269021891.png
Оборудование
Как правильно выбрать фрезерный станок
Оборудование

Как правильно выбрать фрезерный станок

В последнее время интерес к фрезерному оборудованию значительно возрос. Спрос рождает предложение, однако, чтобы вложенные в станок финансовые средства окупились и оборудование полностью соответствовало производственным задачам, нужно понимать, на какие параметры обращать внимание при выборе станка.

В этой статье мы расскажем, какой фрезерный станок по металлу с ЧПУ выбрать и каких ошибок следует избегать.


Основные ошибки при выборе фрезерного станка


  • Неправильно подобранный тип или размер конуса крепления (BBT, BT  / SK / HSK / ISO / СAPTO) инструментальных оправок повлечет за собой необходимость покупки лишней оснастки или недостаток жесткости при обработке. 

  • Неверно рассчитанная максимальная рабочая зона (перемещение по осям XYZ) может не позволить разместить необходимую номенклатуру изделий. Чтобы избежать подобной ошибки, нужно тщательно проанализировать перечень деталей, обрабатываемых на выбранном станке.
  • Неправильный подбор мощности основного двигателя не даст достигнуть требуемых параметров зависимости крутящего момента от мощности. Особенно это важно, когда требуется проводить обработку заготовки из жаропрочных материалов и титановых сплавов, а также сплавов с высоким содержанием никеля.

  • Подбор количества позиций инструмента без учета технологического процесса приведет к простоям из-за смены режущих инструментов.

  • Не выбрана опция «СОЖ под давлением» для обработки глубоких или сразу множества  отверстий, или же подобрано недостаточное давление, или опцию вовсе не учли. Нужно учитывать возможную сложность конструкций изготавливаемых изделий.

  • Выбран недостаточный объем памяти для управляющих программ или обработки. Зачастую клиент не имеет возможности хранить их на сторонних носителях, поэтому тщательно проанализируйте, насколько сложны обрабатываемые детали с точки зрения конструкции, материала, количества переходов в операциях.

  • Выбор направляющих. Порой сложно определиться с выбором, но каждый тип подходит для определенных целей. Скольжения обладают высокой нагрузочной способностью, просты по конструкции, качения же дают высокие скорость перемещений и плавность. 

Разберем перечисленные ошибки подробнее.


Ошибка № 1. Интерфейсы крепления фрезерных оправок

Важно понимать, что каждый тип имеет свои особенности и уже от поставленных вами целей зависит их выбор.

Оправки — это необходимое оснащение, без которого работа на станке в принципе невозможна: оно обеспечивает передачу крутящего момента от шпинделя к режущему инструменту. Разберем конструкцию фрезерных оправок, типы конусов хвостовика, их достоинства и недостатки.

Фрезерная оправка состоит из двух частей. В одной части — крепление режущего инструмента, в противоположной – крепление в шпинделе станка. Для крепления используется конический хвостовик, отличающийся рядом преимуществ перед цилиндрическими и другими типами соединений:

  • Конусообразный хвостовик позволяет легче и быстрее менять инструмент.

  • Конус обеспечивает необходимую точность центрирования.

  • Крепление отличается надежностью, а его степень зависит от типа стандарта конуса.

Типы конусов

Конус Морзе (конусность ~ 1:19-1:20) — самый первый в истории. Сегодня ему уже 154 года. Ему соответствуют российский стандарт ГОСТ 25557 и немецкий DIN 228.

Особенность конуса в эффекте «самозаклинивания» — оправка будет надежно закреплена за счет конструкции самого конуса.

Этот конус используется для фрезерных универсальных станков, а также для сверлильных станков. На оборудование с ЧПУ его практически не устанавливают, так как эффект «самозаклинивания» не позволит автоматически производить замену инструмента.

Конус c отношением 7:24 (ISO) позволяет автоматически менять инструмент на станках с ЧПУ.

