На крупных и небольших производствах используется много разного оборудования. Особое место среди них занимают фрезерные станки. Они нашли свое применение в разных сферах, включая автомобилестроение, медицину и даже рекламу. Из-за такой востребованности все больше компаний принимают решение заниматься их производством. Благодаря этому сейчас можно приобрести станок любой конфигурации для решения самых разных задач. Рассмотрим подробнее, какое оборудование производят и чем оно отличается между собой.

Что такое фрезерный станок

Фрезерным станком называют оборудование, предназначенное для обработки заготовок из разных материалов, например, металла, дерева, пластмассы. Список основных работ, выполняемых на нем, выглядит так:

1. Зубофрезерование. Это формирование на детали зубчатого края. В процессе применяется концевая фреза, главное отличие которой — наличие нескольких режущих кромок. Они врезаются в материал на заданную глубину и под заданным углом. Так кромка становится узорчатой, покрывается остриями и канавками. Пример подобных изделий — шестеренки разного размера.
2. Сверление. С помощью фрез создают отверстия, размер и форма которых зависят от этих же параметров выбранной фрезы.
3. Нарезание. Часто комбинируют со сверлением. Процесс незаменим при формировании отверстий с резьбой. С помощью нарезания делают внутреннюю резьбу, а с помощью сверления — внешнюю. Оба вида работ требуют использования инструментов с несколькими режущими кромками.
4. Фрезерование резьбы. Предполагает создание спиральной поверхности на металле или пластмассе. Здесь также нужны фрезы с несколькими режущими кромками. Они вращаются на большой скорости и двигаются по направлению к заготовке. В результате на ее поверхности образуются спиральные канавки.
5. Резка, распиловка. Позволяют разделить пласт материала на отдельные элементы заданного размера или формы, обрезая при этом излишки.
6. Фрезерование зубчатых колес, шлицевых соединений. Это обработка шлицев, шестеренок, колес.
7. Создание пазов, канавок. С помощью режущих инструментов на поверхности заготовки формируются пазы, торцевые отверстия и другие углубления, при создании которых важна точность.

Можно сказать, что это основные операции. Есть и другие: например, спиральная интерполяция, представляющая собой альтернативный способ создания отверстий.

Сферы использования

Благодаря такому количеству операций фрезерные станки считаются универсальными, поэтому встречаются в самых разных сферах. Приведем примеры:

• мебельное производство — изготовление всех видов мебели, в том числе дизайнерской со сложными формами;
• ювелирное дело — создание любых по сложности украшений, декоративных элементов, надписей;
• судостроение — производство яхт, кораблей и судов другого типа;
• архитектура, строительство — черновая/финишная обработка элементов зданий;
• дизайн — изготовление различных элементов для украшения интерьера, придомовой территории и т. д.;
• реклама — изготовление вывесок, стендов, трафаретов, на которые наносятся объемные буквы или картинки;
• машиностроение — производство станков и оборудования различного назначения;
• медицина — изготовление узкоспециализированного оборудования и его частей, а также съемных и несъемных зубных протезов;
• автомобилестроение — изготовление кузовов, двигателей, отдельных деталей;
• производство дверей, окон.

Производимые сегодня фрезерные станки эффективно работают практически со всеми материалами, в том числе металлами и сплавами, древесиной, стеклом и пластмассой. Главное — правильно подобрать режущий инструмент.

Конструкция фрезерных станков

Существует несколько видов фрезерных станков, различающихся назначением, размерами и устройством. Но основная часть конструкции у них одинаковая и состоит из нескольких частей. Первая — станина. Это основа, которая не меняется на протяжении всего срока эксплуатации оборудования. Благодаря ей станок крепится к полу или фундаменту и остается неподвижным, независимо от того, какие работы на нем выполняются.

Сейчас производят станины нескольких видов:

1. Литые. Материал, использованный для их изготовления — так называемый чешуйчатый графит. Можно сказать, что он поглощает вибрации и колебания. Такие станины подходят для крупных предприятий с большими объемами производства.
2. Сварные, стальные. Менее жесткие, по сравнению с предыдущим видом, поэтому чаще всего используются при единичном производстве. Способны выдержать легкую обработку заготовок, предполагающую обычное снятие слоя металла толщиной не более 2 мм.
3. Железобетонные. Используются крайне редко, так как бетон обладает слабой устойчивостью к смене температурного режима и подвержен усадке.

