Фрезерный станок с ЧПУ - это мультифункциональное устройство, которое используется для различных целей в различных отраслях промышленности, таких, например, как деревообработка и обработка древесных плит, металлообработка, в частности сувенирная и рекламная отрасли, также камнеобработка, и работы по стеклу и керамике.
Фрезерный станок с ЧПУ представляет собой автоматизированный инструмент для механической обработки материалов с помощью специализированных инструментов - фрез. Их бывает великое множество, как универсальных, так и специализированных, как грубых - так и для тонкой работы. Поэтому, когда мы говорим о технологических возможностях фрезерно-гравировального станка, мы всегда имеем ввиду, что этот станок укомплектован соответствующей задачам фрезой.
Фрезерные станки очень широко используются в деревообработке. Будь это древисина - массив (доска, палуба и т.д.) или же фанера, или даже древесные плиты (ДСП, ДВП, вкл МДФ, и т.п.) - фрезерные станки даже с самыми слабыми шпинделями могут осуществлять их раскрой, 3D-фрезеровку, гравировку на достаточно больших скоростях - до 30мм/сек вдоль материала и до 8 мм/сек. вглубь (в зависимости от породы древесины).
Фрезерные станки также хорошо справляются с пластиками, в том числе с акрилом (орг.стеклом), ПВХ, толстым ПЭТом, полистиролом, полипропиленом и другими видами полимерных материалов. Раскрой и фрезеровка пластиков осуществляется лучше, чем древесину, т.к. пластики — более однородный и часто менее плотный материал.
Для нанесения гравировки существуют специальные двухслойные пластики для гравировки на фрезере. Они представляют собой два тонких листа пластика разных цветов, спрессованных вместе. Так, снимая верхний слой, мы получает четкий контраст по границе зоны гравировки, что обеспечивает четкость рисунка даже при очень маленьких его размерах. Например, текст может быть четко выгравирован при размере символа от 1,5мм. Также гравировка может быть осуществлена и на любом другом, неспециализированном пластике.
Фрезерные станки могут также работать с композитными материалами, раскраивая их на скоростях до 15 мм/сек, в зависимости от типа композитного материала.
Фрезерные станки с ЧПУ также могут работать с металлами. Латунь, медь, алюминий, бронза, дюралюминий и другие мягкие металлы и сплавы раскраиваются и фрезеруются легко даже на фрезерах с мощностью шпинделя от 0,8 кВт. На более мощных станках, с установленной системой охлаждения фрезы можно обрабатывать и более твердые металлы, например некоторые марки стали. Обычно скорость раскроя ставится в районе 10-15 мм/сек при раскрое и резке, и 10 мм/сек. при гравировке (например, гравировки материалов с магниевым покрытием).
Развитие технологий стало причиной того, что компьютеры и другие передовые технические средства все активнее используются в повседневной жизни людей, а также в промышленности. Например, на современных промышленных предприятиях все чаще можно встретить , который управляется не руками оператора, а при помощи специальных компьютерных программ и соответствующих электронных устройств.
Благодаря такой системе управления значительно облегчается эксплуатация станка, а из процесса изготовления деталей исключается человеческий фактор, который может оказывать негативное влияние на их качество и точность обработки.
Принцип работы фрезерных станков
Фрезерное оборудование позволяет осуществлять различные технологические операции: резку, сверление, расчет расстояний между отверстиями, которые необходимо выполнять, а также ряд других. В качестве материалов, которые можно обрабатывать на таком оборудовании, могут выступать:
- древесина;
- черные, а также цветные металлы;
- керамика;
- полимерные материалы;
- природный и искусственный камень.
Заготовки закрепляются на рабочем столе, а их обработка выполняется за счет вращающейся фрезы, которая и режет материал.
Оснащенные ЧПУ, выпускаются в различном конструктивном исполнении.
Консольного типа:
- модели, обладающие широкой универсальностью;
- горизонтального типа;
- вертикального типа.
