Фрезерные станки. Взгляд потребителя

Ни одно столярное производство немыслимо без фрезерного станка. Родоначальник современных технологических линий, он по-прежнему вызывает к себе интерес как со стороны крупных деревообработчиков, так и небольших компаний, занимающихся производством мебели, окон, дверей или погонажных изделий.

Из теории деревообработки

Фрезерный станок имеет вращающийся вертикальный шпиндель для инструмента: фрезы и применяется для плоскостной или профильной обработки заготовок резанием. Наибольшее распространение получили простые системы − станки с одним нижним шпинделем, где деталь двигается по столу вдоль направляющих линеек либо на специальной каретке. Таким образом, происходит удаление припуска и формообразование одной из сторон заготовки. Так можно изготовить составляющие оконного или дверного блока, плинтус, рейку или филенку путем поэтапной обработки поверхности заготовки.

Встречаются и фрезерные станки с верхним расположением шпинделя. Они предназначены для обработки криволинейных деталей. Заготовка устанавливается на специальный копир. Его форма повторяет контур будущей детали. Упором для копира в процессе фрезерования служит штифт. Он и не позволяет фрезе перейти заданную контурную линию. На рис. 1 показана обработка фрагмента радиусом Rф. Очевидно, что Rф = Rк − Rу + Rи, где Rк − радиус копира, Rу − радиус упора, а Rи − радиус инструмента. Учитывая, что две последние величины постоянные, радиус фрагмента всегда прямо пропорционален радиусу копира.

По этой технологии изготавливаются изящные стулья, столы и предметы интерьера.

Что такое современный фрезерный станок?

Типовая компоновка фрезерного станка (рис. 2) включает в себя главный шпиндельный узел (ГШУ), рабочий стол (РС), станину (СТ), каретку (КР) и направляющие линейки (НЛ) с элементами защиты. Особенности работы каждого элемента в сумме и определяют качественный уровень станка − его геометрическую точность, адаптированность к новейшему инструменту, удобство в настройке и управлении.

Приоритет первых двух показателей очевиден: современные требования к поверхности обработанной деревянной детали, допускам на ее размеры накладывают очень жесткие требования на технологию производства. Отклонение от прямолинейности сопрягаемых выступов окна может быть в пределах 0,1−0,05 мм, а их шероховатость − 0,002−0,005 мм! Результат достижим, если в производственном арсенале безупречно точная техника, оснащенная прецезионным инструментом.

Расширение сервисных функций станка не только делает работу на нем удобной, но и сокращает время на подготовку к операции. Например:

Высокая производительность в мелкосерийном производстве − несомненное конкурентное преимущество, но для комплексной оценки качества станка потребителю необходимо проанализировать ряд других не менее важных характеристик.

Шпиндельный узел

Главный шпиндельный узел (рис. 3) устанавливает в требуемое положение и приводит в движение шпиндель станка. Поэтому проблемы, которые могут в нем возникнуть, наиболее серьезные.

Радиальное биение рабочей части шпинделя. Возникающие в этом случае колебания передаются инструменту и, соответственно, увеличивают волнистость и шероховатость поверхности детали, выводят из зоны резания часть режущих ножей. Единственный способ свести этот показатель к минимуму − высокоточная обработка вала шпинделя на стадии изготовления и применение подшипников высокого класса точности.

Следующий показатель − радиальная жесткость шпинделя. Речь идет об изгибе и смещении вала от возникающих сил резания. Анализ конструкции показывает, что наибольшее влияние на этот показатель оказывают стыки в направляющих механизма вертикального перемещения и узле наклона. Важно, чтобы они не имели зазоров. Для этого в конструкцию станка вводят различные компенсаторы. Для плоских направляющих − это клинья и планки, для круглых − разрезные полукольца, а для сегментных (узел наклона) − прижимные планки. Во многих моделях используется поддерживающий конус, который подводится к верхнему торцу шпинделя и блокирует его перемещение во время работы.

