22фев 2022

Станки с ЧПУ: Классификация. Примеры. Какой выбрать?

Станок с ЧПУ – автоматизированный робот, который способен самостоятельно выполнять различные операции: обрабатывать металл, древесину, пластик, стекловолокно, полипропилен и другие материалы. Управляет работой такого аппарата специальная компьютерная программа, отсюда и название – «станок с числовым программным управлением».

Человеку требуется лишь настроить, задать буквенно-числовой код - и можно наблюдать, как станок сам создает сложную деталь.

В сравнении с управляемым вручную устройства с ЧПУ

  • обеспечивают высокие скорость и точность обработки материала;
  • позволяют создавать изделия с любой геометрией;
  • могут точно воспроизводить элемент неограниченное количество раз;
  • работают без перерывов круглосуточно;
  • ускоряют сроки изготовления изделий в десятки раз;
  • отличаются высоким уровнем безопасности для человека;
  • минимизируют участие человека в процессе производства.

Сегодня аппараты с ЧПУ используются во многих сферах промышленного производства: в аэрокосмической отрасли, самолетостроении, электросвязи и телекоммуникациях, производстве медицинского оборудования и инструментов; автомобилестроении, деревообработке, металлургии, ювелирном деле и других областях.

Принцип работы и программирования

Такое оборудование действует по принципу «убрать лишнее». Оно буквально отсекает ненужные части, чтобы в результате получился трехмерный объект. Процесс удаления ненужного на профессиональном производственном языке называется механической обработкой.

Для программирования станка с ЧПУ применяется две программы - CAD (автоматизированное проектирование) CAM (автоматизированное производство).

Первая служит для разработки двух- либо трехмерной модели будущего объекта – детали или готового изделия. Вторая необходима, чтобы воплотить модель в реальность.

Компьютерные программы – одна из обязательных составляющих. Второй необходимый элемент – устройство, через которые вводятся данные для работы машины. Чаще всего применяется один из вариантов: ввод с перфоленты, с магнитной ленты, через интерфейс последовательной передачи информации. Третья составляющая – блок управления (MCU), который

  • читает и расшифровывает закодированные инструкции;
  • осуществляет программы, чтобы перемещать рабочий инструмент;
  • передает команды в схемы усилителя, чтобы управлять механизмом оси;
  • принимает сигналы обратной связи для каждого из приводов;
  • включает и отключает поступление жидкости для охлаждения, меняет инструмент и так далее.

Четвертый элемент – механизм: комбинация схем усилителя, приводных двигателей, шарико-винтовых передач. Команды механизм получает от блока управления.

Кроме того, присутствует подвижный рабочий стол и рабочая голова, на которой крепится обрабатывающий инструмент. Программа управляет положением стола и головы относительно друг друга по осям. Отслеживает правильность работы аппарата система обратной связи: скорость и положение инструмента и стола считываются датчиками – данные передаются в блок управления. Если необходимо, он исправляет ошибки.

Задача оператора – сформировать числовой код, а затем загрузить его в память устройства. После этого требуется провести тест. Если неточности обнаруживаются, их исправляют и уже после этого вводят код в постпроцессор. Здесь числовые данные преобразуются в

G-код, который представляет собой ряд инструкций в форме последовательности цифр и букв. Машина считывает их и выполняет необходимые операции с заданной скоростью, по намеченным линиям, с нужной глубиной и так далее.

Классификация станков с ЧПУ

В соответствии с тем, какая технология применяется, станок относится к определенному классу.

  • Фрезерный
  • Токарный
  • Лазерный
  • Плазменный
  • Гибочный

Фрезерные

Применяются для обработки металлических элементов из черного или цветного металла, сплавов и стали, 3D модели – для пластика и дерева.

Рабочий инструмент вращается, постепенно отсекая материал по контуру заготовки. Она может быть неподвижной: тогда перемещается инструмент. Либо сама передвигается относительно него.

Рабочим инструментом является фреза, оснащенная режущими резцами – мелкими прочными зубьями. Можно выполнять разрезы, делать углубления, проводить гравировку.

Рекомендуется приобретать оборудование

  • с расширенным набором функций;
  • с порталом из толстой стали (станиной), чтобы исключить вибрацию и деформацию заготовок;
  • с электрошпинделем – самым неприхотливым элементом;
  • с серводвигателем, который не пропускает шаги, работает быстрее и точнее шаговых двигателей;
  • с достаточно широким выбором инструментов.

На рынке представлены три разновидности фрезерных станков – вертикальные, горизонтальные, 3D, 4-ех и 5-осевые. Первые применяются для механической обработки. Исходная деталь крепится на рабочем столе, положение которого может меняться в горизонтальной плоскости – в продольном и поперечном направлениях. В комплектацию входит набор фрез, состоящие из инструментов торцевого, шпоночного, концевого, углового, фасонного и других видов.

