Все о фрезерных станках — виды, классификация, применение

Что такое фрезерные станки?

Фрезерные станки представляют собой группу оборудования, назначением которого является обработка заготовок с помощью фрезы. В свою очередь, под фрезой понимается инструмент, имеющий несколько вращающихся резцов, которые погружаются в твердый материал и снимают с него определенный слой, производя в заготовке необходимые изменения.

Фрезерные станки могут быть как металлорежущими, так и деревообрабатывающими. Модели широко используются на крупных, средних и малых предприятиях. Их активно применяют в производственных цехах и ремонтах мастерских. Они отличаются высокой производительностью и четким выполнением поставленных перед ними задач.

Как работают фрезерные станки?

При работе фрезерных станков различают основные и вспомогательные операции. К основным действиям агрегата относятся:

вращательное движение закрепленной в шпинделе фрезы,
прямолинейная или криволинейная подача закрепленной на столе заготовки.

Суть данного процесса заключается в том, что в результате взаимодействия фрезы и заготовки при резании с изделия снимается заранее обозначенный слой материала в точно указанном технологической картой месте, что и позволяет получить в итоге деталь с нужными техническими характеристиками.

Причем при выполнении операций с крупными заготовками фреза также может перемещаться. А управлять агрегатом во всех случаях можно вручную, автоматически или с помощью системы числового программного управления.

Вспомогательные операции при функционировании фрезерных станков также очень важны. В их перечень входят работы:

по настройке и наладке аппарата,
по управлению процессом,
по закреплению и освобождению деталей,
по фиксации и снятию инструмента,
по подводу и отводу резца к обрабатываемым плоскостям,
по контролю за выполняемыми операциями,
и так далее.

Техника безопасности при работе с фрезером ЧПУ

При работе с техническим оборудованием придерживайтесь определенных правил. Это связано не только с эффективностью работы, но и с безопасностью.

Работа с техническим оборудованием опасна, а соблюдение техники безопасности снижает риск причинения вреда здоровью.

Правила ТБ:

Приступать к работе только в специальной униформе. Оператору ЧПУ станка потребуется прикасаться к острым предметам. Прикосновение голыми руками повышает риск появления колотых и режущих ран.
Рабочее пространство должно быть в 2 раза больше, чем размер станка. Это нужно для отдаления от рабочего места при критических ситуациях.
Огнеустойчивость стен, пола и потолка. Снижает риск возникновения пожара.
Пол должен быть ровным. Требуется для надежного закрепления аппарата.
Наличие хорошего освещения.

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.

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.

Ручной фрезерный станок по металлу

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.

Классификация фрезерных станков

Основными видами фрезерных станков являются следующие модели:

Горизонтально-фрезерные станки
. В агрегатах присутствуют горизонтальный шпиндель и консольный рабочий стол. Назначением выступает обработка небольших и нетяжелых изделий.
Вертикально-фрезерные станки
. Ось инструмента в конструкциях проходит по вертикали. Есть рабочая консоль. В работу принимаются заготовки с небольшим весом и компактными размерами.
Универсальные фрезерные станки
. В конструкцию включены поворотный стол и дополнительные устройства, что позволяет существенно расширить список выполняемых фрезерных процессов.
Широкоуниверсальные фрезерные станки
. Аппараты оборудованы поворотной шпиндельной головкой и дополнительными приспособлениями, позволяющими максимально охватить весь перечень фрезеровочных действий.
Бесконсольные фрезерные станки
. Производятся с вертикально перемещающимся шпинделем, перемещения стола — продольно-попереченые, что по траектории напоминает крест. Консоли нет, деталь крепится на жесткое основание. Выполняют работу с крупногабаритными и тяжелыми заготовками.
Продольно-фрезерные станки
. В конструкцию входит совершающий продольное движение стол, а движения шпиндельной бабки являются поперечными, вертикальными или под углом.
Карусельные фрезерные станки
. Относятся к агрегатам с непрерывным действием, функционируют по принципу многопозиционного процесса. Оборудованы одним или несколькими вертикальными шпинделями.

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:

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

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

Загрузка данных в компьютер станка.
Правильное расположение заготовки.
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:

Использование фрезерных станков

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

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