Совет: при покупке станка обсудите вопросы геометрической точности с продавцом. Если на первый взгляд не обнаружатся зазоры, а вертикальный ход или наклон шпинделя будут плавными и без рывков, то не лишним будет заручиться письменным сертификатом с указанием величины биения и жесткости шпиндельного вала.

Угловая скорость вращения шпинделя и, соответственно, инструмента чаще всего регулируется ступенчато в диапазоне от 2000 до 10000 оборотов в минуту. Для потребителя здесь будут важными несколько моментов. Первый − способ переключения скорости. В большинстве случаев это происходит путем установки клинового ремня в одно из 3−4 положений на ступенчатых шкивах, расположенных на валу двигателя и шпинделя. Переустановка не должна требовать значительных усилий и времени, желательна индикация текущего значения частоты вращения. Уместным будет оценка передающей способности самого ремня. Это второй важный момент. Если используется двигатель 5,5 кВт, а ремень типа «0» или «А» (см. маркировку), то это означает, что нормально передача будет работать только при нагрузках в 1−2 кВт. При более нагруженных режимах резания будут существенные энергопотери, интенсивное трение, приводящее к износу ремня.

Третий момент связан с работой на высоких угловых скоростях. При частоте вращения 6000−10000 об/мин. не допустимо возникновение звуков, треска или появление вибраций. Это может быть следствием использования подшипников низкой точности, не соответствующих данным условиям эксплуатации, а также установленных с нарушениями технических требований, что неизбежно приведет к потере точности станка и их преждевременному выходу из строя.

Посадочный диаметр шпинделя выбирается исходя из двух условий: возможности установки используемой гаммы фрез и жесткости − чем больше диаметр, тем выше жесткость. Пожалуй, наиболее распространенными являются диаметры 40 и 50 мм. С помощью механизма вертикального перемещения фреза должна как подниматься над столом, так и опускаться ниже его уровня. Желательно наличие в нем линейки. В узле наклона обязательно должен присутствовать фиксатор вертикального положения шпинделя.

Компоновка станка

Существуют два вида компоновки (рис. 4) фрезерных станков: угловой (а) и односторонний (б).

Угловой вариант предусматривает две смежные рабочие зоны: одна − более продленная для обработки заготовок с помощью линеек и стола и вторая, где деталь устанавливается на каретку. Такое разделение удобно, и переключение зон происходит быстро путем поворота защитного кожуха инструмента.

Односторонний вариант снижает удобство работы с направляющими линейками, так как в рабочей зоне находится каретка. И даже если она имеет фиксацию положения напротив стола (являясь как бы его продолжением), требуется демонтаж громоздкой поддерживающей ее части. С другой стороны, такие станки занимают меньше пространства цеха.

Конструктивные элементы

Подвижные каретки станков имеют разнообразные формы. От небольших площадок размером 300 х 300 мм, способных удерживать только маленькие детали для фрезерования их торцов, до комбинированных систем с поддерживающими рамами, удлиненными столами и упорными телескопическими линейками. Эти конструкции перемещают габаритные сборочные единицы − створки, оконные рамы с целью фрезерования их по внешнему контуру.

Упорная линейка с возможностью поворота применима для изготовления непрямоугольных изделий. Для того чтобы избегать сколов, применяются специальные вставки. Чаще всего деревянные, они имеют контрпрофиль фрезы и крепятся к торцу упорной линейки.

Особое внимание − направляющим каретки. На точечных опорах или на линейных подшипниках, они так же отвечают за геометрию обрабатываемых деталей. Исправная каретка должна двигаться плавно, без рывков и существенных усилий. Кроме того, как и в уже рассмотренных случаях, механизм должен обладать достаточной жесткостью, чтобы в процессе движения не происходил поворот и, соответственно, подъем заготовки относительно фрезы. Чтобы в опоры не попадала пыль и стружка, предусматриваются специальные мягкие вставки, герметизирующие уязвимую зону.

