Фрезерные станки с ручным управлением и с ЧПУ применяются в самых разных сферах. Одна из них — медицина. С их помощью изготавливают высокоточные детали медицинского оборудования, а также зубные протезы, в том числе мостовидные, виниры, коронки и т. д. Рассмотрим подробнее, почему фрезерные станки столь популярны и в чем секрет высокой эффективности их работы.

Фрезерные станки: определение, сферы применения и виды работ

Фрезерный станок — это оборудование, на котором можно выполнить механическую обработку заготовок из разных материалов. Один из главных рабочих элементов — фреза, которая, вращаясь, снимает с будущей детали лишний материал, придает ей форму, заданную настройками.

При упоминании фрезерных станков первое, что приходит на ум, — промышленность. Да, их используют на крупных и мелких промышленных предприятиях для изготовления деталей разной формы и назначения, но это не единственная сфера применения. Есть и другие:

• производство мебели;
• ювелирное дело;
• строительство кораблей, яхт и других видов водного транспорта;
• архитектура;
• дизайн;
• реклама;
• машиностроение;
• производство крупной и мелкой бытовой техники;
• изготовление окон и дверей;
• автомобилестроение.

Также фрезерные станки нашли свое применение в медицине. Они используются для производства медицинского оборудования. Если говорить о таком разделе медицины, как стоматология, в нем фрезерные станки нужны для изготовления съемных и несъемных зубных протезов, имплантов, вкладок и т. д.

На фрезерных станках выполняют такие виды работ:

• сверление отверстий разного диаметра;
• расточка уже готовых отверстий до нужной формы или диаметра;
• нарезание резьбы;
• создание наружных и внутренних шлицев;
• создание зубцов;
• создание деталей сложной геометрической формы, шестеренок;
• раскрой листовой или фасонной продукции;
• формирование канавок, пазов, скосов и других подобных элементов;
• изменение профиля торцов, укорочение;
• срезание лишнего материала;
• повышение качества горизонтальных, вертикальных и наклонных поверхностей.

Также с их помощью наносят гравировку, надписи и трехмерные изображения.

Устройство фрезерных станков

Фрезерные станки могут различаться конструкцией в зависимости от вида и назначения. Но есть ряд общих деталей, присутствующих в каждой модели:

1. Станина. Это основание, на котором размещаются все основные механизмы и узлы.
2. Стол. Это рабочая поверхность, на которой с помощью тисков или других приспособлений держится обрабатываемая заготовка.
3. Салазки. Нужны для того, чтобы стол имел возможность двигаться.
4. Шпиндель. Представляет собой рабочий вал конечного узла. На нем закрепляется режущий инструмент. Главная задача шпинделя — передача ему усилия, идущего от привода.
5. Фрезерная бабка. Это набор механизмов, которые несут ответственность за направление движения шпинделя и его скорость. Также с их помощью можно включить обратный ход.
6. Консоль. Элемент, необходимый для подачи заготовок в разных плоскостях. Для наглядности приведем в пример горизонтально-фрезерные станки. Как понятно из названия, заготовка занимает горизонтальное положение. Из-за этого список доступных задач крайне ограничен. После установки консоли он заметно расширяется, поскольку вместе с ней появляется возможность направлять заготовку относительно используемого инструмента.
7. Ползун. Подвижная часть головки фрезы.
8. Защитные элементы. Речь идет о щитке и кожухе. Первый защищает от разлетающейся стружки оператора, а второй — консоль.
9. Шкаф. Здесь размещены все электрические устройства, несущие ответственность за настройку оборудования и управление им.
10. Коробка скоростей. Шестерни с колесным механизмом переключателей. Используется для регулировки скорости движения фрезы.
11. Подвески. У фрезерных станков их две. На них закрепляется приводной вал.
12. Хобот. Нуден для закрепления второго конца приводного вала режущего инструмента.
13. Поворотная плита. Позволяет совершать повороты по горизонтальной оси.
14. Фундаментальная плита. Оборудована крепежными отверстиями, через которые станок фиксируется на полу или на специальном подиуме.

