Что делают на фрезерном станке, для чего он предназначен: виды, характеристики

Назначение

Преимущественно фрезерные станки предназначены для обработки металлов. Из заготовок способом механической обработки вырезаются различные детали самого разного профиля и размеров, в том числе сложные, с прямыми и криволинейными контурами.

Кроме механической обработки, различные детали из металла изготавливают и другими способами: литье в формы, штамповка на прессах, вырубка, резка, ковка. Но эти способы не всегда технологически возможны или оправданы. Например, штамповкой, газовой или лазерной резкой нельзя создать объемную деталь, или деталь высокой точности.

Иногда для сплава недопустима термическая обработка (сильный нагрев), так как при этом изменяются свойства металлов. Тогда единственным способом изготовления деталей остается механическая обработка – фрезерование.

Кроме фрезеровки, есть другой вид механической обработки металлов – токарная обработка. Процесс схож с фрезерованием, но при этом резцами вырезаются круглые детали. Как отдельная разновидность, есть совмещенные токарно-фрезерные станки, на которых выполняется как обработка по диаметрам, так и по прямым линиям – пазы, углубления, каналы, шлицы и т.д.

Токарно-фрезерный станок:

Рабочий процесс

Фрезерная технология – одна из самых сложных среди других видов металлообработки. Во время работы фрезу нужно перемещать в разных направлениях, согласно определенным схемам.

На качество изделия влияют скорость ее вращения и изменение параметров резки. Процесс фрезерования цикличный – нагрузка чередуется с последующей паузой. В зависимости от видов фрезерных операций, подбирается соответствующее оборудование.

Все станки имеют одинаковый принцип работы, но отличаются между собой дополнительными элементами и функциональностью. Например, в некоторых моделях есть дополнительная долбежная головка, делительный аппарат и устройство для нарезания гребенки.

Основная конструкция состоит из несущей станины, рабочего стола, перемещающегося шпинделя с салазками и цанги с патроном, куда закрепляется фреза. Она бывает разной формы и размера, в зависимости от того, какую деталь нужно обработать.

Оборудование может иметь разное управление:

• ручное;
• автоматизированное;
• с помощью компьютерной системы.

Самые простые по конфигурации – ручные станки.

У них невысокая мощность электромотора, позволяющая делать незамысловатые фрезерные операции. Такие модели подходят для нерегулярного использования. Особый интерес в производстве представляют мощные машины, оснащенные разными деталями и способные выполнять более сложные задачи.

Устройство

Простейшая схема традиционной (классической) компоновки двух основных типов фрезерных станков:

А) горизонтально-фрезерный станок, с горизонтальным расположением шпинделя, который вращает фрезу.

Нумерация основных узлов:

1. Стойка (основная несущая часть станины).
2. Щиток (люк) доступа к коробке скоростей.
3. Хобот, верхняя часть несущей станины.
4. Тиски зажима заготовки.
5. Бабка фиксации вала горизонтального шпинделя.
6. Салазки рабочего стола для перемещения тисков с заготовкой.
7. Консоль.
8. Расположенные внутри консоли червячные или винтовые механизмы перемещения стола с заготовкой вперед/назад, влево/вправо и вверх/вниз.

Б) Вертикально фрезерный станок. Шпиндель расположен вертикально, как у сверлильного станка.

Нумерация основных узлов:

1. Стойка (основная несущая часть станины).
2. Щиток (люк) доступа к коробке скоростей.
3. Хобот, верхняя часть несущей станины.
4. Шпиндель, на котором крепится фреза.
5. Тиски зажима заготовки.
6. Салазки рабочего стола для перемещения тисков с заготовкой.
7. Консоль.
8. Расположенные внутри консоли червячные или винтовые механизмы перемещения стола с заготовкой вперед/назад, влево/вправо и вверх/вниз.

Электродвигатель расположен сзади станка или внутри стойки, от модели. От двигателя через шкивы клиноременной передачи вращение передается на коробку скоростей. На разных станках может быть от 6 до 19 и более скоростей. Для обработки разных сплавов и операций подбирается оптимальная скорость вращения шпинделя.

