Що таке фрезерний верстат з ЧПУ
Фрезерний верстат з ЧПУ переміщує фрезу, що обертається, по трьох осях за програмою і вирізає деталі з листа, вибирає пази і кишені, гравіює написи і фрезерує рельєф. Програма у форматі G-code містить траєкторію інструмента, швидкість подачі і глибину. Верстат повторює деталь із файлу скільки завгодно разів з однаковою точністю, тому його використовують у меблевому і столярному виробництві, рекламі, виготовленні моделей, прототипів і сувенірів.
З чого складається верстат
| Вузол | Що робить | Варіанти |
|---|
| Рама і портал | тримають усі навантаження різання | сталева зварна рама, профіль, фанера |
| Направляючі | задають точний рух осей | вал на опорі, полірована труба, профільні рейки |
| Привод осей | перетворює обертання двигуна на переміщення | зубчастий ремінь, зубчаста рейка, гвинт |
| Двигуни | рухають осі за командами контролера | крокові, крокові з енкодером, серво |
| Шпиндель | обертає фрезу | шпиндель з водяним або повітряним охолодженням, ручний фрезер |
| Контролер | виконує G-code | підключення через USB або автономна панель |
Жорсткість верстата визначається найслабшим вузлом. Потужний шпиндель на легкому порталі не дасть виграшу: при великій подачі портал прогинається, фреза відходить від траєкторії і кромка виходить хвилястою.
Привод осей
| Привод | Переваги | Недоліки | Де доречний |
|---|
| Зубчастий ремінь | простий, швидкий, недорогий | розтягується під навантаженням, потребує натягу | дерево і пластик, невеликі і середні поля |
| Зубчаста рейка | довжина осі не обмежена, жорстка передача | потрібні точне встановлення і змащення | великі поля, довгі осі, робота по кольорових металах |
| Кулько-гвинтова пара | висока точність, малий люфт | на довгому ході гвинт починає вібрувати | короткі осі і вісь Z |
| Трапецеїдальний гвинт | дешевий, самогальмівний | люфт гайки, низька швидкість | настільні навчальні верстати |
Похибка обробки складається з люфтів приводу, прогину направляючих і биття фрези. У верстатів із рейкою і валами на опорі паспортна похибка 0.1 мм, у легких верстатів із ременем і трубчастими направляючими 0.3 мм: для меблів і реклами цього достатньо, для точних посадкових місць ні.
Направляючі
Полірована сталева труба з роликовими каретками проста і недорога, але прогинається на довгому прольоті. Вал на суцільній опорі закріплений по всій довжині і не провисає, тому тримає навантаження під час фрезерування щільних матеріалів. Профільні рейкові направляючі найжорсткіші і найточніші, їх ставлять там, де важливі точність і знімання металу.
Шпиндель і цанга
Шпиндель обертає фрезу і визначає, який інструмент і з яким навантаженням можна ставити. Ручний фрезер потужністю 0.8 кВт підходить для дерева і пластику, але шумить і потребує заміни щіток. Шпинделі з водяним охолодженням потужністю 0.8-3.0 кВт працюють тихіше і витримують тривале навантаження; їм потрібен частотний перетворювач, який задає оберти.
| Цанга | Найбільший хвостовик | Шпинделі з такою цангою |
|---|
| ER11 | до 7 мм | 0.8 кВт |
| ER16 | до 10 мм | 1.5 і 2.2 кВт |
| ER20 | до 13 мм | 2.2 і 3.0 кВт |
Для фрез із хвостовиком 3.175 мм підходить будь-яка з цих цанг, а фрезу з хвостовиком 12 мм затискає лише ER20. Якщо плануються фрези великого діаметра для вибирання і відбору чверті, беріть шпиндель із цангою ER20.
Робоче поле і хід по Z
Робоче поле підбирають за розміром заготовки. Якщо різати лист цілим, поле має бути не меншим за лист, інакше лист доводиться розпилювати заздалегідь. Хід по Z обмежує товщину заготовки разом із довжиною фрези: при ході 130 мм і фрезі з вильотом 40 мм над столом залишається менше 100 мм для заготовки і жертовного шару. Для фрезерування об’ємних деталей із бруса потрібен верстат із великим ходом по Z.
Швидкість, подача і продуктивність
Паспортна швидкість холостих переміщень показує, як швидко голова переходить між ділянками, а продуктивність різання задає подача. Подачу рахують за формулою: подача = оберти x кількість зубів x навантаження на зуб. Для двозахідної фрези на 18 000 об/хв і навантаженні 0.1 мм на зуб подача становить 18 000 x 2 x 0.1 = 3 600 мм/хв. Якщо верстат за жорсткістю тримає лише 2 000 мм/хв, оберти знижують, інакше фреза тре матеріал і перегрівається.
Як вибрати верстат під задачу
| Задача | Поле | Привод і направляючі | Шпиндель |
|---|
| Навчання, сувеніри, плати | 300 x 180 мм | гвинт, легка рама | малий мотор, цанга ER11 |
| Меблі і реклама з листа | від 1000 x 1200 мм | ремінь або рейка, труби або вали на опорі | 0.8-2.2 кВт, ER11-ER20 |
| Кольорові метали, щільні пластики | 1500 x 1500 мм і більше | рейка, вали на опорі, жорстка рама | 2.2-3.0 кВт, водяне охолодження, ER20 |
Верстат вибирають із запасом за полем і жорсткістю під найважчий матеріал, який плануєте різати. Додаткові датчики, наприклад щуп для встановлення нуля по Z, економлять час на кожній заготовці.
Програми і підключення
- Креслення або модель готують у програмі проєктування.
- У програмі підготовки траєкторій вибирають фрезу, глибину за прохід і подачу, програма формує G-code.
- Верстат підключають до комп’ютера через USB або завантажують файл в автономний контролер.
- Заготовку кріплять до столу, виставляють нуль по X, Y і Z і запускають програму.
Часті помилки під час вибору
- Вибирають верстат за потужністю шпинделя, не дивлячись на жорсткість порталу і направляючих.
- Беруть поле впритул до листа і не залишають місця для кріплення заготовки.
- Не враховують хід по Z і довжину фрез, і товста заготовка не вміщується під порталом.
- Ставлять фрезу великого діаметра в шпиндель із цангою ER11.
- Задають паспортну швидкість холостих переміщень як подачу різання.
- Ріжуть метал на легкому верстаті з ременем і трубчастими направляючими.
