Фрезеровка ЧПУ станками. Оборудование, материалы и типы фрезеровки.

• Технология фрезеровки
• Типы фрезеровки
• Преимущества фрезеровки на станке ЧПУ
• Характеристики материалов для фрезеровки
• Ответы на вопросы
• Оборудование ЧПУ для фрезеровки

Технология фрезеровки

Фрезерование- это технология обработки, при которой заготовка подается мимо вращающегося цилиндрического инструмента с несколькими режущими кромками (иногда используется инструмент с одной режущей кромкой). Ось вращения режущего инструмента перпендикулярна направлению подачи. Такая ориентация оси инструмента относительно направления подачи является одной из особенностей, отличающих фрезерование от сверления. При сверлении режущий инструмент подается в направлении, параллельном его оси вращения. Режущий инструмент фрезерного станка называется фрезой, а режущие кромки - зубьями.

Рис. 1. Технология фрезеровки

Геометрическая форма, создаваемая при фрезеровании, представляет собой плоскую поверхность. Другие геометрические формы могут быть созданы с помощью смены траектории движения фрезы и использованием разных форм фрезы. Фрезерование является одной из самых универсальных и широко используемых операций обработки.

Для раскроя материалов на фрезерном станке применяются макеты в форматах: EPS, AI, CDR, DXF, DWG (AutoCAD).

Положение оси зависит от станка, так как бывают как горизонтальные, так и вертикальные станины, а также универсальные станки. Все они также могут быть автоматизированы с помощью числового программного управления (ЧПУ).  Любой станок с ЧПУ использует компьютеризированные системы для автоматизации процесса резки. Поэтому к станкам с ЧПУ также относятся лазерные резаки и граверы.

Самый распространенный из этих вариантов - универсальный фрезерный станок с ЧПУ. Горизонтальные и вертикальные фрезерные станки имеют значительные ограничения, а эти устройства обеспечивают большую гибкость. Фрезеры с ЧПУ режут автоматически, но многие другие функции требуют участия оператора станка. Например, закрепление заготовки на рабочем столе, а также прикрепление фрезерного инструмента к шпинделю станка.

Самыми распространенными станками для фрезеровки являются:

• Фрезерные устройства с крестовым столом;
• Консольно-фрезерные станки;
• Фрезерные станки с выдвижной шпиндельной бабкой (узел, который сообщает вращательное движение обрабатываемой заготовке)
• Продольно-фрезерный станок.

Типы фрезеровки

Периферийное фрезерование

При периферийном фрезеровании, которое также называют плоским фрезерованием, ось инструмента параллельна обрабатываемой поверхности, а операция выполняется режущими кромками на внешней периферии фрезы.

Существует несколько типов периферийного фрезерования:

Фрезерование плит - основной вид периферийного фрезерования, при котором ширина фрезы выходит за пределы заготовки с обеих сторон;

Фрезерование пазов - ширина фрезы меньше ширины заготовки, создается паз в заготовке (когда фреза очень тонкая, эта операция может использоваться для фрезерования узких пазов или разрезания заготовки на две части, что называется пильным фрезерованием);

Боковое фрезерование - фреза обрабатывает боковую сторону заготовки;

Фрезерование с боковой стороны - то же самое, что и боковое фрезерование, только резка происходит с обеих сторон заготовки;

Фрезерование по форме - зубья фрезы имеют специальный профиль, который определяет форму паза, вырезаемого в заготовке.

При периферийном фрезеровании по направлению вращения фрезы различают две формы фрезерования: вверх и вниз. При фрезеровании вверх, называемом также обычным фрезерованием, направление движения зубьев фрезы противоположно направлению подачи, когда зубья врезаются в заготовку. При фрезеровании вниз, называемом также фрезерованием с подъемом, направление движения фрезы совпадает с направлением подачи, когда зубья врезаются в заготовку.

