Как работает фрезерный станок по металлу

Обновлено: 30.06.2024

Самодельный фрезерный станок по металлу может стать прекрасным помощником домашнему мастеру. Сделать небольшой агрегат для фрезерования совсем не сложно. О технологии его сборки своими руками мы и поговорим.

1 Самодельный станок – как устроен и как действует?

Фрезерные установки профессионального уровня состоят из набора специальных узлов и разнообразных механизмов. Их конструкция является по-настоящему сложной. Воссоздать в домашних условиях такой агрегат, конечно же, нереально. Зато можно без особых проблем собрать своими руками небольшой станок, который позволит выполнять все основные операции фрезерования.

Такая установка по металлу в обязательном порядке оснащается следующими рабочими частями:

Станиной. Она должна быть максимально устойчивой и жесткой. Чем более крупные детали вы планируете обрабатывать на станке, тем более прочной должна быть станина.
Фрезерной оправкой. Желательно – конус Морзе. На оправку впоследствии монтируется рабочий инструмент. Его фиксируют кольцами и гайками.
Направляющими станины.
Консолью.
Рабочим столом. Эту часть самодельного станка следует проектировать максимально ответственно.

Двигатель для станка по металлу, собираемого своими руками, должен иметь мощность минимум 500 Вт. Такой привод обеспечит вам возможность обрабатывать на самодельной установке заготовки из мягких металлов. Если вы хотите работать с более твердыми металлами, понадобится движок на 1,2–2 кВт. Он позволит фрезеровать детали из обычной стали.

Важна не только мощность электропривода, но и число оборотов, которые он способен выдавать. Фрезерование будет тем качественнее, чем большую "оборотистость" будет иметь движок.

2 Делаем станок своими руками – первые шаги

Сначала изучите чертежи, которые достаточно активно выкладывают на специализированные интернет-сайты любители самостоятельного домашнего творчества. Затем выберите оптимальный вариант фрезерного станка, подготовьте требуемые материалы и приступайте к сборке агрегата.

Если вы впервые взялись за такую работу, советуем обращать внимание на самые простые чертежи. Не пытайтесь создать полупромышленный агрегат в своем гараже. Вряд ли у вас получится что-то путное. Начинающим конструкторам рекомендуется использовать в качестве привода обычную ручную дрель, подключаемую к сети 220 В. Также запаситесь такими материалами:

автомобильным ромбовым домкратом;
фанерными листами (берите толстые изделия, маркируемые цифрой 10); ;
конусом Морзе (маркировка – 2);
цанговым патроном;
штырями из металла для осей;
металлическими уголками (25-й номер) и квадратной трубой (20-й номер).

Этих материалов будет достаточно для того, чтобы собрать вполне эффективный фрезер для выполнения несложных металлообрабатывающих операций. Сама же сборка агрегата будет производиться при помощи напильника, электродрели, шлифовальной угловой машинки, сварочного аппарата и стандартного набора инструментов любого домашнего умельца.

3 Пошаговое руководство по сборке

Сначала нужно изготовить колонну и станину. Эти элементы делаются из металлического швеллера. Вам требуется создать конструкцию, которая будет похожа на букву П. Нижняя поперечина в данном случае будет выполнять функцию основания фрезера.

Дальнейшая последовательность ваших действий такова:

Из стального уголка делаете направляющие элементы. По ним консоль собираемого своими руками станка будет передвигаться в вертикальном направлении. Уголок желательно хорошо отшлифовать. К колонне он крепится подходящими по размеру болтами.
Из профильного квадратного трубного изделия сооружаете направляющие для рабочего стола самодельного станка. Вам потребуется просверлить отверстия в трубе и вставить в них металлические штыри. Обратите внимание! На них нужно сразу же сделать резьбу.
За передвижение рабочего стола будет отвечать автодомкрат. Он позволит перемещать консоль на 10–12 см. Для обработки не очень крупных деталей этого вполне достаточно.
Из фанерных листов делаете столешницу. Созданную конструкцию закрепляете метизами. Специалисты советуют использовать нержавеющие винты (приобретайте крепеж с утопленными головками).

