Фрезерный станок по металлу схема

Обновлено: 15.05.2024

Я давно хотел разместить серию постов по теме самодельных станков с ЧПУ. Но всегда останавливал тот факт, что Станкофф - станкоторговая компания. Дескать, как же так, мы же должны продавать станки, а не учить людей делать их самостоятельно. Но увидев этот проект я решил плюнуть на все условности и поделиться им с вами.

И так, в рамках этой статьи-инструкции я хочу, что бы вы вместе с автором проекта, 21 летним механиком и дизайнером, изготовили свой собственный настольный фрезерный станок с ЧПУ. Повествование будет вестись от первого лица, но знайте, что к большому своему сожалению, я делюсь не своим опытом, а лишь вольно пересказываю автора сего проекта.

В этой статье будет достаточно много чертежей, примечания к ним сделаны на английском языке, но я уверен, что настоящий технарь все поймет без лишних слов. Для удобства восприятия, я разобью повествование на «шаги».

Предисловие от автора

Уже в 12 лет я мечтал построить машину, которая будет способна создавать различные вещи. Машину, которая даст мне возможность изготовить любой предмет домашнего обихода. Спустя два года я наткнулся на словосочетание ЧПУ или если говорить точнее, то на фразу "Фрезерный станок с ЧПУ". После того как я узнал, что есть люди способные сделать такой станок самостоятельно для своих нужд, в своем собственном гараже, я понял, что тоже смогу это сделать. Я должен это сделать! В течение трех месяцев я пытался собрать подходящие детали, но не сдвинулся с места. Поэтому моя одержимость постепенно угасла.

В августе 2013 идея построить фрезерный станок с ЧПУ вновь захватила меня. Я только что окончил бакалавриат университета промышленного дизайна, так что я был вполне уверен в своих возможностях. Теперь я четко понимал разницу между мной сегодняшним и мной пятилетней давности. Я научился работать с металлом, освоил техники работы на ручных металлообрабатывающих станках, но самое главное я научился применять инструменты для разработки. Я надеюсь, что эта инструкция вдохновит вас на создание своего станка с ЧПУ!

Шаг 1: Дизайн и CAD модель

Все начинается с продуманного дизайна. Я сделал несколько эскизов, чтобы лучше прочувствовать размеры и форму будущего станка. После этого я создал CAD модель используя SolidWorks. После того, как я смоделировал все детали и узлы станка, я подготовил технические чертежи. Эти чертежи я использовал для изготовления деталей на ручных металлообрабатывающих станках: токарном и фрезерном.

Признаюсь честно, я люблю хорошие удобные инструменты. Именно поэтому я постарался сделать так, чтобы операции по техническому обслуживанию и регулировке станка осуществлялись как можно проще. Подшипники я поместил в специальные блоки для того, чтобы иметь возможность быстрой замены. Направляющие доступны для обслуживания, поэтому моя машина всегда будет чистой по окончанию работ.

Файлы для скачивания «Шаг 1»

Шаг 2: Станина

Станина обеспечивает станку необходимую жесткость. На нее будет установлен подвижной портал, шаговые двигатели, ось Z и шпиндель, а позднее и рабочая поверхность. Для создания несущей рамы я использовал два алюминиевых профиля Maytec сечением 40х80 мм и две торцевые пластины из алюминия толщиной 10 мм. Все элементы я соединил между собой на алюминиевые уголки. Для усиления конструкции внутри основной рамы я сделал дополнительную квадратную рамку из профилей меньшего сечения.

Для того, чтобы в дальнейшем избежать попадания пыли на направляющие, я установил защитные уголки из алюминия. Уголок смонтирован с использованием Т-образных гаек, которые установлены в один из пазов профиля.

На обоих торцевых пластинах установлены блоки подшипников для установки приводного винта.

Фрезерный станок с ЧПУ: устройство и принципы работы

Фрезерные станки с ЧПУ – это устройства, имеющие компьютерное управление процессами. До внедрения этой технологии станки управлялись механическим способом. На станках с СУПУ сервоприводами, приводящими аппарат в действие, управляет компьютер, поэтому постоянного внимания оператора процесс уже не требует.

