Если вы только открываете своё дело и не имеете опыта в этой области, выбор ЧПУ может поставить вас в тупик - так велико разнообразие на рынке промышленного инструмента. Только многолетний опыт и специфические знания позволяют специалистам осуществить выбор станков ЧПУ в соответствии с требованиями предъявляемыми к оборудованию. Многие просто теряются в этом обилии, поисковые системы переполнены запросами типа “выбор ”, “фрезерный чпу выбор”, “выбрать фрезерный станок” и “выбор фрезерного станка с чпу”. Это и неудивительно - выбрать лучший ЧПУ-станок бывает сложно даже профессионалам, если они не следят за новинками рынка инструментов, ассортимент которого постоянно расширяется и усовершенствуется.
По каким же критериям лучше всего выбрать ЧПУ станок? Это зависит от того, для чего он будет использоваться. От материалов, профиля работ, необходимой скорости и точности, от требуемого ресурса. Многие значимые характеристики таких станков напрямую зависят от их оснащения - от свойств их комплектующих и расходников, от конструктивных особенностей. Рассмотрим самые основные.
Шпиндель
Шпиндель - одна из главных частей фрезерного станка. Именно от шпинделя зависит то, какие фрезы смогут применяться именно с этим станком, под какими углами их можно будет закрепить и как именно применять. Привод шпинделя обычно вмонтирован - то есть, шпиндель представляет собой мощный компактный электродвигатель с цангой для зажима фрезы.
Многое прямо зависит и от качества шпинделя - хороший шпиндель прослужит долго, постоянно радуя вас качеством работы, плохой же может загубить не только изделие, но и повредить сам станок в случае аварии, а то и травмировать персонал. К выбору шпинделя следует подходить ответственно, всегда чутко прислушиваясь к рекомендациям производителя станка и обращая внимание в первую очередь на продукцию известных и зарекомендовавших себя производителей комплектующих.
Область фрезеровки
Это одна их важнейших характеристик станка ЧПУ - размер области фрезеровки определяет то, какого размера изделия сможет обрабатывать станок. Для каждой узкой области применения существуют свои требования по размерам, более универсальные станки имеют регулируемую область фрезеровки, либо заведомо превышающую требования по большинству часто встречающихся кейсов применения.
Имеет значение и устройство площадки - не должно вызывать затруднений закрепление и чёткое позиционирование детали заготовки, в противном случае возможен серьёзный брак.
Осуществляя выбор фрезерного станка ЧПУ для работы надо заранее определиться с размерами обрабатываемых деталей, чтоб не попасть впросак.
Виды станков
Все станки ЧПУ разделяются в первую очередь по материалу, который призваны обрабатывать, а так же по области применения. Потом - по конструктивным особенностям и новизне конструкции. Разделение довольно несложное и, при должном старании и желании, проштудировав несколько профильных ресурсов и определившись с бюджетом, выбрать станок ЧПУ не составит труда.
Металлообрабатывающие ЧПУ станки отличаются от прочих прежде всего прочностью и мощностью конструкции, которые позволяют им работать как с металлом, так и с большинством других материалов.
Для уменьшения износа и избегания заклинивания фрезы они часто оснащены подачей охлаждающей жидкости на фрезу, обычно - воды или масла, прямо в область рабочего контакта, а многие из них оборудованы мощным отсосом воздуха - конструктивно предусмотренным креплением раструба промышленного пылесоса, для автоматического устранения стружки с обрабатываемой поверхности.
ЧПУ станки для работы с деревом, а также композитами и пластиком, конструктивно мало отличается от станков для работы по металлу, но имеет чуть более простую конструкцию и меньшие требования по мощности и прочностным характеристикам, что естественным образом обусловлено спецификой материала.
Охлаждение фрезы в них встречается воздушное, а чаще и вовсе отсутствует, так как его наличие не критично. Устранение стружки тоже обычно не предусмотрено и осуществляется оператором вручную. Соответственно, и стоимость таких станков обычно несколько ниже, и обслуживание их проще и дешевле, а распространённость - больше.
Оборудование для производства корпусной мебели
Станки ЧПУ предназначенные для производства корпусной мебели имеют свои особенности - в частности, размеры области фрезеровки в них превышают таковые у других ЧПУ фрезерных станков, так как детали для обработки могут отличаться большей площадью, по сравнению с другими областями применения ЧПУ.
