Виды фрезерных станков: классификация, назначение, сферы применения

Фрезерные станки делятся на виды по пяти ключевым признакам: тип шпинделя, конструкция, количество осей, степень автоматизации и назначение. Это определяет, с каким материалом и задачами справится станок.

В этой статье собраны основные виды фрезерного оборудования и критерии, по которым вы сможете выбрать правильную модель под свое производство.

Что такое фрезерный станок и зачем его классифицировать

Фрезерный станок — это оборудование, которое использует режущий инструмент для фрезерования, сверления, расточки, гравирования и контурной обработки заготовок. Инструмент называется фрезой.

Виды фрезерных станков различаются не только конструкцией, но и такими важными элементами, как шпиндель, кинематика (шаговые двигатели, серво, комбинированные), управляющая программа и ее возможности и так далее. Все это определяет точность обработки и сферы применения станков:

• будет ли он работать с деревом, металлом или пластиком;
• подходит для домашнего использования, мастерской или серийного производства;
• делает точную обработку, 3D-фрезеровку или простую резку.

Классификация помогает легче сориентироваться в большом многообразии фрезерного оборудования.

Основные системы классификации фрезерных станков

Чаще всего виды фрезерных станков разделяют по расположению шпинделя и их количеству, конструкции, количеству осей, степени автоматизации и назначению. Рассмотрим каждую классификацию подробнее.

1. По расположению шпинделя

Горизонтально-фрезерные станки

Принцип работы

Шпиндель с режущим инструментом располагается по горизонтали.

Обрабатывать на подобных можно все материалы, но чаще всего используется для работы с металлами, в особенности с жаропрочными.

Преимущества

✔ Эффективный отвод стружки. Из-за силы тяжести стружка падает вниз, не мешая фрезе дальше обрабатывать материал.

✔ Большая жесткость конструкции. В горизонтальном станке шпиндель закреплен надежнее: он является частью всей станины, а не закреплен отдельно. Это позволяет работать с более тяжелыми и жесткими материалами.

✔ Возможность обрабатывать заготовку с разных сторон без остановки работы и смены места крепления.

Недостатки

• Небольшая видимая зона резки. Конструкция станка такова, что зона резки плохо просматриваемая, поэтому оператору может быть затруднительно наблюдать за ходом работы.
• Занимают много места.
• Сложный процесс настраивания станка.

Примеры применения

•  Автопромышленность. Рамы, корпусы, элементы двигателя.
• Станкостроение.
• Производство бытовой техники.
• Крупногабаритные заготовки.

Вертикально-фрезерные

Этот вид станков имеет шпиндель на вертикальной оси. Стол перемещается по осям X и Y, шпиндельная головка - по вертикальной оси Z. В обрабатывающих центрах кинематика может быть иной.

Преимущества

✔ Если сравнивать с горизонтальными, вертикальные дешевле.

✔ Зона видимости обработки лучше. Оператору проще следить за работой оборудования и реагировать.

✔ На вертикальных станках обрабатывать длинные детали проще, чем на горизонтальных.

Недостатки

• Необходима смена положения и крепления детали, если необходима обработка с нескольких сторон заготовки.
• Отвод стружки хуже. Для эффективного избавления от отходов необходима система вытяжки.

Примеры применения

• Судостроение.
• Автопромышленность.
• Авиапромышленность.
• Рекламная и мебельная отрасли.

Сравнение горизонтального и вертикального фрезерного станка

	Тип работ	Скорость работы	Удаление стружки
Горизонтальный	Черновая обработка: глубокий пропил, удаление большого количества материала	Быстрая резка и заглубление в материал	Падает вниз сама с рабочего стола
Вертикальный	Финишная обработка: неглубокий, но точный рез, большое количество маленьких деталей.	Медленная резка, но быстрое торцевание и образование канавок	Нужна система аспирации для удаления стружки из зоны фрезерования

Комбинированные или универсальные

Поворотный стол, поворотный шпиндель и максимум свободы действия. Эти станки могут создать практически любую форму, если снабжены правильной фрезой. Их универсальность заключается в способности работы над макетами самой разной сложности.

