программ непосредственно на станке. Яркими представителями таких станков являются системы ЧПУ серии MAPPS IV японских станков Mori Seiki. С их помощью операторы могут не только создать программу любого уровня сложности, но и провести ее полную проверку.

Исполнительный механизм

Исполнительный механизм станка включает в себя подвижный рабочий стол и шпиндель. Стол станка управляется движениями осей X и Y, а шпиндель – осью Z.

Подсистема приводов при этом включает в себя набор двигателей и винтовых передач, служащих для исполнения команд, поступающих из управляющей подсистемы – перемещения исполнительных органов станка по заданным осям.

Ходовые винты – важные компоненты исполнительной подсистемы. В сравнении со станками с ручным управлением они отличаются более высокой точностью, что позволяет минимизировать трение, возникающее при движении исполнительного органа и практически исключить появление люфтов. Устранение люфта крайне важно для работы станка, так как это позволяет обеспечить сверхточное позиционирование в пространстве и обеспечить качественное попутное фрезерование.

Двигатели – второй компонент подсистемы. Конструктивные особенности аппарата предусматривают наличие шаговых электродвигателей и серводвигателей.

Шаговые электродвигатели предназначены для преобразования электрических сигналов в дискретное механическое перемещение.

Система привода

Включает в себя:

Схемы усилителя.
Приводные двигатели.
Шарико-винтовой подшипник.

Управляющий блок передает сигналы схемам усилителя о необходимой скорости движения осей и о положении рабочих поверхностей. Затем исправляющие сигналы усиливаются и приводят в действие двигатели привода, передающие усилие шарико-винтовому подшипнику, который служит для настройки расположения рабочей поверхности стола.

Система обратной связи

Основными ее компонентами являются датчики, которые работают по принципу измерительной системы. Они постоянно осуществляют контроль за положением и скоростью ножа.

Блок управления принимает эти сигналы и генерирует новые на основании исчисления разницы между заданными и текущими параметрами, корректируя скорость и направление резки.

ВАЖНО! Основная задача системы обратной связи – обеспечение управляющей системы сведениями о реальном положении исполнительного органа фрезерного станка и о скорости, с которой работают его двигатели.

Пульт управления

Представляет собой дисплей, на котором отображаются команды, сигналы и другие сведения со станка. Закрепляется на кронштейне и может быть перемещен в удобное для оператора место.

Схема устройства фрезерного станка 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.

Предложение компании GCC Jaguar

В последнее время большой популярностью пользуется оборудование, выпускаемое под брендом GCC Jaguar. Известная компания занимается выпуском самых различных станков:

Для работы с древесиной и металлом различного типа.
Универсальные варианты исполнения, предназначенные для фрезерования и выполнения других операций, а также гравирования.
Станки электроэрозионного типа.
Оборудование фрезерно-токарной группы.

Компания характеризуется тем, что изготавливает программный продукт наиболее высокого качества, который может реализовать потенциал станков.

Продукция GCC Jaguar характеризуется следующими качествами:

Высокая надежность.
Качество сборки на самом высоком уровне.
Применение самых передовых технологий.
Высокая точность обработки.
Есть возможность синхронизации станков с компьютерами.

В заключение отметим, что с появлением программ трехмерного моделирования станки с ЧПУ получили самое широкое распространение. Это связано с тем, что блок числового программного управления может перемещать рабочие узлы с учетом трехмерного пространства.

Требования к системам управления

Промышленные и настольные фрезерные станки с ЧПУ должны отвечать определённым требованиям. Они должны работать с распространёнными программами по моделированию (DeskProto, VCarve Pro, ArtCAM, Mach3 и другими). Управление должно быть понятным и доступным для мастера, работающего за устройством. Должна присутствовать механическая настройка устройства при выходе их строя компьютера.

Мастер работающий на станке

Этап III — запуск обрабортки на станке

Промышленные станки поставляются в комплекте со специальным компьютером. На него устанавливают программу управления электромоторами станка и выполнения перемещений на основе G-кода из CAM-системы.

Задача — получитьт деталь на станке

Решение — запустить программу обработки на станке

Бюджетные станки подключают к персональному компьютеру. На компьютер устанавливается простая программа для ЧПУ станка — Mach3, LinuxCNC или другие программы. Однозначно лучшая программа для чпу станка та которая стояла на нем!

Для получения программы для ЧПУ станков перейдите по ссылкам: Mach3 LinuxCNC

Разновидности

Существуют различные устройства для фрезерования: гибочные станки для листового металла с ЧПУ, сверлильные станки с ЧПУ по металлу, оборудование для изменения формы заготовки. В зависимости от выбранного устройства можно выполнять гибку, сверление или фрезерование. Оборудование делят на два вида:

Специализированные. Используется для обработки заготовок по одному типу. Перенастройка такого оборудования не предусмотрена.
Универсальные. С помощью таких моделей можно выполнять различные задачи и по-разному обрабатывать детали.

Также их можно разделить по мощности, виду обрабатываемого материала и размеру.

Как правильно выбирать фрезерный станок

Выбирать фрезерный станок, оснащенный ЧПУ, следует не по рекламному видео, а по функциональным возможностям такого оборудования и его техническим характеристикам. Руководствоваться в данных ситуациях необходимо следующими критериями:

тип станка, который необходим для выполнения определенных задач;
преимущества и недостатки определенных моделей;
размеры рабочего стола;
наличие в конструкции Т-образного паза, который способствует более удобному закреплению заготовки;
напряжение, необходимое для работы станка с ЧПУ;
функциональные возможности;
категория: настольные, мини или профессиональные;
гарантийные обязательства, которые предоставляет производитель.

Ну и, конечно, по выбранному оборудованию можно просмотреть и видео от производителя, которое даст возможность понять, какими характеристиками оно обладает. Не следует выбирать станок с ЧПУ, способный выполнять те функции, которые вам никогда не пригодятся.

Принципы выбора

Существуют разнообразные фрезерные станки по металлу с ЧПУ. Чтобы не допустить ошибок при выборе, нельзя полностью доверяться красивой рекламе. Необходимо обращать внимание на ряд особенностей:

Разбираться в категориях профессионального и любительского оборудования.
Учитывать размеры устройства в зависимости от свободной площади в помещении.
Изучить дополнительные возможности и функционал оборудования.
Заранее узнать, какое питание необходимо для работы подвижных элементов.
Брать во внимание материал, из которого изготовлен каркас и крепёжные элементы.

Мощность двигателя выбирается в зависимости от обрабатываемых материалов. Для твердых пород дерева и металла необходим мощный электродвигатель. Высокая стоимость не является показателем качества.

Резка алюминия и как получить хорошие результаты

Баланс: Фрезерный станок по металлу с высокой скоростью подачи и очень малой глубиной за проход позволяет хорошо охлаждать фрезу. Она будет проходить по заготовке из алюминиевого сплава достаточно быстро, чтобы охладить себя, но, если инструмент задержится слишком долго (медленная подача и глубокая глубина за проход) в одном и том же месте, он будет нагреваться и плавить место реза на заготовке из-за трения. Следует учитывать, что фрезерные станки с ЧПУ практически любого типа могут успешно разрезать алюминий.

Рассмотрим такую аналогию: взрослый может выкопать яму довольно быстро и набирать большое количество песка в лопату за раз. Ребенок может копать песок тоже, но только царапать поверхность раз за разом, а не набирать полную лопату. Ребенок, в конце концов, достигнет такой же глубины, что и взрослый, но это займет немного больше времени.

Проблема: ребенок не использует лопату наиболее эффективно, потому что острый кончик лопаты будет затупляться быстрее, чем верхняя часть лопаты, тогда как взрослый будет равномерно работать всей лопатой. Так обстоит дело и с торцевыми фрезами. Чем глубже вы сможете пройти по заготовке фрезой, тем более равномерно она будет изнашиваться, продлевая свой срок службы.

Итак, какие же параметры должны быть соблюдены? Это важный вопрос, потому что результат может вылиться в копеечку. У нас есть хороший пример. Как уже было написано выше, используется компактный фрезерный станок по металлу с ЧПУ и вихревая система для продувки фрезы воздухом с температурой -50 градусов. Разрезаемый материал марки 6061, который является структурным сортом алюминия, а его толщина составляет 5 мм, но не важно, так как резка производится с большим количеством проходов. Чем толще материал, тем дольше потребуется времени на обработку, впрочем, это и так ясно.

Для резки используется китайский шпиндель со скоростью 13 000 оборотов в минуту. Скорость подачи (скорость, с которой концевая фреза проходит через разрез) устанавливается между 300 и 430 мм/мин. Глубина за проход – это важный параметр, который следует тщательно подбирать. Компания Onsrud, имеющая большой опыт в производстве торцевых фрез, рекомендует, чтобы глубина за проход составляла 1/2 диаметра режущей части фрезы. Для 3 мм концевой фрезы — это около 1,5 мм, но для чистовой обработки все же лучше брать глубину, равную четверти диаметра режущего инструмента.

