Устройство, назначение и виды фрезерного станка по металлу

Фрезерный станок является одним из ключевых видов металлообрабатывающего оборудования в современной промышленности. Эти устройства играют важнейшую роль в производстве деталей различной сложности, позволяя с высокой точностью обрабатывать металлические, деревянные, пластиковые и другие твердые материалы.

Понимание того, для чего вообще нужен фрезерный станок, имеет большое значение как для профессионалов в области машиностроения, так и для начинающих специалистов, интересующихся механической обработкой.

Общее описание

Фрезерный станок представляет собой сложное техническое устройство, предназначенное для механической обработки заготовок из различных материалов. Основные принципы работы фрезерных станков заключается в том, что вращающийся многолезвийный инструмент (фреза) снимает определенный слой материала с обрабатываемой детали, которая закреплена на рабочем столе.

Фрезерное оборудование имеет характерный внешний вид с массивным основанием и рабочими узлами, расположенными над столом для фиксации заготовок. Конструкция, устройство вашего фрезерного станка продумано таким образом, чтобы обеспечивать максимальную жесткость и точность при выполнении операций обработки. В современном производстве встречаются как простые настольные модели, так и сложные промышленные системы с числовым программным управлением (ЧПУ).

Важной особенностью фрезерных агрегатов является возможность обработки поверхностей под различными углами и формирования сложных профилей. Благодаря многообразию фрез, которые могут быть установлены на шпиндель, станки фрезерной группы позволяют выполнять широкий спектр операций — от простого фрезерования плоскостей до создания сложных трехмерных форм.

Назначения фрезерного станка и сферы применения

Главное назначение станков фрезерного типа состоит в обработке заготовок путем фрезерования, то есть срезания слоя материала вращающимся инструментом. Что может делает фрезерный станок? Фрезерные станки предназначены для изготовления деталей различной сложности и конфигурации, что делает их незаменимыми во многих производственных процессах.

Сферы применения этого оборудования чрезвычайно широки:

• машиностроение и металлообработка;
• авиационная и космическая промышленность;
• автомобилестроение;
• судостроение;
• приборостроение;
• производство мебели и деревообработка;
• изготовление рекламной продукции;
• ювелирное дело;
• медицинская промышленность (производство протезов, имплантатов);
• образовательные учреждения (для обучения студентов).

Фрезерный станок применяется на предприятиях, где требуется точная обработка металлических деталей. В то же время существуют специализированные фрезерные станки по дереву, которые широко используются в мебельной промышленности и столярном деле. Расточные головки, центра, поворотные и наклонные столы увеличивают возможности фрезерных, токарных станков.

Какие работы выполняют на станке

На фрезерном станке можно выполнять разнообразные виды работ, что объясняет его широкую востребованность в промышленности. Вот основные операции, для которых предназначены наши фрезерные станки:

• обработка плоских горизонтальных, вертикальных и наклонных поверхностей;
• фрезерование пазов, канавок и щелей различной формы;
• создание зубчатых колес и реек;
• нарезание резьбы;
• обработка фасонных поверхностей;
• разрезание заготовок на части;
• сверление, зенкерование и развертывание отверстий;
• выполнение разделительных операций;
• создание сложных трехмерных форм;
• гравировальные работы на различных материалах (фрезерно-гравировальные станки).

Современные фрезерные станки с ЧПУ способны выполнять комплексную обработку деталей с минимальным участием оператора, что значительно повышает производительность и точность изготовления. Благодаря этому фрезерным станком можно обрабатывать как простые детали, так и элементы со сложной геометрией.

Принципы работы

Принцип работы наших фрезерного станка основан на удалении материала с заготовки при помощи вращающегося режущего инструмента — фрезы. Фреза представляет собой многолезвийный инструмент, имеющий несколько режущих кромок, расположенных по окружности. В процессе работы фрезерный станок обеспечивает два основных типа движения:

1. Главное движение — вращение фрезы вокруг своей оси с определенной скоростью.
2. Движение подачи — перемещение заготовки относительно фрезы (или фрезы относительно заготовки) в нужном направлении.

Когда фреза вращается с высокой скоростью, её режущие кромки последовательно входят в контакт с материалом заготовки и срезают слой определенной толщины. При этом работает фрезерный станок таким образом, что каждый зуб фрезы снимает небольшую стружку, благодаря чему обеспечивается высокая производительность процесса.

Важно отметить, что в зависимости от типа фрезерных машин и характера выполняемой работы может изменяться схема взаимодействия инструмента и заготовки.