Соответственно, мебельный ЧПУ станок будет иметь большие размеры по всем измерениям, а также большую сложность и стоимость рамы и направляющих, чем аналогичный станок для работы с менее крупными объектами. В остальном они мало отличаются от станков для обработки дерева, пластика и композитных материалов.
Стеклообрабатывающие станки
Стеклообрабатывающие фрезерные ЧПУ станки станки отличаются от станков для обработки металла в основном тем, что фрезы в них применяются специальные, с твердосплавными, алмазными и корундовыми рабочими поверхностями. Фрезы бывают как со специальным покрытием, так и цельноспечённые - такие комплектующие создаются путём запекания алмазной крошки при высоких температурах и большом давлении, что даёт необычайно прочный и долговечный инструмент. Также, в станках обрабатывающих стекло, подача рабочей жидкости в область контакта фрезы с материалом обязательна - это обусловлено не только необходимостью охлаждения фрезы при работе с таким твёрдым материалом как стекло, но и обязательностью немедленного устранения отработанных фрагментов материала - чтобы они не мешали дальнейшей работе и не портили деталь попадая снова в место контакта фрезы с заготовкой, с одной стороны, и чтобы они не попали в воздух, которым дышит оператор станка.Помимо стекла такие станки могут обрабатывать поликарбонат, оргстекло различного состава и другие твёрдые материалы, а также металлические заготовки.
Выбрать станок ЧПУ для работы по стеклу можно исходя из его соответствия этим обязательным критериям.
Камнеобрабатывающее оборудование
Фрезерные ЧПУ станки для работы по камню предназначены для гравировки и выполнения сложных объёмных барельефов на таких твёрдых материалах, как природный камень различной породы - гранит, мрамор, песчаник, а также на искусственных каменных плитах из гранитной крошки с полимером. Специфика работы по камню предполагает одновременно и большие площади обработки, и высокую твёрдость материала, и повышенный вес заготовок. Также, камень характерен тем, что, при работе с ним существует необходимость одновременно и в постоянной циркуляции воды в рабочей зоне, и в устранении крошки и пыли пылесосом - сама по себе вода не спасает от пыли крупной фракции, характерной для минеральных материалов.
Такие станки могут с лёгкостью справляться и с другими материалами - от дерева и ПВХ, до, зачастую, даже стекла и металла, а потому пригодятся не только изготовителям изделий из камня, но и тем, чьи профессиональные интересы значительно шире.
Это самое совершенное, пожалуй, оборудование для фрезеровки с программным управлением, которое может в этой области производства почти всё, однако - излишне мощное, громоздкое и дорогое для большинства работ не связанных прямо с его предназначением.
Как бы ни был велик соблазн получить поистине универсальный фрезерный ЧПУ станок, если среди ваших задач нет обработки камня - подумайте над приобретением чего-то более специализированного, из перечисленного выше.
Это, пожалуй, самые основные моменты, о которых надо быть в курсе при выборе фрезерного ЧПУ станка. И пусть сначала кажется, что при необходимости купить фрезерный ЧПУ выбор непрост, всё не так страшно. В других статьях мы подробнее расскажем о специфике работы с каждой разновидностью фрезерных ЧПУ станков и их устройстве, это тоже может помочь с выбором, так что - не пропустите новые публикации.
Выбор оборудования для организации производства – это непростая задача, требующая специальных инженерных знаний и профессиональной подготовки. Каждый вид оборудования подбирается, исходя из конкретных нужд и задач производства. При грамотной организации производства составляется технологическая карта операций, где расписано:
- Какие необходимо выполнить операции
- Какова последовательность выполнения операций
- Какова периодичность выполнения повторяющихся операций
- Сколько времени необходимо на выполнение каждой из операций
- Какие материалы и какое оборудование необходимо для выполнения операций.
Развитие производства ставило разные задачи по обработке заготовок, потому конструкции фрезерных станков также менялись и развивались, что привело к огромному количеству типов и моделей данного вида оборудования. Фрезерные станки бывают горизонтальными, вертикальными, консольными и бесконсольными, продольными, универсальными и т. п. Название станка, как правило, отображает расположение шпиндельной оси или способ фрезерования деталей.