Особенности устройства фрезерного станка с ЧПУ

Фрезерный станок с ЧПУ – аппарат, позволяющий быстро и качественно изготовить любые заготовки со сложными формами из любых твердых материалов – древесины, металлов, пластика и др. Оборудование с ЧПУ значительно упрощает процесс обработки изделий, снижая потребность в ручном труде до минимума.

Такой станок может выполнять следующие функции:

Фрезеровка.
Точение по заданным параметрам.
Расточка деталей.
Зенкерование.
Шлифовка.
Нанесение гравировки.

Компьютерные программы, разработанные для станков, полностью управляют процессом – от контроля за движениями обрабатывающего шпинделя до включения или выключения системы охлаждения в случае необходимости.

Фрезерный станок с ЧПУ имеет следующие конструктивные особенности:

Наличие станины, которая предназначена для крепления всех механических узлов и систем устройства.
Рабочий стол, который может перемещаться в двух направлениях – влево/вправо и вперед/назад.
Пульт управления. Крепится на специальном кронштейне и в большинстве станков может быть перемещен в наиболее удобное для оператора место.
Шпиндель. Эта деталь необходима для обеспечения качественного зажима ножа и придания ему вращения.
Колонна, на которой закреплен шпиндель. Может перемещаться в направлении вверх/вниз.
Защитные кожухи. Требуются для того, чтобы сделать процесс работы на станке максимально безопасным. Они предназначены для защиты оператора от попадания стружки и охлаждающей жидкости, которая попадает в рабочую область под давлением.
Дверца. Предназначена для обеспечения доступа в рабочую зону станка.
Магазин инструментов барабанного типа. Смена ножей происходит по команде управляющего софта.

Устройства для ввода данных

Предназначено для ввода оператором параметров программы обработки изделия на фрезерном станке.

Наиболее популярными устройствами ввода являются:

Считыватель перфоленты.
Считыватель магнитных лент.
Персональный компьютер.

Все они работают через порт формата RS-232-C.

Блок управления станком

Это сердце устройств с ЧПУ. Именно с помощью этого узла осуществляется все управление устройством. Функции управляющего блока:

Чтение и обработка инструкций, вводимых оператором.
Расшифровка кодов.
Интерполяция (может быть линейной, круговой или спиральной). Требуется для генерации движения осей станка.
Передача команд по управлению осями.
Получение и обработка сигналов обратной связи о положении и скоростях осей.
Управление дополнительными функциями – включение и выключение охлаждающей системы устройства, смена режущего инструмента, шпинделя и т. д.

ВАЖНО! Подсистема управления – центральная часть всего станка. Она предназначена для взаимодействия с оператором, контролирующим процесс обработки и чтения управляющих программ.

Системы управления могут быть двух типов:

Закрытыми, то есть имеющими собственные алгоритмы и циклы работы, о специфике которых производители не распространяют информацию. Отличаются повышенной надежностью.
Открытыми. Программное обеспечение таких устройств во многом повторяет софт, установленный на любой персональный компьютер. Их достоинствами являются доступность и небольшая стоимость электронных компонентов, большую часть из которых можно найти в любом компьютерном магазине.

Самые высокотехнологичные станки оснащены САМ-системой, которая позволяет полностью автоматизировать процесс написания управляющих программ непосредственно на станке. Яркими представителями таких станков являются системы ЧПУ серии MAPPS IV японских станков Mori Seiki. С их помощью операторы могут не только создать программу любого уровня сложности, но и провести ее полную проверку.

Исполнительный механизм

Исполнительный механизм станка включает в себя подвижный рабочий стол и шпиндель. Стол станка управляется движениями осей X и Y, а шпиндель – осью Z.

Подсистема приводов при этом включает в себя набор двигателей и винтовых передач, служащих для исполнения команд, поступающих из управляющей подсистемы – перемещения исполнительных органов станка по заданным осям.

Ходовые винты – важные компоненты исполнительной подсистемы. В сравнении со станками с ручным управлением они отличаются более высокой точностью, что позволяет минимизировать трение, возникающее при движении исполнительного органа и практически исключить появление люфтов. Устранение люфта крайне важно для работы станка, так как это позволяет обеспечить сверхточное позиционирование в пространстве и обеспечить качественное попутное фрезерование.

Двигатели – второй компонент подсистемы. Конструктивные особенности аппарата предусматривают наличие шаговых электродвигателей и серводвигателей.