Различают встречное и попутное фрезерование:

• При встречном фрезеровании направление вращения фрезы противоположно направлению подачи заготовки. Этот метод считается более безопасным, так как инструмент постепенно входит в материал.
• При попутном фрезеровании направление вращения фрезы совпадает с направлением подачи заготовки. Этот метод обеспечивает лучшее качество обработанной поверхности, но требует более жесткого крепления заготовки.

Принцип работы станок реализует за счет сложной системы передачи движения от двигателя к рабочим органам. Точность и качество обработки зависят от многих факторов, включая правильный выбор режимов резания, геометрию используемой фрезы и жесткость системы «станок-инструмент-деталь».

Устройство

Конструкция фрезерного станка включает несколько основных узлов, работающих в тесной взаимосвязи для обеспечения высокой точности и производительности обработки. Устройство фрезерных агрегатов может незначительно различаться в зависимости от их типа и назначения, но основные части остаются неизменными.

Основные части, узлы фрезерного станка:

1. Станина — массивное основание, на котором монтируются все остальные узлы станка. Обеспечивает общую жесткость конструкции и поглощает вибрации, возникающие в процессе работы.
2. Шпиндельная головка — узел, в котором расположен главный рабочий орган станка — шпиндель с приводом вращения. В шпинделе закрепляется режущий инструмент (фреза).
3. Рабочий стол — поверхность для установки и закрепления обрабатываемой детали. Может перемещаться в горизонтальной плоскости (по осям X и Y).
4. Консоль — опорная часть, на которой смонтирован рабочий стол. В консольно-фрезерных станках обеспечивает вертикальное перемещение стола (по оси Z).
5. Направляющие — элементы, по которым перемещаются подвижные части станка (стол, консоль, салазки).
6. Система привода — включает электродвигатели, редукторы и механизмы, обеспечивающие вращение шпинделя и перемещение рабочих органов.
7. Система охлаждения — предназначена для подачи смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания.
8. Электрооборудование — включает электродвигатели, аппаратуру управления, защиты и сигнализации.
9. Система управления — может быть механической, электромеханической или основанной на ЧПУ, в зависимости от типа и возраста станка.

Состав и строение фрезерных агрегатов определяются их назначением и типом. Например, в вертикально-фрезерных станках шпиндель расположен вертикально, а в горизонтально-фрезерных — горизонтально. Более сложные универсальные модели имеют возможность поворота шпиндельной головки, что расширяет их технологические возможности.

Обязательно прочитайте также статью о том, что такое фрезерно центровальный станок.

Классификация, виды

Разновидности, виды фрезерных станков весьма обширны, что обусловлено разнообразием задач, решаемых с их помощью. Классификация фрезерных станков может проводиться по различным критериям, включая расположение шпинделя, назначение, степень универсальности, размеры и другие параметры. Рассмотрим основные типы фрезерных станков.

Вертикально-фрезерные

Вертикально-фрезерные станки характеризуются вертикальным расположением шпинделя. Этот тип станков широко используется для обработки пазов, уступов, фасонных поверхностей и контуров. Вертикальный фрезерный станок особенно удобен при работе с концевыми, шпоночными и другими фрезами с вертикальной осью вращения.

Преимущества вертикально-фрезерных агрегатов включают удобство наблюдения за процессом обработки, простоту настройки и широкие возможности по обработке сложных контуров. Они применяются в инструментальном производстве, при изготовлении штампов, пресс-форм и других деталей сложной формы.

Горизонтально-фрезерные

Горизонтально-фрезерные станки имеют горизонтально расположенный шпиндель. Этот тип оборудования идеально подходит для обработки плоских поверхностей, пазов и канавок с помощью цилиндрических, дисковых и других фрез с горизонтальной осью вращения.

Горизонтальный фрезерный станок обычно обладает большей жесткостью конструкции по сравнению с вертикальными моделями, что позволяет обрабатывать более крупные и массивные детали. Кроме того, такие станки часто оснащаются поворотной плитой, на которой монтируется рабочий стол, что расширяет их технологические возможности.

Комбинированные

Комбинированные фрезерные станки сочетают в себе возможности как вертикально-фрезерных, так и горизонтально-фрезерных агрегатов. Они оснащены поворотной шпиндельной головкой, которая может быть установлена как в вертикальное, так и в горизонтальное положение, а также под различными углами.

Благодаря такой универсальности комбинированные станки позволяют выполнять широкий спектр фрезерных работ без необходимости переустановки детали на другой станок. Это делает их особенно ценными в мелкосерийном и единичном производстве, где требуется частая смена типа обработки.

