Что такое фрезерный станок с ЧПУ
Фрезерный станок с ЧПУ перемещает вращающуюся фрезу по трём осям по программе и вырезает детали из листа, выбирает пазы и карманы, гравирует надписи и фрезерует рельеф. Программа в формате G-code содержит траекторию инструмента, скорость подачи и глубину. Станок повторяет деталь из файла сколько угодно раз с одинаковой точностью, поэтому его используют в мебельном и столярном производстве, рекламе, изготовлении моделей, прототипов и сувениров.
Из чего состоит станок
| Узел | Что делает | Варианты |
|---|
| Рама и портал | держат все нагрузки резания | стальная сварная рама, профиль, фанера |
| Направляющие | задают точное движение осей | вал на опоре, полированная труба, профильные рельсы |
| Привод осей | превращает вращение двигателя в перемещение | зубчатый ремень, зубчатая рейка, винт |
| Двигатели | двигают оси по командам контроллера | шаговые, шаговые с энкодером, серво |
| Шпиндель | вращает фрезу | шпиндель с водяным или воздушным охлаждением, ручной фрезер |
| Контроллер | выполняет G-code | подключение по USB или автономная панель |
Жёсткость станка определяется самым слабым узлом. Мощный шпиндель на лёгком портале не даст выигрыша: при большой подаче портал прогибается, фреза уходит от траектории и кромка получается волнистой.
Привод осей
| Привод | Плюсы | Минусы | Где уместен |
|---|
| Зубчатый ремень | простой, быстрый, недорогой | растягивается под нагрузкой, требует натяжения | дерево и пластик, небольшие и средние поля |
| Зубчатая рейка | длина оси не ограничена, жёсткая передача | нужна точная установка и смазка | большие поля, длинные оси, работа по цветным металлам |
| Шарико-винтовая пара | высокая точность, малый люфт | на длинном ходу винт начинает вибрировать | короткие оси и ось Z |
| Трапецеидальный винт | дешёвый, самотормозящий | люфт гайки, низкая скорость | настольные учебные станки |
Погрешность обработки складывается из люфтов привода, прогиба направляющих и биения фрезы. У станков с рейкой и валами на опоре паспортная погрешность 0.1 мм, у лёгких станков с ремнём и трубчатыми направляющими 0.3 мм: для мебели и рекламы этого достаточно, для точных посадочных мест нет.
Направляющие
Полированная стальная труба с роликовыми каретками проста и недорога, но прогибается на длинном пролёте. Вал на сплошной опоре закреплён по всей длине и не провисает, поэтому держит нагрузку при фрезеровании плотных материалов. Профильные рельсовые направляющие самые жёсткие и точные, их ставят там, где важны точность и съём металла.
Шпиндель и цанга
Шпиндель вращает фрезу и определяет, какой инструмент и с какой нагрузкой можно ставить. Ручной фрезер мощностью 0.8 кВт подходит для дерева и пластика, но шумит и требует замены щёток. Шпиндели с водяным охлаждением мощностью 0.8-3.0 кВт работают тише и выдерживают длительную нагрузку; им нужен частотный преобразователь, который задаёт обороты.
| Цанга | Наибольший хвостовик | Шпиндели с такой цангой |
|---|
| ER11 | до 7 мм | 0.8 кВт |
| ER16 | до 10 мм | 1.5 и 2.2 кВт |
| ER20 | до 13 мм | 2.2 и 3.0 кВт |
Для фрез с хвостовиком 3.175 мм подходит любая из этих цанг, а фрезу с хвостовиком 12 мм зажимает только ER20. Если планируются фрезы большого диаметра для выборки и отбора четверти, берите шпиндель с цангой ER20.
Рабочее поле и ход по Z
Рабочее поле подбирают по размеру заготовки. Если резать лист целиком, поле должно быть не меньше листа, иначе лист приходится распиливать заранее. Ход по Z ограничивает толщину заготовки вместе с длиной фрезы: при ходе 130 мм и фрезе с вылетом 40 мм над столом остаётся меньше 100 мм для заготовки и жертвенного слоя. Для фрезерования объёмных деталей из бруса нужен станок с большим ходом по Z.
Скорость, подача и производительность
Паспортная скорость холостых перемещений показывает, как быстро голова переходит между участками, а производительность резания задаёт подача. Подачу считают по формуле: подача = обороты x число зубьев x нагрузка на зуб. Для двухзаходной фрезы на 18 000 об/мин и нагрузке 0.1 мм на зуб подача составляет 18 000 x 2 x 0.1 = 3 600 мм/мин. Если станок по жёсткости держит только 2 000 мм/мин, обороты снижают, иначе фреза трёт материал и перегревается.
Как выбрать станок под задачу
| Задача | Поле | Привод и направляющие | Шпиндель |
|---|
| Обучение, сувениры, платы | 300 x 180 мм | винт, лёгкая рама | малый мотор, цанга ER11 |
| Мебель и реклама из листа | от 1000 x 1200 мм | ремень или рейка, трубы или валы на опоре | 0.8-2.2 кВт, ER11-ER20 |
| Цветные металлы, плотные пластики | 1500 x 1500 мм и больше | рейка, валы на опоре, жёсткая рама | 2.2-3.0 кВт, водяное охлаждение, ER20 |
Станок выбирают с запасом по полю и жёсткости под самый тяжёлый материал, который планируется резать. Дополнительные датчики, например щуп для установки нуля по Z, экономят время на каждой заготовке.
Программы и подключение
- Чертёж или модель готовят в программе проектирования.
- В программе подготовки траекторий выбирают фрезу, глубину за проход и подачу, программа формирует G-code.
- Станок подключают к компьютеру по USB или загружают файл в автономный контроллер.
- Заготовку крепят к столу, выставляют ноль по X, Y и Z и запускают программу.
Частые ошибки при выборе
- Выбирают станок по мощности шпинделя, не глядя на жёсткость портала и направляющих.
- Берут поле впритык к листу и не оставляют места для крепления заготовки.
- Не учитывают ход по Z и длину фрез, и толстая заготовка не помещается под порталом.
- Ставят фрезу большого диаметра в шпиндель с цангой ER11.
- Задают паспортную скорость холостых перемещений как подачу резания.
- Режут металл на лёгком станке с ремнём и трубчатыми направляющими.