Рис. 3. Боковое фрезерование 

Торцевое фрезерование

При торцевом фрезеровании ось фрезы перпендикулярна обрабатываемой поверхности, а обработка производится режущими кромками как на торце, так и на внешней периферии фрезы. Как и при периферийном фрезеровании, существуют различные формы торцевого фрезерования, среди которых:

Обычное торцевое фрезерование - диаметр фрезы больше ширины детали, поэтому фреза нависает над деталью с обеих сторон;

Частичное торцевое фрезерование - фреза нависает над деталью только с одной стороны;

Торцевое фрезерование - диаметр фрезы меньше ширины заготовки, поэтому в детали вырезается паз;

Профильное фрезерование - форма торцевого фрезерования, при которой срезается внешняя периферия плоской детали;

Фрезерование карманов - еще одна форма концевого фрезерования, используемая для фрезерования неглубоких карманов в плоских деталях;

Контурная обработка поверхности - фреза с шаровидным носом (а не фреза с квадратным концом) подается вперед-назад по криволинейной траектории с небольшими интервалами для создания трехмерной формы поверхности. Такое же базовое управление фрезой требуется для обработки контуров полостей пресс-форм и штампов, в этом случае операция называется проходкой штампа.

Рис. 6. Торцевая фрезеровка 

Плоское фрезерование или фрезерование плит

Плоскостное или плитное фрезерование - это процесс, при котором получаются ровные, горизонтальные или плоские поверхности, параллельные оси вращения фрезы. Для выполнения операции плитного фрезерования используется периферийная фреза.

Фрезерование встречное и попутное

Фрезерование встречное - это метод фрезерования, при котором фреза и заготовка движутся в противоположном направлении. Толщина стружки уменьшается, вызывая нагрев стружки, а не заготовки.

Фрезерование попутное - это метод фрезерования, при котором направление вращения фрезы совпадает с направлением подачи заготовки. 

Рис. 8. Встречная и попутная фрезеровка 

Фрезерование Т-образных пазов

Это тип фрезерования, при котором фрезерование выполняется на двух поверхностях одновременно. Фрезерование Т-образных пазов является уникальным примером реечного фрезерования.

Преимущества фрезеровки

Высокая скорость

При фрезеровании скорость съема металла очень высока, так как фреза вращается быстро и имеет несколько режущих кромок.

Лучшая обработка поверхности

Обработка поверхности материалов на фрезерном станке лучше, благодаря наличию нескольких режущих кромок.

Высокая производительность

Фрезерные станки с ЧПУ - это станки, в которых операция фрезерования контролируется программным обеспечением. Это повышает общую производительность, улучшая качество и точность обработки.

Высокая точность

На фрезерном станке обрабатываемые изделия отличаются высокой точностью, особенно в случае с самым современным видом фрезерного станка с ЧПУ.

Широкое применение

Головка обеспечивает возможность применения фрезерного станка в самых разных областях, поскольку с ее помощью возможно точное вращение рабочего инструмента. Фрезерование может использоваться для обработки плоских, неровных и контурных поверхностей, пазов, резки зубьев и многого другого. Фрезерование подходит для множества различных функций, включая нарезание резьбы, снятие фаски, прорезание пазов и т. д. С помощью фрезера можно выполнять множество различных операций:

• Фрезерование поверхности;
• Торцевое фрезерование;
• Угловое фрезерование;
• Фрезерование формы;
• Профильное фрезерование;
• Зубофрезерование и др.

Рис. 10. Фрезеровка МДФ

Материалы для фрезеровки 

Фрезерные станки  с ЧПУ можно использовать для обработки множества различных материалов:

Металлы, пригодные для фрезерования с ЧПУ:

• Мягкая сталь;
• Нержавеющая сталь;
• Инструментальная сталь;
• Алюминий;
• Латунь.

Пластмассы, пригодные для фрезерования:

• АБС;
• Нейлон;
• Поликарбонат;
• ПОМ;
• ПТФЭ;
• HDPE;
• PEEK;

Древесина:

• МДФ;
• Фанера;
• ДСП.

Экструдированный полистирол (голубой пенопласт)  

Рекомендуется для новичков и для большинства работ по фрезерованию поверхностей. Этот материал хорошо подходит для первого теста перед использованием конечного материала.

Плюсы: недорогой, легкий и транспортабельный, быстро фрезеруется недорогими инструментами, поддается окраске красками на водной основе.

Минусы: нестабилен по размерам, поэтому должен крепиться на более жесткую основу, не выдерживает  износа.  

