Настольный фрезерный станок с ЧПУ: виды и применение

1 Описание настольного фрезерного оборудования с ЧПУ

Оно фактически является уменьшенной копией большого фрезерного станка с ЧПУ. Настольный агрегат предназначен для выполнения тех же видов операций при изготовлении изделий сложной формы: фрезерование, сверление, растачивание, зенкерование и так далее. И принцип его работы такой же, но в отличие от больших станков обрабатывать на нем можно только заготовки гораздо меньших размеров. Зато настольное фрезерное оборудование с ЧПУ можно использовать в качестве гравировального. Большие промышленные агрегаты с такой работой не справятся.

Габариты настольного фрезерного оборудования с ЧПУ не более 910x880x880 мм. Но у некоторых моделей длина стола может превышать 1 м (обычно составляет 1135 или 1150 мм). Вес станков достигает от нескольких десятков до 200 кг. Их питание осуществляется от сети 220 В. Максимальная высота заготовки (рабочей зоны) станков настольного исполнения с ЧПУ варьируется от 40 до 200 мм, а мощность шпинделя – в пределах 0,7–1,5 кВт.

Такие станки бывают двух типов. У консольных общий вид, конструкция и принцип работы аналогичны имеющимся у вертикальных больших фрезерных станков.

У портальных шпиндель закреплен на поперечной балке между двумя вертикальными стойками, которые могут быть неподвижными или перемещаться вдоль оси Y. Соответственно, рабочий стол вместе с закрепленной на нем заготовкой либо двигается по оси Y, либо стационарен. Шпиндель перемещается не только по вертикали (оси Z), но и по оси X – по балке между стойками.

Шпиндель портального настольного станка с ЧПУ

Управляется оборудование с подключенного через USB-порт персонального компьютера с операционной системой Windows посредством специального программного обеспечения (ПО) и/или с помощью DSP контроллера станка (зависит от комплектации агрегата с ЧПУ). Программа может быть загружена с носителя внешней памяти, а компьютер отсоединен во время работы станка (тоже зависит от его модели). С помощью ПО можно управлять обработкой заготовки в ручном режиме через DSP либо создать программу, полностью автоматизирующую выполнение всех операций.

Все станки позволяют выполнять 2D и 3D обработку, а некоторое оборудование даже 4D и 5D. Виды обрабатываемых материалов: от пластика и дерева до цветных металлов, камня и стали. Эти возможности станка зависят от его назначения и модели. Многие агрегаты оснащены, а другие могут быть при желании доукомплектованы стружкоотсосом, системой охлаждения шпинделя, поворотным устройством, используемым во время обработки конических изделий, и другими вспомогательными узлами.

Станки используются в зуботехнических лабораториях, а также исследовательских и учебных институтов, высокоточном производстве любых мастерских, в том числе ювелирных. На них выполняют фрезерные, сверлильные, полировальные, шлифовальные, гравировальные работы в домашних условиях при изготовлении небольших изделий. На станках получают или обрабатывают детали мебели, интерьера, рекламных носителей и так далее; штампы, печати, сувенирные и ювелирные изделия, радиотехнические платы и прочее.

Третье

Совокупность высокой точности и абсолютной идентичности результатов по обработке изделий — еще одно положительное качество станков с ЧПУ. Используя одну и ту же настройку фрезерного станка с числовым программным управлением можно выпускать большое количество изделий. При этом они практически абсолютно идентичны как по геометрическим параметрам, так и по высокому уровню качества изготовления.

Таким образом, данный вид промышленного оборудования обладает свойством многократно выпускать сложные изделия без ухудшения их качественных характеристик. Поэтому он применяется для изготовления уникальных пресс-форм, штампов и тому подобной оснастки, где нужна прецизионная точность и высокая повторяемость результатов.

Это интересно: Фреза по металлу — принцип работы, виды и выбор инструмента

Отличие от простых станков

Фрезерные станки с ЧПУ отличаются от обычных рядом параметров:

тип фиксации рабочего инструмента;
в состав микрофрезерного станка входит отдельный блок питания;
автоматическое движение (осуществляется программой) инструмента по осям при обработке заготовки;
автоматическое совмещение осей невозможно в обычных станках, а в фрезерных станках с ЧПУ оси можно совмещать;
наличие гидравлики в фрезерных станках с ЧПУ;
наличие обратных связей с соседями при автоматическом фрезеровании;
в конструкции, я для безопасности встроены концевики (концевые выключатели);
работа с ЧПУ позволяет ускорить подготовку поверхности, особенно при работе с такими деликатными материалами, как камень и стекло;
в отличие от фрезерных станков с ЧПУ, обычные же не могут производить серийное производство деталей с высокой точностью.

