Фрезерные станки

Принцип работы
Устройство
Сфера применения
Функциональные параметры
Принципы классификации
Виды фрезерных станков

Фрезерный станок обеспечивает обработку заготовки фрезой – многолезвийным вращающимся инструментом. Оборудование позволяет получать детали сложных форм, изготовленные с высокой точностью.

Принцип работы

При работе фрезерного станка режущий инструмент снимает с заготовки заданный слой материала в определенном месте. При этом:

фреза, закрепленная в шпинделе, вращается и дополнительно может перемещаться относительно заготовки (движение резания);
заготовка, закрепленная на столе, перемещается по прямолинейной или криволинейной траектории (движение подачи).

Движение резания и движение подачи согласованы между собой. Обработка детали осуществляется в точном соответствии с технологической картой.

Фрезерные станки позволяют производить большое количество операций, вид которых зависит от типа фрезы:

дисковые – для изготовления уступов и пазов;
фасонные – для изготовления фасонных поверхностей;
цилиндрические – для обработки поверхностей;
торцовые – для обработки поверхностей, пазов и уступов;
концевые – для обработки пазов, уступов и фасонных поверхностей.

Также применяют шпоночные, угловые и другие виды фрез. Некоторые модификации фрезерных станков дополнительно могут обрабатывать заготовки, используя зенкера, свёрла, расточные резцы, развертки, приспособления для нарезания резьбы.

Устройство

Фрезерные станки различаются по конструкции в зависимости от типа. Основные элементы оборудования:

Станина. Основная неподвижная часть станка, которая служит опорой для функциональных узлов и рабочих механизмов. У оборудования в напольном исполнении станина крепится к фундаментной плите.
Рабочий стол. На нем с помощью специальных приспособлений или тисков фиксируется заготовка.
Салазки. Служат для поступательного перемещения рабочего стола в продольном направлении в горизонтальной плоскости.
Консоль. Обеспечивает подачу закрепленной заготовки по вертикали и горизонтали.
Поворотная плита. Позволяет подавать заготовку под любым углом.
Шпиндель. Рабочий вал конечного узла станка, в котором фиксируется фреза. Шпиндель передает движение привода и обеспечивает вращение режущего инструмента.
Фрезерная бабка. Отвечает за скорость вращения и направление движения шпинделя, обеспечивает реверс – меняет ход на обратный.
Ползун. Подает фрезу в вертикальном направлении.
Подвески и хобот. Закрепляют приводной вал в требуемом положении.
Коробка подач. Обеспечивает вертикальные, горизонтальные (продольные и поперечные) перемещения рабочего стола, салазок, консоли.
Коробка скоростей с механизмом переключений. Задает скорость вращения рабочего инструмента.
Шкаф, где размещены органы настройки и управления.
Защитные элементы – щиток для оператора, кожух для консоли.

Сфера применения

В зависимости от технических характеристик, различают фрезерные станки для бытового и профессионального применения – от мастерских до крупных предприятий.

Оборудование рассчитано на обработку твердых поверхностей. Чаще всего это массив дерева и древесносодержащие плитные материалы, металлы и сплавы, в том числе высокопрочные, пластик и композитные материалы.

Деревообрабатывающее фрезерное оборудование преимущественно применяется:

в мебельном производстве;
для изготовления деревянных деталей сложных форм.

Металлообрабатывающие фрезерные станки используют для создания и обработки:

наружных и внутренних плоскостей;
пазов и уступов;
фасонных и плоских поверхностей;
канавок прямых и винтовых;
зубчатых колес и т.д.

Агрегаты управляются вручную, работают под контролем автоматики либо системы ЧПУ.

Функциональные параметры

Рабочие возможности фрезерного станка зависят от целого ряда параметров. Их учитывают при выборе модели под конкретные задачи.

Число шпинделей

Количество шпиндельных головок – от одной до восьми, плюс в конструкцию станка может входить дополнительная съемная головка. Большое количество шпиндельных головок позволяет осуществлять одновременно несколько операций, что в несколько раз сокращает время обработки детали.

Шпиндель перемещается по вертикали, горизонтали либо под углом к поверхности заготовки.

Конструкция рабочего стола

Бесконсольные станки оснащены салазками, которые крепятся к станине. Рабочий стол перемещается в горизонтальной плоскости в продольном направлении либо в продольном и поперечном направлении. Такая конструкция обеспечивает высокую жесткость, что упрощает работу с тяжелыми заготовками.

Консольный станок позволяет создавать сложные фасонные поверхности. Его рабочий стол перемещается:

в горизонтальной плоскости в продольном направлении по салазкам, смонтированным на консоли;
в горизонтальной плоскости в поперечном направлении вместе с салазками (они закреплены на направляющих);
в вертикальной плоскости вместе с консолью, которая движется вверх и вниз по направляющим на станине.

Станки с поворотным столом (поворотная ось В) используют для изготовления деталей сложной конфигурации. Положение рабочего стола можно менять с высокой точностью, вплоть до 0,001°.

Возможно вас заинтересует: станки для резки профиля; станки для резки штапика.

Размеры рабочей зоны

От параметров рабочей зоны зависит максимально допустимый размер обрабатываемых заготовок.

Число осей

От количества осей (степеней свободы) зависит:

сложность конфигурации создаваемой и обрабатываемой поверхности;
количество переустановок заготовки в ходе полного цикла работ по фрезерованию детали.

Число осей составляет от 2 до 5.

Точность обработки

На точность обработки влияет жесткость узлов станка, возможность точно позиционировать заготовку и траекторию перемещения инструментов. Для контроля данных параметров используются измерительные приборы различного типа.

Классы точности металлорежущих фрезерных станков
Класс	Описание
Н	Нормальная точность.
П	Повышенная точность, которая обеспечивается за счет повышения качества изготовления и сборки агрегатов нормальной точности.
В	Высокая точность благодаря специальной конструкции отдельных узлов и повышенным требованиям к изготовлению, сборке, регулировке оборудования.
А	Особо высокая точность. Обеспечивается повышением требований к качеству изготовления агрегата по сравнению с классом В.
С	Особо точные станки (мастер-станки). Используются для изготовления деталей к станкам В и А. К точности обработки предъявляются максимальные требования.

Ограничения по выбору инструментов

Количество устанавливаемых фрез зависит от типа станка и составляет от нескольких штук до нескольких десятков. Чем больше количество позиций в магазине инструмента, тем больше видов операций способен выполнить станок, в том числе за один заход.

Функционал станка, вариативность операций помогают расширить дополнительные фрезерные оправки или державки для фиксации режущего инструмента.

Мощность оборудования

Чем мощнее агрегат, тем выше его максимальная скорость работы, в том числе при большой глубине резания. От мощности также зависят ограничения по твердости обрабатываемого материала. Мощные фрезерные станки, оснащенные твердосплавным режущим инструментом, способны обрабатывать заготовки из жаропрочных и высокопрочных сталей, закаленных металлов с HRC более 60, титановых сплавов, высокопрочных композитов.

Частота вращения шпинделя

Данный параметр влияет на способность станка обрабатывать материалы с различными механическими свойствами, а также на степень чистоты получаемой поверхности. Высокоскоростной режим резания необходим для точной обработки материалов с высокими показателями вязкости (латунь, дюралюминий и т.д.).

Принципы классификации

Станки для обработки заготовок методом фрезерования классифицируются по следующим признакам:

1. Типоразмер.	Габариты рабочей плоскости стандартизированы и указываются в буквенно-цифровой маркировке и в названии оборудования.
2. Степень универсальности.	Различают станки: универсальные – способные обрабатывать детали и заготовки любого вида, если их вес и габариты соответствуют параметрам оборудования; специального назначения – для обработки детали определенного вида и размера, применяются при крупносерийном выпуске изделий, не требуют переоснастки.
3. Точность работы.	Данный параметр критичен при изготовлении деталей с минимальными допусками.
4. Способ управления.	Различают агрегаты: полуавтоматические – в выполнении цикла работ участвует оператор; автоматические – входят в состав производственного конвейера, работают без непосредственного участия человека; с ЧПУ – управляются компьютерной программой, обеспечивают высокую точность обработки.
5. Вес.	Станки делят на: легкие – до 1 т; средние – 1-10 т; тяжелые: крупные (10-30 т), тяжелые (30-100 т), особо тяжелые, уникальные (от 100 т).
6. Сфера применения.	Выпускаются станки: бытовые – весом до 165 кг, простой конструкции, с ручным управлением, чаще всего в настольном исполнении, с подключением к электросети 220 В; профессиональные – весом от 165 кг, оснащенные мощным двигателем, рассчитанные на ежедневную непрерывную многочасовую работу.