Оправки ISO (7:24) бывают в нескольких исполнениях. Наибольшей популярностью пользуются:

  • SK (по-немецки – крутой конус) — выполнены по немецкому стандарту DIN 69871;

  • BT — японский стандарт MAS 403 BT (для автоматической смены);

  • NT — немецкий стандарт DIN 2080 (только для ручной смены).

Типоразмер конуса указывается после буквенного обозначения, как правило, наиболее распространенные — от 30 до 50, например BT40, SK50, BT30. Для всех стандартов размер конусной части одинаков, а конструкция будет отличной.

Стандарт BT на сегодня, судя по распространению, занимает лидирующие позиции, да и найти оправки будет легче и дешевле, они есть на складах.

Системы HSK (Hohl Shaft Kegel — полый конический хвостовик) с конусностью 1:10 позволяют автоматически менять инструмент. Главное назначение этих типов — обработка на высоких скоростях.

Основные преимущества HSK и KM:

  • Облегченная конструкция;

  • Хорошая повторяемость;

  • Жесткость.

Также с помощью этой системы можно закреплять токарные резцы на фрезерном станке, что станет большим плюсом при выборе этого типа конуса.

Наиболее часто встречающиеся типоразмеры — HSK40, 50, 63 и 100.

Capto — самый молодой тип, что в переводе означает полигональный инструментальный конус. Позиционируется как аналог системы HSK, но уже премиум-класса.

В сечении конус Capto представляет собой треугольник со скругленными краями и выгнутыми сторонами. Угол поверхности посадки аналогичен конусу Морзе. Такая форма дает эффект «самозаклинивания», обеспечивая очень жесткую посадку и хорошую передачу крутящего момента.

Однако из-за сложности конструкции производство оправок такого типа обходится довольно дорого, а покупать их часто нерентабельно.


Ошибка № 2. Неверно подобранные габариты рабочей зоны станка

Неверно рассчитанная максимальная рабочая зона (перемещение по осям XYZ) может не позволить разместить необходимую номенклатуру изделий. Чтобы избежать подобной ошибки, нужно тщательно проанализировать перечень деталей, обрабатываемых на выбранном станке.

Максимально возможный габарит обрабатываемого изделия на примере конкретной модели станка SOLEX VM1050S

 Тип/параметр  A  B  C  D
 VM1050  1100 мм 1000 мм   520 мм   560 мм 

У каждого фрезерного станка, как правило, указывают параметры, на которые нужно обратить внимание. Они дадут вам понимание, какое максимальное изделие позволит обработать станок, можно ли доустановить специальную оснастку, системы измерения, дополнительные поворотные, наклонно-поворотные столы.

 Технические параметры  Ед. изм. Значение 
 Стол    
 Размер стола  мм  1100 х 520
 Максимальная нагрузка на стол
 кг  650 
 Т-образные пазы (кол-во × ширина × расстояние)  мм  5 х 18 х 100
 Рабочая зона    
 Продольное перемещение стола по оси Х  мм  850
 Поперечное перемещение стола по оси Y  мм  520
 Вертикальное перемещение шпиндельной бабки Z  мм  560
 Расстояние от колонны до центра шпинделя  мм  580
 Расстояние от торца шпинделя до поверхности стола  мм  150 – 710


Также у производителей следует запросить детальные схемы рабочей зоны — с их помощью вы до миллиметра выясните, достаточно ли выбранной модели станка, а также сможете схематично изобразить положение дополнительных опций:

Пример детальной схемы рабочей зоны станка


Ошибка № 3. Неверный подбор мощности главного двигателя

В каждом фрезерном станке с ЧПУ есть несколько двигателей: главный — сервопривод для вращения шпинделя, и вспомогательные — сервоприводы для перемещений рабочего стола или шпинделя — в зависимости от кинематики станка.