Бесконсольной конструкции:
- вертикальные;
- горизонтальные.
Самыми популярными и, соответственно, распространенными являются фрезерные станки с ЧПУ консольного типа. На консоль закрепляется обрабатываемая заготовка, и именно этот рабочий орган совершает движения по отношению к режущему инструменту. Сам шпиндель такого станка не движется, он жестко зафиксирован в одной позиции.
Бесконсольного типа осуществляется за счет того, что перемещаться в них может как рабочий стол, который движется в двух направлениях, так и шпиндель, способный изменять свою позицию в вертикальной плоскости, а также во всех остальных направлениях.
С ЧПУ автоматически выполняет операции, информация о которых предварительно записана на один из носителей. Программы, которые управляют его работой, могут быть нескольких типов.
- Позиционные, предполагающие фиксацию координат конечных точек, по которым и выполняется обработка заготовки. Такое программы используются для управления станками сверлильной и расточной группы.
- Контурные, управляющие траекторией обработки заготовки. Они используются для управления станками круглошлифовальной группы.
- Комбинированные, которые объединяют в себе возможности программ контурного и позиционного типа. Такими программами управляются станки, относящиеся к многоцелевой категории.
- Многоконтурные. С их помощью можно управлять всеми функциональными возможностями станка, они являются самыми сложным типом ПО. При помощи таких программ обеспечивается управление широкоформатным оборудованием.
Фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, обладают целым рядом значимых преимуществ:
- позволяют увеличить производительность обработки в 2–3 раза;
- дают возможность изготавливать детали с высокой точностью;
- минимизируют объем ручного труда, что позволяет уменьшить штат обслуживающего персонала;
- сокращают время, необходимое для подготовки заготовок;
- минимизируют время обработки деталей.
Разновидности оборудования
Станки фрезерной группы, оснащенные ЧПУ, в зависимости от того, какой материал на них обрабатывается, подразделяются на следующие категории:
- для работы по металлу;
- для обработки заготовок из древесины;
- фрезерно-гравировальной группы.
- обрабатывающие центры, отличающиеся высокой функциональностью;
- станки широкоуниверсального типа;
- токарно-фрезерной категории;
- сверлильно-фрезерной группы.
Фрезерные станки, управляемые при помощи специальных программ, можно использовать и для оснащения домашней мастерской, так как они отличаются простотой эксплуатации и дают возможность изготавливать детали из металла, выполненные с высокой точностью своих геометрических параметров.
На предприятиях, которые производят мебель, а также в строительных компаниях применяются фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, с помощью которых выполняется обработка заготовок из древесины. На таких станках обрабатываются изделия из древесины, а также заготовки из полимеров, алюминиевых сплавов, фанеры и ДСП.
Станок с ЧПУ, на котором возможно выполнять операции гравировки, применяется для обработки изделий, изготовленных из металла, натурального и искусственного камня, бетона и ряда других материалов. С его помощью изготавливают декоративные каменные колонны, статуэтки, другие изделия, выполняющие исключительно декоративную функцию. Такие станки по металлу и ряду других материалов чаще всего используют для производства различных рекламных конструкций.
По принципу работы и своей производительности фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, могут быть следующих категорий:
- отличающиеся небольшими габаритами и невысокой производительностью - мини станки;
- настольного типа;
- вертикально-фрезерного типа;
- широкоформатные.
Станки, которые используются для оснащения домашней мастерской, нельзя назвать профессиональными, их преимущественно используют для полезного хобби. Такие фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, отличаются невысокой стоимостью, поэтому ими часто оснащаются мастерские различных учебных заведений: школы, технические училища, ВУЗы и др.
Оборудование настольного типа обладает рядом весомых преимуществ:
- невысокая стоимость;
- исключительная мобильность;
- простота эксплуатации и конструктивного исполнения.
