Станок с ЧПУ по дереву: принцип работы и краткий обзор моделей

Сфера применения фрезерного станка практически не ограничена, если он оснащен современной системой ЧПУ. Это один из наиболее универсальных видов оборудования для механической обработки.

Современный обрабатывающий центр способен изготавливать детали и изделия высокой сложности и во всем многообразии назначений. Примечательно, что даже разработчик станка может не знать всех его возможностей, а раскрываются они только в «полевых условиях», то есть на производстве.

Предлагаем ознакомиться со сферами применения оборудования и характерными особенностями организации производства изделий на ЧПУ с узкой специализацией и универсальных фрезерных станках.

Применение ЧПУ в разных производственных сферах

Чтобы реализовать весь потенциал имеющегося в наличии оборудования с ЧПУ или, наоборот, укомплектовать линию в соответствии поставленными техническими задачами, нужны не только идеи. Весь потенциал станка раскрывается во взаимодействии оператора, технолога, программиста и руководителя предприятия.

При грамотном подходе мощность шпинделя, размеры рабочего поля, скорости перемещения не являются ограничивающими факторами. Правильный выбор режущего инструмента, последовательности выполнения операций, количества проходов, а также максимальная реализация программных возможностей позволяют значительно расширить ассортимент обрабатываемых материалов и готовых изделий на фрезерных станках с ЧПУ.

Пройти тест

Особенности

Новейшие модели этих приспособлений обладают целым рядом технических особенностей, благодаря которым они более эффективные, надежные и удобные по сравнению с другими инструментами, использующимися для работы с деревом:

• Крупная цельносварная станина из стали – виброустойчивая и выдерживает повышенные нагрузки;
• Стальной портал – обеспечивает максимальную геометрическую точность (готовые изделия соответствуют всем заданным числовым значениям);
• Линейные направляющие по трем осям и механизм их смазки для продолжительного эксплуатационного срока;
• Высококачественная шпиндельная площадка с несколькими ребрами жесткости;
• Чуткие датчики калибровки и изменения размера рабочего инструмента для безопасной обработки изделий;

Изготовление сувениров

Для многих представителей малого и среднего бизнеса знакомство с возможностями ЧПУ началось с изготовления сувенирной продукции. Чтобы начать зарабатывать, достаточно приобрести небольшую настольную модель и освоить самые азы программирования.

Изготовление поделок на станках с ЧПУ дает следующие преимущества:

• Неограниченный размер партии.
  Благодаря высокой скорости обработки мелкие сувениры буквально «вылетают» из-под фрезы. Вы можете отправить на реализацию одну партию товаров и тут же приступать к производству совершенно других изделий.
• Быстрое переформатирование производства.
  Для производства сувениров обычно используют дерево, акриловый искусственный камень и другие полимеры. Для перехода с одного изделия на другое достаточно загрузить новую программу. Новый режущий инструмент в большинстве случаев покупать не придется.
• Достоверная имитация ручной работы.
  Изготовленные на фрезерно-гравировальных ЧПУ поделки отличаются высокой детализацией, что ставит их в один разряд с хэнд-мэйд продуктами.

Существует огромное количество бесплатного и условно бесплатного софта с дизайнерским уклоном для создания управляющих программ. Магазины сувениров охотно принимают на реализацию изделия, кроме того, их можно продавать через интернет.

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.

Фрезерование печатных плат

Специфическая задача для станков с небольшими размерами рабочего поля может оказаться выгодным бизнесом. Управляющая программа включает в себя всего два вида операций:

• фрезеровка (снятие фольгированного слоя);
• сверление отверстий.

Сравнительно недорогое и компактное оборудование может быть размещено в помещении гаража, мастерской, в частном доме. Для крупных производств, занятых изготовлением электроники, переход с электрохимического или химического травления печатных плат на фрезерную обработку дает следующие преимущества:

• сокращение количества операций в производственном цикле;
• снижение процента брака;
• отсутствие затрат на утилизацию гальванических шламов, использованных реагентов.

Техника безопасности при работе с оборудованием

Любое токарное оборудование является источником повышенной опасности, а потому следует внимательно соблюдать основные правила техники безопасности:

• запрещено подходить к станку под воздействием алкоголя или наркотиков;
• одежда не должна иметь свисающих частей;
• волосы заправлены;
• перед включением обязательно проверить заземление;
• работать необходимо строго в спецодежде и очках;
• нельзя сметать стружку руками.

Также в помещении, где установлен такой станок необходимо соблюдать чистоту и исключить контакт станка с повышенной влажностью.

Мебельное производство

Изготовление корпусной мебели — один из самых перспективных видов малого и среднего бизнеса. В этой сфере применяются станки и обрабатывающие центры портального типа. В ассортимент выпускаемых на таких станках с ЧПУ изделий входят:

• детали «коробов» из ДСП и ДВП;
• фасады из МДФ;
• резные зеркала.

Контурная обработка, сквозное фрезерование, гравировка, сверление отверстий выполняются в одной управляющей программе без смены базы. Производительность установки зависит от размеров рабочего поля, мощности и скорости вращения шпинделя. Существуют многошпиндельные станки, способные работать в режимах копира или последовательной обработки разными фрезами. Для исполнения большинства программ достаточно 3-координатного станка.

Большинство материалов для мебельного производства — композиты. Для их обработки чаще всего применяются фрезы из твердых сплавов или быстрорежущих сталей с керамическим слоем. Для решения специфических задач, таких как, например, обработка высокоабразивных ламинатов, подбирают инструмент с монокристаллическим алмазом или покрытием CVD.

Большое влияние на производительность станка оказывают периферийные устройства. Поскольку станок работает преимущественно с листовыми материалами, для быстрого и надежного закрепления заготовки нужен вакуумный стол. Также нужна надежная система аспирации, которая будет удалять мелкодисперсные опилки.

Критерии выбора аппаратуры

При выборе подходящей аппаратуры необходимо ориентироваться на объем производства, на задачи, которые должен выполнять аппарат, а также на используемый материал.

Для работ по дереву

При выборе станка для работы по дереву необходимо ориентироваться на следующие показатели:

1. Размер станка. Обычно от этих параметров зависит размер возможной обрабатываемой заготовки, а также площадь обработки. Габариты стола должны перекрывать максимальные габариты заготовки.
2. Вид и мощность шпинделя. Это также зависит от работы, которую будет производить станок. Для обработки накладных, резных элементов достаточно шпинделя с мощностью до 2.3 Квт. Для фрезерования древесины на глубину в 7 см мощность шпинделя должна быть не меньше 2.9 кВт.
3. Высота обрабатываемого изделия.
4. Способ управления станком. Всего их три: порт и компьютер, пульт управления и компьютер, автономный пульт.

Выбор фрезерного оборудования

Для выбора фрезерного станка нужно обращать внимание на систему охлаждения шпинделя, а также надежность станка и его дополнительные возможности. Шпиндель и его параметры является наиболее важным устройством в фрезерном станке. Важна мощность детали, его частота вращения при фрезеровании.

Деревообработка

Массив древесины — один из востребованных материалов для производства объемных резных изделий высокой сложности: ножек кабриоль, балясин, колонн, заходных столбов.

Часто детали имеют асимметричную форму, и для их обработки нужны 4 и 5-координатные установки. На практике это выглядит следующим образом: на портальный фрезерно-гравировальный станок устанавливается механизм поворота заготовки и / или привод наклона оси шпинделя.

Стоит отметить, что изготовить сложные изделия из дерева на ЧПУ станке с тремя осями тоже возможно. Для этого потребуются опыт в создании управляющих программ и смекалка. Заготовку квадратного сечения можно переворачивать вручную. Для точного позиционирования на стол устанавливают упоры. В 3D редакторе создают 4 проекции объемной модели будущей детали и экспортируют их в CAM систему для написания управляющей программы. Если четырех переворотов недостаточно, берут шестигранную заготовку и создают 6 проекций.

Как работать на ЧПУ станке по дереву?

Работать на устройстве с ЧПУ не составляет труда. Главное – ознакомиться с основными этапами обработки.

Дизайн детали

Специальное программное обеспечение (CAD) дает возможность создавать детали объемных моделей (2D или 3D), которые вследствие будут полностью собраны. CAD – оптимальная программа для новичков, она полностью автоматизирована, в ней нужно только задать точные параметры деталей.

Программирование

Программное обеспечение CAD позволяет преобразовывать детали в g-код. Работать с ПО легко даже новичку. Все этапы описываются, есть указатели. Ошибку допустить практически невозможно, поскольку обо всех отклонениях сообщается в программе.

Настройка станка

Процесс настройки состоит из следующих этапов:

1. Предстартовый. Перед тем как запустить устройство, нужно убедиться, что охлаждающая жидкость и масло залиты в резервуары по максимуму. На этом этапе важно внимательно изучить инструкцию (особенно если настройка проходит в первый раз).
2. Проверить, нет ли посторонних предметов в рабочей зоне.
3. Также нужно проверить, подается ли воздух в устройство и соответствует ли давление нормам, описанным в инструкции. Для этого обязательно должен быть включен компрессор.
4. Пуск. Подключить устройство к электропитанию и запустить. Главный выключатель можно найти на задней панели станка. Кнопка для запуска питания располагается на панели управления (в левом верхнем углу).
5. Поместить необходимые инструменты в устройство. Требования к порядку размещения инструментов описаны в программе с ЧПУ. Если у станка один инструмент, нужно установить фрезу в шпиндель.
6. Деталь устанавливается в тиски и закрепляется на столе, их положение фиксируется.
7. Коррекционный показатель устанавливается по длине инструмента. Инструменты перемещаются в верхнюю часть детали (их порядок также описывается в требованиях ЧПУ), а после устанавливаются коррекционные показатели.
8. Корректируются направления осей X и Y. После установки деталей и тисков настраивается коррекция заготовочной установки для поиска начальных точек X и Y.
9. Загрузить программу ЧПУ в управляющую систему. Происходит это с помощью флеш-накопителя.

Изготовление деталей

Непосредственный процесс изготовления деталей начинается после настройки устройства. Производство включает в себя несколько шагов:

1. Пробное изготовление. Запустить программу производства в воздухе (от детали нужно отступить примерно 5 см).
2. Запуск основной программы. На этом этапе важно проследить, чтобы устройство не выдавало сигналов об ошибке.
3. После запуска происходит регулировка смещения по требованиям ЧПУ. Нужно проверить показатели детали. Если нужно, провести регулировку коррекции длины инструментов. Этот шаг необходим для того, чтобы проверить, соответствует ли деталь параметрам.
4. Окончание работы. Как только производство закончится, деталь изымается из тисков, инструменты снимаются со шпинделя. Рабочая зона осматривается и очищается, станок выключается и отключается от питания.

Машиностроение

Все, что можно сделать на фрезерном ЧПУ по металлу, вряд ли вместится в одну статью, поэтому мы ограничимся перечнем основных операций, которые задействуют в цикле обработки:

• точение и расточка;
• торцевание;
• снятие фаски;
• сверление отверстий, в том числе сложной формы;
• нарезание резьбы;
• фрезерование.

Для изготовления новых деталей используются стационарные обрабатывающие центры. Но кроме этого существует еще одна сфера применения ЧПУ — ремонт и восстановление оборудования. Здесь очень часто применяются нестандартные решения и мобильные станки.

В качестве иллюстрации мы опишем конкретную ситуацию на крупном металлургическом предприятии. На конвертере разрушился опорный подшипник со стороны привода, и было повреждено посадочное место. Замена поврежденного вала требовала полной остановки производства на длительный срок. Было принято решение восстановить посадочное место без разборки привода. После наплавки поврежденный участок вала обработали мобильным фрезерным станком с ЧПУ. Была использована многопластинчатая торцовая фреза.

Нестандартность такого решения заключалась в том, что наружная цилиндрическая поверхность обычно обрабатывается точением, но в условиях ограниченного пространства фрезерование оказалось единственным возможным способом восстановления. Деталь оставалась неподвижной, а портал станка вращался вокруг ее оси. Предельные отклонения составили всего 20 мкм при диаметре 1150 мм.

Станки для машиностроения отличаются повышенной точностью, высоким запасом прочности несущих элементов. В них используются мощные шпиндели и приводы перемещения.

Как выбрать породу дерева для последующей обработки

От материала зависит многое, начиная от износа режущего инструмента, заканчивая качеством готового изделия. Рассмотрим подробнее, на что в первую очередь необходимо обратить внимание:

1. Лучше всего из твердых пород древесины поддаются обработке бук и ясень. Если же использовать дуб, качество поверхности возрастет в разы, но главным минусом является то, что сухой дуб может неожиданно скалываться, испортив все изделие.
2. Очень важна и влажность древесины, она должна быть как можно меньшей (не более 8 процентов). Если она будет высокой, то есть вероятность того, что в скором времени готовое изделие «поведет» и оно изменит свою форму.
3. Желательно брать дерево первого и второго сорта, имеющего минимальное количество сучков, подпара и различных повреждений паразитами;
4. Глубину реза необходимо подбирать индивидуально для каждого материала чтобы не допускать подгорания заготовки или появления сколов на ее поверхности.

Стоматология

Протезирование зубов — одна из тех областей, где сложность форм и точность достигаются вручную (с многократными примерками и промежуточной подгонкой) или на ЧПУ. Для создания коронок и имплантатов используются узкоспециализированные станки и фрезы.

В задачa и оборудования входит сложная фрезеровка материалов твердостью до 60 HRC: пресс-керамики, воска, полиметилакрилата (ПММА), хром-кобальт-молибденовых сплавов, циркония, титана и других биосовместимых металлов. При этом требуемая точность обработки составляет 5-50 мкм.

Чтобы иметь возможность сделать это, стоматологический фрезер с ЧПУ оснащается высокоскоростным (50 тыс. об./мин и выше) шпинделем с пятью управляемыми осями. Возможность расширения спектра обрабатываемых материалов зависит от типа программной архитектуры. С системой «открытого» типа можно перейти на заготовки других производителей, а также предложить клиентам более широкий ассортимент зубных протезов.