Примеры использования

• Детали для спутников, автомобилей.
• Корпуса и детали двигателя.
• Шестерни и элементы механизмов.

2. По конструкции

Консольные

Консолью называется консольный кронштейн. Он держит рабочий стол станка и перемещает его по вертикальной оси. Между направляющими станка и консолью существует зазор, который нельзя нивелировать, поэтому станки с подобной конструкцией теряют в жескости и стабильности при работе с тяжелыми материалами.

Зачем вообще нужна консоль, в таком случае, если она “ослабляет” станок? Благодаря ей можно точно расположить заготовку относительно инструмента, также она помогает при изготовлении изогнутых деталей.

Преимущества

✔  Гибкость. Консольные станки позволяют производить детали сложных и уникальных форм.

✔ Высокая производительность. Точное управление снижает риск брака, позволяет задать оптимальный маршрут для фрезы и уменьшить время производства.

✔ Высокая точность работы. 

Недостатки

• Уменьшенная жесткость конструкции.

• Ограничение по весу заготовки.

Бесконсольные

Стол у бесконсольных станков двигается непосредственно по направляющим, без консоли между ними. Это дает жесткость для работы с тяжелыми и крупногабаритными заготовками. Подстраиваться же под высоту заготовки приходиться за счет перемещения самого шпинделя с инструментом.

Преимущества

✔  Жесткая конструкция. Это позволяет работать с тяжелыми заготовками.

✔ Скорость фрезерования. Конструкция позволяет работать на больших скоростях без потери точности.

✔ Высокая производительность.

Недостатки

• Ограничение по формам. Бесконсольные станки имеют ограниченный диапазон перемещения по оси Z по сравнению с консольными, что сужает возможности при обработке высоких заготовок

• Затрудненное перемещение заготовок из-за конструкции станка.

Продольно-фрезерные

Рабочий стол в этом случае имеет возможность передвигаться лишь продольным образом. Шпиндель с инструментом же наоборот двигается поперечно рабочему столу.

Такая конструкция подходит для крупногабаритных заготовок. На них можно проводить черновые и чистовые виды обработки. Чаще всего используется для производства фасонных или плоских изделий.

Преимущества

✔  Высокая точность работы с большими заготовками. В отличие от горизонтальных, этот тип создан для работы именно с длинными материалами и для вырезания длинных пазов и канавок.

✔ Высокая повторяемость продукции.

✔ Хороши в работе с фасонными и плоскими заготовками

Недостатки

• Не подходят для круглых заготовок. 

• Применяются в тяжелом машиностроении для серийной и единичной обработки крупногабаритных заготовок.

Портальные

Так называются станки с порталом — металлической перекладиной, “балкой”, на которой закреплен шпиндель с режущим инструментом. Портал передвигается по направляющим над рабочим столом. Этот вид фрезерных станков подходит для работы с габаритными или тяжелыми материалами.

Преимущества

✔  Высокая производительность. Благодаря конструкции они могут обрабатывать большое количество заготовок за одну операцию.

✔ Высокая повторяемость продукции.

✔ Эффективны на крупносерийных производствах.

Недостатки

• Не самая жесткая конструкция. Так как портал установлен на опорах над столом, а не является частью станины, жесткость уменьшается.

Сравнение по типу конструкции

	Жесткость	Производительность	Повторяемость продукции, мм	Рекомендация
Консольные	средняя	умеренная	±0,02-0,05	Мелкосерийные производства
Бесконсольные	очень высокая	средняя	±0,01-0,03	Средние и крупносерийные
Продольные	очень высокая	умеренная (для крупных деталей)	±0,01-0,02	Мелкосерийные производства
Портальные	высокая	наивысшая	±0,005	Крупносерийные производства

3. По типу управления

Ручные

Станок необходимо включить, настроить, загрузить материал и зафиксировать его, а затем запустить и выполнить фрезеровку. В конце готовое изделие снимается и загружается новая заготовка. Все эти операции проделываются непосредственно оператором, так как у станка ручное управление.