Универсальные и широкоуниверсальные

Универсальные фрезерные станки представляют собой наиболее гибкое оборудование, позволяющее выполнять самые разнообразные операции. Универсальный фрезерный станок обычно имеет поворотный стол и возможность установки различных приспособлений, что значительно расширяет его технологические возможности.

Широкоуниверсальные фрезерные станки являются еще более совершенными и имеют дополнительные степени свободы при перемещении и позиционировании инструмента относительно заготовки. Они применяются для выполнения особо сложных работ, требующих высокой точности и гибкости настройки.

Читайте также: фрезерный станок 6Р81 его описание и технические характеристики

Карусельно-фрезерные

Вращающийся стол на карусельно-фрезерном станке упрощает обработку крупных деталей по периметру. Продольное перемещение шпиндельного узла позволяет создавать изделия со сложной конфигурацией по боковым плоскостям. Фрезерный станок может управляться человеком и ЧПУ, работать по копиру. На карусельно-фрезерном агрегате изготавливают единичные детали и небольшие партии.

Карусельные фрезерные автоматы с пневматическими зажимами предназначены для массового производства изделий. В них устанавливают несколько деталей, которые поочередно проходят весь цикл обработки. Станочнику остается только поставить новую заготовку на освободившееся место. На агрегатах с накопителями заготовки устанавливаются автоматически. Недостаток автомата – его узкая специализация. Для обработки заготовок другого типа понадобится сложная переналадка.

Сверлильно-фрезерные

Сверлильно-фрезерные станки объединяют функции сверлильного и фрезерного оборудования. Они позволяют не только фрезеровать различные поверхности, но и выполнять широкий спектр сверлильных операций, включая сверление, зенкерование, развертывание и нарезание резьбы в отверстиях.

Такие станки особенно полезны в условиях мелкосерийного производства, где требуется комплексная обработка деталей без их переустановки с одного станка на другой. Сверлильно-фрезерное оборудование часто оснащается системами ЧПУ, что повышает их производительность и точность.

Продольно-фрезеровальные

Продольно-фрезеровальные станки предназначены для обработки крупногабаритных деталей. Они имеют один или несколько вертикальных шпинделей, установленных на траверсе, которая перемещается по направляющим, расположенным на двух стойках.

Особенностью этих станков является то, что рабочий стол перемещается только в продольном направлении, а инструмент может перемещаться в вертикальном и поперечном направлениях. Продольно-фрезеровальный станок применяется для обработки крупных корпусных деталей, станин и других массивных изделий.

Копировально-фрезерные

Копировально-фрезерные станки предназначены для обработки деталей сложной формы путем копирования профиля с модели или шаблона. Принцип их работы основан на том, что режущий инструмент повторяет движение специального щупа, следующего по поверхности эталонной детали или шаблона.

Это оборудование широко применяется в инструментальном производстве, при изготовлении пресс-форм, штампов, художественных изделий и других деталей со сложной геометрией. Современные копировально-фрезерные станки часто оснащаются системами ЧПУ, что позволяет «оцифровать» эталонную деталь и затем воспроизвести ее без физического наличия шаблона.

Фрезерно-центровальный

Фрезерно-центровальный агрегат относится к станкам специального назначения. Он имеет продолговатую станину с направляющими. На них, напротив друг друга, в одной горизонтальной оси, установлены два шпинделя. Между ними прижимной узел. Центровальный агрегат предназначен для фрезеровки торцов по плоскости и центровке, длинных заготовок типа вал.

Соосность центровки обеспечивается установкой инструмента и одновременной обработкой двух концов заготовки. Фрезеровка торцов получается, строго перпендикулярна относительно оси детали и параллельна между собой.

Шпоночно-фрезеровальные

Шпоночно-фрезеровальные станки представляют собой специализированное оборудование для обработки шпоночных пазов в отверстиях деталей. Фрезеровочный процесс на таких станках обеспечивает высокую точность и качество поверхности шпоночных пазов.

Эти станки имеют ограниченное применение, но в то же время незаменимы в производстве, где требуется частое изготовление деталей со шпоночными соединениями. Шпоночно-фрезеровальный станок может быть как отдельным оборудованием, так и приспособлением к универсальному фрезерному станку.

Читайте также: фрезерный станок ВМ127 описание, технические характеристики

Настольные

Настольные фрезерные станки представляют собой компактные модели, предназначенные для установки на рабочем столе или специальной подставке. Они имеют ограниченные размеры рабочей зоны и меньшую мощность по сравнению с промышленными моделями, но при этом обеспечивают достаточную точность для многих применений.