Теперь из квадратной трубы и металлического уголка свариваете тиски (чертежи этих элементарных приспособлений доступны в интернете). Полученное зажимное приспособление посредством саморезов необходимо прикрепить к столешнице. Через тиски также потребуется пропустить стальной штырь с нанесенной на него резьбой. Далее все просто:

Устанавливаете дрель в станину (шпиндель электроинструмента должен смотреть вниз), крепите ее гайками и винтами. Желательно, кроме того, приварить к станине небольшие перемычки, а затем присоединить к ним метизными изделиями дрель. В этом случае устойчивость приводного приспособления будет намного выше.
Монтируете конус Морзе на шпиндель, а затем цанговый (можно использовать и сверлильный) патрон.

Вот, в принципе, и все. Вы получили в свое распоряжение неплохую самодельную конструкцию. В ней при работе передвигается консоль, на которой фиксируется фрезеруемая деталь. А сам фрезер остается неподвижным.

4 Лифт для бытового фрезера – полезное приспособление

При желании можно дополнительно сделать специальный лифт, который упростит процесс использования станка, собранного своими руками по описанной технологии. Тогда передвигаться будет каретка с инструментом, а рабочая поверхность останется неподвижной.

Лифт позволяет оперативно заменять режущий инструмент на самодельном станке, а также максимально точно выверять геометрические параметры фрезеруемых изделий. Кроме того, лифт повышает безопасность эксплуатации агрегата. Он дает возможность мастеру не контактировать с рабочим инструментом. Вы просто-напросто установите рычаг либо небольшой вороток и будете с их помощью передвигать лифт вдоль самодельной фрезерной установки.

Своими руками этот полезный элемент станка делается так:

Из текстолита вырезаете опорную пластинку. Монтируете ее на столешницу.
Присоединяете две стойки к пластине. Важно! Стойки по отношению друг к другу ставятся строго параллельно.
Ставите каретку на станок. Монтируете на нее фрезер.

Перемещение каретки обеспечивается толкающим механизмом. Все, как видите, действительно просто. Но нужно понимать, что лифт обязан быть устойчивым и максимально жестким. Если он будет некачественно смонтирован и закреплен, при фрезеровании может возникнуть люфт. А это гарантированно приведет к порче обрабатываемого на станке изделия.

Фрезерный станок – агрегат для эффективной обработки металлоизделий

Любое предприятие, которое занимается обработкой продукции из черных и цветных металлов, использует для работы фрезерный станок. Его режущими инструментами являются фрезы различных видов.

1 Общие сведения о фрезерных агрегатах по металлу

Такие станки дают возможность обрабатывать зубчатые колеса, тела вращения, фасонные и плоские поверхности заготовок из стали и металла при помощи разного вида фрез. Основным движением в описываемом оборудовании считается вращение рабочего инструмента (то есть фрезы), а под подачей понимают относительное движение этой фрезы и обрабатываемой детали (смотрите видео). Движение подачи металлического изделия может быть криво- либо прямолинейным.

Также любой фрезерный станок по металлу использует для работы всевозможные вспомогательные движения. Под таковыми понимают дополнительные перемещения, имеющие отношение к:

движениям устройств агрегата, которые контролируют в автоматическом режиме геометрические параметры заготовки;
наладке и регулировке функционирования оборудования;
подводу и отводу фрезы от металлических поверхностей, подвергаемым обработке;
фиксации, освобождению, а также управлению инструментом для фрезерования и непосредственно фрезеруемой деталью.

Одни агрегаты позволяют выполнять все указанные добавочные движения исключительно вручную, на других необходимые операции осуществляются автоматически. В зависимости от группы (подробнее ниже) и "узкого" назначения фрезерного станка количество вспомогательных перемещений может увеличиваться.

2 Какими бывают фрезерные агрегаты?

Рассматриваемое станочное оборудование в России подразделяется на восемь групп. К первой относят вертикально- и горизонтально-фрезерные, а также широкоуниверсальные установки. Горизонтальные агрегаты оснащаются универсальным поворотным либо обычным неповоротным рабочим столом.

Ко второй группе причисляют бесконсольные вертикальные станки, к третьей – продольные, имеющие в своей конструкции одну или две стойки, к четвертой – карусельные и барабанные агрегаты непрерывного действия, к пятой – копировальные, к шестой – шпоночные, к седьмой – торцефрезерные. Кроме того, на ряде предприятий используется и фрезерный станок, относящийся к специализированной восьмой группе.