Такие станки, несмотря на свою компактность, способны выполнять различные технологические операции по металлу и другим материалам: фрезерование, сверление, растачивание.
Для обработки заготовок, обладающих большими габаритами, используются вертикально-фрезерные станки. В качестве рабочих инструментов на них применяются сверла, фрезы цилиндрического, концевого, фасонного и торцевого типа. С помощью такого оборудования, которым преимущественно оснащаются крупные производственные предприятия, можно выполнять обработку как горизонтальных, так и вертикальных поверхностей.
Широкоформатные фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, полностью соответствуют своему названию: в их конструкции имеется специальная рабочая головка, которая может поворачиваться в любом направлении. Благодаря своей универсальности такие станки чаще всего используются для оснащения цехов нестандартного оборудования и инструментальных участков.
Обзор станков
Прежде чем решить вопрос, какой фрезерный станок выбрать для оснащения домашней мастерской или производственного предприятия, важно ознакомится с характеристиками оборудования, которое предлагается на современном рынке. На сегодняшний день наиболее востребованным являются фрезерные станки, производимые в следующих странах:
- Германия;
- Италия;
- Австрия;
- Китай;
- Северная Корея;
- Малайзия;
- Тайвань;
- Чехия;
- Турция.
Наиболее известными компаниями, которые производят и реализуют фрезерные станки с ЧПУ, являются:
- GCC Jaguar;
- Redwood;
- RuStan;
- Hyundai Wia;
- Kami;
- Zenitech.
Одними из самых быстрых станков, которые также отличаются широким разнообразием настроек и дополнительных функций, являются модели торговой марки GCC Jaguar.
Широким разнообразием ассортимента станков для обработки деталей из металла и других материалов отличается компания JCC. В каталоге данного производителя представлены станки с ЧПУ следующего назначения:
- универсального типа, предназначенное для выполнения гравировальных и фрезерных работ;
- для обработки изделий из древесины и металла;
- прошивные станки электроэрозийного типа;
- оборудование фрезерно-токарной группы.
Передовые программные продукты, с помощью которых управляются станки данной торговой марки, позволяют задействовать весь их потенциал.
Фрезерные станки, оснащенные ЧПУ, торговой марки RuStan - это, преимущественно, оборудование широкоуниверсального типа, с помощью которого можно выполнять широкий перечень технологических операций. Отличает модели данной торговой марки и то, что при их приобретении можно воспользоваться разнообразными скидочными программами, а также возможностью гарантийного и постгарантийного обслуживания.
По-настоящему уникальными являются фрезерные станки с ЧПУ, выпускаемые под торговой маркой Redwood. Они способны выполнять обработку деталей в формате 2d и 3d. Реализация технологии 3d предполагает, что по заданной программе из заготовки получают объемную деталь, полностью соответствующую заданным геометрическим параметрам.
Главным принципом работы специалистов, занимающихся выпуском фрезерного оборудования торговой марки Kami, является производство высококачественной продукции. При помощи станков данной торговой марки можно обрабатывать не только металл, но и детали из камня, древесины, пластика и даже стекла.
Компания Hyundai Wia специализируется на выпуске станков с ЧПУ, на которых производится продукция для аэрокосмической и автомобильной промышленности. Программы, которые используются для их управления, предполагают минимальное вмешательство со стороны человека и значительно упрощают использование подобного оборудования.
В каталоге известного производителя Zenitech преобладает профессиональное фрезерное оборудование с ЧПУ, предназначенное для обработки деталей из металла и древесины.
На современном рынке широко представлено фрезерное оборудование с ЧПУ торговой марки Инвест Адам. Основными преимуществами моделей, которые отличаются своей компактностью и универсальностью, являются:
- высокая точность обработки;
- эффективность и производительность;
- управляющие программы могут воспроизводиться неоднократно;
- конструкция отличается высокой надежностью;
- связь с компьютером, который управляет работой оборудования, осуществляется через обычный USB-порт.