Станки с горизонтальным шпинделем лучше подходят для продольной выборки пазов, ниш, шлицев.

Вертикальные фрезеры лучше справляются с выборкой по стенкам высоких заготовок, внутри заготовок, обработкой глубоких внутренних полостей.

О разбросе возможностей говорит мощность электродвигателей на разных станках – от 0,75 кВт до 14 кВт и более на спецстанках.

Использование фрезерных станков

При выполнении операций на фрезерных станках основополагающими являются следующие параметры оборудования:

1. Положение шпинделя
   . Шпиндель может осуществлять движение по вертикали, горизонтали или под углом к изделию.
2. Число шпиндельных головок
   . В конструкцию станка могут входить одна, две или большее число шпиндельных головок, а также дополнительная съемная головка.
3. Конструкция рабочего стола
   . Непосредственно влияет на перемещения стола: продольно или поперечно он будет двигаться, будет ли подниматься и опускаться, а также поворачиваться в разные стороны.
4. Число осей
   . В станках осей может быть от 2 до 5 штук. Определяют возможности сложной конфигурации обработки поверхностей деталей, а также производительность агрегата.
5. Точность обработки
   . Операции могут выполняться с нормальной, высокой или повышенной степенью точности.
6. Использование различных режущих инструментов
   . На некоторых агрегатах можно применять только небольшое количество разных фрез, а определенные станки допускают использование и нескольких десятков режущих инструментов.
7. Мощность агрегатов
   . Мощность непосредственно влияет на выбор заготовок с соответствующим уровнем твердости, определение скорости работы и глубину резания.
8. Частота вращения шпинделя
   . Позволяет определять виды материалов, допускаемых к работе, а также качество обработки поверхностей.
9. Размеры рабочей зоны
   . По ним определяются допустимые габариты принимаемых в обработку изделий.

Принцип работы

Способ обработки на таких станках прост – фреза снимает с заготовки «все ненужное», создавая деталь с размерами, точно соответствующими чертежу. Для этого требуется выполнить несколько условий:

1. Сплав фрезы должен быть значительно прочнее металла или сплава заготовки.
2. Должен быть правильно подобран профиль (форма) фрезы, количество зубьев.
3. Переключением скоростей вращения шпинделя подбирается оптимальная скорость обработки.
4. Заготовка должна абсолютно точно располагаться и перемещаться относительно фрезы. При этом крепление заготовки должно быть достаточно прочным.

Процесс фрезерной обработки:

Любое отклонение приведет к выборке в ненужном месте, и заготовка попадает в брак.

Поэтому большое значение имеют параметры рабочего стола. Шпиндель и механизмы подачи заготовки к фрезе не должны иметь люфтов. Салазки должны перемещаться без малейших отклонений. От того, насколько точно работают эти узлы, зависит класс точности станка. В металлообработке есть 5 классов точности для станков:

1. Н – нормальная точность.
2. П – повышенная.
3. В – высокоточные станки.
4. А – повышенная высокая точность.
5. С – мастер-станки, самые высокоточные.

Фрезерные станки классов В, А, С используют в цехах с постоянной температурой и влажностью, так как большой температурный ход приводит к сужению и расширению металлических частей станка на минимальные величины, но это уже недопустимо для сверх высокоточных станков, допуски на которых составляют сотые доли мм.

Точность обработки на станках старого типа зависела не только от станка, но и от квалификации фрезеровщика. Далее стали появляться вспомогательные механизмы и приспособления, станки с полуавтоматической и автоматической подачей, с ЧПУ (числовое программное управление).

Современные станки, работающие по компьютерным программам, имеют другой принцип работы. Заготовка может крепиться неподвижно, а её обработку проводит подвижная в трех координатах фреза. Такие станки работают с минимальным участием человека (загрузка ПО, расположение заготовки, включение и контроль) и могут сделать деталь любой сложности с высокой точностью. Это вывело технологии фрезерной металлообработки на новый уровень.