Самое широкое распространение получил универсальный фрезерный станок по металлу с рабочим валом, расположенным горизонтально, и столом поворотного типа. Его шпиндельный узел может производить левые и правые обороты вращения, что обеспечивает эффективную обработку винтовых и фасонных пазов (углов) в вертикальном и горизонтальном направлениях.

Такой фрезерный станок, работа которого продемонстрирована на видео, за счет перемещения в вертикальном направлении по специальным салазкам позволяет выставлять рабочую поверхность под нужным углом. Ни один другой агрегат фрезерной группы подобной возможностью не обладает.

Широкоуниверсальное оборудование еще более многофункционально и удобно в эксплуатации, так как располагает выдвижным хоботом, на который устанавливают дополнительную головку (шпиндельную).

Она способна поворачиваться в перпендикулярные по отношению друг к другу плоскости под требуемым оператору углом (это хорошо видно на видео и фото, которые прилагаются к статье).

В экспериментальных цехах также часто используются станки универсального типа с добавочной головкой, которая накладывается на фрезерную. При такой конструкции фрезерный станок можно применять для вытачивания сложнейших по форме изделий.

3 Конструкция станков для фрезерования

Агрегаты разных групп имеют немало мелких конструкционных отличий. При этом основные их узлы одинаковы для всех видов оборудования, что хорошо видно на фото. Любой фрезерный станок, прежде всего, имеет устойчивую базу, которую называют станиной. В нее помещают вал (полый) шпинделя и коробку выбора скоростей.

Также стандартное устройство фрезерного станка включает в себя:

направляющие (вертикальные) станины: по ним при включении агрегата происходит движение консоли, на которую монтируют коробку подач;
хобот: механизм для крепления и поддержки рабочего инструмента с помощью подвесок (принцип работы хобота показан на видео);
шпиндель: он передает от коробки скоростей вращение фрезам, точность фрезерования напрямую зависит от жесткости шпинделя и его устойчивости к вибрациям;
салазки с поворотным устройством, которое несет продольную рабочую поверхность;
фрезерная оправка, расположенная на шпиндельном торце (спереди): она выполнена в виде конического стержня (отсюда и наименование оправки – конус Морзе) для крепления к нему посредством гаек и колец фрезы.

Кроме того, фрезерный станок обычно располагает системой подачи охлаждающей жидкости, фундаментной плитой, рычагами и рукоятками для выбора направления стола, скорости вращения шпиндельного узла и выполнения других управляющих функций. Имеется в конструкции агрегата еще электродвигатель (нередко их бывает несколько) и шкаф, где находится электрическая "начинка" оборудования.

4 Кинематическая схема агрегатов для фрезерования

Кинематика различных фрезерных установок универсального и широкоуниверсального типа (например, станка 675П) примерно одинакова, так как большинство российских (а ранее советских) станков изготавливаются из унифицированных узлов. Рассмотрим особенности того, как работает кинематическая схема популярного на отечественных металлообрабатывающих предприятиях станка 6Р81. Аналогичным образом она действует и на иных универсальных фрезерных установках.

Цепь главного движения данного агрегата питается от 5,5-киловаттного мотора, который через муфту полужесткого вида передает вращение на вал (смотрите видео). Указанное вращение может передаваться только по двум соотношениям передач – 21:41 либо 35:27. После этого движение идет через зубчатые колеса (всего их восемь) на следующий вал. Благодаря наличию четырех пар колес на вал вращение поступает по четырем разным схемам.

Устройства, входящие в цепь подач 6Р81, начинают движение при запуске 1,5-киловатного двигателя фланцевой конструкции. Он соединен напрямую с главным валом при помощи муфты (на видео). Кинематическая схема использует девять валов, расположенных в коробке подач. Они обеспечивают вертикальные подачи в интервале от 8,3 до 266,7 миллиметров в минуту, поперечные и продольные – от 25 до 800 миллиметров.