Это общая схема устройства всех фрезерных станков, используемых в медицине в том числе. Если говорить о моделях с ЧПУ, у них есть несколько дополнительных систем и механизмов:

1. Устройство для ввода данных. Это может быть считыватель магнитных или перфолент, а также обычный персональный компьютер. Первый и второй вариант встречаются реже, поскольку постепенно выводятся из употребления.
2. Блок управления. Отдает команды и анализирует, насколько точно выполняется работа. Также он обрабатывает заданную программу, формирует коды для управления, обрабатывает сигналы обратной связи и выполняет дополнительные действия: например, меняет режущий инструмент.
3. Система обратной связи. С помощью датчиков она «следит» за перемещением режущего инструмента. При необходимости корректирует траекторию и скорость.

Также во фрезерных станках с ЧПУ есть пульт управления. Он используется для ввода программы и контроля рабочего процесса. При необходимости с его помощью оператор корректирует программу или останавливает работу.

Виды фрезерных станков

Разделение на виды происходит на основании нескольких параметров. Среди них решаемые задачи, точность, особенности конструкции и т. д.
По решаемым задачам используемые в медицине фрезерные станки делятся на универсальные, узкого назначения и специализированные. Первые используются для изготовления любых деталей. На вторых делают только один вид обработки: например, высверливают отверстия. Третьи предназначены для производства определенных элементов строго по заданной через пульт управления программе.

По особенностям применения фрезерные станки делятся на бытовые и профессиональные. Бытовые имеют небольшой размер и доступную цену. Это подходящий вариант не только для бытовых нужд, но и для небольших мелкосерийных производств, а также клиник, например, стоматологий.
Профессиональные фрезерные станки устанавливают на заводах и различных промышленных предприятиях. Они отличаются повышенной мощностью, могут работать несколько часов подряд.

По классу точности выделяют несколько видов оборудования. Этот параметр обозначается буквами:

• Н — нормальная, для деталей, к которым нет особых требований;
• П — повышенная, для более точной обработки заготовок;
• В — высокая;
• А — особая, характеризуется минимальной погрешностью и строгим соответствием программе.

Также существуют фрезерные станки, маркированные буквой С. Это сверхвысокая точность. Они используются для изготовления высокоточных деталей, которые на 100% соответствуют заданным программам и требованиям. Пример — медицинское оборудование, в котором каждый элемент должен иметь строго определенные размеры, форму и т. д.
Еще один параметр для классификации — вес. По нему фрезерные станки могут быть легкими, средними, тяжелыми и особо тяжелыми. Их вес — до 1 тонны, 10 тонн, до 100 000 тонн и больше 100 000 тон соответственно.

Разделение на виды по конструктивным особенностям самое обширное:

1. Горизонтально-фрезерные. Шпиндель занимает горизонтальное положение. Стол двигается относительно шпинделя и режущего инструмента продольно, поперечно, вертикально.
2. Вертикально-фрезерные. Рабочая ось инструмента имеет вертикальное положение. В таких моделях часто есть консоль.
3. Универсальные, широкоуниверсальные. У первых есть поворотный стол, а у вторых — поворотная шпиндельная головка. Такая конструкция значительно расширяет список выполняемых работ.
4. Бесконсольные фрезерные. Шпиндель движется вертикально, а стол — по крестообразной траектории. Отсюда и название — фрезерные станки с крестовым столом. Заготовка устанавливается на жесткое основание.
5. Продольно-фрезерные. Относительно станка стол совершает продольные движения. Шпиндельная бабка может двигаться в поперечном и вертикальном направлениях.
6. Копировально-фрезерные. По-другому называются объемно-фрезерными. Используются для изготовления деталей на основании образца.

Дополнить список можно шпоночными фрезерными станками и карусельными. В первых шпиндель совершает планетарные движения, а стол — возвратно-поступательные. У вторых шпинделей 1 или несколько. Они осуществляют последовательную обработку заготовок. Такая обработка называется многопозиционной.

Фрезерные станки в стоматологии

Об этом виде оборудования стоит сказать отдельно. Оно используется в зуботехнических лабораториях для создания таких элементов, как:

• импланты (искусственные корни);
• абатменты;
• коронки;
• виниры;
• вкладки;
• съемные протезы.

