Машиностроение, как одна из ведущих отраслей промышленности, производящих на своих предприятиях важнейшие орудия труда, является материальной основой технического развития общества. Уровень достижений, объем, темпы, структура машиностроения оказывают существенное влияние на все показатели развития общественного производства, на повышение производительности труда в промышленности.
Важным является внедрение в производство прогрессивной технологии, высокопроизводительного оборудования и инструмента, современных форм организации и управления производством.
Значительную долю в парке металлорежущего оборудования в машиностроении составляют фрезерные станки. На некоторых предприятиях это примерно пятая часть от всего заводского парка станков. На фрезерных станках выполняют очень широкий круг работ, ведь фрезерованием можно получить почти любые поверхности.
Конструкции фрезерных станков постоянно совершенствуются, повышается их производительность, точность и надежность работы, облегчается управление и обслуживание. Повышение производительности фрезерных станков достигается увеличением мощности и быстроходности привода главного движения, скоростей быстрых перемещений, расширением диапазона регулирования скоростей и подач, автоматизацией цикла обработки, автоматизацией и механизацией вспомогательных движений в станках, применением приспособлений, расширяющих технологические возможности фрезерных станков. Точность, надежность и долговечность работы фрезерных станков повышается за счет более качественного изготовления деталей и сборочных единиц, увеличения жесткости станков, применения устройств, централизованной смазки при хорошей защите трущихся пар от загрязнения и др.
В последние годы значительно увеличился выпуск фрезерных станков с ЧПУ, которые позволяют разрешить одну из актуальных современных проблем - автоматизацию серийного и особенно мелкосерийного производства. Получили дальнейшее развитие обрабатывающие центры с ЧПУ, на которых производят комплексную последовательную обработку деталей различными инструментами с автоматической их сменой. Чаще встречается оснащение станков таким средством как промышленный робот - универсальный быстропереналаживаемый манипулятор с программным управлением, позволяющий механизировать ручной труд на наиболее трудоемких вспомогательных операциях.
Дальнейший рост промышленного производства может быть обеспечен, в частности, за счет своевременной подготовки квалифицированных кадров. Важным фактором являются и резервы, связанные с повышением профессионального мастерства рабочих-станочников в конкретных условиях производства. Современные фрезерные станки достаточно сложны, и работа на них требует от рабочего больших профессиональных знаний и навыков.
Фрезеровщик должен хорошо знать устройство станка, работу его основных узлов, соблюдать правила эксплуатации, замечать и своевременно предупреждать неисправности, уметь осуществлять наладку фрезерного станка на выполнение различных работ, производить расчеты, необходимые для проведения тех или иных фрезерных операций.
Фрезеровщик должен знать устройство, назначение и действие применяемого режущего, вспомогательного и мерительного инструмента, различных приспособлений, правильно их использовать.
Каждый рабочий обязан разбираться в технологической документации, которая регламентирует работу на станках, уметь правильно организовать свое рабочее место, знать возможные причины брака и пути его предупреждения, применять способы экономии электроэнергии, приемы использования смазочно-охлаждающих жидкостей и др.
Самая простая операция которую можно выполнить с помощью фрезерного станка с числовым программным управлением это фрезерный раскрой или контурная резка. С помощью этой операции мы можем получать довольно-таки сложные изделия до той поры пока они у нас остаются плоскими.
Фрезерные станки были остаются весьма многообразными. В зависимости от их размеров и стоимости могут представлять собой либо домашний хоббийный аппарат, либо мощное производственную ячейку на промышленном предприятии, причём со всеми промежуточными вариантами. Из всех механизированных автоматизированных технологий механической обработки фрезерование наверное остается самой гибкой и универсальной. Фрезерованием мы можем получить печатную плату, табуретку или корпус хитровыдуманного устройства. Основным рабочим органам любого фрезерного станка является шпиндель, то есть устройство вращающее режущий инструмент (фрезу), который в свою очередь вступая в контакт с заготовкой постепенно отрезает от неё все лишнее.