Часто бывает, что мы ограничены бюджетом, но хотим приобрести станок с максимальной эффективностью производства деталей. Обращая внимание только на мощность двигателя, мы думаем, что станок с хорошей мощностью позволит реализовать все наши задачи. Однако при этом мы не обращаем внимания на крутящий момент станка и тем самым совершаем ошибку. Без правильно подобранных параметров крутящего момента не получится эффективно обрабатывать элементы детали.

У каждого станка есть диаграмма мощности и крутящего момента, составлять технологический процесс требуется, опираясь на возможности станка.

К примеру, вам необходимо сверлить отверстие миллиметров на 32 диаметром, глубиной 80 мм. Обрабатываемый материал Сталь 40 твердостью HB210. Приобретаем станок киловатт на 11/15 кВт в надежде, что «справится» — да, станок справится, но насколько эффективно – это еще вопрос.  

Необходимо также учесть, что у станков есть разные режимы работы двигателей — постоянный, краткосрочный (30 или 15 мин.) и пиковый (одномоментный). Для стабильного процесса желательно работать всегда в постоянном режиме двигателя.

Выбирая станок, нам важно эффективно использовать режущий инструмент на указанных его режимах резания.

В первой таблице показаны мощность и крутящий момент при сверлении на стандартных режимах резания, скорость резания — V-100 м/мин при подаче 0,16 мм/об. Требуемый крутящий момент получается 97,19 Нм при мощности 10,65 кВт. При данных режимах время обработки составит 32 сек.

Таблица 1. Расчет режимов резания и необходимых мощностных характеристик станка при недостаточном крутящем моменте

 Нелегированная сталь
 C > 0,25... ≤ 0,55%, улучшенная      
 (HB 210, Rm 708 N/mm²)
 Диаметр, Dc | mm  32.00
 Скорость резания, vc | m/min   100
 Частота вращения, об/мин, n | RPM   995
 Подача на оборот, fn | mm/rev  0.16
 Минутная подача, vf | mm/min  159
 Глубина отверстия, lm | mm  85
 Передний угол, γ | °  0
 КПД Станка, η | %  95
 Критерий износа, %  15
 Удельный съем материала, cm³/min  
 192.00 
 Время обработки, сек  32.04
 Момент, Mc | Nm  97.19
 Мощность, Pmot | KW  10.65

При недостаточном крутящем моменте мы снижаем подачу и можем повысить обороты. Но при данном методе требуется учитывать: при увеличении оборотов крутящий момент начинает падать и при достижении мощности его все равно будет недостаточно. Помимо этого, инструмент может начать быстрее изнашиваться (гореть), если твердый сплав и покрытие не рассчитаны на данные скорости резания. Но даже если опустить эти факторы, время обработки отверстия составит 35,6 сек. Это наглядно показано во второй таблице:

Таблица 2. Расчет режимов резания и необходимых мощностных характеристик станка с пониженной подачей и увеличенными оборотами

 Нелегированная сталь
 C > 0,25... ≤ 0,55%, улучшенная      
 (HB 210, Rm 708 N/mm²)
 Диаметр, Dc | mm  32.00
 Скорость резания, vc | m/min   180
 Частота вращения, об/мин, n | RPM   1790
 Подача на оборот, fn | mm/rev  0.08
 Минутная подача, vf | mm/min  143
 Глубина отверстия, lm | mm  85
 Передний угол, γ | °  0
 КПД Станка, η | %  95
 Критерий износа, %  15
 Удельный съем материала, cm³/min  
 172.8
 Время обработки, сек  35.60
 Момент, Mc | Nm  57.79
 Мощность, Pmot | KW  11.40

Из всего вышеперечисленного можно сделать вывод, что при выборе оборудования требуется понимать, какие детали, какой серийности и с какой эффективностью мы будем изготавливать. Для получения минимальной себестоимости продукции оборудование должно выполнять свою работу эффективно и без дополнительных вспомогательных операций.