Рекомендации по эксплуатации в домашней мастерской

Чтобы безопасно и эффективно работать на настольном фрезеровальном станке по металлу, необходимо знать все особенности рабочего процесса и выполнять правила техники безопасности.

1. Фрезы следует менять только при отключении аппарата от сети.
2. Проверять подключение проводов строго до запуска агрегата.
3. Регулярно очищать направляющие от стружки и рабочий стол.
4. Все подвижные конструкции смазывать моторным маслом.
5. При работе использовать защитные очки, чтобы избегать попадания стружки в глаза.
6. При отсутствии системы охлаждения на оборудовании, фрезе во время интенсивной работы, необходимо давать отдыхать.
7. Заготовку или обрабатываемую деталь нужно выставлять еще до запуска двигателя. При этом необходимо проверять надежность зажимов перед началом работы шпинделя.

Также запрещено использовать тупые инструменты. Все фрезы должны быть острыми и регулярно подвергаться заточке. Это снизит нагрузку на оборудование и поможет избежать поломки оснастки и порчи заготовки, подробно узнайте какие бывают фрезы. Если аппарат отличается малой мощностью, то на нем нельзя обрабатывать твердые сплавы. Это может привести к поломке оборудования. Соблюдая все правила эксплуатации аппарата, можно добиться максимальной эффективности и производительности.

Настольный фрезеровальный станок по металлу – универсальное и экономичное оборудование, которое можно использовать как в домашней мастерской, так и в промышленном масштабе. Важно при выборе ориентироваться на необходимую производительность, а во время работы соблюдать все правила техники безопасности. Станок настольного типа не производит много шума, занимает мало места и при этом отличается широким набором возможностей при минимальных затратах электроэнергии.

Виды и классификация

Первые примитивные фрезеры появились ещё в 17 веке. Прообразы современных станков – в 19 веке. К нашему времени создано и используются десятки разновидностей таких станков.

Горизонтально-фрезерные

Горизонтальное расположение шпинделя. Станки используются для неглубокой выборки длинных деталей, описан выше.

Вертикально-фрезерные

Вертикальное расположение шпинделя. Станки лучше подходят для глубокой выборки внутри заготовок, обработки стенок детали, также описан выше.

Универсальные

Это станки с фрезой, которая передвигается на суппорте, что делает его универсальным для обработки разных деталей. Могут обрабатывать горизонтальные, вертикальные и наклонные плоскости заготовок. Работают с токарными и сверлильными фрезами. Современные станки такого типа имеют ЧПУ и работают с минимальным участием станочника.

Универсальный фрезер:

Сверлильно-фрезерные

Станки такого типа по конструкции схожи с вертикальным сверлильным станком. Есть настольные модели малой мощности, и промышленные, для обработки крупных деталей.

Главное их отличие от обычного сверлильного станка:

• более мощный двигатель;
• наличие рабочего стола, как у фрезерных станков, винтовая подача в трех плоскостях на салазках, тиски для крепления заготовки на салазках рабочего стола;
• мощный патрон для крепления различных фрез и резцов.

Может использоваться как обычный сверлильный станок, если вместо фрез ставить в патрон сверло нужного диаметра.

Широкоуниверсальные

По сравнению с просто универсальными фрезерами имеют расширенные возможности. Оснащены двумя шпинделями, горизонтальным и вертикальным. Рабочий стол перемещается не только влево/вправо, назад/вперед и вверх/вниз, как у всех фрезеров, но может наклоняться под нужным углом.

Такие станки могут выполнять широкий спектр разных операций – фрезерование в разных плоскостях, сверление, нарезка резьб и т.д., что и делает их широкоуниверсальными. Современные промышленные модели могут быть оснащены ЧПУ.

Бесконсольные

На консольных станках рабочий стол располагается на консоли и значительно поднят относительно пола цеха. Это затрудняет или делает невозможной обработку крупногабаритных заготовок. Они либо просто не умещаются в рабочем пространстве под фрезой, либо весят слишком много. Для обработки таких заготовок используют бесконсольные станки.

