Назначение и устройство фрезерного станка

Фрезерный станок – это агрегат, устройство, применяемое для обработки деталей из твердых типов материалов - металла, пластика, композитов или дерева с использованием фрезы, специального инструмента с вращающимися резцами. Принцип работы фрезерного станка основан на вращательном движении фрезы с одновременным поступательным перемещением (подачей) обрабатываемой детали.

Станок позволяет выполнять следующие операции:

• создавать фасонные поверхности (маховики, стержни, клапаны);
• обрабатывать плоскости внутри и снаружи;
• фрезеровать шлицы, канавки, пазы;
• формировать различные профили зубчатых колес;
• отрезать заготовки;
• торцевать и делать профили на торцевых поверхностях.

Есть много видов фрезерных станков, основные:

• горизонтальные;
• вертикальные;
• консольные;
• портальные;
• копировальные;
• расточные;
• 5-осевые;
• комбинированные. 

Общая схема с обозначением основных узлов фрезерного станка

Устройство фрезерных станков

Несмотря на большое разнообразие фрезерных станков, все они имеют схожее устройство, принцип действия и основные узлы.

• Станина – основа всех станков. Этот узел наиболее долгоживущая часть станка, рассчитанная на все время его эксплуатации. Выполняет важную роль во всей конструкции. Через станину станок опирается на фундамент при помощи опор или анкерных болтов. Основание станины это база, на которой строится весь станок.

Виды и материалы станин:

• Литая станина. Состоит из «чешуйчатого графита», который гасит вибрации и колебания в процессе обработки. Чаще все основные узлы станка изготовлены из модифицированного высокопрочного серого чугуна типа СЧ 15, СЧ 20, СЧ 30 методом литья и покрыты специальным полимерным составом, что обеспечивает станку высокую жесткость и постоянную точность. Целесообразна при больших объемах производства.
• Сварная, стальная станина. Обладает меньшей жесткостью по сравнению с литыми, чугунными и подойдет для единичного производства. Такие станины воспринимают небольшие съемы металла (до 1–2 мм) при обработке легких сплавов или стандартных марок сталей.
• Железобетонные станины тяжелых уникальных станков. Не получили широкого распространения ввиду большого минуса – это усадка бетона и восприимчивость к температурным колебаниям.
• Станины из полимерных материалов. Наиболее интересный раздел, так как имеет ряд существенных преимуществ: отсутствие дальнейшей обработки после отливки, минимальное время на снятие внутренних напряжений, а равно высокая скорость изготовления. Отличаются повышенной устойчивостью к коррозии, легкостью ремонта, низким коэффициентом скольжения и повышенным модулем упругости по сравнению с другими материалами, указанными выше. Вероятность возникновения резонанса у станины из полимерных материалов значительно ниже, чем у стальной, следовательно, станок отличается большей точностью. Применяются при производстве групп станков финишной обработки – шлифовальных, полировальных, 5-координатных станков с повышенными показателями точности обработки.

Вывод: если вам не важен шум и вибрация, если производство не требует высокой точности, но хотите иметь тип станины, проверенный веками, – это, конечно, чугунное литье. Если же важна невысокая стоимость, повышенная виброустойчивость и точность обработки – подбирайте станок на станине из минерального литья.

Продолжим. Далее на станину устанавливаются все остальные узлы – подвижные и неподвижные: колонна, шпиндельная бабка, рабочий стол, привода осей X, Y, Z, направляющие и шарико-винтовые пары (ШВП), а также другое периферийное оборудование и устройства.