Для оснащения домашней мастерской и крупного производственного предприятия можно использовать фрезерный станок с ЧПУ, выпущенный немецкой компанией BZT. Отличает станки данной торговой марки высокая устойчивость, надежность фиксации заготовок, точность и оперативность обработки. Удобным является и то, что станки данной торговой марки могут работать практически на любом программном обеспечении.
На стоимость фрезерного станка с ЧПУ оказывают влияние следующие параметры:
- сложность конструкции оборудования и его тип;
- тип производства, для которого предназначено оборудование;
- страна производитель и торговая марка;
- функциональность станка.
Наиболее простой конструкцией обладают настольные станки с ЧПУ, которые и стоят значительно дешевле более функционального оборудования. Чтобы сэкономить на приобретении фрезерного станка, выбирайте оборудование отечественных производителей. В среднем, стоимость настольного фрезерного оборудования с ЧПУ составляет порядка 4000 долларов США. Варьироваться такая цена может от ряда факторов: габариты станка и рабочего стола, мощность двигателя, вес оборудования и его функциональность.
По виду выполняемых работ фрезерные станки бывают:
- гравировально-фрезерные,
- сверлильно – фрезерные,
- токарно-фрезерные и многие другие виды.
Фрезерованием можно обрабатывать такие материалы, как:
- дерево,
- пластик,
- графит,
- а также все виды металлов и их сплавов (сталь, чугун, алюминий, латунь, бронзу, медь и т.д.)
Используемый режущий инструмент, фрезы, также отличаются большим разнообразием. Сложная конструкция станков позволяет производить на них широкий спектр операций по обработке материалов: гравировку, сверление, фрезерование, резьбу, раскрой плит больших размеров и многое другое.
Принцип работы фрезерного станка таков, что позволяет в рамках одной выполняемой программы автоматически менять инструмент – фрезу, менять скорость вращения фрезы и угол поворота шпинделя. Все перечисленные функции и свойства оборудования открывают очень большие возможности по использованию фрезерных станков в самых различных областях и производствах. На них можно выполнять как порезку и раскрой габаритных плит, так и тонкую обработку мельчайших деталей.
Так например, фрезерно-гравировальный станок , несмотря на внушительность и массивность своей конструкции, может выполнять кроме сверления, резки раскроя материалов, очень деликатную гравировку, точно и четко перенося на заготовку мельчайшие детали исходного изображения. Точность гравировки правильно отлаженного станка составляет доли миллиметра.
Фрезерные станки последнего поколения позволяют обрабатывать не только плоские детали, но и обрабатывать заготовки по 3D программам, создавая объемные формы. Такие универсальные возможности станков с ЧПУ по достоинству оценили производители современной мебели. Станки позволяют воплотить в жизнь самые сложные дизайнерские решения: гнутые мебельные фасады, резные мебельные накладки, сложные раскрои мебельных плит, декоративная фрезеровка с двух сторон мебельной плиты.
Невозможно обойтись без фрезерных станков и на деревообрабатывающих предприятиях, специализирующихся на загородном домостроении. Резные лестницы с вычурными балясинами из ясеня, дуба или ореха, двери со сложным орнаментом, деревянные арки и другие декоративные и функциональные элементы интерьера невозможно выполнить без применения универсальных фрезерных станков с ЧПУ.
Огромные достоинства такого универсального оборудования как фрезерные станки с ЧПУ открыли им дорогу во все сферы современного производства. Среди наиболее важных достоинств стоит отметить высокую производительность и технологичность изготовления различной продукции, легкое управление, быстрое вхождение в работающую производственную линию, почти полное отсутствие брака при изготовлении деталей, так как фрезерные станки с ЧПУ управляется компьютером, что исключает человеческий фактор влияния на производство.