Рабочий стол у них расположен значительно ниже, сразу на основании станка и выдерживает большой вес.

Индустриальные станки такого типа могут обрабатывать заготовки весом в несколько тонн.

Продольно-фрезерные

Это мощные индустриальные станки, созданные для обработки длинных деталей. Например, станок МС64ОГМФ4-16 К способен обрабатывать заготовки длиной до 17 метров. При этом значительной высоты заготовки (до 3,5 м) и ширины (до 5 м). Однако именно значительная длина рабочего стола и дает название таким станкам – продольные.

Масса заготовки может быть свыше 200 тонн, перемещать ее относительно фрезы с высокой точностью затруднительно. Поэтому станки конструктивно выполнены как неподвижный рабочий стол и фрезерные головки, которые перемещаются относительно заготовки.

При этом станок делает не только продольные выборки, но и любые другие согласно чертежам будущей детали. На видео – демонстрация такого станка:

Копировальные

Существует множество разновидностей фрезерных станков, которые работают по принципу механического копирования, то есть по шаблонам. Копировать заготовки, то есть делать множество деталей одного размера могут и станки с ЧПУ. Но речь идет именно о механическом, а не цифровом копировании.

В металлообработке такой принцип практически не применяется, так как металл – жесткий материал и шаблоном определить четкое движение фрезы или заготовки проблематично.

Копировальные станки используются в основном в деревообработке. Как пример, на видео демонстрация копировально-фрезерного станка марки WoodTec:

Шпоночные

Это специализированные станки, предназначенные для выборки шпоночных пазов в валах.

Есть, как простейшие небольшие модели, так и мощные промышленные станки с двумя шпинделями для одновременной выборки двух пазов на концах вала, гидравлической подачей заготовки.

При работе практически не используется мерный инструмент, так как ширина паза задается диаметром фрезы. Хотя есть станки с эксцентричным вращением фрезы, когда она выбирает паз шире своего диаметра, но ширина паза известна заранее.

Контролируется только длина и глубина шпоночного паза. Шпоночные пазы и шпонки под них бывают разных размеров и формы. Как пример – классическое соединение с закрытым (глухим) пазом, не выходящим на торец вала и пазом на шестерне:

Шпоночные пазы выбираются и другими способами на разных станках. Речь именно о специализированных, созданных именно для таких операций на больших поточных производствах.

Настольные

Настольные фрезерные станки работают по такому же принципу, что и все остальные. Разница в небольших габаритах и весе.

Это могут быть горизонтальные, вертикальные или сверлильно-фрезерные станки. Мощность двигателя, от 0,75 кВт до 1,5 кВт. Как пример, НГФ 110 (настольный горизонтальный фрезер).

Модели станков НГФ 110 Ш3, НГФ 110 Ш4 можно было встретить во многих школах. Их использовали для трудового обучения. Буква Ш в маркировке станка означает «школьный».

Станок имеет 6 режимов скорости вращения шпинделя, двигатель мощностью 0,75 кВт.

Несмотря на небольшие габариты, мощность и учебную направленность НГФ 110 – вполне работоспособный станок, хорошо справляется с обработкой небольших деталей. Класс точности – Н (нормальный).

К настольным относятся также современные небольшие фрезерно — токарные станки. Пример такого станка на фото:

Станок имеет двигатель 300 Вт и предназначен для изготовления из мягких материалов мелких изделий сложного профиля.

ЧПУ

Для программирования первых станков с ЧПУ использовались перфокарты и перфоленты.

Первые отечественные фрезерные станки 6Н13 с ЧПУ появились в середине 60-ых годов. Управляла станками система «Контур-ЗП». С появлением современных компьютеров возможности таких станков стали на порядок выше.