Обгонная муфта передает на коробку реверса (КР), которой располагает универсальный фрезерный станок, от коробки подач. КР необходима для изменения крутящих моментов в рабочее перемещение. Указанные крутящие моменты приходят на предохранительную муфту шариковой формы, которая настраивается на передачу наибольшего момента (крутящего) на винт (по сути – вал) поперечной подачи.

Видео-ролики, подготовленные нами, помогут вам подробнее разобраться в кинематике универсальных агрегатов для выполнения фрезерных работ.

5 Продольно-фрезерные и бесконсольные вертикальные станки

Достаточно часто используются на крупных предприятиях продольно-фрезерные агрегаты, стол которых располагает только одним перемещением (продольным). Их применяют при серийном выпуске крупноразмерных и корпусных изделий из цветных и черных металлов, стали.

У такого оборудования очень сильная электрическая составляющая (надежное электрооборудование, мощный двигатель), поэтому на них допускается использовать твердосплавные торцовые головки для обработки заготовок. Продольные станки незаменимы в тех случаях, когда изделия имеют большой диаметр среза.

Отметим отдельно, что продольно-фрезерные агрегаты характеризуются повышенной производительностью и точностью за счет наличия нескольких шпиндельных узлов, а также простотой обслуживания. Такие станки выпускаются с шириной рабочей поверхности до 500 см (минимум – 32 см).

Вертикальный фрезерный станок без консоли располагают крестовым столом. Он передвигается поперечно и продольно. Данное оборудование использует фасонные, цилиндрические и торцовые фрезы для обработки (показано на видео) тяжелых и крупногабаритных деталей. Электрическая схема бесконсольных станков имеет большой запас прочности, на них обычно устанавливают несколько двигателей, в которых обороты регулируются по бесступенчатой схеме.

Фрезерный станок с ЧПУ – современные методы металлообработки

Для массового выпуска высококачественных изделий из металла промышленные предприятия используют фрезерный станок с ЧПУ – эффективный агрегат с программным числовым управлением.

1 Станки с ЧПУ – коротко о главном

На станках для фрезерования с числовым управлением при помощи концевых и торцевых фрез осуществляется обработка пространственных и плоских поверхностей сложных конфигураций, кулачков, пресс-форм, штампов (смотрите видео). Также данные агрегаты по металлу дают возможность выполнять разверточные и сверлильные работы при помощи соответствующего инструмента, который монтируется в специальные рабочие головки.

Конструктивно фрезерный станок с ЧПУ мало чем отличается от обычных агрегатов для фрезерования.

При этом установка на оборудование программного числового управления в разы увеличивает его производительность, надежность и точность выполнения операций на больших скоростях резания, а также уникальную точность позиционирования фрез и иных режущих инструментов.

Отличным примером фрезерно-гравировального станка с ЧПУ является оборудование от компании MULTICUT. Оно имеет высокое качество, что определяет долгий срок службы. Специализированные агрегаты укомплектованы автоматической сменой инструмента, и это полностью освобождает от участия в процессе оператора. Такое оборудование малогабаритно, что также очень удобно на производстве.

Классифицируются станки с ЧПУ по металлу по четырем признакам:

вариант подачи рабочих приспособлений для резки – автоматический либо ручной;
количество координатных передвижений бабки агрегата либо его рабочей поверхности;
расположение шпиндельного узла – по вертикали либо по горизонтали;
по числу инструментов – много- либо одноинструментальные станки.

Кроме того, агрегаты по металлу делят на разные категории в зависимости от их компоновки. С этой точки зрения фрезерный станок с ЧПУ может быть широкоуниверсальным, продольно- или консольно-фрезерным, вертикально-фрезерным. В последнем случае агрегат в обязательном порядке оборудуется столом крестовой формы.

Системы ЧПУ на станках для работы по металлу бывают:

разомкнутыми – шаговый двигатель четко дозирует процесс передвижения рабочих узлов оборудования, при этом отпадает необходимость в применении датчиков обратной связи;
замкнутыми – на них устанавливают датчики, которые во время работы станка контролируют ход обрабатывающих операций, а также привод, который перемещает рабочие узлы по непрерывной схеме.

Главное движение на современных агрегатах с ЧПУ по металлу обеспечивается электродвигателями постоянного тока и асинхронными двигателями, которые направляют вращение на шпиндель посредством прямого привода, ременной передачи либо специального редукторного механизма.

