Особенности устройства фрезерного станка с ЧПУ и принцип его работы

Автоматизация производства повышает производительность, при этом устройство фрезерного станка с ЧПУ фактически не отличается от обычных агрегатов. Использование такого оборудования позволяет повысить скорость обработки, эффективность и минимизировать брак, а также человеческую ошибку. На заре своего появления компьютеризированная техника применялась только на крупных промышленных предприятиях, в силу высокой стоимости. Сегодня сфера эксплуатации станков с ЧПУ существенно расширилась, и встречаются они не только на заводах, но и в небольших цехах или частных мастерских. При этом они совершенствуются и расширяют функционал.

Назначение фрезерного станка

Поскольку ЧПУ и обычные станки отличаются только принципом управления, то можно рассматривать устройство фрезерного станка с ЧПУ и назначение фрезеровочных машин как один и тот же аспект. Они нужны для того, чтобы обрабатывать металлические детали, придавая им нужную конфигурацию, форму и объем. С помощью фрезеровки осуществляется:

• обработка плоских поверхностей;
• резка;
• прорезание пазов и канавок;
• создание фасонных поверхностей;
• подрезание торцов.

Для каждой манипуляции необходима специальная фреза, являющаяся фундаментальным режущим инструментом.

Раз речь зашла про фрезы, то здесь применяются разнообразные режущие инструменты, который и обеспечивают производственный процесс фрезеровки. Наиболее востребованы цилиндрические, концевые, торцевые, пазовые и фасонные. Кроме фрез в шпиндель вставляются и другие режущие инструменты, в частности, сверла, расточные резцы, зенкеры, развертки, решения для нарезания резьбы. Вот поэтому фрезерные станки считаются одними из наиболее универсальных машин по работе не только с металлом. Они применяются для обработки древесины и пластика.

Обрабатывающие центры являются разновидностью фрезеровочного оборудования и представляют собой агрегаты, способные выполнять комплекс разноплановых задач. Здесь реализуется еще и токарная обработка деталей. Оснащаются магазинами инструмента, станочными приспособлениями и револьверными головками. Благодаря этому производственный процесс происходит без остановок на длительную перенастройку или замену элементов. При масштабном производстве следует обратить внимание именно на такие решения.

Что такое ЧПУ

Чтобы понимать, как работает фрезерный станок с ЧПУ, нужно разобраться что из себя представляет числовое программное управление. Если говорить грубо, то такие станки работают под контролем робота. Процесс состоит из трех этапов:

1. Создание модели детали.
2. Написание кода и установка в модуль.
3. Запуск системы и создание изделия.

За моделирование отвечает программист. По сути это еще и инженер, ведь он сначала разрабатывает чертежи и производит расчеты, а после преобразовывает их в числовой код. На больших предприятиях задачи могут распределяться между разными специалистами и отделами.

При выборе следует ориентировать на два главных параметра - точность  и размер сборки. В новых моделях площадь сборки позволяет обрабатывать детали в широком диапазоне размеров. Заготовка может иметь габариты до двух метров длины и 10 см толщины, но это если речь идет о промышленных комплексах. При использовании ЧПУ допуски по точности жесткие. В базовых настройках данный параметр установлен на показателе +/- 0,125 мм. Есть возможность выставить и еще более жесткие цифры, а именно +/- 0,025 мм. Такие цифры не способны обеспечить обычные автоматические агрегаты, не говоря уже про ручные решения.

Принцип работы фрезерного станка ЧПУ

Чтобы иметь более четкое представление о том, какой принцип работы имеет фрезерный станок ЧПУ, следует разобраться с его устройством. А конструкция машины состоит из двух больших частей. Первая - это классический механизм, включающий наличие:

• подвижного стола;
• шпинделя;
• двигателя;
• привода.

А вот в высокотехнологическую технику ее превращает компьютерный электронный узел. Главным компонентом выступает блок управления станком. Он читает и расшифровывает инструкции, генерирует и передает команды движения, получает сигналы обратной связи, включает и отключает инструменты.

Второй по важности элемент - система обратной связи. Она состоит из датчиков и контролирует работу. Они отслеживают скорость и расположение фрезы/сверла. Если возникли отклонения, то передается сигнал в главный блок и там уже программа корректирует сигналы и настройки. Для загрузки перед стартом параметров необходимо устройство ввода данных. Это может быть считыватель перфорированной или магнитной ленты, а также компьютер с подключенным портом RS-232-C. Все что необходимо оператору выводится на дисплей, там отображаются данные. Пульт портативный и может быть перемещен в удобное место.

Виды оборудования и последовательность рабочего процесса

В зависимости от объемов поставленных задач, модели бывают настольные и напольные. Второй вариант актуален для цехов крупных предприятий, здесь более широкий диапазон реализуемых целей. Настольные фрезерные станки несколько ограничены в функционале, точнее не могут обеспечить массовое производство деталей за короткий промежуток времени. Они часто встречаются в небольших цехах или частных мастерских, гаражных автосервисах и в загородных домах.

Еще один немаловажный момент с конструкцией - расположение режущего инструмента и консоли. Выделяют горизонтальные, вертикальные и универсальные. У первых стол представляет собой рабочую консоль, а шпиндель располагается горизонтально. Здесь перемещается стол по трем осям измерения относительно рабочего инструмента.

У вертикальных агрегатов шпиндель расположен соответственно. И он движется относительно закрепленного материала на рабочем столе. Данный тип исполнения характерен для небольших станков, на них изготавливают мелкие детали и изделия. Наиболее универсальными являются комбинированные решения. У них имеются поворотные шпинделя с режущим инструментом и рабочие консоли. Это расширяет возможности оборудования.

Сейчас стоит подробнее рассмотреть как работает фрезерный станок с ЧПУ и понять, почему за ними будущее, а ведь не за горами еще и внедрение искусственного интеллекта. 

После того как создана модель изделия, приступают к настройке. Она заключается в:

• проверке готовности (наличие масла, охлаждающей жидкости);
• подключении к питанию и пробный запуск;
• загрузке фрез в карусель;
• фиксации заготовки;
• установке параметров коррекции;
• загрузке программы.

Загрузку можно осуществить с помощью USB-флэшки.

После подготовительных процедур и настройки запускается обработка. Сначала рекомендуется сделать пробный прогон над зафиксированной заготовкой. Если программа не выдает никаких ошибок, тогда нужно приступать к работе. Еще раз стоит проверить все параметры во избежание ошибок и запустить «Старт». Далее оператор следит за выводящимися на дисплей данными и если все проходит нормально, ждет завершения процесса. Когда машина остановится, останется извлечь готовую деталь и провести контроль качества.

Как уже говорилось, фрезерные станки с ЧПУ постоянно совершенствуются и касается это всех рабочих параметров, включая осевые системы. Стандартный агрегат оснащен вариантом с 3 осями, который позволяет обрабатывать заготовки только сверху или под незначительным углом. Уже предлагаются модели с 5-осевыми системами, а это уже совершенно другие возможности. Благодаря увеличению количества режущих осей, появляется  возможность работать с деталями, имеющими сложную конфигурацию. Регулируя настройки угла, можно добраться до труднодоступных участков. Проще говоря, движение шпиндельной головки осуществляется по трем осям и еще происходит дополнительное вращение.

На заметку. После извлечения из станка нужно проводить дополнительную обработку, так как на деталях видны следы режущего инструмента. Применяется дробеструйная очистка и нанесение порошкового покрытия.

Разобравшись с устройством фрезерного станка с ЧПУ становится понятно, что такая техника представляет собой эффективную машину, способную не просто повысить производительность. Внедряя программное управление, можно добиться оптимизации процесса и снизить расходы. Поэтому излишне говорить, что грамотные менеджеры заводов переходят на применение современных агрегатов. Для обучения операторов требуется минимум времени, а их участие сводится к введению корректных настроек и контролю.