Ошибка № 4. Подбор количества позиций инструмента без учета технологического процесса приведет к простоям из-за смены режущих инструментов

Порой встречается технология обработки детали типа «корпус», когда число позиций инструмента может дойти до двух-трех десятков, либо невозможно скомбинировать режущий инструмент. В таком случае приходится выходить за временные рамки и останавливать оборудование для замены нужного инструмента. Рекомендуется просчитывать возможное количество одновременно необходимого инструмента в магазине, выбирая 20, 24, 28 и больше позиций.



Ошибка № 5. Не выбрана опция «СОЖ под давлением» для обработки глубоких или сразу множества отверстий, или же подобрано недостаточное давление, или опцию вовсе не учли

Необходимо учитывать возможную сложность конструкций изготавливаемых изделий. Перед производством ставятся непростые задачи по обработке глубоких отверстий, множества отверстий (типа перфорации) или корпусных изделий, матрицы, пресс-формы, где необходимо выбирать значительную часть металла.

В этих случаях нам необходимы такие показатели, как:

  • Эффективное удаление стружки — минимизирует участие оператора в лишних остановах для очистки рабочей зоны;

  • Продуктивный отвод тепла — предоставляет возможность эффективной реализации глубокого сверления, более продуктивная эвакуация стружки,предотвращающая ее уплотнение и, как следствие, возможные повторные проходы инструментом;

  • Исключение перегрева режущего инструмента и, как следствие, увеличение срока его службы.

При выборе опции «СОЖ под давлением» также становится возможным применение современного инструмента и прогрессивных методов обработки, что повышает производительность работы оборудования.


Пример изделия типа «трубная решетка»

Пример изделия, где рекомендована опция «СОЖ под давлением»

Деталь «матрица», на которой необходимо выбирать большой объем металла

Деталь после обработки


Ошибка № 6. Выбран недостаточный объем памяти для хранения управляющих программ

К сожалению, на практике такое случается часто: десятки новых станков поступают на производство и в процессе работы выясняется, что у них малый объем памяти для УП. Мы регулярно слышим от операторов нелестные отзывы по этому поводу. Надо признать, что они правы: за огромные деньги люди получают не то, что нужно, а проблемы, с которыми потом приходится мучаться долгое время. Особенно сегодня, когда перед производством встает все больше интересных задач ввиду сложности конструкций изделий и обрабатываемых материалов. Лучший вариант — обговорить все нюансы на этапе подбора и установить сразу необходимое дооснащение ЧПУ. 

Но даже если вы уже приобрели оборудование, проблему можно решить: всегда есть возможность установить дополнительно необходимое ПО, платы и расширить память. Вопрос лишь во времени. Добавим, что некоторые производители систем ЧПУ уже в базовых комплектациях при равной стоимости учитывают эту необходимость и без дополнительных опций, выездов специалистов.


Ошибка № 7. Выбор типа направляющих

Здесь все достаточно просто, у каждого типа есть свои плюсы и минусы. Все зависит от поставленных целей, так или иначе и те и другие в общем и целом универсальны — одну деталь можно будет сделать как на одном, так и на другом станке . 

Направляющие качения

Направляющие качения начали применяться вместо направляющих скольжения в середине прошлого века на координатно-расточных, шлифовальных, заточных и некоторых других прецизионных станках, где требовались точные малые (с дискретностью до 0,001 мм) установочные перемещения узлов. Такие перемещения на направляющих скольжения очень трудно выполнялись или вообще были невыполнимы из-за так называемых скачков.

Преимущества:

  • Обладают малым трением (коэффициент трения составляет 0,003…0,005);

  • Обеспечивают высокую плавность перемещений, высокие скорости и ускорения перемещений;

  • В соответствующем исполнении обеспечивают высокую нагрузочную способность, жесткость и долговечность системы;

  • Имеют высокую ремонтопригодность.