  1. Вертикально-фрезерный аппарат позволяет вести обработку плоских поверхностей – вертикальных и горизонтальных. Можно выполнять окружности и концентрические канавки с помощью делительной головки с поворотным столом.
  2. Горизонтально-фрезерный способен обрабатывать детали малого веса и небольшого размера. В некоторых моделях есть поворотная головка фрезы, что увеличивает точность работы. Преимущество – широкий диапазон скоростей и высокая мощность.
  3.  3D фрезерные устройства отличаются компактными габаритами. Кроме металла, могут обрабатывать пластик и древесину. Высокая точность обработки позволяет создавать изделия с большим числом мелких деталей, например, сувениры.
  4. 5-осевые координатные разновидности фрезерных аппаратов способны вести обработку сразу по пяти осям: в продольном, поперечном, вертикальном направлениях, а также с поворотом рабочего инструмента вокруг двух осей. Благодаря этому можно изготавливать сложные поверхности – фасонные и криволинейные, например, для автомобилей.

Выпускаются также четырех-осевые станки, в которых движение шпинделя осуществляется по осям X, Y, Z, а стол вращается вокруг собственной оси по вертикали.

Токарные

В токарных аппаратах вращается заготовка, а не головка бура. Заготовка предварительно зажимается в шпинделе. А режущий инструмент движется по двум осям координат – параллельной и поперечной. Постепенно с детали снимается стружка – формируются заданные контуры.

Скорость работы и размеры обрабатываемых элементов определяются мощностью конструкции шпинделя и двигателя. Сложные дорогостоящие модели оснащаются многошпиндельными головками, снабженными несколькими резцами. Это позволяет выполнять многоплановую обточку.

В соответствии с тем, как именно размещается шпиндель, аппараты делятся на горизонтальные и вертикальные (токарно-карусельные).

Проводятся операции по точению и расточке металла, нарезается резьба, торцы металлических деталей подрезаются и обрабатываются; выполняются отверстия с помощью развертывания, зенкерования, сверления; осуществляются иные операции.

При выборе эксперты рекомендуют обратить внимание на

  • максимальный диаметр заготовки, которую можно свободно обтачивать;
  • допустимую длину детали, что определяется расстоянием между центрами крепления;
  • размер обтачиваемого прутка, который соответствует диаметру отверстия шпинделя;
  • класс точности готового изделия: определяется массивностью станины и весом устройства – чем выше эти параметры, тем ниже вибрация обрабатываемого элемента.

Главное ограничение– возможность создавать только изделия цилиндрической, конической или сферической форм. Если необходимо сделать деталь другой конфигурации, предварительно исходник обрабатывают на фрезерном аппарате.

Либо используют фрезерную токарную станцию – комбинацию фрезеровального и токарного станков. Как правило, она представляет собой токарный станок, в котором установлены инструменты для фрезерования. Здесь деталь удерживается шпинделем, который способен или вращаться или находиться под точным углом, подобно тому, как располагается детали в пятиосевом фрезерном аппарате с ЧПУ.

Лазерные

Рабочий инструмент – сфокусированный лазерный луч. Его концентрированная энергия способна проникать в материал, расплавляя его, испаряя или воспламеняя. В результате часть исчезает, за счет чего формируется заданный рельеф. Внешне процесс похож на механические разрезание материала, только при этом не образуется стружки – отходы просто испаряются.

Глубина воздействия луча определяется его мощностью. Чем сильнее, тем более глубокие разрезы он оставляет. Таким образом, данная технология позволяет выполнять как сквозные резы, так и небольшие углубления, создающие конфигурацию детали или рисунок на ее поверхности – гравировку.

Преимущество такого способа обработки – возможность делать максимально тонкие срезы и минимально влиять на исходный материал. Это способствует высокой точности работы.

Второй важный плюс применения лазерных станков с ЧПУ, например, марки Rabbit или Elixmate, – обработка практически всех конструкционных материалов и исходных заготовок любых форм и габаритов. Это могут быть как очень твердые и плотные материалы (металл, камень), так и более мягкие (древесина, полиуретан, пластик, резина), хрупкие (стекло) и даже нежные (бумага, картон, кожа, полиэтилен и другие).

Принцип работы лазерно-гравировального оборудования напоминает функционирование фрезерных устройств. Основные составляющие те же: монолитный корпус, рабочий стол, расположенный по горизонтали; сверху – подвижный рабочий инструмент – лазерный излучатель.

Портал с лазером перемещается при помощи шагового электродвигателя. Скорость движения луча и его мощность задаются процессором в соответствии с программой.