На станках горизонтального типа обычно ведется обработка корпусных и крупногабаритных изделий. На производствах они применяются реже, чем вертикальные агрегаты, которые признаются в разы более универсальными и эффективными.

2 Основные узлы станков с ЧПУ по металлу

Станина делается сварной или литой. Сварной она выполняется тогда, когда требуется получить сложную по форме конструкцию. В остальных случаях рекомендуется изготавливать литую станину, характеризуемую высоким демпфирующим потенциалом и жесткостью.

Направляющие скольжения являются обязательным элементом любого широкоуниверсального фрезерного оборудования. Они работают на трении скольжения, что снижает точность их интерполяции и скорость передвижения рабочих органов. При этом они имеют повышенную жесткость. Линейные же направляющие гарантируют отличную точность перемещений, так как функционируют на трении качения, но описываются малой жесткостью.

Шпиндель станков с ЧПУ, на которых производится обработка металлических заготовок, бывает двух типов:

Электрический двигатель с ротором, служащим для монтажа фрез и других режущих приспособлений.
Механизм, связанный с приводом муфтой либо ременной передачей.

Первый тип шпинделя позволяет развивать скорость вращения до 100 тысяч оборотов в минуту. Поэтому его устанавливают на агрегаты, которые работают с пресс-формами и сложными штампами. Второй тип имеет меньшую скорость (как правило, не более 15 тысяч оборотов). По цене он намного дешевле, что и обусловило его широкую распространенность. Добавим, что современный фрезерный станок с ЧПУ может располагать шпиндельным механизмом с гидростатическими, аэродинамическими и обычными подшипниками качения.

К другим важным узлам агрегатов с программным управлением относят:

магазин для рабочих инструментов;
систему ЧПУ;
электродвигатель.

3 Обработка заготовок на станках с ЧПУ – технология и особенности

Грамотная настройка системы программного управления фрезерным оборудованием дает возможность передвигать фрезы и других режущие приспособления по любой траектории в рабочей области станка. За счет этого получается обрабатывать множество разных поверхностей изделия за одно его закрепление (видео). Практически каждый современный фрезерный станок с ЧПУ позволяет производить следующие работы:

развертывание, зенкерование, сверление отверстий;
фрезеровка криволинейных, цилиндрических поверхностей и плоскостей;
точение цилиндрических наружных поверхностей.

Подобные работы выполняются на всех станках с тремя координатными осями. При наличии четвертой и пятой оси может осуществляться и более сложная обработка металлических заготовок. Так, например, на пятикоординатных агрегатах производятся работы, связанные с качественной и быстрой резкой фасонных поверхностей.

Станок с пятью координатами представляет собой оборудование, которое дает возможность поворачивать деталь вокруг какой-либо обозначенной оси в дополнение к главному передвижению инструмента по отношению к заготовке. Часто функцию пятой координаты выполняет угол наклона шпиндельной оси. Если в процессе работы его изменяют (задав соответствующую программу в системе ЧПУ), за одно закрепление изделия на станке может выполняться обработка малых по радиусу галтелей – так на языке профессионалов называются переходные поверхности. Подобная операция осуществляется коническими концевыми фрезами, которые имеют характерное закругление в виде сферы.

Модернизировать трехкоординатный агрегат в четырех- или пятикоординатный несложно. Достаточно смонтировать поворотную добавочную рабочую поверхность на основной стол. Но здесь стоит понимать, что рабочая зона фрезерного агрегата уменьшится.

Настройка станков с ЧПУ, выпускаемых в наши дни для работы с металлоизделиями, не вызывает у специалистов затруднений. Важно только учитывать ряд общих особенностей, характеризующих фрезерную обработку заготовок, в частности таких:

характер режущих операций;
форма изделий;
число координат (3–5);
применение инструмента с набором разных лезвий;
показатель шероховатости детали после ее обработки.