Параметры обработки

Фрезерная обработка твердых материалов осуществляется при относительно высоких скоростях — около 20000-24000 об/мин., древесина может обрабатываться при 18000 об/мин. Мягкие материалы обычно обрабатываются при 5000-6000 об/мин.

Изменение скорости вращения шпинделя осуществляется с помощью частотного преобразователя в соответствии с условиями конкретного процесса

Обратите внимание, что, если скорость слишком низкая, крутящий момент на валу шпинделя снизится. Это может быть лишь частично компенсировано поддержанием крутящего момента, что является специальной функцией преобразователя частоты

Степень автоматизации

В управляющих системах ЧПУ-станков выделяют следующие ключевые параметры:

Разновидность привода. Двигатель может быть шаговый, ступенчатый либо регулируемый.
Метод контроля: непрерывный, позиционный, прямоугольный, смешанный.
Как загружается программное обеспечение: через flash-носитель, на диске, с помощью магнитной или перфорированной ленты.
Сколькими координатами можно управлять одновременно и каков диапазон допустимой погрешности при их введении.

Та цифра, что идет в артикуле станка после буквы Ф, характеризует степень автоматизированности устройства:

1 — данные набираются на клавиатуре, предусмотрена цифровая индикация.
2 — у фрезерного или токарного станка это означает прямоугольный метод контроля, у сверлильно-расточного — позиционный.
3 — управление контурное или непрерывное. Таким способом удобно обрабатывать сложные детали.
4 — многооперационное оперирование. Оно сочетает в себе вышеперечисленные функции.

Если вместо цифры стоит буква «Ц», это означает «циклический тип». Алгоритм у таких станков дешевый и простой, но этого достаточно для производства серий заготовок одинакового типа.

Обработка кромки — работа с шаблоном

Обработку кромки обычной доски проще и быстрее проводить на рейсмусе, но если его нет, ручной фрезер тоже справится, вот только займет это больше времени. Есть два способа: без шаблона и с шаблоном. Если это первый опыт работы с фрезером — лучше использовать шаблон. При обработке кромок досок нужны прямые кромочные фрезы, причем, скорее всего, понадобятся две — с подшипником в начале и в конце режущей части (на фото).

Для обработки кромки — сделать ровную поверхность

В качестве шаблона можно использовать уже обработанную доску или, например, строительное правило. Длина шаблона должна быть немного больше длины заготовки — на 5-6 радиусов фрезы с каждой стороны. Это даст возможность избежать «нырка» фрезы в материал в начале и в конце. Один важный момент: горизонтальная плоскость (перпендикулярная обрабатываемой) должна быть ровной. В всяком случае ее кривизна не должна быть больше, чем зазор между подшипником и режущей частью, иначе фреза будет задевать шаблон, а это очень нехорошо — он становится неидеальным и нанесенные неровности отобразятся на других копиях.

Дополнительные элементы оборудования

Поворотный механизм каретки фрезера. Опция, безусловно, полезная. Она добавляет «трехмерности».
Если необходимо обработать заготовку снизу, вам не придется переворачивать изделие на 180°, заново задавать нулевую координату, и запускать процесс повторно. Но такое оборудование увеличивает стоимость.
Встроенный компьютер с экраном и программным обеспечением. Добавляет удобства и оперативности при установке новой визуальной модели.
Безусловный плюс – возможность в реальном времени вносить изменения в процесс обработки. Но стоимость этой опции настолько велика, что полноценное рабочее место входит в состав только крупных деревообрабатывающих комплексов для промышленного применения.
Возможность установки нескольких фрез. Ни на что другое, кроме как на скорость работы, не влияет. Отличная опция для 3D копировального аппарата: можно изготавливать сразу несколько одинаковых деталей.
Такая комплектация фрезеров применяется в серийном столярном производстве или для домашней мастерской.
Четвертая координата. Фактически, это поворотный шпиндель (как на токарном станке) вместо крепежного стола. Позволяет обрабатывать деталь, поворачивая ее вокруг собственной оси.