Шаговые электродвигатели предназначены для преобразования электрических сигналов в дискретное механическое перемещение.

Система привода

Включает в себя:

Схемы усилителя.
Приводные двигатели.
Шарико-винтовой подшипник.

Управляющий блок передает сигналы схемам усилителя о необходимой скорости движения осей и о положении рабочих поверхностей. Затем исправляющие сигналы усиливаются и приводят в действие двигатели привода, передающие усилие шарико-винтовому подшипнику, который служит для настройки расположения рабочей поверхности стола.

Система обратной связи

Основными ее компонентами являются датчики, которые работают по принципу измерительной системы. Они постоянно осуществляют контроль за положением и скоростью ножа.

Блок управления принимает эти сигналы и генерирует новые на основании исчисления разницы между заданными и текущими параметрами, корректируя скорость и направление резки.

ВАЖНО! Основная задача системы обратной связи – обеспечение управляющей системы сведениями о реальном положении исполнительного органа фрезерного станка и о скорости, с которой работают его двигатели.

Пульт управления

Представляет собой дисплей, на котором отображаются команды, сигналы и другие сведения со станка. Закрепляется на кронштейне и может быть перемещен в удобное для оператора место.

Схема устройства фрезерного станка с ЧПУ

Как работает ЧПУ станок?

Процесс изготовления деталей на фрезерном станке с ЧПУ состоит из нескольких важных этапов.

Проработка дизайна изделия. С помощью специализированного ПО создается двух или трехмерная модель детали.
Создается программа для ЧПУ. В моделях, оснащенных САМ-системами, модель детали самостоятельно преобразовывается в g-код. В стандартных моделях программа разрабатывается оператором и подгружается в систему.
Следующий этап – настройка фрезерного станка. Процедура производится в несколько шагов:

Проверка комплектации. Нужно убедиться, что все технические жидкости присутствуют в достаточном объеме.
Проверьте рабочую зону и уберите лишние предметы с рабочей поверхности.
Включите компрессор и проверьте давление в системе.
Запустите станок, включив кнопку питания.
Загрузите инструменты в барабан в порядке, указанном в программе для ЧПУ.
Установите деталь в тиски или укрепите на рабочем столе аппарата.
Установите параметр коррекции исполнительного органа.
Загрузите программу ЧПУ в управляющий блок.

Фрезеровка. Перед тем как приступить к производству, следует сделать пробный прогон. После завершения работы выньте деталь из тисков и отключите станок от питания.

Современные компьютерные технологии активно внедряются в производство. Например, фрезерные станки с ЧПУ позволяют быстро и эффективно обработать любые участки изделий без привлечения ручного труда операторов. Сферу использования станка с ЧПУ при этом определяет его устройство и принцип работы, поэтому, перед тем как выбрать оборудование для предприятия, следует определиться с тем, какие изделия и из каких материалов на нем будут производиться.

Что представляет из себя принципиальная электрическая схема фрезерного станка?

Собрать электрическую схему своими руками совсем несложно, если вы обладаете должным уровнем знаний по электротехнике, даже отличным знанием электротехники.

Как ы понимаете это дело не для новичков и тех, кто не понимает ничего в электрических схемах. Разберем этапы работы на примере фрезерного станка и узнаем что такое принципиальная электрическая схема фрезерного станка.

Что это такое принципиальная электрическая схема?

Принципиальная электрическая схема фрезерного станка представляют набор схем (чертежей), описывающих работу отдельных узлов агрегата. Таких, как питание цепей управления станка, подключение привода станка, управление кареткой станка, защиту, блокировки, сигнализацию и др.

Основные разновидности

К основным разновидностям относят:

Схемы питающей сети (источники питания и отходящие от них линии) и цепи распределительной сети (электроприемники, линии, их питающие).
Монтажные схемы, которые нужны для выполнения по ним электрических связей, т. е. соединений аппаратов между собой, аппаратов с наборными рейками и т. п.
Схемы внешних соединений, которые служат для соединений электрооборудования между собой проводами и кабелями.

Схема принципиальная электрическая консольно-фрезерного станка 6Р11

Ниже показана схема фрезерного станка 6Р11

Принцип действия

Принцип действия основан на отображении работы каких-либо конечных приемников электрической энергии от работы или взаимодействия остальных компонентов, входящий в данную принципиальную электрическую схему фрезерного станка.

