Для чего применяются вертикальные фрезерные станки

Главное назначение вертикального фрезерного консольного станка – производство продукции сложной геометрической формы с использованием вертикально ориентированного шпинделя. Оборудование может использоваться для работы с заготовками из черных стальных сплавов, чугуна, нержавейки, цветных металлов и сплавов, пластиков, композитов. Станок производит обработку неподвижной заготовки по трем и более осям, удаляя послойно металл до получения изделия нужной формы и размера.

Вертикальная подача шпинделя обеспечивает:

• фрезеровальную обработку плоских поверхностей и контуров детали;
• выполнение уступов, канавок, карманов, пазов, и других подобных элементов;
• обработка углов и торцевых поверхностей;
• сверление, растачивание, нарезка резьбы;
• фасонное фрезерование и прочее.

Популярность этого оборудования обусловлена его универсальностью, высокими точностью и производительностью. Станки этого типа активно применяются в металлообрабатывающей сфере, машиностроении разных направлений, аэрокосмической и оборонной промышленности, а также многих других отраслях. Они используются для серийного выпуска деталей разного размера и формы, а также для производства прототипов и штучных изделий.

Описание конструкции и основных компонентов

Вертикальные фрезеры различаются конструкцией и техническими характеристиками, однако в конструктивную схему любого агрегата входят основные части:

• станина
• колонна;
• шпиндельный узел;
• рабочий стол;
• механизм подач (салазки и консоль);
• системы охлаждения и управления.

Станина – это массивное основание станка, на котором монтируются все основные узлы. Она характеризуется высокой прочностью, жесткостью и устойчивостью, способна поглощать и гасить вибрации, возникающие в процессе фрезерования.

Колонна – опорный компонент, обеспечивающий движение вверх и вниз шпиндельной головки с фрезой. Она позволяет станку взаимодействовать с заготовкой на разных высотах и ​​под разными углами.

Шпиндельная бабка (головка) – основной рабочий узел станка, он содержит шпиндель с закрепленной в нем фрезой. В шпиндельной головке располагается механизм привода, он нужен для вращения шпинделя с заданной скоростью. Бабка передвигается вверх и вниз вдоль колонны, в некоторых моделях она может наклоняться для фрезерования поверхностей под углом.

Шпиндель – второй важный элемент шпиндельного узла. Это вращающийся вал, в котором закрепляется фреза для обработки детали. Частота вращения регулируется коробкой скоростей, она может быть механической, бесступенчатой или автоматической. Шпиндель изготавливается из высокопрочных материалов, он способен выдерживать большие нагрузки и высокие скорости.

Рабочий стол – платформа, на которой крепится обрабатываемая заготовка. Рабочий стол устанавливается на салазки, которые позволяют заготовке перемещаться в двух взаимно перпендикулярных горизонтальных направлениях: продольном (ось X) и поперечном (ось Y). Плавное и точное движение рабочей платформы по вертикали (ось Z) происходит благодаря консоли, которая передвигается по направляющим станины вверх и вниз.

У большинства моделей этого оборудования – жидкостная система охлаждения области резания. Она отводит тепло, уменьшает трение, увеличивает рабочий ресурс агрегата и улучшает качество готовой продукции.

Как работает оборудование

Принцип работы фрезера с вертикальным расположением шпинделя основан на трех направлениях движения подачи – вдоль, поперек и вертикально. Инструментом выступает фреза, которая крепится в шпиндельный вал и в процессе вращения удаляет часть материала заготовки.

В зависимости от целей и задач используются фрезы разного типа: концевые, фасонные, торцевые, угловые, дисковые и прочие. Процесс обработки заготовки контролируется оператором или системой ЧПУ.

Заготовка, подлежащая обработке, фиксируется на рабочем столе, а в шпинделе крепится фреза нужного типа и размера. Шпиндельный вал с закрепленной фрезой приводится во вращение электродвигателем. Частота вращения (скорость резания) выбирается в зависимости от материала заготовки, типа фрезы и особенностей рабочего процесса.