На рынке оборудования есть настольные модели для стоматологических кабинетов и напольные установки для крупных центров зубопротезирования.

Преимущества и недостатки устройства

Преимущества такого оборудования:

• высокий уровень автоматизации производства;
• производительная гибкость;
• простота в управлении;
• высокая точность и повторяемость обработки деталей;
• возможность обрабатывать сложные детали.

Но есть и свои минусы:

• дороговизна оборудования;
• сложно ремонта при некоторых видах поломок, понадобится опытный специалист.

Но незначительные минусы полностью перекрываются точностью обработки и высокой производительностью данных агрегатов.

Разновидности ЧПУ

Числовой программный блок, который управляет работой фрезерного станка, может быть:

• позиционным. В данном случае режущий элемент устанавливается непосредственно на поверхности обрабатываемо детали в заданном положении;
• контурным. В таком ЧПУ передвижение фрезы происходит по заданной программой траектории;
• универсальным. Совмещает в себе функции двух предыдущих видов ЧПУ, поэтому достаточно востребован среди пользователей.

От Vectric

Программы от Vectric сочетают в себе мощность и простоту в обращении. Легко позволяет работать с графическим изображением, создавать точный набор команд для работы со станком ЧПУ.

CUT2D

Это обеспечение создано для расчета 2D траекторий при фрезеровании, а также для операций по гравировке, вырезании. Программа снабжена специальными инструментами для выполнения целого цикла технологических операций.

Есть возможность добавления границ, масштабирования, а также конвертации изображения из разных форматов в векторный рисунок. Редактирование изображения при помощи CUT2D занимает минимальное количество времени.

CUT3D

Это обеспечение для работы с 3D моделями. Отлично подходит для токарного оборудования. Успешно сочетается с моделями, которые подготовлены в графических редакторах AutoCAD, Rhino3D, 3D Studio, а также с использованием лазерного сканера или сенсора. Основное преимущество – удобный интерфейс с пошаговыми инструкциями, позволяющий загрузить модель, задать размеры, просмотреть примерный результат работы.

VCARVE

Используется как простое и понятное обеспечение для агрегатов по дереву. Сюда относятся инструменты для 2D дизайна, для траекторий движения станочного шпинделя, а также функция импорта нескольких 3 D моделей. Панель содержит большое количество возможностей, чтобы настроить самые разные параметры.

PHOTOVCARVE

С использованием этой программы есть возможность выполнять гравировальные работы, доступные до этого только при наличии лазерной системы. При работе изображение или фотография превращается в набор команд для станка. Сочетается практически со всеми форматами изображений.

Aspire

Позволяет превращать 2 D эскизы, фотографии, рисунки и картинки в различные объемные 3D модели. Имеет интуитивно понятный интерфейс, а также уникальный набор инструментов для 3 D моделирования, редактирования и дизайна.

Технические характеристики станков с ЧПУ

Все станки по дереву, которые оснащены числовым программным блоком, имеют некоторые эксплуатационные ограничения. Их перечень влияет на функциональные способности оборудования, на их спектр применения. Чтобы выбрать лучшую модель станка для выполнения поставленных задач, следует обратить внимание на следующие ее технические характеристики:

• параметры заготовки. Детали, которые будут обрабатываться, должны полностью помещаться на рабочей поверхности. Если габариты заготовки намного больше, во время работы будет необходимо все время смещать деревянную заготовку относительно режущего элемента. Это значительно снижает точность проведения всех рабочих операций;
• конструкционные особенности. В первую очередь необходимо обратить внимание на конфигурацию портала, поскольку именно на него устанавливаются деревянные заготовки. Эта часть станка должна выдерживать большую нагрузку и эффективно гасить возникающие во время работы вибрации;
• тип шпинделя. Для обработки деревянных заготовок за 3Д технологией необходимо подобрать специальные шпиндельные головки. В основном они охлаждаются при помощи жидкости;
• тип двигателя. Для более точной обработки деталей из дерева нужно использовать сервоприводы. Если это не столь важно, можно подобрать модель с шаговым электродвигателем;
• возможность использования нескольких режущих элементов. Этот параметр напрямую влияет на производительность оборудования.

Двигатель станка

Шаговые электрические двигатели преобразовывают электроимпульсы в механическую энергию, которая отображается во вращении ротора. Они способны обеспечить достаточно точный контроль над скоростью движения и позиционированием без обратной связи. Такой мотор относительно прост и стоит недорого.

Сервоприводы отличаются тем, что они не крутятся постоянно. После получения сигнала они совершают оборот, после чего останавливаются. Также сервоприводы оснащены механизмом обратной связи, который позволяет достигнуть высокой точности во время работы.