Недостатки:

  • Сравнительно низкое демпфирование (искусственное подавление колебаний),

  • Повышенная чувствительность к загрязнению;

  • Высокая стоимость, которая во многих случаях становится существенным фактором, ограничивающим их использование.

Направляющие скольжения 

Являются частью самой станины и образуются в процессе производства станка. Качество направляющих скольжения — это репутация производителя с его культурой и менеджментом производства (как механообрабатывающего так и сборочного).

При выборе этого типа следует обратить внимание на основные преимущества:

  • Простота и компактность конструкции;

  • Высокая нагрузочная способность и жесткость, демпфирование — хорошая работа на прямолинейных подачах при черновой обдирке;

  • Невысокая стоимость.

И такие ограничения:

  • Ниже точность позиционирования и повторяемость позиционирования оборудования (примерно в 1,4 – 1,5 раза при сравнении станков «на качения» аналогичных типоразмеров).

  • Скачкообразное изменение нагрузок по осям, так как двигателю требуется сорвать с мертвой точки тяжелонагруженный суппорт ввиду большой площади контакта.

  • Низкая точность при круговых перемещениях и при подачах с частой сменой направления движения инструмента (реверс приводов), что сильно сказывается на точности обработки.

  • Высокая сила трения — выше износ, меньше срок эксплуатации станка. Например, при обработке небольших, коротких изделий в местах перемещений ответных частей направляющих возможна выработка поверхностей. 

  • Сложность ремонта оборудования, дороговизна перешлифовки направляющих (особенно крупных станков, трудно найти оборудование для ремонта), необходимость шабрения ответных частей конструкции для достижения (возобновления) первоначально заявленной точности оборудования.

Этапы выбора фрезерного станка


Соблюдайте 4 этапа при выборе станка, тогда оборудование будет четко соответствовать поставленным задачам.

Базовые параметры станка — размер и масса заготовки, материал, число и сложность производимых операций. Пределы габаритов обработки оборудования определяются исходя из размера контура детали. Таким образом, нужно учитывать:

  • Размеры заготовки: они должны быть меньше размеров рабочего стола.

  • Правильный подбор необходимой допустимой несущей способности.

  • Верно рассчитанное пространство для установки зажима и крепления головки.

Мощностные параметры. Выбирая их, следует обращать внимание на ряд моментов:

  • Материал заготовки: если вы планируете обрабатывать заготовки из чугуна (СЧ20, СЧ25, ВЧ60) или легированной стали (40Х, 9ХС, 12Х18Н10Т), то в приоритете будет высокий крутящий момент, например HV4.5A или BMC-135TN c передачей вращения шпинделя черзе редуктор. Для обработки цветных сплавов (Д16, Л60, БрО3,5Ц7М5) важнее высокая скорость вращения шпинделя, например SV1050 ( ременная передача в 15 000 rpm или VM950H (с прямым типом привода “direct drive”дающий частоту вращения в 12 000 rpm );
  • Конфигурацию обрабатываемой детали: для обработки детали из поковки (сплошной заготовки) необходима высокая мощность и крутящий момент, например PM1640HA или HV6A(ZF). Для изготовления детали из литой заготовки (минимальный припуск) достаточно базовых характеристик, например VM740S или V4,5;
Портально-фрезерный обрабатывающий центр с ЧПУ РМ1640НА, Solex
  • Тип обработки (черновая или чистовая): при черновой обработке (обдирка, большой съем материала) в приоритете будет высокая мощность и крутящий момент, например BMC-3012 или VM1880(ZF). Для чистовой обработки (снимаемый припуск не более 2 мм, получение окончательных форм и размеров) или высокоскоростного фрезерования (высокая подача, минимальный снимаемый припуск) достаточно базовых характеристик, например VM950S или V6;

  • Конструктивные элементы (параметры фрезеровки и сверления, сложность профиля): для фрезеровки в полный паз глубиной больше 3 диаметров или для сверления отверстий диаметром больше 50 мм необходимо использовать редуктор для повышения крутящего момента. Обработка сложнопрофильных поверхностей требует высокой частоты вращения шпинделя, например PM1830U или 5AX-AC650;