Стол квадратной и прямоугольной формы чаще изготавливается из чугуна, имеет ровную, гладкую и идеально плоскую поверхность. В ряде моделей к основному присоединяются дополнительные столы или поддерживающие рейки. Это увеличивает опорную поверхность станка. В том месте, где располагается шпиндельный узел, в столе имеется отверстие, закрывающееся несколькими концентричными шайбами. Последовательно извлекая их из стола, получают отверстие, соответствующее диаметру инструмента. Между шайбами недопустимы выступы или зазоры. Шайбы не должны самопроизвольно перемещаться во время работы.

Надстройка над столом в районе шпиндельного узла − это многофункциональная система. К ней крепятся направляющие линейки. Приемная совмещается с линией, касательной к инструменту, а подающая сдвигается на величину снимаемого припуска (рис. 5). При этом важно, чтобы плоскости линеек оставались параллельными между собой и перпендикулярными плоскости стола.

В корпусе надстройки размещается механизм уже известного поддерживающего конуса. Кроме того, она выполняет функцию стружкоулавителя с патрубком для подсоединения к системе аспирации. В соответствии с европейскими стандартами эмиссия пыли от станка не должна превышать 0,29 мг/м со стороны приема и 0,37 мг/м со стороны подачи.

И, наконец, защитное ограждение фрезы. Работать с открытым инструментом запрещено! Правильнее было бы поставить вопрос безопасности в первую очередь. Существует несколько способов сделать безопасной рабочую зону. Это и защитные экраны на кронштейне со стороны оператора, и специальная конструкция направляющих линеек с выдвижными вставками, закрывающими проем между фрезой и линейками, и специальные гайки − фиксаторы инструмента на шпинделе, препятствующие их самораскручиванию. Применение автоподатчика также повышает уровень безопасности фрезерного станка.

Балансировка вращающихся частей, безусловно, снижает уровень вибрации. Тем не менее, мощная конструкция станины, литые корпуса узлов − все это сводит к минимуму резонансные явления и колебания, являясь неоспоримым преимуществом конструкции.

Выбор за потребителем

В Таблице приведены основные технические характеристики некоторых моделей фрезерных станков.

Как видно, предельные значения диаметра инструмента во всех моделях практически одинаковы и колеблются в пределах 200−300 мм. Идентичен и ряд скоростных показателей шпинделей. Для того чтобы определиться с мощностью, необходимо оценить требования по производительности и габаритам заготовки.

Совет: для изготовления некоторых изделий, как, например, оконных блоков, предлагаются комплектные наборы фрез с соответствующими рекомендациями по выбору скорости резания и подачи, расчетами мощности и т.д.

В общем случае, для ручной подачи заготовки 5−7 м/мин. вполне подходящей будет мощность 3−4 кВт. Для промышленного производства с применением механизированных подающих систем потребуется мощность 7,5−9,5 кВт.

Размер стола должен соответствовать длине заготовки. Если доминируют погонажные изделия, то предпочтительнее узкий стол длиной свыше 2 м. Удобными приспособлениями являются ролики, устанавливаемые на торце стола и облегчающие укладку на стол громоздких тяжелых заготовок.

Цена фрезерного станка существенно колеблется в зависимости от комплектации, оснащенности, мощности и завода-изготовителя. В среднем простой новый станок стоит от 50000 тыс. рублей. К сожалению, отечественная промышленность на протяжении последних десятилетий нещадно эксплуатирует компоновку станка типа «ФСШ», а появляющиеся модели пугают ограниченностью возможностей и конструктивными недоработками. Тогда как именно авторитет производителя зачастую является одним из решающих факторов при выборе модели, гарантирующий надежность и качество поставляемого оборудования.

Мощное промышленное оборудование из Италии или Германии оценивается от 5 тыс. долларов. Конструкции станков постоянно модернизируются. Ведущие мировые производители предлагают все более совершенные модели, гарантируя одновременно их высокую точность и надежность. Развитие малого бизнеса, строительной индустрии предполагает рост спроса на гибкие, энергоемкие деревообрабатывающие технологии, фрезерные станки в которых занимают ключевые места.

Вячеслав ДОГМА