Изобретение механического привода позволило освободить человека от физического труда, но управление осуществлялось в ручную. Развитие производства привело к автоматизации. К середине нашего века сложилась система: САУ - система автоматического управления механического типа, т.е. программа управления осуществляется в виде реально существующих аналогов.
Кулачки (муз. Шкатулка):
Физическим носителям информации свойственны 2 недостатка:
Информация чертежа детали из цифровой превращается в аналоговую в виде сложной криволинейной поверхности, это преобразование связано с потерей информации, а такая материальная форма связана с износом программы-носителя.
Необходимо изготавливать программы-носители в металле с высокой точностью, и останавливать оборудование на длительный период для осуществления его наладки.
Цифровые системы электронного управления:
ЧПУ - такая система, в которой программа перемещения рабочих органов и технологии команды передаются в управляющую ЭВМ в виде цифровых алфавитных кодов.
Система ЧПУ на всем пути подготовки передачи информации имеет дело только с цифровой ее формой.
Эта форма информации позволяет применять все современные средства микропроцессорной техники, т.е. автоматизировать подготовку самой программы, и быстро менять программное управление. Переналаживание на новую программу станка ЧПУ занимает 1-2 мин.
Генеральное направление современного прогресса -замена всех мех. систем электронными и создание единого цифрового поля.
Конструктивно ЧПУ представляет автономный электронный агрегат, состоящий из: БТК - блок технологических команд; МП - микропроцессор управляет двумя координатами (сейчас до 20).
Различают:
NC(Numeral Control) - числовое управление; система с покадровым чтением перфоленты.
SNC(Stored Numeral Contral) - хранимая программа; управляющая команда считывается 1 раз и по ней осуществляются циклы обработки.
CNC(Computer NC) - устройство ЧПУ со встроенной ЭВМ, которое может хранить одновременно несколько десятков программ, корректировать, редактировать их.
DNC(Director NC) - прямое управление станком от ЭВМ. Управление порядком опер., целым участком.
HNC(Handed NC) - оперативное программное управление; ручной набор данных на пульте управления.
По принципу управления движением различают 3 группы оборудования:
С позиционной системой ЧПУ, управляется автоматически инструментом от точки к точке, на пути осущ. обработка:(сверлильные станки).
С контурной системой ЧПУ; перемещение по сложной траектории происходит непрерывно (фрезерные станки).
эквидистант
С комбинированной системой ЧПУ, сочетает в себе 1 и 2 системы управления, поэтому самая дорогая.
По кол-ву используемого инструмента различают станки:
С одним инструментом
Много инструментальные с РГ (револьверная головка управления инструментом) до 12 штук.
Многоцелевые; снабжены спец. магазином инструментов и манипулятором для смены инструментов (от 12 до 80-120 шт.)
Индексация станков с ЧПУ:
Ц- цикловое управление.
Ф1- цифровая индексация, станок. снабжается простыми устройствами, на экране читается информация (мало используется).
Ф2-позиционное ЧПУ.
Ф3-контурное.
Ф4-комбинированное, также в обозначении используют:
Р-ЧПУ с револьвером.
М-ЧПУ при наличии магазина инструментов (сохраняется индикация точности)
П.В.А.(П - повышенная точность, В - высокая точность, А - особая высокая точность)
6Б76ПМФ4(6-на фрезерном многоцелевом станке, П -повышенная точность, М-с магазином инструментов, 4-комбинированная сис-ма управления).
Главная технологическая особенность станков ЧПУ - на одном станке на одном рабочем месте происходит высокая концентрация обработки. Следовательно, число операций уменьшается в 10-15 раз, за 2-3 операции происходит выполнение всего технологического процесса, длительность операций уменьшается на несколько часов.
Эти особенности накладывают дополнительные условия организации для станков ЧПУ. Сейчас 15-20% от парка составляют станки с ЧПУ.
Ограничение применения ЧПУ: дорогое оборудование со сложной механикой и электроникой. В современном производстве – 15-20% от парка станков с ЧПУ.