Полуавтоматические

Оператор все еще включает и выключает оборудование, загружает и убирает материал в рабочей области, но вот процесс фрезеровки передан программе.

Для этого используются САПР программы (CAD, CAM идр), в которых создается макет будущего изделия, по которому фрезерный станок с ЧПУ (числовое программное управление) выполняет работу сам, без вмешательства оператора.

Автоматические фрезерные станки

Здесь уже все этапы работы, даже загрузка материала и уборка готовых изделий из зоны фрезерования производится автоматически. Оператор лишь осуществляет запуск оборудования и наблюдение, чтобы среагировать в случае непредвиденной ошибки.

Сравнение станков по типу управления

	Относительная производительность	Трудность управления	Цена, рубли	Рекомендация выбора
Ручные	1х	Не требуют дополнительного обучения программированию	от 9-12 тысяч (зависит от модели)	Выбираются небольшими мастерскими или для частного пользования
Полуавтоматические	2-4х	Требуется обучение оператора	от 500.000 (зависит от размера рабочей области)	Опции для средних и крупных производств
Автоматические	5-30х	Требуется длительное обучение оператора	от 3.000.000	Опции для средних и крупных производств

4. По количеству осей и возможностям обработки

3-осевые

Три основные оси для передвижения — X, Y и Z — позволяют выполнять большинство стандартных задач:

• Раскрой материала;
• Сверление;
• Резка;
• Гравировка.

Трехосевой фрезер может обрабатывать заготовку лишь с одной стороны: придется перезакреплять заготовку каждый раз, если захотите обработать и другие. Это несет в себе риски смещения, а также временные затраты.

4-осевые

4-осевые станки с ЧПУ различаются по типу вращения:

• Поворотная ось. На станок устанавливается дополнительная ось: это зажимной патрон с бабкой, в который устанавливается заготовка. Именно заготовка вращается вокруг своей оси, предоставляя шпинделю возможность обрабатывать ее со всех сторон. Недостаток этого метода — ограниченность рабочей области размерами поворотной оси.
• Поворотный шпиндель. 4-осевой станок добавляет к трем линейным осям одну ротационную ось вращения заготовки (чаще всего ось A — вращение вокруг X). Поворот шпинделя относится к 5-осевой кинематике, что позволяет обрабатывать детали с разных сторон. Плюс этого метода в том, что нет ограничений по размеру рабочей области, как у поворотного устройства.

Этот вид является оптимальным решением, если ваше производство занимается раскроем или изготовлением деталей и продукции из листовых материалов.

5-осевые и обрабатывающие центры

Это станки с практически полной свободой перемещения шпинделя и заготовки в пространстве. Благодаря этому фрезерующий инструмент может углубиться в материал под любым нужным углом. Подобные станки используются для сложных проектов, где нужна абсолютная точность — авиастроение и аэрокосмическая отрасль, строительство и другие.

Главный недостаток обрабатывающих центров с ЧПУ заключается в высокой цене.

Сравнение станков по осям

	Движение	Количество установок детали	Сложность программирования	Производительность	Стоимость, руб	Рекомендации
3-осевые	Линейное по осям X, Y, Z	при необходимости переворачивания — 3-6	низкая	1х	от 200.000 для дерева от 565.000 для металла	Подходит для простых и плоских деталей; проделывания отверстий
4-осевые	Линейное по осям X, Y, Z + вращение вокруг одной оси	1-2	средняя	1,2-2х	от 1.000.000	Подходит для деталей с многосторонней обработкой или цилиндрических
5-осевые	Линейное по осям X, Y, Z + вращение по двум осям	1	высокая	3-5х	от 5.000.000	Необходим для производства сложных в геометрии деталей с жесткими требованиями к точности

5. По специализации

Шпоночные

Эти станки с узкой специализацией, они созданы для эффективной и серийной резки шпоночных пазов. Шпоночный паз — это углубление, в которое вставляется шпонка, элемент системы вала, который участвует в передаче крутящего момента.