Конструкция оптической системы (лазера) включает лазерную трубку, зеркала, отражающие свет; головку излучателя, фокусирующую линзу. Охлаждение трубки происходит водой, которая циркулирует по системе, нагнетаемая насосом.

При всей универсальности лазерные аппараты делятся на несколько разновидностей.

  • Граверы настольные лазерные. Отличаются небольшими габаритами, поэтому могут использоваться в домашних условиях. Преимущество – хорошая оптика, что позволяет делать гравировку высокого качества, резать не слишком толстые материалы насквозь (кроме металлических). Недостаток – невысокая мощность.
  • Напольные гравировальные модели. Высота рабочего стола – от 50 см до 1,5-2 метров и выше. Устанавливается в производственных помещениях. Применяется для интенсивной работы для резки и раскроя материалов, в том числе больших размеров; а также для гравировки.
  • Лазерные маркеры – компактные устройства, позволяющие гравировать изображения на большой скорости на объемных заготовках, например, ручках и брелоках. За счет двухосной конструкции оптики со специальным объективом лазерный луч формируется в двухмерном формате и может направляться под заданным углом на нужный участок заготовки. Такие устройства способны выполнять гравировку на небольших рабочих областях. Обычно комплектуются микрокомпьютером и соответствующим ПО.

Плазменные

В таких аппаратах применяется плазменная резка для обработки стали, чугуна, цветного металла. Режущий инструмент – струя плазмы, которую получают путем пропускания газа через электрическую дугу в плазмотроне (устройстве генерирования плазмы). Температура такой струи - 5000-30000◦C, скорость – 500-1500 м/с. Она способна прорезать (прожигать) материал толщиной до 150 сантиметров – полутора метров.

Позволяет создавать рез высокого качества, раскраивать листовой металл по прямым и изогнутым линиям. Скорость резки зависит от толщины листа и может достигать 6 метров в минуту. Благодаря тому, что термическое воздействие осуществляется в небольшой зоне, можно резать тонкий металл – до 5 сантиметров.

Плазморез размещается в портальной системе, которая передвигается с помощью реечного привода. Обрабатываемая металлическая деталь закрепляется на координатном столе шириной от полутора до восьми метров.

Плазменные станки с ЧПУ выпускаются в двух основных вариациях.

  • Переносные. Обладают небольшими габаритами (ширина рабочей зоны – полтора-три метра), позволяя кроить металлические листы ограниченного размера. Можно передвигать оборудование без необходимости демонтажа.
  • Стационарные. Представляют собой крупные автоматизированные комплексы. Ширина координатного стола может доходить до восьми метров. Монтируются на определенном месте. Если нужно передвинуть, станок приходится демонтировать и применять подъемные устройств.

Минусы плазменных станков - плохое качество реза, большой расход электроэнергии, требуется постобработка деталей. Зато из плюсов может дешево резать толстый металл.

Домашние станки с ЧПУ

Станки с числовым программным управлением могут использоваться не только на производстве, в мастерских, но и дома. Для этого выпускаются мини-модели, обладающие достаточной мощностью для обработки сравнительно небольших заготовок и подключающиеся к бытовой однофазной электросети.

  • Лазерные подходят для изготовления сувениров, портретов, в том числе для рекламных целей.
  • Фрезерные по дереву помогут сделать интересные фигурные изделия, например, элементы мебели. Самый подходящий вариант – устройства в пластиковом прозрачном ящике, чтобы не разлеталась стружка.
  • Фрезерные по металлу смогут обработать детали из меди или алюминия, а вот со стальными не справятся. Можно гравировать надписи на украшениях, значках, делать небольшие сувениры.
  • Модульные станки, которые могут совмещаться с дозаторами для пастообразных веществ, применяют в домашних условиях для рисования, например, картинок на тортах.

При желании фрезерный станок можно собрать самостоятельно. Сначала необходимо начертить схему, затем закупить комплектующие, подготовить инструменты. Можно купить уже готовый комплект или приобрести все, что нужно, по отдельности.

Понадобятся шаговый двигатель, алюминиевые профиль 30х60 мм, нарезанный на части по 10 сантиметров; алюминиевая пластина толщиной 15 мм, стальной стержень с резьбой М10 и гайкой, сделанной из делрина; шариково-винтовая пара (диаметр 16 мм, шаг 5 мм), направляющие SBR 16 и SBR 20, ножки, чтобы исключить вибрацию. Также нужны три шаговых двигателя и драйверы для них, интерфейсная плата, блок питания на 36 В, источник питания для платы (на 5 В), многожильный кабель 18 AWG, выключатель двухпозиционный, шпиндель, три сенсорных выключателя концевых. Кроме того, компьютерные программы – CamBam и Mach3.