В концевых фрезах врезка, как правило, наиболее вредна для инструмента, поэтому предпочтение отдается медленной скорости погружения в заготовку. Обычно для алюминия устанавливают скорость погружения до 150 мм/мин. Если погружение планируется на большую глубину, то лучше предварительно просверлить в этом месте отверстие при помощи сверлильного станка. При погружении в начало какого-то профиля, лучше всего сначала перейти к материалу (придав фрезе горизонтальное движение, когда ось z опускается или поднимается).

При резке металла вибрация заготовки является основной проблемой, которую необходимо устранить. В домашних условиях можно использовать самые различные способы фиксации, начиная от струбцин и заканчивая специальным вакуумным столом. Независимо от того, какой метод зажима или закрепления используется, убедитесь, что он вообще не будет двигаться и что зажим (винты, хомут) находится как можно ближе к месту реза.

Преимущества

В сравнении с обычными станками оборудование с ЧПУ обладает определёнными преимуществами:

Неоспоримые преимущества ЧПУ

За счет применения блока числового программного управления существенно увеличивается сложность конструкции и ее стоимость. Именно поэтому токарно-фрезерный станок по дереву своими руками изготовить практически невозможно. К преимуществам станков с ЧПУ можно отнести следующие моменты:

Существенно увеличивается показатель скорости обработки примерно в 2−3 раза. Именно поэтому проводится установка станков с ЧПУ в случае наладки крупносерийного производства. Показатель производительности увеличивается по причине того, что при ручной обработке оператор тратит много времени на измерения и другие процессы.
Повышается показатель точности обработки. При изготовлении современных станков, которые работают под управлением ЧПУ, соблюдается высокая точность позиционирования всех узлов относительно друг друга. За счет этого отклонения размеров составляет всего несколько долей миллиметра.
Минимизируется объем выполняемых ручных работ. При модернизации производственных линий или при создании новых установка станков ЧПУ уменьшается количество обслуживающего персонажа. Один оператор сможет обслужить несколько станков, за счет чего существенно снижаются затраты организации.
На подготовку заготовки к обработке требуется намного меньше времени. Современные фрезеровальные станки могут самостоятельно изменять положения заготовки по нескольким осям.

Что касается недостатков, то их относительно немного:

Высокая стоимость. За счет установки блока программного управления стоимость станков возрастает многократно. Это связано с тем, что при изготовлении конструкции выдерживается высокая точность, применяются современные технологии и самые качественные материалы.
Низкокачественное оборудование, выпускаемое некоторыми производителями, не может применяться для фрезерования и выполнения других операций с заданной точностью.
Ремонт и обслуживание может проводиться только специалистом.

Кроме этого, не стоит забывать о том, что для создания программы требуется определенные знания и опыт.

Особенности работы с оборудованием

Мини-станки с ЧПУ по металлу и большие машины требуют настройки оператора. В обязанности человека, занимающего эту должность, входит:

закрепление заготовок на рабочем столе;
выбор и фиксация фрезы в патроне;
настройка и запуск программы;
контроль работы механизмов и выполнения программы.

Перед началом рвботы оператор должен настроить оборудование и проверить насколько надёжно закреплена заготовка на рабочей поверхности. Перед каждым запуском станка необходимо проверять натяжение ремней.

Можно ли изготовить своими руками?

ЧПУ станки весьма популярны в небольших мастерских. С их помощью обрабатывают дерево, металл и пластик. При недостатке средств и малой площади помещения мастера задумываются об изготовление оборудования своими руками. Это осуществимая задумка, которая потребует небольших вложений.

У самодельных машин рабочей частью выступает гравер или бормашинка. Каркас собирается из фанеры или МДФ. Важно сделать устойчивую станину, чтобы станок не вибрировал при эксплуатации. Направляющие изготавливаются из металла. Для этого можно использовать мебельные профиля. Также перед запуском нужно проверять надёжность соединительных элементов.

Фрезерный станок с ЧПУ — незаменимое оборудование на крупных предприятиях. С его помощью выполняются различные работы по обработке металла, древесины, пластика. При правильной настройке программы можно значительно ускорить производственный процесс и качество готовых деталей.