4 Обзор популярных фрезерных агрегатов с ЧПУ

Советские станкостроительные комбинаты (Ульяновский, Львовский, Горьковский, Дмитровский) выпускали достаточно широкий модельный ряд агрегатов для фрезерования с программным управлением, которые и по настоящее время эксплуатируются на промышленных предприятиях. К такому оборудованию относят:

6Р13ФЗ

Консольные станки 6Р11ФЗ и 6М11ФЗ, созданные на базе фрезерного оборудования 6М11. Настройка данных агрегатов также не требует особых усилий, все рабочие операции программируются буквально за пару минут при наличии четкой технологической карты обработки заготовки.
Станки Львовского комбината ЛФ66ФЗ и Ульяновского 654ФЗ – вертикально-фрезерное оборудование с крестовым столом.

В последние годы в России востребованы агрегаты с ЧПУ зарубежных производителей. Широко представлены трехосевые вертикальные и горизонтальные станки, а также пятикоординатное оборудование тайваньской компании Viktor:

VCenter Н-400: горизонтальный центр для работы с конструкционными сталями и изделиями из алюминия. Магазин станка вмещает в себя 40 режущих приспособлений. Возможно увеличение его емкости до 90 инструментов. Н-400 оснащен понятным комплексом управления FANUC 0i-MD (легкое программирование и настройка).
VCenter-55/7 (130, 110, 102): вертикально-фрезерные станки для крупно- среднесерийного производства деталей из различных металлов, начиная от титана и заканчивая алюминием.
АХ-800, Х300, АХ-350: станки с пятью осями – высокоэффективные фрезеровальные центры.

Популярны агрегаты и других зарубежных производителей – Hurco, Zenitech, ARES-SEIKI, Yangli, KNUTH.

Управление фрезерным станком по металлу: как работать с аппаратом

Работа фрезерного станка основана на движении фрезы, закреплённой на шпинделе. При движении инструмента, ему на встречу подаётся заготовка. Её можно резать горизонтально, вертикально, делать выборку или обрабатывать торцевые части в зависимости от выбора станка. Управление фрезерным станком осуществляется за счёт ЧПУ. Оператору необходимо лишь установить заготовку, включить нужную программу и следить за выполнением.

Нюансы при работах, выполняемых на фрезерных станках

Правильная резка возможна лишь при соблюдении таких параметров:

глубина за проход;
скорость подачи;
правильный подбор фрезы и её охлаждение.

Некоторые металлы не обязательно охлаждать, но, к примеру, алюминий будет плавиться под воздействием температуры. Всё потому, что концевая фреза достигает высокой скорости вращения, а при трении взаимодействующие части сильно нагреваются. Алюминий начинает плавиться при показателе всего в 648 градусов по Цельсию.

Как работать на фрезерном станке с ЧПУ, контролируя все параметры?

Обычно оператору не приходится управлять фрезерным станком, так как ЧПУ контролирует процесс. Однако от повышения температуры никуда не деться, да и сбои порой случаются. Специалист должен:

Следить за подачей охлаждающей жидкости или воздуха на торцевую фрезу. Это не только охлаждает металл, но и способствует увеличению эффективности резания.
Правильно закреплять заготовку, иначе на выходе получится неправильная деталь.
Правильно подбирать фрезу.
Распознавать сбои в программе.

Как подобрать фрезу?

Фреза – режущий инструмент с зубьями. Наличие больших зубьев повышает производительность, однако для более мелких поделок не подходит. Фрезы бывают:

дисковые, пазовые и концевые: для пазов и канавок;
модульные и пальцевые: для нарезания зубчатых колес;
цилиндрические и торцевые: для обработки плоскостей;
фасонные: для обработки шаблонных поверхностей.

Как добиться хороших показателей, при работах, выполняемых на фрезерных станках?

При резке металла вибрация – основная проблема. Убедитесь перед началом работ, что станок хорошо закреплён. Используйте анкерные болты, чтобы улучшить крепление к полу. Устройство вообще не должно двигаться.

Новички часто неэффективно используют фрезу, задействовав только её кончик. Чем глубже получается пройти по заготовке фрезой, тем равномерней будет износ инструмента, что значительно продлевает его срок службы.

Правила безопасности при работе на фрезерном станке

Работать на фрезерном станке небезопасно, если оператор не знает элементарных правил. Все они прописаны в инструкции по охране труда при работе на фрезерном станке. Она состоит всего лишь из 5-и основных пунктов с подпунктами, зато их знание позволит эффективно распоряжаться станком и убережёт здоровье оператора.

Читайте также: