Как выбрать фрезерный станок с ЧПУ: полная инструкция

В этой статье мы расскажем, как выбрать фрезерный станок с ЧПУ и на что обратить внимание

В первую очередь нужно отталкиваться от задач: какие изделия вы будете изготавливать на фрезерном станке? Каков объём вашего производства — штучное или потоковое? С каким материалом вы планируете работать? От ответов на эти вопросы зависят многие характеристики станка

Рабочее поле фрезерного станка

Его размер зависит от вида изготавливаемой продукции и площади рабочего помещения. 

В зависимости от этого выделяют два типа фрезерных станков с ЧПУ:

Настольные фрезерные аппараты

Для производства небольших деревянных коробочек подойдут компактные варианты фрезеров — Wattsan 0404 mini и Wattsan 0609 mini.

Кроме того, их можно использовать в небольшом мебельном производстве, для изготовления сувениров, отделки интерьера и экстерьера. 

Наказание Локи. Картина Луи Юарда, 1900 год. Wikimedia Commons
Фрезерный станок Wattsan 0404 mini

Например, размер рабочего поля Wattsan 0404 mini — 400х400 мм, он поместится в небольшой мастерской. А в базовой комплектации этого станка есть всё, что потребуется для небольшого штучного производства — шпиндель 1,5 кВт и водяная помпа.  

Напольные фрезеры

Например, именно такой тип станка потребуется для фрезеровки дверей. Мы можем вам порекомендовать для этой задачи, к примеру, Wattsan A1 1325 или Wattsan M1 1325. Его рабочее поле соответствует размеру заготовки — 1300х2500 миллиметров. 

На станках большего формата, как на Wattsan M1 1325, стол всегда неподвижен, а портал перемещается по оси Y

Типы фрезерных станков в зависимости от обрабатываемого материала

Кроме того, фрезерное оборудование также различается в зависимости от обрабатываемого материала:

Компактные станки с ЧПУ

На таких станках выполняется фрезерная 3D резка и гравировку дерева, МДФ, ДСП, оргстекла, ПВХ, композита, алюминия. Компактные станки используются для деревообработки, лёгкой промышленности, сувенирной промышленности, отделки интерьера и экстерьера.

Примеры таких станков — Wattsan 0404 mini и Wattsan 0609 mini, небольшие настольные и функциональные фрезерно-гравировальные станки. 

Работа на фрезере

Фрезерно-гравировальные станки 

Максимальный размер рабочего поля такого станка 2000х4000 мм. Именно поэтому на них обычно работают с листовыми материалами. 

К примеру, Wattsan M1 2040. На нём можно работать с заготовками больших размеров. Он предназначен для фрезерной 3D резки, гравировки и резки дерева, оргстекла, ПВХ, композита, алюминия. 

Больше всего Wattsan M1 2040 используется в промышленном производстве композитных материалов, где требуется раскрой крупных заготовок

Высокоскоростные фрезерные ЧПУ станки 

Они предназначены для резки и раскроя металлов, дерева, двухслойного пластика, оргстекла, ПВХ, гипса. А кроме того, на них можно фрезеровать гранит и мрамор, что часто используется в ритуальном бизнесе для обработки плит и памятников.

Например, Wattsan M2S 1325 оснащён вакуумным столом, системой аспирации и подачи смазки, поворотным устройством и системой СОЖ. Он подойдёт как для 3D фрезеровки, так и гравировки и резки дерева, оргстекла, ПВХ, алюминия, а также обработки плит из гранита и мрамора.

Узкопрофильные станки 

Такие станки предназначены для работы с одним материалом.

Например, Wattsan M1 1325 RD преимущественно применяется в деревообработке. Его используют для производства мебели, элементов декора для дизайна интерьеров и сувенирного производства.

Этот станок работает как с мягкой, так и твёрдой древесиной. К слову, если в первом случае станок не оставляет задиров, то на твёрдом материале он будет фрезеровать ещё лучше.

Фрезерный станок Wattsan M1 1325 RD

Жёсткость конструкции

Это один из главных параметров, на который нужно обратить внимание при выборе станка. Иначе скорость обработки будет низкой, и, как следствие, уменьшится производительность. 

Также при недостаточной жёсткости в процессе работы станок будет вибрировать. Это может привести, например, к поломке инструмента и сократит срок службы самого станка. Особенно это касается граверов. 

Кроме того, жёсткость конструкции станка критична при обработке твёрдых материалов

Фрезерный станок Wattsan A1 6090

Если, например, для фрезеровки дерева это не так важно, то для обработки металла потребуется очень жёсткий станок.  У тех станков, где меньше соединений деталей посредством болтов, конструкция более жёсткая.

Имейте ввиду, что у станков с недостаточно жёсткой конструкцией может ухудшаться точность позиционирования, так как оборудование будет вибрировать при работе

К примеру, если заявленная точность вашего станка 0,0001 мм, то на самом деле она может доходить до 0,1 мм. 

Параметры точности фрезерного станка

Точность позиционирования

Этот показатель означает, насколько точно рабочая голова станка окажется в точке с заданными координатами. Если в управляющей программе будет задана точка 150,150, станок, в зависимости от его точности позиционирования, может приехать, как точно в заданную точку, так и, например, в точку 150.1, 149.9. 

Чем больше рабочее поле станка, тем сложнее добиться высокой точности позиционирования

При большой длине на этот показатель влияет ещё и температура в помещении, так как под воздействием тепла материал станка расширяется. Это также влияет и на жёсткость станка.

Кроме того, есть ещё несколько факторов, влияющих на позиционирование станка — класс точности направляющих, система передачи движения, шаговые двигатели, у которых разница между шагами может быть до 30%

Точность позиционирования фрезерных станков Wattsan составляет от 0,01 до 0,05 мм

Повторяемость/точность станка

Под этим параметром имеется в виду погрешность, с которой станок приезжает в одну и ту же точку. 

Допустим, если вы задали станку команду приехать в определенную точку, затем отправили обратно и вернули назад, и повторили несколько раз. При хороших показателях повторяемости, станок будет приезжать точно в те же координаты с небольшим разбросом.

Как правило, у всех станков она от 0,02-0,05 мм, что считается неплохо.

И хорош тот фрезерный станок с ЧПУ, у которого выше точность, ниже энергопотребление, больше удобства в пользовании, надежности в любой рабочей ситуации

Комплектация фрезерного станка с ЧПУ

При выборе фрезерного станка этот параметр не такой важный, как, например, жёсткость конструкции и точность позиционирования. Однако комплектующие также нужно подбирать правильно.

Итак, давайте разберёмся, из чего состоит фрезерный станок. 

Что такое «шпиндель» и как он устроен?

Шпиндель — это мощный компактный электродвигатель. Фреза зажимается в шпинделе при помощи патрона с цанговым зажимом. Цанга обжимает хвостовик фрезы со всех сторон, в отличие от того же 3-кулачкового патрона.

Это важно, потому что фреза испытывает боковые нагрузки, а цанга помогает равномерно их распределить и обеспечивает более плотный зажим

От мощности шпинделя зависит, с каким усилием он будет фрезеровать материал. Если она мала, то будут падать обороты, уменьшится производительность, а станок может деформироваться

Например, на настольных станках мощность шпинделя, как правило, невелика, поэтому толстый материал он будет резать очень медленно.

У нас есть два настольных станка — Wattsan 0404 mini и Wattsan 0609 mini. Мощность шпинделя у них обоих составляет 1,5 кВт.  Их, как правило, используют для 3D фрезеровки небольших изделий:

  • клише для тиснения;
  • пломбираторов;
  • медалей;
  • икон;
  • картин;
  • фресок.  

В этих видах обработки не требуется особое силовое воздействие.

А вот у сверхмощного станка Wattsan M9 1325 c мощностью шпинделя 7,5 кВт область применения иная — раскрой больших и толстых заготовок МДФ, ДСП, древесины в производстве мебели, наружной рекламы и многого другого. 

Кроме того, его можно использовать в ритуальном бизнесе для фрезеровки памятников из камня. 

При выборе шпинделя обратите внимание на его характеристики, указанные в техническом паспорте — мощность и количество оборотов в минуту

К примеру, для обработки листовой фанеры потребуется мощность от 800 Вт, для твёрдой древесины, лёгких металлов и пластиков — от 1,5 кВт, а для фрезеровки камня — от 3 кВт. 

Охлаждение шпинделя фрезерного станка

Поскольку шпиндель работает на полную мощность, а КПД у него, как и у любого двигателя, не 100%, он быстро нагревается и нуждается в интенсивном охлаждении. Существуют два вида систем охлаждения шпинделя:

Водяное

Оно осуществляется за счёт циркуляции воды. Для водяного охлаждения шпинделя можно использовать помпу или чиллер. 

Из плюсов такой системы охлаждения — отсутствие шума, возможность работы на минимальных оборотах и надёжное теплоотведение. 

Рассмотрим на примере гравировки магния. Для его обработки фреза совершает 12000-15000 об/мин. При этом для шпинделя мощностью до 3 кВт требуется подключение к сети 220 В ±10% 50 Гц. А если мощность шпинделя выше 3 кВт , то потребуется подключение 380 В.

Недостаток водяного охлаждения шпинделя состоит в сложности конструкции, так как требуется резервуар для охлаждающей жидкости. Кроме того, если это помпа, охлаждающие свойства воды будут зависеть от температуры воздуха в помещении. Зато помпы компактные.

Кроме того, шпинделю с водяным охлаждением свойственна слабая антикоррозионная стойкость внутренних деталей

Воздушное

Это система самоохлаждения шпинделя — либо крыльчатка сверху на валу электродвигателя, которая вращается вместе с ротором шпинделя, либо бесперебойный вентилятор наверху.  Плюсы такой системы в компактности и простоте. 

Плюсы воздушного охлаждения в компактности и простоте. Но главный минус — частое загрязнение крыльчатки и вентилятора. Их придется часто менять

Направляющие фрезерного станка

От них зависит точность обработки и жёсткость конструкции фрезерного станка. 

Направляющие бывают:

Круглые рельсовые

Они, как правило, идут в комплектации бюджетных станков. На них можно обрабатывать дерево, пластики, ювелирный воск и многое другое.

Прямоугольные профильные рельсовые

Это более качественные направляющие таких брендов, как AMT, PMI, Hiwin, THK. Они применяются для обработки, которая требует наибольшей точности. На станках Wattsan стоят именно такие направляющие, от бренда Hiwin.

Централизованная система смазки фрезерного станка

Она упрощает смазку направляющих и подшипников. С автоматической системой смазки вам не придётся ходить с масленкой и смазывать каждую направляющую и подшипник отдельно.

Достаточно просто наполнить маслом небольшой бак и отогнать портал по диагонали в одну сторону и обратно. И всё смазано! Система смазки значительно экономит время на техобслуживание

Кроме того, её можно настроить по таймеру. 

Автоматическая система смазки ставится на станки с рабочим полем от 1200х1200 мм.

СОЖ фрезерного станка

Это смазочно-охлаждающая жидкость. Она есть во всех станках, которые предназначены для обработки металлов. СОЖ охлаждает место фрезеровки. 

В состав смазочно-охлаждающей жидкости могут входить эмульсии с добавлением дисульфида и молибдена, масла с противоизносными присадками, добавками йода, серы, хлора и фосфорорганических соединений, а так же масла с добавками серы, хлора, фосфорорганических соединений. 

СОЖ выглядит таким образом

Кроме того существует ещё одна система охлаждения зоны обработки металла — «масляный туман». Она оснащена компрессором, нагнетающим масло под давлением, благодаря чему при выходе СОЖ можно наблюдать туман. 

Таким образом, СОЖ не только охлаждает зону фрезеровки, но и, смазывая инструмент, предотвращает его натирание.

Двигатели для перемещения портала фрезерного станка

Их выбор зависит от размера рабочего поля фрезерного станка. До 1200х1200 мм — достаточно шаговых двигателей, к станку с рабочим полем 2000х3000 мм — подойдут как шаговые двигатели, так и серводвигатели. Чем они различаются между собой?  

Шаговые двигатели

Они бюджетные и простые в управлении.  Их можно использовать для многих небольших производств — шкатулки, иконы, фрески и т.д.

Но шаговые двигатели шумят и с ростом скорости могут работать неправильно.

Поэтому они не используются на производстве, где нужна высокая скорость работы, например, при резке на промышленных машинах. Шаговые двигатели

Сервоприводы

У серводвигателей есть обратная связь с управляющей программой. Это исключает вероятность сбоя шагов, не сбиваются координаты на высоких скоростях, динамика работы выше, а позиционирование более точное. 

Для работы на высокой скорости на крупном производстве рекомендуем остановиться на серводвигателях

Сравнение шаговых двигателей и сервопривода:

  • Скорость перемещения: ШД (шаговый двигатель) — 20-25 м/мин, сервопривод может перемещаться от 60 м/мин и более;
  • Скорость разгона: ШД — до 120 об/мин за 1 секунду, сервопривод — до 1000 об/мин за 0,2 секунды. 

Управление станком

Как устроена управляющая программа? 

Она представляет из себя текстовый txt-файл, где каждая строка задаёт новое перемещение фрезы по оси X, Y или Z. А инструмент в свою очередь переходит из одной точки в другую. 

Управляющая программа задаёт не только координаты движения фрезы, но и команды для шпинделя — раскрутить или остановить, а также, скорость движения инструмента и вращения шпинделя 

Из совокупности этих программ формируется G-код.

Он передаётся на контроллер, который отвечает за дальнейшие действия станка. Существует огромное множество систем управления станком — DSP-контроллеры, NcStudio, Mach3, Moriseiki, Syntec, Weyhong, Fanuc, HAAS, Seikos, Heidenhain и др.

Программное обеспечение

Как правило, векторный чертёж для фрезеровки создаётся в Vectric Aspire. Но есть и другие программы, например, ArtCAM, Vcarve, SheetCAM и многие другие.

Выбор программного обеспечения зависит в том числе и от того, какую вы хотите делать фрезеровку. Она бывает контурной и 3D, рассмотрим их особенности.

Различия контурной и 3D фрезеровки

2D фрезеровка

Векторный макет для плоской фрезеровки можно сделать в AutoCAD или CorelDraw. 

А настройки УП для нее не отличаются множеством команд, ведь фреза идёт в одну сторону, затем, скругляется и направляется в другую.

Размер макета для 2D фрезеровки обычно весил несколько килобайт.  2D фрезеровка

3D фрезеровка

В этом случае макет создаётся в специализированных программах — 3ds Max и Solidworks.

В отличие от 2D, при 3D фрезеровке инструмент, кроме движения по двум плоскостям, меняет ещё и высоту положения.  Также, при 3D обработке дерева чаще меняется рельеф, чем при 2D. 

В управляющей программе каждое такое изменение отмечается, как точка. Соответственно фреза переходит из одной точки в другую, при этом не только двигаясь влево-вправо, но и повышаясь и понижаясь. Так создаётся 3D модель. Размер макета для 3D фрезеровки составляет несколько мегабайт.

Структурно оба вида фрезеровки ничем не различаются. Есть отличия только в поведении станка, и они являются следствием особенностей чертежа в управляющей программе. 

Автоматическая смена инструмента во фрезерном станке

Бывает так, что фрезеровку нужно делать в несколько этапов — сначала снять верхний слой толстой фрезой, а затем нанести тонкий рисунок, для чего большая фреза точно не годится.

В процессе резки больше не нужно менять фрезу вручную, потому что есть система автоматической смены инструмента, которая представляет из себя, так называемую, станцию, расположенную над шпинделем

На ней закрепляется несколько необходимых для работы инструментов. А управляется она в программе, где задаётся, что и какой фрезой резать. Перед каждой сменой инструмента шпиндель возвращается к станции. 

Станки с размером рабочего поля от 1500х3000 мм обычно идут с автоматической сменой инструмента, они  используются на циклах обработки 5-15 мин для контурной резки.

Исключение — станок Wattsan M4S 1325 с 4-мя фрезами. У него нет автосмены фрезы, зато есть сразу 4 шпинделя и функция измерения длины инструмента за одну операцию для каждого из них. То есть, каждый шпиндель со своим инструментом подъезжает к специальному датчику, где проходит калибровку, после чего инструменты работают на одной высоте. 

Порядок и очерёдность работы каждого инструмента задаётся в управляющей программе.

Как заготовка крепится на рабочем столе фрезерного станка?

Существуют различные способы — струбцина или саморезы на столе с Т-образными пазами или — вакуумный стол. Рассмотрим два этих вида столов. Итак, 

Вакуумный стол

Он закрепляет заготовку на рабочем столе силой вакуумного насоса. К нему прилагается уплотнительный шнур, который позволяет отсекать части заготовки, не влезающие на рабочее поле станка. 

У вакуумного стола есть несколько недостатков:  

  • Не получится закрепить небольшие заготовки;
  • Он несовместим с системой охлаждения инструмента, системой удаления стружки;
  • Для закрепления дерева, МДФ, ДСП потребуется насос мощностью от 5 кВт, вследствие чего будут большие затраты на электроэнергию. 

Но для фрезеровки больших заготовок других материалов вакуумный стол будет оптимальным выбором.

Стол с Т-образными пазами

А вот МДФ, ДСП и дерево надёжно закрепится при помощи стола с Т-пазами. 

Обычно на него устанавливаются накладки из ПВХ, которые иногда меняются вследствие износа.

Другое название этого стола — «жертвенный».

Инструмент для фрезерного станка

Это фреза, и она выбирается в зависимости от задач, обрабатываемого материала и его толщины. 

Фрезы изготавливаются из быстрорежущей стали (HSS) или карбида вольфрама. Стальные фрезы быстро тупятся под нагревом. А карбидные не так сильно тупятся, они острее, но более хрупкие.  

Давайте рассмотрим основные виды фрез:

«Кукуруза»

Внешне похожа на напильник. Даёт мелкую пылевидную стружку на композитах — стеклотекстолите и карбоне. 

Спиральная 

Такие фрезы удаляют стружку за счёт движений вверх/вниз. Они бывают, как с одной, так и несколькими кромками. И чем их больше, тем фреза жёстче.

Однозаходными фрезами режут мягкие материалы, например, фанеру. А длинная фреза позволяет разрезать толстое дерево, но при этом, может погнуться и сломаться. Фрезы с несколькими кромками используют для обработки металла.

Если, к примеру, вы режете много деталей при отсутствии вакуумного стола, то лучше оставлять стружку. Таким образом, она будет закреплять маленькие детали на листе. Это гораздо удобнее, чем оставлять между ними перемычки, ведь так они могут выскочить и прыгать по всему рабочему столу, попадая под фрезу. 

Прямая фреза

Имеет прямую режущую кромку и оставляет стружку в поле реза.

Алмазная фреза

На её поверхность нанесена алмазная крошка. Такой фрезой можно резать и гравировать стекло и камень. Но не рекомендуем работать алмазной фрезой «на сухую», иначе она быстро испортится и оставит после себя много пыли.

Граверная фреза

 Представляет из себя срезанную наполовину иголку с очень хрупким кончиком. Будьте осторожны, если вы режете граверной фрезой под малым углом. 

Они применяются для нанесения надписей и тонких углублений

Спиральная фреза с полусферическим наконечником

 У неё полусферический кончик, который оставляет едва заметные «ступеньки», в отличие, от фрез с плоским концом. Таким инструментом режут чистовой слой у ЗD барельефов. Разновидности фрез

Элементы механических перемещений

Рассмотрим плюсы и минусы различных способов:

Шарико-винтовая передача (ШВП)

Она применяется только для станков с небольшим рабочим полем, до 1200х1200 мм. На больших станках корпус будет расположен в средней части винта, поэтому возможен прогиб. 

Максимально допустимая длина ШВП 1,5 м.

Давайте сравним два варианта станков с ШВП с размером рабочего поля 900х600 мм. Допустим, на одном из них установлена ШВП 8 мм, а на втором 16 мм. При высокой скорости работы на тонкая шагово-винтовая передача будет вибрировать по всей длине, что может привести к поломке узлов станка и инструмента. 

А ШВП диаметром 16 мм при той же скорости будет исправно перемещать узлы станка. Это позволит увеличить производительность. 

Если вы работаете на высокой скорости, рекомендуем комплектовать станок толстой ШВП.

Зубчатая рейка

Она используется на малых и средних скоростях на станках с рабочим полем от 1200х2400 мм  и никогда не ставится на станок с сервоприводом.  

Зубчатая передача даёт большую скорость перемещения и высокую точность позиционирования. Зубчатая рейка

Система удаления стружки

При изготовлении мебельных фасадов, гравировке декора и барельефа обычно остаётся много пыли и стружки. 

Избавится от пыли поможет система вакуум-аспирации

Она похожа на большой мешок, который при помощи гофры, присоединяется к шпинделю. Гофра ограждена специальной щёткой, защищающей от стружки. Так же, рядом со станком стоит отдельный мешок, который всасывает пыль. 

Дополнительно можно заказать систему удаления стружки, которая представляет из себя строительный пылесос. Например, у Wattsan M1 1325 она есть. 

Таким образом, при резке фанеры стружка полетит в этот пылесос. 

Обязательно ли устанавливать систему удаления стружки? Конечно, нет. Но тогда будьте готовы стоять в стружке по колено. 

А при обработке карбона и стеклотекстолита рекомендуем её не вдыхать. Поэтому устанавливайте пылесос с хорошими фильтрами. Обычный бытовой пылесос не подойдёт.

Чем отличаются фрезеры серии A1 от M1?

Станки с конфигурацией M1 считаются более профессиональными, чем A1. Линейка M1 имеет высоту портала по оси Z 300 мм, что позволяет обрабатывать высокие заготовки. Кроме того, на таких моделях есть планетарные редукторы. 

Так же модели М1 оснащены мощными шаговыми двигателями и качественными драйверами Leadshine. Рельсы таких станков увеличены, и возможен их выход за пределы рабочего поля. 

Станки M1 отличаются устойчивостью конструкции, отсутствием вибраций на высокой скорости работы, хорошей производительность и долгим сроком службы.

Фрезерный станок Wattsan M1 1325

Многоосевые фрезерные станки

Это отдельная линейка станков для профессионалов. 

Например, станки с 4-ой осью, на которую можно поставить изделие, и оно будет обрабатываться по кругу.  

Кроме того, бывают 5-ти координатные фрезеры с 5-ю степенями свободы, и они универсальны. На таком оборудовании можно выполнять 2D и 3D резку или гравировку на любых материалах. 

Фрезер с 5-ю степенями свободы даёт возможность работать, как на большом мебельном производстве, так и с мелкими деталями. Из достоинств такого оборудования — высокое качество и скорость работы, и он полное исключение человека из производственного процесса. 

Бывает ЧПУ оборудование и с ещё большим количеством степеней свободы — роботизированные манипуляторы.

Рекомендации по выбору фрезерного оборудования

- Уточните у менеджеров данные о модели

В частности, информацию о том, с какими материалами работает станок.  

Всё наше оборудование проходит тройной контроль качества. И этот процесс записывается на видео, которое можно попросить у менеджеров перед покупкой станка.

- Посетите демонстрацию

Это можно сделать бесплатно перед покупкой любого оборудования. На демонстрацию можно принести свою заготовку, посмотреть, как на ней работает станок и задать вопросы по поводу его эксплуатации.

Посмотрите также видео с нашего канала про выбор фрезерного станка:

Вывод

В выборе фрезерного станка прежде всего нужно отталкиваться от вашей задачи. Уточните у менеджеров, какой станок подойдет под размеры и материалы ваших изделий.

Обязательно посетите демонстрацию. Это можно сделать бесплатно перед покупкой любого оборудования. На демонстрацию можно принести свою заготовку, посмотреть, как на ней работает станок и задать вопросы по поводу его эксплуатации.

Когда вы определились с выбором станка, обязательно проверьте комплектацию узлов оборудования. Должен присутствовать блок программного управления станком, шнуры с разъёмами соответствующей конфигурации и диски с ПО. 

Всё это и даже больше можно сделать в процессе пусконаладочных работ, которые проводятся в нашем сервисном центре квалифицированными инженерами. 

Наши акции