Фрезерование это механическая обработка вращающимся режущим инструментом. Фреза издалека может наполнить нам сверло, но если сверло имеет режущие кромки только на торце, то фреза режущие кромки имеет еще и на боковых поверхностях. Сверлом мы можем войти в материал по оси вращения сверла, а фрезой мы можем войти в материалы и боком или же войдя в материал по оси Z продолжить обработку по осям X и Y. Мы можем использовать фрезу как сверло, но не наоборот. Фрезерный станок мы можем использовать как сверлильный, но не наоборот. Сверление это по сути частный случай фрезерования.
На фрезерном станке шпиндель перемещается относительно закрепленной заготовки по направляющим. У всех порядочных фрезерных станков таких направляющих по меньшей мере три и они, как правило, параллельны координатам X Y и Z. Ось Z всегда совпадает с осью вращения шпинделя.
Для начала, все фрезерные станки разделим на аналоговые и цифровые или станки с ручным управлением и с ЧПУ. На ручном станке может быть УЦИ (устройство цифровой индикации), но не путайте его с ЧПУ. УЦИ помогает нам понять где мы находимся и прийти именно туда куда мы хотим, ручками управляя перемещением шпинделя относительно заготовки. А вот система ЧПУ, в свою очередь, обеспечивает перемещение шпинделя относительно заготовки в точном соответствии с заранее подготовленной программой.
Разделив все станки на цифровые и аналоговые мы можем продолжить их деление, например по ориентации шпинделя. Станки имеющие вертикальный шпиндель носят название - вертикальные фрезерные станки. Также существуют станки с горизонтальным шпинделем и универсальные станки. У многоосевых станков с ЧПУ ориентация шпинделя может меняться по ходу выполнения программы.
В фрезерных станках по-разному может осуществляться перемещение шпинделя относительно заготовки. Например, шпиндель может быть абсолютно неподвижным, а стол заготовкой поднимается, опускаться и скользить взад-вперёд и вправо-влево. Либо наоборот, стол может быть стационарным, а по всем трём осям перемещаться будет шпиндель, например - сверлильно-фрезерные станки с ЧПУ. Встречаются компоновки, при которых стол перемещается по одной оси, а шпиндель по двум - портальные фрезерные станки с ЧПУ. Также встречаются станки у которых шпиндель перемещаться по одной оси, а стол двум. Это только варианты с тремя осями.
Станки можно и нужно делить по их назначению, которое в свою очередь определяется размерами станка его массой, жесткостью, мощностью и скоростью шпинделя. Мы можем назначение станка привязать к материалам для обработки которых этот станок предназначен.
Существует материалы, которые достаточно эффективно можно обрабатывать на любом фрезерном станке, например латунь или полиацеталь, но традиционно мы делим фрезерные станки на металлообрабатывающие и станки не для обработки металла.
Станки для металлообработки имеют систему подачи СОЖ, которая охлаждает инструмент и заготовку, снижая трение между ними. Фрезерные станки ЧПУ для металлообработки обычно исполняются с закрытой рабочей зоной. Станки для работы с неметаллическими материалами либо вообще не имеют подачу СОЖ, либо имеют опциональную возможность распылять в зоне резания быстросохнувшую аэрозоль. Попытка обрабатывать дерево на станке для металлообработки приведет к тому что древесная стружка и пыль налипнет на направляющие, ходовые винты, а при попадании СОЖ может начаться коррозия. Попытка обработать стальную заготовку на станке для обработки неметаллических материалов приведет скорее всего к поломке фрезы.
Шпиндели металлобрабатывающих станков имеют относительно небольшую скорость вращения, до 10-12 тысяч об/мин или даже меньше, и большой крутящий момент. Шпиндели для обработки неметаллических материалов имеют как правило меньший момент, но более высокую скорость вращения (18-24 тысячи об/мин). В последние лет 30 развивается концепция High-speed machining и даже в металлообработке стали появляться шпиндели с высокими скоростями вращения в 30, 40, 60 тыс. об/мин.
На фрезерных станках, предназначенных для обработки деталей многолезвийными инструментами фрезами, выполняются следующие операции: фрезерование наружных и внутренних поверхностей; прорезание прямых и винтовых канавок и др.
Различают две основные группы фрезерных станков: 1) универсальные или общего назначения (горизонтально-фрезерные, вертикально-фрезерные и продольно-фрезерные); 2) специализированные (шпоночно-фрезерные, шлицефрезерные, карусельно-фрезерные, копировально-фрезерные, резьбофрезерные и др.)
Общие сведения о фрезерных станках
По конструктивным особенностям фрезерные станки подразделяются на консольные (стол расположен на подъемном кронштейне), бесконсольные (стол перемещается на неподвижной станине в продольном и поперечном направлениях) и непрерывного действия (карусельные и барабанные).
Консольно-фрезерные станки являются наиболее распространенными в условиях единичного и среднесерийного производства. Универсально-фрезерные станки (рис. 1, а) и вертикально-фрезерные (рис. 1, г) имеют отличие в том, что у первых горизонтальное расположение оси шпинделя 2 и наличие хобота 1, поддерживающего оправку фрезы; универсально-фрезерные и горизонтально-фрезерные станки отличаются возможностью поворота стола первого, что необходимо при фрезеровании винтовых канавок; широкоуниверсальный фрезерный станок (рис. 1, б) имеет (помимо горизонтального шпинделя) шпиндельную головку 1, смонтированную на выдвижном хоботе, которая может поворачиваться в двух взаимно перпендикулярных направлениях, благодаря чему шпиндель с фрезой может устанавливаться под любым углом к плоскости стола и к обрабатываемому изделию. На поворотной головке монтируют накладную головку 2 для фрезерования, сверления, зенкерования и растачивания деталей.
Рис. 1. Типы фрезерных станков: а - универсально-фрезерный; б - широкоуниверсальный консольно-фрезерный; в - широкоуниверсальный бесконсольно-фрезерный; г - вертикальный консольно-фрезерный, д - бесконсольный вертикально-фрезерный; е - бесконсольный горизонтально-фрезерный; ж - продольно-фрезерный; з - карусельно-фрезерный; и - барабанно-фрезерный
Вертикальный и горизонтальный бесконсольные фрезерные станки (рис. 1, д, е), предназначенные для обработки крупногабаритных деталей, имеют салазки 2 и стол 3, перемещающиеся по направляющим станины 1. Шпиндельная головка 5 перемещается по вертикальным направляющим стойки 6. Шпиндель 4 сдвигается в осевом направлении при установке фрезы.
Продольно-фрезерные станки (рис. 1, ж) предназначены для обработки плоскостей крупногабаритных деталей. На станине 1 смонтированы две вертикальные стойки 6, скрепленные поперечной балкой 7 На вертикальных направляющих стоек расположены фрезерные головки 3 с горизонтальной осью шпинделя и траверса (поперечина) 4. На поперечине 4 расположены фрезерные головки 5 с вертикальной осью шпинделя. Обрабатываемые детали устанавливают на столе 2, перемещающемся по направляющим станины 1.
Карусельно-фрезерные станки (рис. 1, з), предназначенные для обработки поверхностей торцовыми фрезами, имеют один или несколько шпинделей 3 для черновой и чистовой обработки. Шпиндельная головка 2 перемещается по вертикальным направляющим стойки 1. Непрерывно вращающийся стол 4 сообщает установленным на нем деталям движение подачи. Стол с салазками 5 имеет также установочное поперечное перемещение по направляющим станины 6.
Барабанно-фрезерные станки (рис. 1, и) применяются крупносерийном и массовом производстве. Обрабатываемые детали закрепляют на вращающемся барабане 2, имеющем движение подачи. Четыре фрезерные головки (верхние 3 для черновой обработки, нижние 1 - для чистовой обработки) перемещаются на двух стойках 4.
Фрезерные станки предназначены для обработки плоских и фасонных поверхностей с помощью фрез - многолезвийных инструментов с режущими кромками, расположенными на поверхности тела вращения или на его торце.
Фрезы могут быть самых различных конструкций, из которых наиболее распространенными являются: цилиндрические фрезы, дисковые фрезы, концевые фрезы, торцовые фрезы, фасонные фрезы (рис. 2).
Главным движением во фрезерных станках является вращение фрезы, а движением подачи - относительное перемещение фрезы и заготовки. Классификация металлорежущих станков относит фрезерные станки к 6-й группе. В зависимости от расположения узлов станка (компоновки) различают консольные и бесконсольные фрезерные станки.
Рис. 2. Основные типы фрез для станка: а - цилиндрическая; б - дисковая; в - концевая; г - торцовая; д - фасонная