На первом этапе создается ось X из двух боковых панелей и алюминиевого профиля, на концах отрезков которого выполняется резьба. К профилям подводятся рельсы – направляющие. Создается каретка оси Y – из одной пластины с линейными подшипниками для осей Z и Y. Далее формируется ось Z.

Двигатель крепят на отдельной стойке. К приводному винту его можно подсоединить с помощью винтовой передачи. Затем требуется создать опорные блоки для осей Y и X, опору для приводных гаек.

Следующий шаг – создание рабочей поверхности, желательно из листа алюминия с Т-образными пазами. Можно взять обычную столешницу.

Подключают оборудование к источнику питания и компьютеру.

Но сборка самостоятельно такого станка не гарантирует качество конечного изделия, больше для хобби, если вам интересно капаться в механике и электронике. О каком то даже начальном производстве на таких станках не может быть и речи.

Какой станок ЧПУ выбрать?

Выбор зависит от того, какой материал планируется обрабатывать, изделия какой сложности и точности создавать.

  • По назначению. Для обработки металла подойдет соответствующий токарный, фрезерный или лазерный аппарат. Для работы с деревом – фрезерный. Для создания элементов из пластика – фрезерный. Универсальные модели позволят работать с разными материалами – древесиной, металлом, ПВХ и пластиком.
  • По технологии. Корпусные элементы обрабатывают на фрезерных устройствах, цилиндрические, конические, сферические изделия создают на токарных. Максимальная точность резка и гравировки достигается на лазерных. С помощью многофункциональных станков можно выполнять фрезерование, расточку, сверление, нарезать резьбу и проводить токарные работы.
  • По скорости. Для лазерной резки, например, нужна высокая скорость движения рабочей головки, соответственно, более мощный двигатель. Высокую скорость при отсутствии погрешности реза способны обеспечить серводвигатели.
  • По параметрам рабочего пространства. Размеры рабочей зоны по всем осям определяются габаритами заготовок, которые планируется обрабатывать.
  • По мощности шпинделя или лазера, плазмотрона. Чем более твердый материал вы намерены резать, тем более мощные устройства потребуются.
  • По точности реза. Это показатель проверяется по 20-30 контрольным критериям.
  • По типу управления. Фрезерные станки с ЧПУ могут управляться через специальную автономную стойку или компьютер, где установлено соответствующее ПО. В первом случае обеспечиваются более высокие интеграция и стабильность функционирования оборудования за счет прямого подключения к блоку управления. Во втором оператор может моделировать в программе будущее изделие и в ней отслеживать процесс его создания.
  • По сложности изделий. Для сложных конструкций понадобится высокофункциональное оборудование с набором шпинделей и выбором функций, возможностью резки по нескольким осям – 3-8-осевые центры.
  • По стоимости готовой детали. Затраты на покупку оборудования влияют на цену конечного продукта, так же, как и расходы на его эксплуатацию.
  • По уровню обслуживания. Чем сложнее и функциональнее оборудование, тем больше знаний и навыков понадобится, чтобы его обслуживать.

Учитывая все эти моменты, можно подобрать станок с ЧПУ, который позволит с минимальными затратами и усилиями реализовать задуманное.

Рекомендуемые товары
Лазерный станок Elixmate NG 1060 CAM2 с камерой на все поле
Цена по запросу
  • Мощность
    лазерной трубки
    80-90 Вт
  • Размер
    рабочего поля
    1000x600 мм
Лазерный станок ЧПУ Elixmate NG 1290 CAM2 с камерой на все поле
Цена по запросу
  • Мощность
    лазерной трубки
    80-90 Вт
  • Размер
    рабочего поля
    1300x900 мм
Лазерный станок ЧПУ Elixmate NG 1610 CAM2 с камерой на все поле
Цена по запросу
  • Мощность
    лазерной трубки
    100-120 Вт
  • Размер
    рабочего поля
    1600x1000 мм
Фрезерный станок Elixmate 1325 SX Четыре шпинделя Четыре оси вращения Управление - Weihong Серводвигатели
От 2 198 959
  • Размер
    рабочего поля
    1300х2500 мм
Фрезерный станок Elixmate 2030 SX Шесть шпинделей Шесть осей вращения Управление Weihong Серводвигатели
Цена по запросу
  • Размер
    рабочего поля
    2000x3000 мм мм
  • Мощность
    шпинделя
    3000 Вт
  • Максимальная
    рабочая скорость
    300 мм/сек
Фрезерный станок Elixmate 1313 SX Четыре шпинделя Четыре оси вращения Управление - Weihong Серводвигатели
От 1 974 575
  • Размер
    рабочего поля
    1300х1300 мм
Заказать консультациюМы готовы проконсультировать и подобрать подходящий лазерный станок, который будет отвечать вашим бизнес задачам. Это поможет сэкономить на покупке и на обслуживании станка.
Ваш телефон