Также встречаются станины из полимерных материалов. На сегодняшний день они считаются одними из самых удобных. Почему? Ответить на этот вопрос можно списком их преимуществ:

• не нуждаются в обработке после отливки;
• высокая скорость изготовления;
• быстрое снятие внутреннего напряжения;
• устойчивость к коррозии;
• ремонтопригодность;
• отсутствие скольжения;
• повышенный модуль упругости;
• сниженный риск возникновения резонанса;
• повышенная точность обработки деталей.

Как видно, все виды станин, кроме железобетонных, можно применять в производстве. Особых указаний касательно сферы использования нет. Если отсутствуют особые требования к точности, не мешает шум и вибрация, можно брать проверенные веками литые станины. При высокоточной обработке и ограниченном бюджете оптимальным вариантом будут основания из полимерных материалов.

На станину устанавливают все остальные элементы фрезерного станка:

1. Рабочий стол. На нем закрепляют заготовки. Это подвижная часть, движение которой осуществляется с помощью направляющих. Чуть выше него находится колонна со шпиндельной бабкой и шпинделем. Они необходимы для установки режущего инструмента.
2. Система приводов осей X, Y, Z. Включает в себя приводные двигатели, муфты/редукторы, шарико-винтовую пару. В станках с ЧПУ все эти элементы получают команду от блока управления и в согласии с ней настраивают скорость и направление движения. В оборудовании с ручным управлением настройки выставляются вручную.
3. Шпиндельная бабка. Есть во всех без исключения фрезерных станках. В большинстве случаев для ее изготовления используют чугун. Предназначена для позиционирования, перемещения, вращения щпинделя, на котором закреплен режущий инструмент. Устанавливается на колонне. Состоит из главного двигателя, шпинделя с приводом, противовеса.
4. Привод главного движения. Может быть ременным, прямым, в виде встроенного привода или редуктора.
5. Инструментальный магазин. Бывает нескольких видов: барабанный, карусельный, цепной. Каждый из них востребован в своей отрасли и имеет разные преимущества. Барабанный позволяет расширить рабочее пространство и установить дополнительные опции: например, наклонно-поворотные столы. Карусельные подходят для классических видов обработки и чаще всего используются в станкостроении. Цепные отличаются повышенной вместительностью и идеальны для многокоординатного обрабатывающего оборудования.

Это список основных элементов фрезерных станков, но есть и ряд дополнительных. Среди них система подачи охлаждения, конвейеры для удаления стружки, оптические линейки, система измерения инструментов и заготовок.

Если говорить о станках с ЧПУ, у них немного другая комплектация. Основные детали те же, но разница в управлении. Комплектация выглядит так:

1. Устройство для ввода данных. Это может быть считыватель магнитных лент или перфолент, сеть предприятия, персональный компьютер. Первые два вида используются крайне редко, в основном на устаревших моделях.
2. Блок управления. Это основная часть фрезерных станков с ЧПУ. Выполняет сразу несколько функций. Во-первых, анализирует информацию, переданную устройством для ввода данных. Во-вторых, создает коды для управления основными механизмами оборудования. В-третьих, обрабатывает сигналы обратной связи. И, в-четвертых, отвечает за выполнение дополнительных действий, например, смену инструментов.
3. Система обратной связи. Контролирует, насколько точно режущий инструмент движется относительно заготовки. С помощью датчиков корректирует траекторию движения и меняет скорость.

И, конечно же, в станках с ЧПУ есть пульт управления. Он выполняет сразу несколько задач: через него вводится рабочая программа, а также контролируется процесс ее выполнения. При необходимости оператор может вносить поправки или остановить работу.

В чем секрет популярности фрезерных станков с ЧПУ:

1. Возможность обрабатывать заготовки любой сложности.
2. Повышенная производительность.
3. Высокоточная обработка.
4. Минимизация человеческого участия и, как следствие, сокращение штата сотрудников.
5. На подготовку заготовок уходит меньше времени.
6. Уменьшается время, необходимое на выполнение поставленных задач.