На фрезерных станках можно использовать различные типы фрез в зависимости от поставленной производственной задачи. Существует несколько типов фрез:
- шпоночные,
- фасонные,
- цилиндрические,
- концевые,
- торцевые,
- дисковые.
Фрезы имеют одну или несколько режущих поверхностей. Каждый тип предназначен для выполнения конкретной операции. Шпоночные фрезы, например, выбирают паз под шпонку, цилиндрические - обрабатывают плоскости, отрезные - прорезают канавки и пазы и т. д.
Критерии выбора фрезерного станка с ЧПУ
При выборе типа станка необходимо определить те задачи, которые способен выполнить приобретаемый станок. Критериями при выборе фрезерного станка с ЧПУ могут быть следующие:
- Способы управления станком
- Характеристики шпинделя
- Комплектация станка
Высота портала и размеры рабочей зоны
Важным критерием при выборе фрезерного станка является высота портала и размер рабочей зоны. Малогабаритные изделия можно обрабатывать на малогабаритном станке, а для обработки крупногабаритных заготовок необходим полноразмерный станок. Рабочая площадь станка в любом случае должна быть больше габаритов заготовки для того, чтобы была возможность заготовку закрепить струбцинами. Если станок имеет вакуумный стол, то необходимость в закреплении заготовки отпадает, размеры рабочей зоны станка могут быть одинаковыми с размерами заготовки.
Высота портала зависит от толщины заготовки и от необходимости устанавливать поворотную ось. Высота измеряется от рабочего стола до цанги. Так если высота портала 100 мм, а фреза из цанги выступает на 30 мм, то толщина заготовки не может быть больше 70 мм. Чем больше высота портала и диапазон движения шпинделя, тем лучше, т.к. со временем небольшая высота портала может стать непреодолимым препятствием в использовании станка.
Способы управления станком
Фрезерные станки могут управляться различными способами:
- С помощью персонального компьютера, когда станок подключается к компьютеру при помощи специальной платы. При этом на компьютер устанавливается управляющие программы, в которых задаются частота вращения шпинделя и скорость подачи заготовки. Такой способ управления идеален для индивидуального производства, так как управлять станком и создавать управляющие программы можно, пользуясь одним ПК.
- С помощью DSP контроллера – небольшого пульта, управляющего станком. Такое управление удобно для серийного производства большого ассортимента стандартных деталей. Управляющие программы вводятся в контроллер с флэш-носителя. Это удобно при серийном производстве тем, что управляющие программы не меняются так долго, пока есть спрос на серию выпускаемых деталей.
- С помощью специальных систем управления станком, позволяющих управлять сменой инструмента в автоматическом режиме, программно корректировать длину инструмента, обеспечивать обратную связь с серводвигателями и многое другое.
Фрезерные станки с ЧПУ выполняют резьбу по дереву в 3D при производстве элементов декора и интерьера, рекламной продукции, сувениров. Раскраивают криволинейные детали мебели и фасадов из натуральной древесины, выполняют рельефные работы (гравировка). Кроме дерева, обработке поддаются акрил, фанера, МДФ, гипс, мягкие металлические сплавы.
Процесс обработки материала происходит под контролем электроники по заранее подготовленной программе. Такое производство отличается быстротой и высокой точностью выполнения работ.
Классификация фрезеров с ЧПУ
Фрезерное оборудование с ЧПУ различается по технологическим возможностям: скорости обработки и величине заготовок.
Бытовые фрезеры с числовым управлением выполняют гравировку достаточно медленно, оснащаются слабыми электромоторами. При этом они небольшого размера, легкие. Созданы специально для обработки дерева в домашних мастерских. Станок размещается на столе или верстаке и предназначен для выполнения небольших деталей. Эксплуатировать его может начинающий мастер в качестве учебного пособия или для изготовления небольших единичных заказов.
Промышленные фрезеры с числовым управлением рассчитаны на долгую работу под контролем автоматики. На них устанавливают мощные электродвигатели, прочные механические узлы и обязательно увеличенную поверхность резки. Оборудование используется при производственных процессах, требующих высокой скорости обработки и максимальной точности, например, при раскрое крупных листов МДФ, ДСП.