Сменность и серийность. От них зависит количество необходимых станков. Возможность многостаночного обслуживания, автоматизации (опции автоматических дверей, подключения манипуляторов и накопителей и др.) 
Ограниченное производственное пространство и требования к установке. Необходимо учесть место расположения станка (например, установка на втором этаже требует ограничения по массе, а если сжатый воздух подается не централизованно, станок следует оснастить воздушным компрессором — а это также влияет на занимаемую площадь и массу оборудования). Некоторые поставщики оборудования направляют технические карты — рекомендации по подготовке производства к установке нового оборудования. 


Какой фрезерный станок выбрать, ориентируясь на чертеж изделия


Выбор станка по чертежу — один из наиболее точных и распространенных способов подбора оборудования. На чертеже представлены все необходимые параметры готовой детали, наглядно видно, какая фрезерная операция требуется для выполнения задачи. 

Рассмотрим основные типы станков и изготавливаемые на них детали:

  • Вертикально-фрезерный. На данном оборудовании производят работы различными типами фрез (цилиндрическими, торцевыми, концевыми, фасонными и т. д.) и сверлами. Обрабатывают такие детали, как корпус, фланец, шнек и детали общего машиностроения. 

  • Портально-фрезерный. Этот станок предназначен для обработки крупногабаритных деталей: рельс, рам, станин. 

  • Горизонтально-фрезерный и расточной. Горизонтально-фрезерные станки предназначены для обработки вертикальных, горизонтальных, винтовых, фасонных поверхностей. На горизонтально-расточных станках к основным линейным координатным (X, Y, Z) ходам станка добавляется ход по оси W (выдвижение пиноли). На этих машинах производят операции растачивания, сверления, зенкерования, фрезерования плоскостей и др. На горизонтально-фрезерных и расточных станках обрабатывают такие детали, как корпуса гидрораспределителей, трансмиссий, запорная арматура.

  • 5-осевые станки имеют фрезерную головку поворотного типа или же интегрированный стол станка имеет возможность поворота и наклона.  Размеры деталей определяются по основным линейным ходам осей X, Y, Z, а также двум круговым – осей А, С. Обработка деталей производится в нескольких плоскостях. В отличие от других типов, данный станок обладает большими возможностями. На нем можно обрабатывать криволинейные поверхности со сложной конфигурацией. На 5-осевых станках обрабатывают пресс-формы, крыльчатки, винты, направляющие аппараты.

Подведем итоги


Итак, главные моменты при выборе фрезерного станка, на которые надо обращать внимание — чертеж изделия, мощностные параметры, горизонтальные характеристики, тип оборудования и производственные условия.

Компания «ПРОМОЙЛ» предлагает широкий ассортимент фрезерных станков. У нас вы сможете подобрать оборудование, удовлетворяющее задачам вашего производства. В каталоге обычные станки, а также лучшие фрезерные станки с ЧПУ восточных брендов с описанием, размерами и другими характеристиками. Штат квалифицированных специалистов поможет вам с выбором станка и ответит на интересующие вас вопросы. Кроме того, наша сервисная служба производит обслуживание фрезерных станков любых типов.

Антон Лохно
Автор статьи
Антон Лохно
Продакт менеджер

Связаться с автором
Комментировать
Перетащите файлы
Ничего не найдено
Защита от автоматических сообщений
Контакты
Центральный офис: Пермь, Хохрякова 9

Москва: Зеленоград, 4922-й пр-д 4, стр.5
Москва: Кутузовский проспект 36 с. 6, офис 622

Санкт-Петербург: Полиграфмашевский пр-д 3, лит. А, офис 404

Набережные Челны: Моторная 1

Новосибирск: ​Сибиряков-Гвардейцев, 51/5, офис 508