Копировально-фрезерные

Создатели этого вида фрезерных станков решили, что оборудование должно делать все самостоятельно. Процесс основан на механическом копировании, то есть станок оборудован щупом и шпинделем: пока первый обводит контур шаблона, второй повторяет за ним и вырезает нужную форму из заготовленного материала. Такие станки рассчитаны на мелкое или среднее по объемам производство деталей со сложной геометрией.

Карусельные

Заготовки здесь движутся по кругу. Или это может быть одна большая вращающаяся вокруг своей оси деталь. Шпиндель с режущим инструментом же подходит к ней со стороны внутреннего или внешнего торца и обрабатывает его.

Шпинделей у такого станка может быть несколько: один будет заниматься черновой обработкой, а второй — чистовой.

Сверлильно-фрезерные

Особенность этого вида станков в том, что он может работать фрезой, сверлом и другими насадками, благодаря чему имеет расширенные возможности. Чаще всего используется для фрезеровки металлов.

Расточные и фрезерно-расточные

Задача расточных станков — формирование идеальных отверстий. Он не создает их с нуля, например, как сверлильный фрезер, а подгоняет уже проделанные углубления под нужный размер и корректирует качество фрезеровки.

6. По типу охлаждения

Охлаждение шпинделя

• Воздушное охлаждение

Использует сжатый воздух для охлаждения шпинделя. Этот тип — самый шумный, но неприхотливый в обслуживании, так как нет необходимости менять воду или следить за ее уровнем в системе. Однако заменять фильтры придется.

• Водяное охлаждение

Этот тип не такой шумный, но требует постоянной проверки состояния охлаждающей жидкости: температуры, количества жидкости в системе.

Охлаждение материалов

• СОЖ

Чаще всего применяется при работе с металлами. Смазывающая охлаждающая жидкость подается в зону обработки для снижения температуры. Но она не подходит при работе с пористыми материалами, что могут впитывать жидкости (дерево и производные из него)

• MQL системы

Второе название — система минимальной подачи смазки. В этом случае охлаждающая жидкость или смесь масла с воздухом подается в зону резки минимальными дозами. Это уменьшает расход СОЖ и эффективно при точечных операциях, точении и сверлении.

7. По габаритам и сфере применения

Настольные и мини 

Отдельная категория станков, отличается маленьким размером рабочего поля (от 20х40 см до 60х90 см) и своими общими габаритами. Они предназначены для мастерских или производств с небольшим цехом и запросом на качество. Также эти фрезеры могут стать оптимальным решением, если стоит задача по изготовлению маленьких товаров. Например:

• Рамки и таблички;
• Дверные ручки;
• Миниатюрные гравировки и элементы декора;
• Игрушки.

Несмотря на малый размер, мини-фрезера тоже могут быть собраны по стандартам больших.

Промышленные и крупногабаритные

Станки с большими рабочими полями и большими мощностями от 2.2 кВ. Это фрезерные станки для производства мебели, рекламных вывесок, автомобильных частей или даже корпусов орбитальных спутников.

Как выбрать фрезерный станок под свои задачи

1. Материал. Сначала определяется основной рабочий материал: будет это металл, дерево или пластик, а также каков его средний размер. Особенности обработки каждого из них определят тип станка, размер рабочей области и конфигурацию.

2. Тип производства. Единичные и уникальные заказы, мелкосерийное, средний объем или крупный.

3. Сложность обработки. 2D или 3D обработка, один тип задач или несколько (черновая, торцевание, чистовая).

4. Габариты. Станок подбирается в зависимости от площади свободного места в цеху или мастерской.

5. Бюджет.

Примеры выбора