Еще одно преимущество касается человеческого фактора. Процесс работы фрезерных станков с ЧПУ практически полностью автоматический, поэтому вероятность совершения ошибок сведена к нулю.

Виды фрезерных станков

Система классификации фрезерных станков довольно обширна. Они делятся на виды по многим параметрам.

Решаемые задачи

Существует три вида оборудования: универсальное, узкого назначения и специализированное. Первое подходит для выполнения любых задач и обработки всех деталей, независимо от их сложности, формы, размера. Второе выполняет однотипные действия, например, наносит резьбу. Третьи участвуют в производстве определенных деталей по заданным программам.

Особенности применения

Изготавливаются бытовые и профессиональные станки. Бытовые, как понятно из названия, подходят для решения простых задач, ремонта отдельных деталей, небольших мастерских и производств. Их главная особенность — простая конструкция и доступная цена. Кроме того, они имеют небольшие размеры.

Профессиональные фрезерные станки устанавливают на заводах и фабриках. У них высокая производительность и мощность. Они способны бесперебойно работать на протяжении многих часов.

Класс точности

Этот показатель обозначается буквой. Найти его можно в маркировке станка. Существуют такие классы точности:

1. Н – нормальная. Такие станки подходят для производства деталей, у которых нет строгих требований к точности.
2. П — повышенная. Для изделий, при изготовлении которых важна точность.
3. В — высокая.
4. А — особая. Можно сказать, близкая к идеальной, практически без погрешностей и со 100% соответствием стандартам и нормам.

Также существует сверхвысокая точность. Она обозначается буквой С. На таких станках изготавливают детали для электронных устройств, в которых каждый отдельный элемент играет важную роль и должен иметь определенные параметры.

Вес

По весу выделяют легкие, средние, тяжелые и особо тяжелые фрезерные станки. Их вес — до 1 т, 10 т, до 100 т и больше 100 т соответственно.

По наличию консоли

Выпускают бесконсольное и консольное оборудование. У первого консоль тоже есть, но она выносная. На ней размещен шпиндель. Благодаря такой конструкции можно обрабатывать абсолютно все детали, независимо от их размера и формы. Это особенно удобно при производстве мебели.

В консольных станках шпиндель закреплен непосредственно на рабочем столе. За счет этого повышается точность обработки. На них удобно изготавливать особо сложные детали, с повышенными требованиями к качеству. Пример — медицинские изделия.

Степень автоматизации

Этот параметр делит все существующие фрезерные станки на ручные, полуавтоматические и автоматические. Ручные, естественно, управляются вручную. Итог работы во многом зависит от профессионализма мастера. Полуавтоматические без участия человека выполняют лишь часть задач. Оператору приходится загружать и закреплять заготовку, запускать процесс, контролировать его.

Автоматические фрезерные станки оснащены ЧПУ. Благодаря этому оператору нужно лишь загрузить программу, а все остальное будет сделано без него. Такие модели имеют особую маркировку. Так, Ф1 — это наличие цифрового индикатора и возможности выбора координат, Ф2 — управляющая система позиционного типа, Ф3 — контурная система управления. Ф4 означает универсальную систему.

Конструктивные особенности

По особенностям конструкции и функционированию выделяют еще несколько видов фрезерных станков. Рассмотрим самые популярные из них:

1. Вертикально-фрезерные. Расположенный вертикально шпиндель совершает движения по направлению вверх-вниз. Благодаря этому доступна обработка фасонными, цилиндрическими и концевыми фрезами. Станки такого типа подходят для обработки заготовок из черных и цветных металлов, а также всевозможных сплавов. Вид изделия, его размеры и форма особой роли не играют.
2. Горизонтально-фрезерные. Шпиндель размещается по горизонтали и двигается справа-налево. Это оптимальный вариант для небольших по размеру деталей. На таких станках можно установить цилиндрические, угловые, торцевые, дисковые, фасонные и концевые фрезы. Они подходят для обработки пазов, а также вертикальных/горизонтальных и фасонных поверхностей. Рабочий стол в этом случае настраивается. Он может двигаться либо перпендикулярно шпинделю, либо параллельно его оси.
3. Комбинированные. Фрезерная головка подвижная, благодаря чему получится менять ее положение так, как того требует выполняемая задача. Шпиндель также может размещаться по-разному: и по горизонтали, и по вертикали.
4. Универсальные и широкоуниверсальные. Универсальные станки относятся к консольным. Они предназначены для работы с небольшими или средними по размеру заготовками. Широкоуниверсальные имеют дополнительную шпиндельную головку, которая держится на выдвигающемся хоботе. У обоих шпинделей есть привод, поэтому они могут функционировать независимо друг от друга.
5. Сверлильно-фрезерные. Головка таких станков без проблем просверлит даже наклонную поверхность. Поэтому они считаются универсальными и пользуются большой популярностью.
6. Продольно-фрезерные. Предназначены для чистовой, получистовой и черновой механической обработки. Они подходят для цветных и черных металлов, сплавов. Стол в таких станках двигается исключительно продольно. В остальных направлениях могут передвигаться только шпиндель и шпиндельная бабка.
7. Копировально-фрезерные. Используются для изготовления деталей по заданному образцу. Делятся на два подвида. В первом шпиндель находится снизу. На нем размещены фрезы. Их положение в пространстве меняется при движении шпинделя по вертикали. Во втором подвиде шпиндель размещен сверху. Стол может быть подвижным или неподвижным. Также существуют двухсторонние копировально-фрезерные станки с подвижной кареткой. Их главная особенность — наличие протяженной станины с направляющими.
8. Шпоночно-фрезеровальные. Работают с концевыми фрезами, предназначенными для формирования вредных канавок.

В продаже можно встретить настольные станки. Они компактные, но выполняют задачи не хуже, чем стандартные. Имеют подвижный стол (движется по горизонтали), направляющие. При наличии ЧПУ заготовки будут перемещаться в пространстве по 3 осям.

Фрезерные станки с ЧПУ

Об этом виде стоит сказать отдельно. Медленно, но уверенно они вытесняют традиционные модели с ручным управлением. Почему медленно? Потому что полностью поменять оборудование стоит недешево, да и сотрудников нужно переобучить. Однако стоит отметить, что все затраты быстро окупаются.

Фрезерные станки с ЧПУ имеют ряд преимуществ:

1. Повышение производительности. Желательно, чтобы весь производственный процесс происходил на подобном оборудовании. Если это будет только фрезерный станок, особых изменений добиться не получится.
2. Сокращение штата сотрудников. Современные модели имеют систему самоанализа или самодиагностики и автоматической настройки. То есть наладчик не нужен. К тому же с повышением производительности уменьшается потребность в установке большого количества станков. Это значит, что нужно меньше операторов. И не стоит забывать, что каждый из них может обслуживать сразу несколько станков.
3. Универсальность. Один и тот же фрезерный станок с ЧПУ может выполнять разные действия. Все зависит от загруженной программы. При этом нет необходимости самостоятельно менять инструменты или перемещать заготовку.
4. Повышенная точность. У станков есть несколько классов точности, и несколько из них подходят для изготовления деталей, предъявляющих строгие требования к точности, например, для электроники.
5. Низкие затраты. Использование самых современных фрезерных станков с ЧПУ удешевляет производство. Особенно, если они подключены к компьютерам и к информационной сети предприятия. Оператору в таком случае необязательно находиться рядом. Задавать программы он может удаленно. Благодаря этому ускоряется рабочий процесс, повышается производительность.

В список можно добавить и возможность изготовления большого количества деталей, у которых будут абсолютно идентичные размеры и форма. На обычных станках оператору нужно время от времени останавливать работу и производить промежуточные замеры. В случае с ЧПУ делать этого не нужно, потому что он самостоятельно анализирует и, при необходимости, корректирует нахождение инструмента и заготовки в пространстве, а также скорость вращения шпинделя.

Итого, фрезерные станки по праву считаются универсальным оборудованием, поэтому неудивительно, что спрос на них постоянно растет. Отсюда и увеличение количества компаний, занимающихся их производством.