При выборе фрезерных станков в стоматологическую клинику всегда учитываются несколько параметров. Вот некоторые из них:

1. Сколько у станка осей степеней свободы. Если сказать простыми словами, в пределах каких осей могут вращаться фреза и заготовка. Если речь идет об изготовлении протезов, то их обычно от 3 до 6. Чем выше показатель, тем больше производительность и возможностей для создания сложных элементов.
2. Скорость вращения шпинделя. Здесь важно учитывать, с каким материалом придется работать. Это могут быть пластмасса, металл, керамика, диоксид циркония и другие стоматологические материалы. Чем больше скорость вращения, тем более широкий спектр материалов доступен для обработки.
3. Количество инструментов, возможность их автоматической замены. От количества инструментов зависит перечень выполняемых видов обработки. Хорошо, если при их смене нет необходимости в участии оператора. Это экономит время и делает процесс практически беспрерывным.
4. Возможность сухой/влажной фрезеровки. Она имеется не у всех. В большинстве моделей станков для изготовления зубных протезов есть только сухая обработка. Но она подходит исключительно для тех материалов, которые в процессе не будут нагреваться, например, как диоксид циркония. Для остальных, в том числе титана, фрезеровка должна быть влажной.

Еще один важный параметр — наличие датчиков, отслеживающих движение фрезы. Они проверяют, насколько точно она соответствует заданным координатам. Благодаря таким датчикам есть возможность создавать высокоточные протезы независимо от их размера.


Какие фрезы используются в работе

Для производства высокоточных деталей для медицинского оборудования используются несколько видов фрез. Внешне они представляют собой цилиндр, состоящий из двух частей:

• хвостовик для закрепления в рабочей головке;
• рабочая зона с режущим краем.

Расстояние от хвостовика до рабочей зоны называется шейкой.
Между собой фрезы различаются несколькими параметрами. Один из них — материал, использованный для их изготовления. От него зависит, с какими заготовками можно будет работать. Вариантов всего два:

• твердосплавные металлы;
• быстрорежущая сталь.

Первые пользуются большей популярностью, поскольку они жесткие, износостойкие, надежные и подходят для большинства работ.

Второй параметр — количество заходов режущей части. Режущие кромки на фрезах расположены на торце и по бокам. Между ними находятся канавки, через которые отводится стружка. Чем меньше режущих частей, тем меньше по размеру отводящая канавка, качественнее обработка и больше диаметр сердцевины.

Наибольшей популярностью пользуются 4 вида фрез:

1. Однозаходные или однозубые. Отличаются меньшей жесткостью, но при этом лучше отводят остатки материала. Это оптимальный вариант для заготовок из мягких материалов, при работе с которыми остается много отходов. Пример — детали из алюминия, дерева, пластика.
2. Двухзаходные или двузубые. Наиболее востребованные, поскольку считаются самыми универсальными. Подходят для чистовой и черновой обработки заготовок из материалов средней и повышенной твердости.
3. Трехзаходные или трехзубые. Более жесткие, по сравнению с предыдущими видами. Подходят для работы с жесткими материалами. Пример — нержавеющая сталь. Эффективно отводят стружку.

Четвертый вид — четырехзаходные или четырехзубые фрезы. Довольно специфический вариант, предназначенный для обработки заготовок из материалов, отличающихся твердостью и при этом хрупкостью. На фрезу оказывается сильная нагрузка, но благодаря жесткости она легко справляется с такими условиями.

Какие еще фрезы используются при производстве деталей для медицинского оборудования или, например, зубных протезов:

1. Дисковые. Делятся на подвиды по особенностям конструкции. Бывают шлицевыми, двусторонними, трехсторонними, со сменными пластинами.
2. Торцевые. На торце и боковой части есть много режущих кромок. Благодаря их поочередному контакту с поверхностью заготовки существенно повышается производительность работы. Они используются для обработки различных плоскостей, формирования пазов и уступов. Также подходят для сложных фасонных поверхностей.
3. Цилиндрические. По форме напоминают цилиндр, на стенки которого нанесены прямые или винтовые режущие зубья. При их использовании должно соблюдаться важное условие: заготовку располагают параллельно. Особой популярностью пользуются цилиндрические фрезы типа «кукуруза», с помощью которых делают уступы, канавки и шлифуют поверхность.
4. Угловые. Имеют форму усеченного конуса и уклон режущей кромки. Подходят для обработки наклонных поверхностей. Бывают одно- и двухголовыми.
5. Концевые. Внешне очень похожи на обычные сверла, но при этом имеют более сложный рисунок на режущей части. За счет него не сверлят поверхность, а аккуратно снимают с него слой за слоем.
6. Фасонные. Предназначены для обработки заготовок сложной геометрической формы, а также для создания этих форм. Отличаются фигурной формой режущих элементов.
7. Червячные. Такие фрезы чаще всего используются при обработке металлических деталей, например, валов.
8. Корончатые. Нужны для создания отверстий разного размера.
9. Шпоночные. Применяются при черновой и получистовой обработке.
10. Конические. Назначение — обработка деревянных заготовок, а также сложных поверхностей с объемным рельефом. Подходят для работы как с мягкими материалами: например, пластиком, некоторыми породами дерева и поликарбонатом.
11. Сферические. Имеют наконечник, на котором и находится режущая кромка. Используются для создания пазов, карманов, уступов.

Также существуют фрезы-граверы. Как понятно из названия, они предназначены для гравировки. Также подойдут для нарезки небольших по размеру элементов.

Как правильно настраивать фрезерные станки

При производстве деталей для медицинских устройств и протезов важна точность, поэтому нужно правильно подготовиться к рабочему процессу и настроить оборудование. Настройка включает в себя несколько этапов.

Рассмотрим на примере станков с ЧПУ:

1. Очистка рабочей поверхности. Можно воспользоваться специальной моечной машиной, щеткой, компрессором со сжатым воздухом и т. д. При этом важно следить, чтобы стружка не попала на слишком чувствительные детали.
2. Загрузка необходимых инструментов. Здесь нужно действовать в согласии с технологической картой настройки оборудования. Важно помнить, что каждый патрон имеет свои требования к инструментам.
3. Прогрев. Касается станка и шпинделя. Благодаря предварительному прогреву снижаются температурные расширения, появляющиеся в тот момент, когда температура становится рабочей.
4. Установка параметром коррекции на длину режущих инструментов. От этого показателя зависит положение шпинделя. Если указать его неправильно, повышается риск повреждения тисков, станка или самого инструмента. Некоторые модели имеют специальный датчик, наличие которого позволяет автоматически измерять длину. Если его нет, ее придется ввести вручную.
5. Ввод диаметра инструментов. Вводится дополнительно к длине.
6. Установка тисков или другого зажимного приспособления. Его выбор зависит от того, какая операция будет выполняться. Данная информация есть в вышеупомянутой карте наладки.
7. Выбор нулевых точек. Их нужно ввести в память станка. Это особенно удобно, если планируется обработка сразу нескольких заготовок.

Последний этап настройки — загрузка программы. Сделать это можно 3 способами:

1. Через USB-вход. Он есть у старых моделей.
2. По локальной сети. Для подключения нужно вставить g-код в память оборудования.
3. С помощью протокола RS-232.

При загрузке программы важно учитывать несколько моментов. Во-первых, нужно проверить, чтобы у программы была правильная версия. Проблема в том, что в них легко запутаться. Во-вторых, загружать нужно не только саму программу, но и все библиотеки и подпрограммы. В противном случае работа может быть некорректной.

В конце остается проверить правильность работы фрезерного станка. Следует прислушаться к издаваемым им звукам. Если есть какие-то изменения, его лучше остановить, иначе возможна порча либо заготовки, либо самого станка. Исправить ситуацию поможет дополнительная настройка. Как вариант — начать работу сначала.

Итого, фрезерные станки незаменимы при изготовлении деталей для медицинских устройств и зубных протезов. Они позволяют создавать изделия даже самых сложных форм. Особой популярностью пользуется оборудование с ЧПУ. Благодаря наличию системы электронного управления удается добиться 100% соответствия заданным программам и требованиям. Главное — подобрать такое оборудование, которое сможет беспроблемно обрабатывать заготовки из тех или иных материалов, например, металлов, пластмассы, керамики и т. д.