Виды фрезерных станков

Вертикально-фрезерные	Один из первых типов станков для тяжелого машиностроения и обработки металлических деталей. Обычно применяется для сверления отверстий, выборки паза, пропилов, торцовки, проточки, шлифовки, формирования кромки деталей. Особенности вертикально-фрезерного станка: шпиндель с инструментом свободно перемещается в вертикальной плоскости в рамках заданных координат; положение обрабатываемой плоскости регулируется с помощью винтовых механизмов, что позволяет изготавливать детали сложной формы. Выпускаются бесконсольные и консольные модели.
Горизонтально-фрезерные	Оборудование применяется для выполнения отверстий разных конфигураций, пропилов и насечек сложной формы, выбора фасок. Шпиндель с режущим инструментом перемещается в горизонтальной плоскости. Особенности горизонтально-фрезерного станка: рабочий стол перемещается в продольном, поперечном, вертикальном направлении, при необходимости неподвижно фиксируется с помощью зажимного механизма; рабочими инструментами служат дисковые фрезы разных размеров либо специализированные резцы для создания прорезей заданной формы; для сверления круглых отверстий оператор устанавливает соответствующий инструмент, используя оправку для фиксации. Агрегат позволяет выставить на обрабатываемой поверхности одновременно несколько координат. Систему автоматизации можно запрограммировать на последовательное выполнение нескольких технологических операций.
Универсальные и широкоуниверсальные	Как правило, это консольные агрегаты. Трансформируемый рабочий стол способен перемещаться в трех направлениях, отдельные элементы агрегата могут вращаться вокруг вертикальной оси. Особенности широкоуниверсальных фрезерных станков: каждый рабочий орган с режущим инструментом снабжен отдельным приводом, что дает возможность осуществлять одновременно несколько разных технологических операций; один из рабочих шпинделей располагается на шарнирном хоботе, это позволяет направлять рабочий инструмент под произвольным углом к поверхности при выполнении дополнительных операций; в шпиндель хобота можно установить любой инструмент, используя оправку. Оборудование позволяет в несколько раз сократить время выполнения полного цикла фрезерных работ.
Продольно-фрезерные и бесконсольные	Консоль – уязвимая часть, склонная к деформациям под высокими нагрузками. Станки без консоли – это мощные агрегаты, предназначенные для обработки крупногабаритных элементов. Выпускается оборудование двух типов: продольно-фрезерные станки с монолитным столом либо оснащенные составной поверхностью большой длины с собственным фундаментом, режущий инструмент перемещается по заданной траектории, стол может подавать деталь в продольном направлении; бесконсольные станки классического типа, оснащенные ЧПУ, для массового производства сложных деталей. Бесконсольные агрегаты отличаются прочной массивной станиной, которая позволяет прочно зафиксировать заготовку для высокоточной обработки.
Шпоночно-фрезерные	Станки специального назначения выполняют нарезку швов и выборку пазов в деталях. Ширина и глубина прорезей зависит от параметров фрезы и ее расположения в обойме. Шпоночно-фрезерные станки различаются по габаритам и весу, а также по конструкции – они бывают горизонтальными и вертикальными, одношпиндельными и многошпиндельными.
Карусельные	Это агрегаты непрерывного действия для торцевого фрезерования. Оснащены одним или несколькими шпинделями, расположенными вертикально. Заготовки устанавливаются на поворотный стол и поочередно обрабатываются режущим инструментом. Возможно последовательное выполнение операций по черновой и чистовой обработке в рамках одного цикла фрезерных работ.
Копировально-фрезерные	Агрегат придает заготовке точную форму по заданному образцу. Различают копировально-фрезерные станки: с нижней фиксацией рабочего органа, который управляет одним или несколькими режущими инструментами; со шпинделем, который установлен сверху на выносном шарнирном элементе – это дает возможность осуществлять сложные операции; крупногабаритные, с подвижной кареткой, куда устанавливается фреза – позволяют создавать дубликаты изделий больших размеров. Устройства данного типа – выбор для мелкосерийного производства изделий, они позволяют обойтись без изготовления дорогостоящих штампов.
Настольные	Рабочий стол агрегата свободно перемещается в двух плоскостях, предусмотрены фиксирующие элементы для крепления деталей. Обычно шпиндельный узел тоже выполнен подвижным. Современные настольные станки снабжены ЧПУ, что обеспечивает высокий уровень обработки, оператор управляет работой агрегата дистанционно.

Разнообразие фрезерных станков позволяет выбрать оборудование для штучного, мелкосерийного и крупносерийного производства деталей любых форм и размеров из металла, дерева, композитных материалов. Агрегаты с ЧПУ обеспечивают высокую точность обработки и повторяемость результата.

Ответы эксперта

Какова продолжительность жизненного цикла фрезерного станка с ЧПУ?

Производители обычно не указывают эксплуатационный срок оборудования для фрезеровки – его реальный жизненный цикл зависит от большого количества факторов, не поддающихся прогнозированию. При учете основных средств производства рекомендуется указывать гарантированный срок службы, равный 120 месяцам (10 лет). Но в реальности агрегат прослужит дольше, если соблюдать правила эксплуатации, своевременно проводить мероприятия по обслуживанию и ремонту фрезерного станка.

Возможно вас заинтересует