Рабочий стол с закрепленной заготовкой начинает перемещаться в трехмерном пространстве. В процессе перемещения будущая деталь соприкасается с вращающейся фрезой, которая снимает слой материала, формируя требуемую поверхность или профиль.

Самые распространенные модели – трехосевые (X, Y, Z) вертикальные фрезеры. Они способны выполнять большинство операций фрезерования, отличаются оптимальным соотношением цены и функциональности.

Для производства продукции сложной формы используют многоосевые вертикальные фрезеры, у которых к трем основным осям добавляются одна, две или более поворотных осей. Такое оборудование позволяет производить детали со сложной геометрией за один сеанс обработки, без переустановки заготовки.

Классификация по типу управления

Управление вертикально-фрезерным станком осуществляется вручную или с помощью ЧПУ. Выбор системы управления зависит от рабочей задачи, требуемой точности, сложности деталей и объемов производства.

Ручное управление – базовый вариант. Оператор контролирует перемещение рабочего стола и шпинделя с помощью маховиков, рукояток и рычагов. Качество и точность обработки напрямую зависят от квалификации и опыта фрезеровщика, требуется постоянное наблюдение за процессом. Фрезеры с ручным управлением подходит для мелкосерийного и единичного производства, выполнения простых операций, ремонта, а также для учебных целей.

Вертикальные фрезеры с цифровой индикацией являются модификацией ручных агрегатов. Они оснащены цифровыми дисплеями, которые показывают точное положение рабочего стола по осям X, Y и Z. Наличие цифрового дисплея упрощает контроль перемещений, повышает точность движения инструмента, повышает удобство работы оператора. Оборудование этого типа используют в тех случаях, когда требуется более высокая точность фрезерования.

Станки с программным управлением – это высокотехнологичное и высокопроизводительное оборудование. Все перемещения инструмента и заготовки контролируются компьютерной программой. Оператор загружает программу, устанавливает заготовку, а станок автоматически выполняет обработку без участия человека.

К преимуществам вертикально-фрезерных станков с ЧПУ можно отнести следующие качества:

• высокие точность фрезерования детали и повторяемость;
• минимальное влияние человеческого фактора;
• значительное сокращение времени обработки по сравнению с ручными станками;
• возможность работы с заготовками со сложной геометрией.

Виды оборудования

По конструкции фрезеры вертикального типа можно разделить на три основных вида: консольные, бесконсольные (без стола) и портальные. Каждый из них имеет свои особенности и сферу применения.

В консольных фрезерах имеется вертикально движущаяся консоль. С ее помощью легко регулируется положение детали по высоте. Это самый распространенный и универсальный тип оборудования.

Консольные вертикальные фрезеры сравнительно просты в настройке и управлении, выпускаются в настольном и напольном исполнении. Однако консоль рассчитана на определенную нагрузку, что ограничивает вес обрабатываемых заготовок.

Бесконсольные фрезерные станки не имеют такого конструктивного элемента. Рабочий стол установлен непосредственно на неподвижной станине, он может двигаться только вдоль и поперек. По вертикали перемещается только шпиндельная головка с закрепленным в ней шпинделем. Отсутствие консоли значительно повышает жесткость конструкции, что позволяет работать с тяжелыми и крупногабаритными деталями.

У портальных фрезерных станков имеется портал – жесткая П-образная конструкция. Портал повышает устойчивость станочного агрегата и улучшает точность перемещения инструмента в процессе работы.

Чем отличаются вертикальные и горизонтальные фрезерные станки

Ориентация шпинделя – главное отличие между фрезерными агрегатами вертикальной и горизонтальной конструкции:

• У вертикального фрезера шпиндель расположен вертикально (перпендикулярно рабочему столу) и перемещается вверх-вниз в процессе удаления слоев материала.

• У горизонтальных агрегатов шпиндель движется параллельно рабочему столу. Фреза вращается вокруг горизонтальной оси и снимает стружку с заготовки.

Вертикально-фрезерные станки уверенно лидируют по универсальности, поскольку выполняют больший перечень операций. Горизонтальные фрезеры лучше подходят для обработки крупногабаритных массивных деталей, формирования глубоких канавок и пазов.