Сегодня работают полностью роботизированные комплексы, которые по заданной программе без участия станочника могут создать любую деталь самой сложной формы с высокой точностью. Управляются они с помощью следующей цепочки:

1. Микроконтроллер или микропроцессор.
2. Контроллер с возможностью программирования (логикой).
3. Управляющий компьютер.

В программу управляющего компьютера закладываются все данные о параметрах нужной детали, дальше станок все делает сам. Действия оператора сводятся к следующему:

1. Загрузка данных в компьютер станка.
2. Правильное расположение заготовки.
3. Контроль за процессом.

На полностью роботизированных линиях заготовка перемещается без участия оператора, по конвейеру и манипуляторами, а программа может быть заложена удаленно, по промышленной сети.

Различают 3, 4, 5 и 6 осевые фрезерные станки с ЧПУ, 6 осевые – наиболее сложные и дорогие, встречаются реже. От количества осей перемещения фрезы зависит, насколько сложную деталь можно обработать за один раз, без смены положения заготовки или использования другого станка.

Другая модельная линейка – средние и небольшие станки с ЧПУ, в том числе настольные. Их можно разместить в небольшой столярной, домашней мастерской.

Как пример, средний фрезерный станок с ЧПУ для изготовления балясин из дерева на видео:

Для чего используются фрезерные станки?

Фрезерные станки используются для обработки твердых поверхностей, чаще всего это металл или дерево, а определенные виды оборудования могут работать и с металлическими заготовками повышенной степени прочности.

Агрегаты себя прекрасно зарекомендовали на металлообрабатывающих и деревообрабатывающих предприятиях. Также сегодня различают профессиональные и бытовые фрезерные аппараты.

С помощью фрезерного оборудования можно обрабатывать:

• наружные и внутренние плоскости,
• плоские и фасонные поверхности,
• зубчатые колеса,
• уступы и пазы,
• прямые и винтовые канавки,
• шлицы на валах,
• и так далее.

Большой перечень операций, производимых на фрезерных станках, связан с использованием в процессе самых различных видов фрез. Так, устройства могут работать с фрезами:

• торцовочными,
• цилиндрическими,
• дисковыми,
• угловыми,
• шпоночными,
• фасонными,
• и другими.

Также определенные модели способы выполнять операции, применяя:

• расточные резцы,
• сверла,
• развертки,
• зенкера,
• резьбонарезные приспособления.

То есть современные фрезерные станки могут выполнять не только фрезерные операции, но также и сверлильно-расточные действия. Также многофункциональным обрабатывающим центрам подвластно выполнение и токарных функций, что делает их универсальными, позволяет выполнять большой перечень задач и быстро окупаться.

Классификация по типу обрабатываемого материала

Самые распространенные материалы для фрезерной обработки – металлы и дерево.

Метало – и деревообрабатывающие фрезеры имеют значительные отличия по числу оборотов шпинделя. Металл обрабатывается при оборотах фрезы до 3000 об/мин, дерево в 10 раз больше. Причем чем выше обороты, тем чище деревообработка. Фреза по металлу при таких оборотах сгорит или сломается.

Кроме этих материалов, современное станкостроение предлагает фрезеры для обработки практически всех производственных материалов. На деревообрабатывающих станках можно работать с материалами, схожими по плотности и прочности с древесиной:

• МДФ, ДСП, ЛДСП, ОСП, ДВП, фанеру;
• некоторые виды пластиков и пластмасс;
• оргстекло и композитные материалы.

Специальные станки есть для обработки сверхтвердых материалов: гранит, мрамор, другие натуральные и искусственные камни.

На изображении фрезер по камню в работе:

Отдельное направление – ювелирные фрезерные станки для обработки полудрагоценных и драгоценных камней и металлов.

Простые фрезерные станки образца 20 века сегодня почти не производятся. Однако по-прежнему работают во множестве мастерских, на производствах. Современные, с ЧПУ выпускаются все больше. И есть возможность выбора наиболее подходящего варианта. Для покупателя открыт весь мировой рынок такого оборудования. Современные техника этого профиля выпускаются и в России.