• Рабочий стол, на котором крепится заготовка, устанавливается на станине и перемещается по направляющим (скольжения или качения) относительно вращающейся фрезы (главного движения станка). Выше стола расположена вертикальная колонна со шпиндельной бабкой и шпинделем, в которой уже фиксируется инструмент (оправки с фрезами, расточными системами и пр.)
• Система приводов осей X, Y, Z состоит из приводных двигателей, муфт или редукторов и ШВП ( шарико-винтовой пары). Во фрезерных станках с ЧПУ этот узел получает команды от блока управления ЧПУ и выставляет заданную скорость и направление движения элементов исполнительного механизма. В станках с ручным управлением параметры задают рычаги управления.
• Шпиндельная бабка – один из основных конструктивных элементов любого фрезерного станка. Чаще изготовлены из чугуна, как основание и колонна. Узел предназначен для позиционирования, перемещения и вращения шпинделя с режущим инструментом - фрезой относительно заготовки. Крепится на колонне. В состав узла входит главный двигатель, шпиндель с приводом и противовес.
• О приводе главного движения. Во фрезерных станках разного класса могут использоваться ременной, прямой, встроенный привод или редуктор. Инструментальные конусы также бывают разных типов, чаще всего используются BT, SK, HSK. Подробнее об интерфейсах мы рассказывали в этой статье.

Противовес позволяет справиться с силами гравитации при подъеме инструмента, повышает производительность станка, различают пневматические, гидравлические, механические и сервопротивовесы.

Общий вид и чертежи шпиндельной бабки фрезерного станка

Интересная особенность при выборе двигателей главного привода. Разные производители имеют различные мощностные показатели при разных габаритах самого корпуса серводвигателя (тот в свою очередь размещается в шпиндельной бабке).

Весь фокус в том, что у заказчика есть возможность устанавливать в станки от AKIRA-SEIKI более компактные по геометрическим параметрам двигатели при тех же мощностных характеристиках, соответственно получаем на выходе более высокие показатели крутящего момента (ранее мы рассказывали об этом в статье о выборе оборудования на системе ЧПУ Mitsubishi).

Инструментальный магазин – важный элемент для автоматической смены режущего инструмента (фрезы в шпинделе). Конструктивно магазины бывают барабанного, карусельного и цепного типа. Предпочтительнее барабанный или цепной. Первый позволяет расширить рабочее пространство /зону для установки дополнительных опций типа поворотных, наклонно-поворотных столов. Второй – цепной, в свою очередь отличается большей вместительностью позиций – применим для многокоординатных обрабатывающих центров. Карусельный в последнее время отходит на задний план, но также востребован в станкостроении для простых, классических задач фрезерной обработки.

Разные варианты исполнения инструментальных магазинов фрезерных станков Барабанного, Цепного, Зонтичного типов

Основные требования, предъявляемые к этому узлу:

• достаточная вместительность;
• точность позиционирования;
• легкий доступ к инструментам;
• простая и быстрая загрузка;
• скорость смены позиций.

Прочая комплектация – кроме описанных выше основных узлов в комплектацию фрезерного станка входят также:

• система подачи СОЖ – для охлаждения зоны резания;
• удаление стружки – конвейеры для очистки рабочей зоны;
• поворотный стол – для расширения функциональных возможностей (является опцией);
• охлаждение электрошкафа – для защиты от перегрева электронных компонентов ЧПУ, может быть как теплообменник, так и кондиционер;
• оптические линейки высокого разрешения - позволят компенсировать погрешности, возникающие вследствие образования зазоров;;
• системы измерения инструмента и детали – облегчат работу оператору, минимизируют человеческий фактор;

Система ЧПУ. Современные фрезерные станки с числовым программным управлением (ЧПУ) позволяют в автоматическом режиме обрабатывать заготовки любой сложности. Они имеют такое же устройство и принцип работы, как и фрезерные станки с ручным управлением, но обеспечивают:

• повышение производительности обработки в несколько раз;
• возможность изготавливать детали с высокой точностью;
• минимизацию объема ручного труда, что позволяет уменьшить штат обслуживающего персонала;
• сокращение времени, необходимое для подготовки заготовок;
• время обработки деталей;
• высокую культуру производства, при должном подходе;
• сокращение влияния человеческого фактора при совершении ошибок.

На схеме отражен принцип организации фрезерного станка с ЧПУ (источник: top3dshop.ru)

Фрезерные станки разных видов от ведущих мировых производителей можно приобрести в компании ПРОМОЙЛ. На сайте предусмотрена удобная система подбора параметров агрегата, в ежедневном режиме работает колл-центр, где вам предоставят детальную консультацию по любой модели станка.