Настольные модели широко используются в малых мастерских, лабораториях, учебных заведениях, а также любителями для выполнения небольших работ по металлу, дереву или пластику. Многие современные настольные фрезерные станки оснащаются системами ЧПУ, что делает их доступным инструментом для прототипирования и мелкосерийного производства.

Роль ЧПУ в управлении станком

Числовое программное управление (ЧПУ) произвело революцию в области фрезерной обработки, значительно расширив возможности станков и повысив эффективность производства. Фрезерный станок с ЧПУ представляет собой высокоточное оборудование, управляемое компьютером, который контролирует все движения и параметры обработки согласно заданной программе.

Основные преимущества использования ЧПУ в фрезерных станках:

• повышение точности и повторяемости обработки, поскольку компьютер контролирует перемещения с микронной точностью;
• возможность обработки деталей сложной формы, которые трудно или невозможно изготовить на обычных станках;
• сокращение времени на переналадку при смене типа продукции;
• снижение влияния человеческого фактора на качество изделий;
• повышение производительности труда за счет автоматизации процесса;
• возможность работы в безлюдном режиме (например, в ночное время);
• оптимизация использования материалов и снижение количества брака.

Принцип работы станка фрезерного с ЧПУ реализует через систему управления, которая интерпретирует заданную программу (G-код) и преобразует ее в управляющие сигналы для приводов осей и шпинделя. Современные станки могут иметь от 3 до 5 и более управляемых осей, что позволяет выполнять обработку практически любой сложности.

Программирование станков с ЧПУ осуществляется с помощью специализированных CAD/CAM систем, которые позволяют создать трехмерную модель детали, разработать стратегию обработки и автоматически сгенерировать управляющую программу. Это существенно упрощает процесс подготовки производства и сокращает время от разработки до изготовления детали.

Безопасность при выполнении фрезерных работ

Работа на фрезерных станках связана с определенными рисками, поэтому соблюдение правил безопасности является обязательным условием при выполнении фрезерных работ. Недостаточное внимание к вопросам безопасности может привести к серьезным травмам оператора и повреждению оборудования.

Основные правила безопасности при работе на фрезерных станках:

1. Перед началом работы необходимо проверить исправность станка, надежность крепления фрезы и заготовки.
2. Работать только в спецодежде, при необходимости использовать средства индивидуальной защиты (защитные очки, наушники).
3. Не удалять стружку руками, использовать для этого специальные приспособления.
4. Запрещается измерять детали во время работы станка.
5. Не допускается оставлять работающий станок без присмотра.
6. При смене инструмента или переналадке станка необходимо отключать его от электрической сети.
7. Следует избегать попадания свободных частей одежды, перчаток и волос в зону действия вращающихся частей станка.
8. При любых неисправностях станка необходимо немедленно прекратить работу и сообщить об этом ответственному лицу.

Кроме того, современные фрезерные станки оснащаются различными системами защиты, включая экраны, световые барьеры и аварийные выключатели, которые повышают безопасность работы. На станках с ЧПУ также предусмотрены программные средства контроля, предотвращающие столкновения и другие аварийные ситуации.

Регулярное техническое обслуживание фрезерного оборудования также является важным аспектом обеспечения безопасности. Своевременная смазка, проверка состояния электропроводки и механических узлов позволяет предотвратить возникновение опасных ситуаций из-за неисправности станка.

Фрезерный станок является одним из ключевых видов металлообрабатывающего оборудования, без которого сложно представить современное производство. Его разнообразные виды и типы позволяют решать широкий спектр задач по обработке различных материалов, от простой до самой сложной геометрии.

Рассмотрев назначение станков фрзерного типа, их устройство, принципы работы и классификацию, мы можем сделать вывод об их незаменимости в производственных процессах. Такое оборудование постоянно совершенствуется, развиваются системы управления на базе ЧПУ, что открывает новые возможности в области механической обработки.

Выбор конкретного типа фрезерного должен основываться на анализе выполняемых задач, требуемой точности, производительности и экономической целесообразности. При этом важно не забывать о соблюдении правил безопасности при работе на данном оборудовании, что позволит избежать травм и аварийных ситуаций.

Таким образом, понимание назначения фрезерный станок и какие бывают наши фрезерные станки для металла, является важным элементом профессиональной подготовки специалистов в области машиностроения и металлообработки. Уверенное владение знаниями о фрезерных станках и навыками работы на них открывает широкие возможности для реализации самых сложных инженерных задач.