Рис. 11. Фрезеровка полистирола

Листовой полиуретан

Плюсы: стабильность размеров, однородный цвет, однородный материал, быстро фрезеруется недорогими инструментами, возможность фрезерования тонких поверхностей.

минусы: относительно дорогой, ограниченные размеры

Рис. 12. Фрезеровка полиуретана

Фанера

плюсы: выдерживает износ, слои создают интересный эффект, стабильность размеров.

минусы: стоимость, необходимость специализированных инструментов для резки, слои разного качества и могут содержать сучки.

Рис. 13. Фрезеровка фанеры

МДФ (древесноволокнистая плита средней плотности) 

Плюсы: стабильность размеров, однородный цвет, однородный материал

минусы: требует дорогостоящих режущих инструментов, создает опасную пыль.

Твердая древесина

Материалы из древесины бывают разной твердости и с разным качеством текстуры. 

Плюсы: красивый внешний вид, устойчиво к износу и разрушению.

минусы: стоимость, ограниченные размеры, может потребоваться дорогой режущий инструмент. Более плотные породы дерева могут потребовать более сложных технологий фрезерования.

 

Ответы на вопросы

Что выбрать лазер или фрезер?  

Лазерные и фрезерные станки обладают своими преимуществами и недостатками и предназначены для решения разных задач. 

• При необходимости 2d или 3d резки подойдет фрезерный станок. С гравировкой мелких деталей и надписей лучше справится лазер.
• Когда необходимо резать, пилить и обрабатывать детали из толстых и плотных материалов - лучше выбрать фрезер. При обработке мелких и хрупких заготовок лучше подойдет лазерный станок.
• Если для итогового изделия необходим светлый цвет среза, выбирайте фрезеровку, а если изделие будет перекрашиваться, или темный цвет канавок и срезов подойдет для изделия, то смело используйте лазерный гравер.

Как фрезеровать по шаблону?

Начертите контур элемента на заготовке шаблона в натуральную величину или приклейте на лист бумаги копию начерченного шаблона. Затем просверлите отверстия для электролобзика или лобзика и обрежьте излишки материала. Вдоль линии контура положите припуск до 1 мм, отшлифуйте края и удалите бумажный лист шаблона.

Что означают оси у фрезера?

Оси, которые имеет фрезерный станок, определяют тип работы и места, в которых  может быть выполнена работа на заготовке. 

3-осевое фрезерование возникло из практики ротационного опиливания и представляет собой процесс фрезерования, работающий по двум осям - X и Y. При трехосевой обработке заготовка остается неподвижной, а режущий инструмент перемещается по трем осям для фрезерования детали.

4-осевой станок с ЧПУ работает по осям X, Y и Z, как 3-осевой станок, но он также включает вращение вокруг оси X, которая называется осью A. 

5-осевая обработка включает в себя все оси 4-осевой обработки с дополнительной осью вращения. Пятая ось в 5-осевом фрезерном станке расположена вокруг оси B, которая вращается вокруг оси Y в плоскости X-Y-Z.

Какие характеристики необходимо учитывать при выборе фрезера?

• уровень мощности;
• глубина резьбы  (рабочий ход фрезы);
• дополнительный функционал;
• вращательная скорость шпинделя.

Оборудование для фрезеровки

Фрезерный станок с ЧПУ TORWATT 4040 С

• Система управления NcStudio;
• Скорость вращения шпинделя - 24000 об/мин
• Шпиндель с цанговым патроном ER-32 мощностью 1,5 кВт;
• Драйвер шагового двигателя Leadshine 860.

Фрезерный станок с ЧПУ TORWATT 4040 P

• Макс. скорость свободного перемещения - 5000 мм/мин;
• Поддерживаемое программное обеспечение - Type3 software, Wentai software Artcam software;
• Точность позиционирования X,Y,Z ±0.03/300 mm;
• Обороты шпинделя 6000-24000 об/мин.

Фрезерный станок с ЧПУ TORWATT 1313

• Разрешение X,Y <0.01мм;
• Поддерживаемое программное обеспечение Type3 software, Wentai software Artcam software;
•  Рабочая область X,Y,Z 600х900х200; 
• Обороты шпинделя 6000-24000 об/мин.