Основные преимущества – обработка цилиндрических деталей (на трехмерном станке это довольно сложно), использование шпинделя в качестве полноценного токарного станка. То есть, вы получаете два инструмента в одном корпусе.
Вакуумный отвод опилок. Опция, без которой тяжело работать в принципе, а в домашних условиях и вовсе не возможно. Отказываться от подобного оснащения нежелательно, вам все равно впоследствии придется пристраивать шланг от пылесоса.

Процесс обработки древесины станком с ЧПУ — видео

Назначение фрезеровочных малогабаритных (маленьких) станков

Оборудование отличается широкими функциональными возможностями и выполняет следующие виды работ: расточка, сверление, гравировка, фрезерование. Станки возможно применять практически на любом производственном предприятии. Компактный размер и небольшой вес позволяют использовать малогабаритные станки и в домашних условиях, а также для небольших мастерских.

В продаже имеются модели для обработки металла, дерева. Также на мини-станках можно работать с пластиком, пластмассой. При наличии гравировальной головки на заготовки из дерева и металла можно наносить любые узоры и украшения, что позволяет создавать декоративные изделия.

Шаг 5: Направляющие

Направляющие обеспечивают возможность перемещения во всех направлениях, обеспечивают плавность и точность движений. Любой люфт в одном из направлений может стать причиной неточности в обработке ваших изделий.Я выбрал самый дорогой вариант — профилированные закаленные стальные рельсы. Это позволит конструкции выдерживать высокие нагрузки и обеспечит необходимую мне точность позиционирования. Чтобы обеспечить параллельность направляющих, я использовал специальный индикатор во время их установки. Максимальное отклонение относительно друг друга составило не более 0,01 мм.

Назначение фрезеровочных малогабаритных (маленьких) станков

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:

Сплав фрезы должен быть значительно прочнее металла или сплава заготовки.
Должен быть правильно подобран профиль (форма) фрезы, количество зубьев.
Переключением скоростей вращения шпинделя подбирается оптимальная скорость обработки.
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:

Н – нормальная точность.
П – повышенная.
В – высокоточные станки.
А – повышенная высокая точность.
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.

Конструкция

Гравировальное оборудование представляет собой группу фрезерных станков, предназначенных для неглубокой обработки детали. Фрезерно-гравировальные станки делятся:

консольные;
бесконсольные.

В консольных моделях деталь перемещается вместе со столом, по вертикальным направляющим в станине и горизонтальным на консоли и салазках. Обработка производится в разных плоскостях, в зависимости от расположения шпинделя. Бесконсольные модели имеют неподвижный стол с закрепленной на нем деталью. Фреза перемещается со шпиндельным узлом по 3 осям.

Точность обработки на фрезерно-гравировальных станках консольного типа выше, чем на оборудовании с неподвижным столом.

Компьютер управляет перемещением портала и закрепленного на нем режущего инструмента через 3 шаговых двигателя. Шпиндель имеет свой отдельный привод. На фрезерно-гравировальных станках обрабатывают различные по твердости и вязкости материалы, их условно разделяют на группы по основным видам:

металл;
дерево;
стекло;
камень.

Каждая группа фрезерно-гравировальных станков имеет свои особенности. Конструкция и принцип работы у них одинаковый. Гравировальные фрезерные станки состоят из базовых узлов:

станина;
стол;
направляющие;
шпиндельный узел;
поперечный винт;
продольный ведущий вал;
блок управления.

В зависимости от конструкции, фрезерно-гравировальный станок может иметь консоль, коробку скоростей, магнитный прижим и другие узлы.

По дереву

Бесконсольные фрезерно-гравировальные станки имеют неподвижный стол с фигурными пазами для крепления деталей болтами с шайбами, применяется пневматика. На оборудовании выполняется:

гравировка надписей;
наносятся узоры на фасады мебели;
вырезаются надписи и фигуры из пластика;
вырезаются платы.

По программе фреза совершает перемещение по осям X и Y, меняя глубину реза, или движется по контуру, в зависимости от типа программы. В комплект станка входит устройство, удаляющее стружку – промышленный пылесос.