Промышленные фрезерные линии работают в полностью автоматическом режиме. Станок самостоятельно заменяет заготовки и фрезы, обрабатывает детали с пяти сторон. Автоматическая замена резаков производится Системой автоматической смены инструмента, которая бывает рядной или карусельной. Линии оснащаются самыми качественными механизмами и сложными программами.
В зависимости от расположения фрезы станки могут быть:
- вертикально-фрезерными;
- горизонтально-фрезерными.
В промышленности шире применяются вертикально-фрезерные, более точно проводящие обработку и обеспечивающие жесткую фиксацию заготовки. Такой фрезер может обработать и детали под наклоном, независимо от их габаритов.
Различаются станки и количеством шпинделей: 2-шпиндельные, 3-шпиндельные и 4-шпиндельные модели. С увеличением числа шпинделей повышается производительность.
Устройство и комплектация фрезеров с ЧПУ
Принцип работы фрезеров с ЧПУ основан на системе позиционирования по координатам трех осей: X, Y, Z. Все передвижения каретки с резаком производятся под руководством ЧПУ по осям. Как правило, система реализуется таким образом:
- Y-ось — вдоль плоскости рабочего стола;
- X-ось — поперек плоскости рабочего стола;
- Z-ось — в вертикальной плоскости.
Система позиционирования по каждой оси состоит из:
- электромотора;
- системы приводов;
- опорно-направляющих устройств.
От свойств опор и направляющих зависит точность позиционирования и качество конечной продукции. Направляющие должны быть выполнены из высоколегированной стали и могут быть с прямоугольным или круглым сечением.
Устанавливаются направляющие следующим образом:
- по Х-оси для движения портала с двух концов стола;
- по Y-оси на портале для передвижения каретки с фрезой;
- по Z-оси на каретке для передвижения самой фрезы.
Кроме перечисленных деталей в конструкции присутствуют:
- суппортное устройство;
- валовый механизм;
- рабочий стол;
- станина;
- набор режущих инструментов (ножи, фрезы);
- струбцины для крепления деталей.
Резаки прикрепляются на вал с помощью конусного или , идущего в комплектацию.
Электродвигатель передает движение суппортам, балкам (порталам) и шпинделям посредством зубчатой или винтовой передачи. Шпиндель оснащается воздушным или водяным охлаждением.
Для осуществления прямолинейного фрезерования дополнительно используют линейное направляющее устройство, снабженное прижимными механизмами.
Тип электродвигателя
На фрезерах с ЧПУ по дереву устанавливаются электромоторы:
- шагового типа;
- с обратной связью (серводвигатели).
Тип электромотора зависит от планируемых задач и мощности станка.
Шаговый электромотор трансформирует импульсы электросигналов в механическое движение ротора с остановкой в нужном положении. Такой тип электродвигателя обеспечивает точный контроль над скоростью и позиционирование без использования контроллера обратной связи. Он очень прост в обслуживании и обходится сравнительно недорого. При этом скорость двигателя не превышает 1000 оборотов в минуту, а при максимальных нагрузках существует вероятность потери шага.
Серводвигатели в отличие от шаговых не крутятся постоянно, а получив сигнал, совершают движение и останавливаются до следующего сигнала. Сервоприводы обладают механизмом обратной связи, который позволяет исправлять ошибки. Это означает, что если надавить на привод, он будет сопротивляться, пытаясь вернуться в нужную точку.
Серводвигатели вращаются быстрее, они мощнее и точнее. Но значительно удорожают стоимость фрезера. Обслуживание их требует специальных навыков, поэтому доверяется квалифицированным кадрам. Управлять серводвигателями также сложнее.
Фрезер с сервоприводом необходим для высокоскоростной обработки материалов (чаще раскроя листов) или при изготовлении матриц высокой точности.
Дополнительные приспособления
По специальному заказу фрезер с ЧПУ комплектуется дополнительными устройствами, расширяющими функционал:
- четвертая поворотная ось: позволяет изготавливать детали сферической, конической или цилиндрической формы, украшенные резьбой. Например, колонны, столбики, балясины, ножки для мебели сложной формы;
- вакуумная столешница: необходима при частом выкраивании листов ДСП, МДФ, фанеры на элементы сложной формы. Стол с вакуумной помпой плотно удерживает вырезанные заготовки без использования механики.