На нашем примере — это отработка магнитных пускателей в зависимости от положения рукояток управления, положения концевых выключателей, состояния тепловых реле и т. п.

Принципиальная электрическая схема управления ЭП вертикально-фрезерного станка

Можно ли ее собрать своими руками?

До самостоятельной сборки схемы своими руками прежде всего необходимо помнить, что предстоящая работа связана с электроэнергией, и соблюдение правил безопасности при ее производстве крайне важно!

Необходимые материалы и инструменты

Что нам понадобится:

сама принципиальная электрическая схема фрезерного станка;
набор составляющих элементов (магнитные пускатели, концевые выключатели, трансформаторы, кнопки управления, тумблеры, реле и т. п.;
набор электромонтажника, в который входят необходимые элементы (пассатижи, отвертки, маркеры, изолента и т. д.);
кабельная продукция (кабели, монтажные провода разных сечений);
тестер или мультиметр электрических сигналов.

Пошаговая сборка

Сборку желательно начинать с монтажа основных составляющих, тесть сначала смонтировать кабели к электроприводам, провода к магнитным пускателям. Затем постепенно переходить к вторичным цепям управления, цепям блокировки, сигнализации, защиты.

Концы кабелей и жил проводов необходимо оконцевать и промаркировать, согласно с принципиальной электрической схемой фрезерного станка. Это крайне важно, потому что сбережет выше время и силы при пусконаладочных работах. Да и о тех, кто будет эксплуатировать станок после вас, необходимо помнить.

Подключение и проверка исправности

После монтажа нужно убедиться, что все основные работы закончены и все посторонние предметы удалены из зоны действия станка.

После подачи питания на станок можно приступить к проверке его работоспособности. Проверить, управляется ли он от рукояток и кнопок управления, действует ли торможение электродвигателя шпинделя, управляется ли продольное перемещение стола и т. д.

Возможные ошибки и способы их исправления

двигатель гудит при пуске, но не вращается — отсутствие напряжения в одной из фаз электросети — проверить мультиметром, где произошел обрыв (плавкие вставки, автоматический выключатель, тепловое реле, соединительный кабель);
при вращении электродвигатель гудит и перегревается — межвитковое замыкание, короткое замыкание между фазами — заменить электродвигатель или отремонтировать обмотку;
срабатывает тепловая защита — перегрузка электродвигателя — снизить нагрузку до номинальной.

Более подробные неисправности относятся к пусконаладочным работам, их множество и это материал для статьи другого профиля.

Конструкция и принцип работы токарного станка по металлу, основные узлы, схемы

Подробно рассмотрим принцип действия токарно-винторезного станка по металлу, какие бывают станки их виды и для чего они, вообще надо, что на них такого полезного можно делать.

Не забудем и про описание основных узлов токарного станка, из чего он состоит, его строение, приведем, как образец, схемы электрические и кинетические станков.

Виды, характеристики и устройство

Рассматривая схемы и устройство токарных станков различных видов, можно увидеть, что все они схожи между собой и имеют похожее устройство. На них можно обрабатывать различные детали из металла в одиночном и серийном производстве.

Основные узлы, из которых состоит токарный станок по металлу

Любой токарный станок по металлу включает в себя основные конструктивные узлы и элементы.

Станина

Основной и самый крупный элемент, на котором крепятся все остальные детали. Это неподвижная деталь, представляющая собой две параллельные стенки, неподвижно соединенные между собой поперечинами. Станина имеет ножки-тумбы, в которых хранится инструмент.

Верхние рейки служат направляющими, по которым двигаются суппорт токарного станка и задняя бабка. Они могут быть плоского и призматического вида. Направляющие выполнены строго параллельно друг другу.

Передняя бабка

Эта деталь по-другому может называться шпиндельная бабка. Внутри нее находятся следующие детали:

шпиндель;
подшипники (два);
шкив;
коробка скоростей.

Передняя бабка поддерживает заготовку и придает ей вращение.

Шпиндель

Шпиндель является основной деталью передней бабки. Он представляет собой металлический вал конусообразной формы. В нем фиксируются различные инструменты, оправки и другие приспособления.