Хотел бы поведать вам о своем проекте, чтобы бы узнать мнение о нем. Обоснованная критика и пожелания приветствуются с распростертыми объятиями. Если появится интерес, напишу серию статей о том, как проект создавался, поделюсь крупицей своего опыта. Итак, начнем.
Недавно пришла идея по созданию полностью открытого проекта универсальной 3-координатной платформы, которая может выполнять функционал и 3d-принтера, и фрезерного станка для обработки пластика и многого другого. Платформа построена по модульному типу. Это означает, что в ней полностью взаимозаменяемые привода перемещения кареток и инструмент. Назвали мы эту штуку «Платформа RRaptor». В дальнейшем приведу ряд изображений и фотографий проектных моделей и того, что уже получилось реализовать.
А вот что получилось в реальности. И да. Винт на координате Y не закреплен
Посмотрим, что означает модульность в контексте проекта. Например, мы хотим получить 3d-принтер: ставим соответствующие привода + печатающий блок (одновременно можно поставить 3 блока) - и готово. Можем печатать свои детальки. По разным причинам для печати на платформе используются передачи «шестерня-рейка» с шаговым двигателем.
На моделе показан установленный привод «шестерня-рейка» на координату Y
Или же нам понадобилось фрезеровать что-нибудь. Тогда установим привода типа «винт-гайка» с шаровым мотором NEMA23 и фрезу. Готово! Мы экспериментировали с различными винтами. Начиная от «колхоза», типа обычной шпильки и заканчивая высококачественными ШВП. Есть возможность установки на платформу различных типов винтов. Зависит от бюджета станка. Варианты фрезерного шпинделя тоже варьируется от стандартных бормашин до нашего варианта небольшого и компактного шпинделя для фрезеровки пластика (который еще только на стадии чертежей). На данный момент в наших тестах мы используем бормашину на алюминиевой стойке мощностью 650Вт.
Вот вам и фрезерный станок для пластика
Он еще и складывается
Как уже сказал выше, хотим сделать проект открытым для сторонних разработчиков. Выложить все чертежи и патенты в открытый доступ, включая и программное обеспечение. Но об этом потом.
Следующая важная составляющая проекта - блок управления. Там расположена вся электронная начинка. Не вдаваясь в подробности, что там есть (как уже сказал, будет интерес - все распишу в отдельных статьях), отмечу основную его особенность. Этот блок управления может «рулить» сразу несколькими платформами одновременно. Это позволит создать небольшую инфраструктуру из устройств (точнее платформ), выполняющих различные функции, централизованно их контролируя (наверно громко сказано, но все же…). Блок тоже модульный. Его начинка варьируется. Можно добавлять различные интерфейсы коммуникации: wi-fi, Bluetooth, ethernet, и т. д. Что душе угодно.
Фото корпуса блока управления
Софт - это отдельная эпопея. Писали мы его (и пишем) с чистого листа. Абсолютно все, начиная от алгоритмов вращения шаговиком, заканчивая приложением на андройда-смартфоне - наша работа. Я не говорю, что мы придумали что-то инновационное и новое. Хотя ключевые отличия от аналогов (например, прошивки Marlin) есть. Я лишь хочу акцентировать внимание на то, что отнеслись мы к проекту и идее в целом очень серьезно. И, надеюсь, что сможем до конца реализовать. А именно - серийно выпускать такие платформы.
Это наш первый прототип. Сделали на его базе плоттер для самых первых тестов
Хотя до серийного производства пока еще надо дорасти и доработать как недостатки в механике, так и в программном обеспечении. Тем не менее небольшой опыт у нас уже есть.
Первая серия на 5 штук
Надеюсь (точнее уверен), ваши отзывы, мнения и замечания нам помогут. К сожалению, описать и показать многие детали проекта в одной статье просто нереально. Но надо с чего-то начинать.
Спасибо за внимание.