Выбор фрезера с ЧПУ
Подбирая фрезерное оборудование с ЧПУ по дереву, следует учесть важнейшие характеристики.
Размеры рабочей столешницы
Они определяют размер заготовки, которую можно будет фрезеровать на этом ЧПУ станке. Размер столешницы должен быть чуть больше, чем планируемые габариты заготовок, поэтому предварительно нужно определиться со сферой применения станка:
- если планируется выполнять накладную резьбу, достаточно 90 х 60 см;
- для панно, картин и мебельных фасадов — 120 х 120 см;
- для фрезерования дверных полотен — 130 х 250 см;
- для изготовления мелких изделий, сувениров — от 30 х 30 см.
Тип и мощность шпинделя
Для работы с небольшими элементами достаточно мощности шпинделя от 1500 до 2200 Вт. Если планируется фрезерование материала глубже 80 мм, раскрой толстой фанеры, дерева, МДФ — необходим шпиндель мощностью от 3000 Вт. Для обработки деталей из фторопласта подойдет маломощный 1500 Вт. Промышленные станки ЧПУ с автоматической сменой резаков оборудуются шпинделями мощностью от 4000 Вт.
Второе отличие шпинделей — система охлаждения, она может быть водяной или воздушной. При обработке дерева достаточно более дешевой и простой водяной системы охлаждения.
Высота фрезеруемой детали
Толщина или высота детали зависит от координаты Z. Максимальное значение координаты соответствует расстоянию от портала до столешницы и подбирается так:.
- для работы с большими изделиями из дерева (столбами, кронштейнами) необходимо оборудование высотой от 20 см;
- для раскроя, выполнения рекламных заказов и небольших изделий достаточно 15 см.
Тип управления
Есть три варианта: отдельная стойка или пульт, компьютер и плата, компьютер и ЛПТ. Последний не подойдет для профессиональных работ.
Второй вариант удобен тем, что на мониторе компьютера отображается весь ход работы. Он требует приобретения компьютера, который используется на весь технологический процесс.
Пульт-стойка хорош тем, что система управления полностью интегрирована с фрезером. Например, при отключении электричества станок фиксирует позицию и запустится с этой точки. Пульт прост в управлении, защищен от запыления. Управляющая программа пишется на компьютере.
Управление станками по дереву с системой смены инструмента, поворотными осями или несколькими шпинделями эффективнее и проще с помощью пульта-стойки.
Появление станков с числовым программным управлением навсегда изменило подход к обработке, позволив существенно повысить ее точность и производительность. Такое оборудование не требует постоянного контроля оператора, в отличие от ручных аналогов, полностью избавлено от случайных ошибок, которые могут быть вызваны человеческим фактором, способно длительное время работать без перерывов и имеет высочайшую точность, добиться которой сможет не каждый, даже самый опытный мастер. Что уж говорить о скорости выполнения задач.
Вполне естественно, что подобные станки стоят дороже обычных, поэтому перед выбором подходящей модели стоит определиться с рядом важных критериев:
Габариты заготовки
Опытные специалисты знают, что для качественного выполнения работы необходимо за раз проходить всю обрабатываемую поверхность, в противном случае будет потрачено драгоценное время на переналадку и возможно снижение точности. Чтобы этого не произошло, нужно определиться с максимальными размерами используемых заготовок и исходя из этого подбирать модель с подходящим рабочим полем.
Стоит здесь также учитывать и длину хода шпинделя по оси Z, ведь именно от нее зависит толщина заготовки, которую сможет обрабатывать фрезерный станок. Для получения точного значения необходимо от длины хода отнять длину инструмента и патрона (ISO30 или цангового). Итоговый результат и будет максимально допустимой толщиной заготовки.
Портал
Важное значение для устойчивости инструмента во время работы, напрямую влияющей на качество обработки, имеет материал изготовления портала. В последнее время производители в целях снижения стоимости используют алюминий, но лишь цельнолитые чугунные порталы способны обеспечить необходимую жесткость и устойчивость к вибрациям.