Максимальная длина стола не превышает 1200 мм. Больше только у специального промышленного оборудования на деревообрабатывающих и мебельных фабриках.

По металлу

По металлу работают фрезерно-гравировальные станки консольного типа. Они гарантируют точную обработку стали, чугуна, цветных металлов и сплавов. Массивная станина гасит вибрацию. Шпиндель закреплен неподвижно. Деталь перемещается с консолью по оси Z и со столом в направлении X и Y.

Для крепления заготовки используется:

механический способ – шпильками через пазы;
магнитный стол;
пневматические зажимы.

Тонкие листы удерживаются при гравировке электромагнитами, предотвращающими деформацию тонкого проката. Алюминий, сплавы цветных металлов притягиваются к поверхности стола разряженным воздухом. Стружка удаляется сильным компрессором, вытягивается в специальные контейнеры. При обработке стали и чугуна шпиндель, и режущий инструмент охлаждаются жидкостью.

Важно!
На фрезерно-гравировальных станках по металлу бесконсольного типа вырезают платы. Они используются в массовом производстве деталей.. Устройства для гравировки по металлу наносят маркировку на различное оборудование и его отдельные части, выполняют объемные надписи рекламного характера и маршрутизаторы, создают предметы декора

Устройства для гравировки по металлу наносят маркировку на различное оборудование и его отдельные части, выполняют объемные надписи рекламного характера и маршрутизаторы, создают предметы декора.

Для нанесения гравировки на массивные стальные изделия, используют небольшие фрезерно-гравировальные станки с магнитным креплением. Их устанавливают на большую деталь и обрабатывают заданный участок.

По камню

Фрезерно-гравировальные станки по обработке камня отличаются массивной станиной из стали или чугуна, способной выдержать вес тяжелого материала и погасить вибрацию. Оборудование бесконсольного типа, портал перемещается по продольным направляющим. Площадь стола большая. Деталь крепится с помощью гаек и х болтов к пазам стола.

Режущий инструмент применяется алмазный или с корундовым покрытием. В зону реза – гравировки, подается охлаждающая жидкость. Она предохраняет фрезу от перегрева и быстрого износа, вымывает каменную крошку. Пыль вытягивает пылесос.

Изготовление клише, пломбираторов

Клише — это инструмент, который применяется для изготовления визиток, открыток, обложек ежедневников и другой пост-печатной полиграфической продукции, выпускаемой типографиями. Так же клише используют в тюнинге салонов автомобилей для тиснения на коже сидений и приборных панелях.

Клише изготовлено на станке cnc-2535al, материал клише — магний

Полупрофессиональные станки и станки с чпу хобби класса позволяют обрабатывать большое количество разнообразных материалов. Смотри статью Обработка материалов на фрезерном станке с чпу.

С помощью таких станков можно осуществлять обработку по контуру, гравировать, 3d фрезеровать.

Обработка по контуру. Пользователь Алексей М. (г. Улан — Удэ) Станок Моделист4060

Гравировка. Пользователь Сергей К. (г. Гагарин) Станок Моделист4060

3d резка на ЧПУ. Пользователь Анатолий (г. Пятигорск). Станок cnc-3040al

Возможности чпу станков хобби класса могут быть значительно расширены.

Принцип конструктора, используемый во многих станках, позволяет превращать фрезерный станок в 3d принтер за счет крепления экструдера (печатающей головки)

Ниже представлена фотография печати крепления для лазерной головки фрезерным чпу станком Моделист3040

Инструкция по установке печатающей головки 3Д принтера на станок Моделист3040

Крепление лазерной головки позволяет использовать фрезерный станок для выжигания.

Еще больше работ на станках с чпу серии Моделист в статье Обработка материалов на фрезерном станке с чпу

Видео и фото работ на алюминиевых станках

Полезные приспособления для станков с чпу

Настольные фрезерные станки с ЧПУ

(Рис. 6) Данный тип станков предназначен для выполнения фрезерных работ, сверления, зенкерования и растачивания отверстий на деталях из черных и цветных металлов, их сплавов и пластмасс в единичном, мелкосерийном и серийном производстве. Это оборудование оснащается приводами, которые управляются контроллерами, подключенными к любому IBM PC совместимому персональному компьютеру.

Среди основных преимуществ отмечают:

• Значительное увеличение производительности по сравнению со станками ручного управления;

• Очевидное снижение необходимости в квалифицированных работниках;

• Существенное уменьшение сроков перехода на изготовление новых деталей;

• Более простое и практичное технологическое оснащение;

• Значительное сжатие сроков производственного цикла.

Самыми распространенными моделями являются: BF20 CNC Optimum, BF20L CNC, Optimum BF20 CNC PRO с ШВП.

Преимущества

домашний фрезерный станок отлично подходит для гравировки, промышленные станки для таких задач обычно не используются;
простота использования;
более простое обслуживание;
работает от однофазной сети, и потребляет меньше электроэнергии;
занимает небольшую площадь;
тихая работа;
функции безопасности, которые есть в некоторых моделях, делают его идеальным для использования в Makerspaces, FabLabs и Education, где может быть неконтролируемое использование;
маленький вес, можно с легкостью перемещать его с места на место;
дешевизна, в отличие от более крупных станков;
если сравнивать с оборудованием, которое имеет ручное управление, то фрезерные ЧПУ имеют более высокую производительность. Особенно это актуально для малого бизнеса.

Если использовать настольное оборудование на заводах для обработки небольших деталей и фрезерования, то можно сэкономить на электроэнергии. Да и к тому же, не каждый крупногабаритный станок ЧПУ сможет осилить мелкую фрезерную обработку, которая рассчитана на настольный аппарат.

Особенности использования в домашних настольных станках

В домашних станках управление перемещением выполняется командами на шаговые двигатели. Обычно подключение к программному обеспечению делается по 3 осям. Скорость вращения фрезы выставляется вручную. Программа разрабатывается для продольной шаговой обработки детали с поперечным перемещением на каждом ходу.

Фрезерные станки с ЧПУ работают на больших предприятиях и домашних мастерских. На них изготавливают мебель, обрабатывают пластик и делают большие металлические детали со сложной конфигурацией. Программное управление значительно сокращает количество станочников, гарантирует точность выполнения всех переходов, отверстий, рельефа.

Не оставьте без внимания шпиндель!

Одно из важных качеств в работе электродвигателя вала шпинделя – способность плавно и равномерно его вращать. При комплектации подбирают подшипники высочайшего (класса точности, а цанга должна иметь повышенные допуски по биению и размеру.

Различают основные типы систем охлаждения шпинделей:

Жидкостная (в её основе – циркуляция воды или тосола в замкнутом контуре). Одно из преимуществ – надёжное теплоотведение. Среди недостатков – сложная конструкция, ведь охлаждающую жидкость надо разместить в резервуаре.
Воздушная (такое охлаждение состоит в нагнетании воздуха через щели-воздухозаборники в полости шпинделя). В числе плюсов системы – компактность и простота. Минус тоже есть – фильтры, особенно у техники, обрабатывающей массив дерева, надо часто менять, они загрязняются пылью.

При выборе шпинделя для станка ЧПУ, стоит обратить внимание на указанные в техническом паспорте его показатели (мощность и частота вращения при фрезеровании), зависящие от того, насколько твёрдые обрабатываются материалы. Например, у листовой фанеры требуемая мощность для обработки – 800 Вт; над массивом твёрдой древесины, лёгкими металлами – медью, латунью и алюминием, пластиком трудится более мощный станок – 1500 Вт; а камень обрабатывают при мощности 3000 – 4000 Вт. Сейчас в оборудовании для фрезерных работ, в основном применяют импортные шпиндели:

Сейчас в оборудовании для фрезерных работ, в основном применяют импортные шпиндели:

Дополнительные приспособления

Естественно, производители такого оборудования стараются внедрять автоматику практически на всех этапах выполнения работ. К примеру, система АТС позволяет максимально быстро сменить режущие элементы автоматически, без участия оператора.

Для выполнения объемной резки эта функция позволяет увеличить скорость работы над изделием. Вот такие объемные картины предполагают использование сразу нескольких насадок для резки.

Среди дополнительных элементов широко используются защитные устройства для направляющих, автоматическая подача смазывающих и охлаждающих жидкостей.

Настольный фрезерный станок с ЧПУ