Шпиндель токарного станка, шейка и подшипники должны быть гладкими, чисто отшлифованными, без люфтов, потому что это влияет на качество расточки деталей. Шпиндель имеет резьбу, а в некоторых станках еще и специальную канавку для того, чтобы патрон самопроизвольно не открутился.

Механизм поперечной и продольной подачи

Суппорт может двигаться вдоль и поперек, благодаря механизму подачи. Направление задает трензель, находящийся в корпусе передней бабки. Снаружи станка есть рукоятки, которыми можно изменять направление и амплитуду движения суппорта.

Если станок с автоматической подачей, то в нем есть ходовые винт и валик. Они используются для выполнения работ высокой сложности.

Суппорт

Суппорт – это характерный элемент любого токарного станка, с помощью которого осуществляется перемещение режущего инструмента в продольном, поперечном и наклонном направлении. Продольное движение по салазкам станины производит каретка, поперечное совершает верхняя часть суппорта. Резцедержатели (одно или многоместные) устанавливаются в верхнюю часть суппорта.

Фартук

За корпусом фартука находятся механизмы, связывающие суппорт с зубчатой рейкой и ходовым винтом. Управление фартуком вынесено на корпус станка, что упрощает регулировку хода суппорта.

Задняя бабка

В заднюю бабку закрепляется деталь на шпинделе, поэтому этот элемент подвижный. Деталь состоит из двух частей: нижней – плиты и верхней – держателя шпинделя. Задняя бабка токарного станка движется по станине и может быть зафиксирована в любом месте благодаря рычажной рукоятке. Конус задней бабки называется пиноль. В нем крепится инструмент или приспособление. Также задняя бабка служит второй опорой при обработке длинных деталей.

Каретка

Каретка предназначена для продольного движения суппорта по салазкам станины. От ее исправности зависит свободное движение этого элемента.

Вал вращения шпинделя имеет две ручки включения. При среднем положении ручек он выключен. Положение вверх – вал вращается против часовой стрелки (рабочее движение), положение вниз – вал вращается по часовой стрелке (обратное движение).

Конструкция и принцип работы

Большинство токарных станков имеют схожую конструкцию и имеют одни и те же элементы. Отличаются они только габаритами и расположением некоторых деталей.

На токарных станках производится в результате вращения обработка деталей режущим инструментом. При поступательном движении резца с поверхности заготовки снимается слой металла, ей придается нужный вид и форма. Современные станки обладают высокой точностью, резьба может быть нарезана любого профиля.

Принцип работы токарного станка состоит в следующем:

инструмент для работы вставляется в пиноль задней бабки;
задняя бабка должна быть установлена в соответствии с размерами детали; она передвигается по направляющим станины;
между передней и задней бабками располагается суппорт, в процессе работы он перемещается по направляющим с помощью каретки;
резцедержатели подбираются в зависимости от размера детали, они могут быть как одиночными, так и предназначенными для нескольких резцов.

Разновидности и конструктивные особенности

Многорезцовые

Предназначены для обработки сложных деталей, сделанных из труб, фасонного профиля или прутков разного сечения. Многорезцовые или многошпиндельные станки в основном используются при серийном производстве.

сверление;
резьба;
точение;
подрезка;
растачивание;
зенкерование;
развертывание.

Многорезцовые станки обладают высокой производительностью благодаря большой площади приводного механизма, жесткости конструкции, способности выполнять несколько операций одновременно.

Карусельные

Группа станков для работы с крупногабаритными деталями и заготовками. Детали, обрабатываемые на них, отличаются небольшой длиной, но значительной массой и диаметром.

Особенности карусельных моделей:

используются для обработки поверхностей конической или цилиндрической формы;
выполняются пазы различной конфигурации;
также можно сделать шлифовку, фрезеровку, подрезку торцов;
нарезка резьбы.

Помимо основных элементов любого токарного станка, данный вид имеет дополнительное оборудование:

стол с планшайбой;
стойки для передвижения траверсы.

Затыловочные

Станки предназначены для обработки задних поверхностей зубьев инструментов. Также на нем можно выполнять и другие токарные работы. Отличает затыловочный станок особая конструкция суппорта. Затылование детали производится следующим образом:

вращательное движение детали;
возвратно-поступательное движение режущего инструмента к детали.