Шпиндель
Немаловажную роль играет и электрошпиндель, являющийся самым дорогим узлом фрезерного станка. Чтобы он, как и положено, беспроблемно проработал свой срок службы, при соответствующем уходе составляющий минимум пять лет, не стоит пытаться экономить, приобретая продукцию малоизвестных компаний. В случае поломки, а то и полного выхода из строя, ремонт или замена может вылиться в существенные расходы, превышающие разницу в цене. Разумным выбором будут шпиндели хорошо зарекомендовавших марок, используемые в оборудовании ведущих мировых производителей и имеющие в России официальные сервисные центры.
Не стоит забывать и про мощность, напрямую зависящую от обрабатываемого материала и характера производимых работ. При этом, помимо соответствия нагрузкам, необходимо также иметь некоторый запас. Скажем, для фрезерования древесины, МДФ или пластика потребуется мощность от 800 Вт до 3,2 кВт в зависимости от размера и глубины проработки.
Чтобы снизить износ, шпиндели нередко снабжаются системой охлаждения. Для обработки камня или цветного металла предпочтительнее использование жидкостного охлаждения, для древесины, пластика или композитных материалов в большинстве случаев достаточно воздушного.
Также стоит отметить что существуют модификации промышленных фрезерных станков с ЧПУ с 2-мя шпинделями для повышения эффективности и скорости обработки. Например фрезерные станки VOLTER могут оснащаться таким шпинделем.
Двигатели портала
В современных фрезерных станках с ЧПУ для перемещения портала применяются шаговые или серводвигатели. Первые из них более дешевы и экономичны, но имеют выше погрешность и ниже скорость работы. Вторые полностью избавлены от «пропуска шага», характерного для шаговых моделей, поэтому обладают повышенной точностью. Выше у них и скорость работы. Естественно, что и стоимость серводвигателей будет дороже.
В случае, если планируется приобретение недорогого станка с наиболее популярными сегодня зубчатой реечной или шарико-винтовой передачами, то шагового двигателя будет вполне достаточно. Если же требуются максимальная скорость и точность, то стоит отдать предпочтение серводвигателям, желательно проверенных брендов.
Авто смена инструмента
Перед покупкой оборудования имеет смысл определиться с характером работ и необходимым для их выполнения инструментом. Для проведения однотипной обработки с нечастой его заменой вполне сгодятся модели с ручной сменой, в случае же необходимости регулярного выбора различного инструмента, целесообразнее будет приобретение станка с автоматической сменой или полуавтоматическим механизмом. Это позволит сократить не только время выполнения работ и но повысит точность.
Управление
На сегодняшний день во фрезерных станках с ЧПУ применяются два способа управления: при помощи подключаемого компьютера с соответствующим ПО или же специализированной стойки (По сути автономный блок управления станом с ЧПУ с дисплеем или пультом). При использовании компьютера используется программа как для моделирования, так и для проведения работ, возможна эмуляция процесса и его графическое отображение на дисплее. Автономные Стойки же обеспечивают лучшую интеграцию и стабильность так как непосредственно соединены с управляющей платой станка с ЧПУ, а также надежно защищены от пыли, что продлевает срок их службы. Именно поэтому в большинстве профессиональных станков вы встретите именно стойку.
Программное обеспечение
Не последнюю роль в удобстве работы имеет и поставляемая вместе с оборудованием программа для создания моделей. Часто встречающиеся Type3 и UcanCam были разработаны довольно давно и имеют не самые широкие возможности. К тому же их интерфейс выполнен на английском языке, что для ряда пользователей, не имеющих опыта работы конкретно с этими продуктами, может быть не совсем удобно. Одним из лучших решений, представленных сегодня на рынке, можно считать ARtCam, предоставляющий наглядный и интуитивно понятный доступ ко всем необходимым функциям.
Обслуживание
Когда все подготовительные расчеты проведены и подходящая модель выбрана, можно определяться и с поставщиком. Здесь ключевыми моментами становятся не только цена и удобство доставки, но и наличие квалифицированной сервисной службы. Именно она будет осуществлять шефмонтаж и пусконаладочные работы, а также послепродажное обслуживание. Крупные компании, не первый год занимающиеся реализацией оборудования, всегда имеют в своем штате соответствующий персонал и технику, необходимую для качественного выполнения настройки, диагностики и ремонта. Если же поставщик не способен предоставить подобные услуги, то от такого сотрудничества лучше воздержаться.