Винторезные

Наиболее распространенная группа станков. Широко используются в серийном и единичном производстве. Винторезные модели можно встретить и в мастерских, и в школах, и на любом производстве. Они отличаются простотой эксплуатации и обслуживания.

СПРАВКА! Токарно-винторезный станок является универсальной моделью для всевозможных обработок металлических заготовок. На нем можно выполнять различные виды резьбы: модульную, дюймовую, метрическую.

станина;
передняя и задняя бабка;
суппорт;
фартук;
коробка подач.

Револьверный

Станки револьверной группы рассчитаны на обработку деталей из калиброванного прутка. Токарно-револьверный станок и операции, которые могут выполняться на данном оборудовании:

точение;
расточка;
фасонное точение;
зенкерование;
сверление;
формирование резьбы;
развертывание.

СПРАВКА! Название станков данной группы происходит из-за специального держателя. Он может быть приводным или статическим. Приводной тип дает больше возможностей для проведения различных операций.

Универсальный

К универсальным токарным станкам относятся винторезные станки, так как на них можно выполнять практически любые операции по металлу.

Основные технические характеристики универсального станка:

скорость вращения (количество оборотов);
класс точности; он указывается в маркировке изделия буквами С, В, Н, А, П;
число передач;
каких размеров детали можно устанавливать;
вес и габариты станка;
величина подачи и максимального перемещения по оси.

Варианты и расшифровка вариантов модификаций

Маркировка оборудования показывает, какими особенностями оно обладает, его сферу применения.

Токарные станки имеют буквенное и числовое название. Буквенные обозначения характеризуют его конструктивные особенности: уровень автоматизации, степень точности обработки, модификацию, тип ЧПУ.

Значение букв в маркировке приборов:

С – особая точность.
В – высокая точность.
Н – нормальная точность.
А – особо высокая точность.
П – повышенная точность.

первая цифра 1 указывает на то, что это токарный станок;
вторая цифра обозначает тип устройства;
третья и четвертая – показывают особенности обработки.

Например, 16К20Т обозначает:

1 – токарный станок;
6 – тип лобовой;
20 – 200 мм основной параметр;
Т – модифицированный.

Строение и применение ЧПУ

Современный токарный станок имеет числовое программное управление (ЧПУ). Применение электрической схемы и видоизменение основных узлов позволяет добиться высокой точности обработки.

Особенности станков с ЧПУ:

При выборе оборудования нужно учитывать данные, указанные в ГОСТе. Там указываются класс точности и другие параметры.
Устройство имеет сложную электрическую схему и мини-блок управления.
Несмотря на свои небольшие размеры и вес, модели могут выдерживать большую нагрузку.
Прибор имеет блок, на который выводится вся информация. Для этого применяются языки программирования, установленные стандартом.
Оборудование небольших размеров и высокой точности востребовано. На нем производятся детали для электроники и бытовой техники.

Схемы элементов и частей

Конструкцию агрегата можно рассмотреть на схеме токарно-винторезного станка, как наиболее распространенного, и его частей.

Электрическая схема 16К20

Кинематическая схема 16К20

Какие детали может обрабатывать

На токарных станках могут обрабатываться детали, имеющие вид тела вращения. К ним относятся:

валы;
оси;
диски;
цапфы;
фланцы;
муфты;
кольца;
втулки;
гайки и т. д.

Кроме этого, можно сделать нарезку внутренней и наружной резьбы, точение и растачивание различных поверхностей, подрезание торцов, точение внутренних и наружных канавок, сверление, развертывание отверстий и т. д.

Как видим, токарный станок служит для множества операций и необходим в любом производстве. Рассматривая различные виды оборудования, нужно иметь в виду, что возможность установки дополнительного оборудования позволяет значительно расширить производимые операции.

Долгое время токарно-винторезный станок 163 был основным оборудованием для обработки точением.

Резцы токарные проходные упорные отогнутые – вид режущего токарного инструмента, применяемого для.

В ремонтной мастерской и гараже наличие маленького настольного металлорежущего оборудования решает массу.

Револьверная головка токарного станка с ЧПУ используется как носитель инструментов в токарных.

В семидесятом году в Ереване был произведен токарно-винторезный станок 1М61. Отлично подходит для создания.

Читайте также: