Фрезерные портальные станки: общее описание, особенности

Фрезерные станки портального типа
Портальные фрезерные с УЦИ Портальные станки с ЧПУ Гравировально-фрезерные Продольно-шлифовальные станки

«Классические» обрабатывающие центры и фрезерные станки имеют одноколонное (консольное) строение рамы, что накладывает ограничение на вес и размер обрабатываемых деталей (как правило, для одноколонных фрезерных станков речь идёт о максимально допустимой длине металлической детали в 2-3 метра и массе в 2-3 тонны). Для фрезерования деталей размером в несколько метров и весом в несколько тонн применяется портальная конструкция рамы фрезерного станка.

Портальный фрезерный станок Конструкционно портал состоит из двух колонн, на которых крепятся края горизонтальной балки, по направляющим этой балки (также называемой "поперечная") перемещается шпиндельная головка с вертикальным шпинделем, которая, в зависимости от конкретной конструкции фрезерного станка, может иметь кроме вертикального хода способность поворачиваться и/или наклоняться в одной, либо двух вертикальных плоскостях. Для ускорения процесса обработки количество шпинделей может отличаться от 1, например – быть равным 3-м, когда обе боковые колонны портального фрезерного станка тоже имеют по одному шпинделю (см. рисунок справа).

Если у «классических» фрезерных станков перемещения во всех 3-х декартовых координатах (X, Y, Z) происходят исключительно за счёт движений рабочего стола, то у портальных фрезерных станков стол с закреплённой на нём многотонной заготовкой может двигаться лишь в продольном направлении (ось X). Схема осей портального фрезерного станка В отдельных случаях (для особо массивных заготовок) конструкторы выбирают вариант с неподвижным рабочим столом, закреплённым на фундаменте, а движение по оси X у такого фрезерного станка происходит за счёт подвижного относительно земли (и стола) портала. На схеме осей портального фрезерного станка справа изображён вариант с перемещаемым порталом, также необходимо заметить, что многокоординатные станки в обязательном порядке управляются системами ЧПУ.

Вне зависимости от того, подвижен портал фрезерного станка или его рабочий стол, большой вес и объёмы обработки деталей требуют работы главного шпинделя в режиме высокой нагрузки, а перемещения по всем осям портального фрезерного станка сопряжены с большими усилиями по преодолению сил трения и деформации. В связи с этим обеспечение высоких точностей, а также скоростей рабочих и холостых подач во время работы портальных фрезерных станков представляет ряд инженерных задач, решением которых служат всевозможные новшества по обеспечению повышенной жёсткости конструкции, минимизации трения, износа деталей, принудительного охлаждения отдельных модулей станков и пр. Поэтому при относительной внешней простоте фрезерные станки портального типа подчас представляют из себя достаточно сложные инженерные комплексы.

В русскоязычном интернете портальные фрезерные станки также имеют названия «Продольно-фрезерные станки», за рубежом их называют «Гантри» (gantry) или «Cверхмощными» (heavy duty) фрезерными станками.

Портальные фрезерные с УЦИ

К списку оборудования

Портальный фрезерный станок Портальные фрезерные станки с устройством цифровой индикации (УЦИ) являются наиболее массовыми представителями класса портальных станков. Связано это с относительно невысокой ценой, сопряженной с возможностями решать задачи в широком спектре – от фрезерования до шлифования и строгания массивных деталей весом в несколько тонн.

Количество шпинделей, располагаемых на поперечине и боковых колоннах этих фрезерных станков, может серьёзно варьироваться, давая технологам возможность максимального увеличения скорости обработки и исключения/минимизации количества переустановов детали.

В силу конструкции этого вида портальных станков основной/силовой подачей является продольная (ось X). Поэтому часто эти станки называются продольно-фрезерными. Поперечный ход (ось Y) является, как правило, установочным и для работы под нагрузкой, т.е. во время фрезерования, не используется. Так что, если поперечный рабочий ход необходим, при выборе станка нужно обязательно уточнять наличие этой опции, поскольку многие производители по умолчанию делают именно продольно-фрезерные станки с УЦИ, хотя введение поперечной рабочей подачи для портального фрезерного станка особой сложности не составляет.

Портальные станки с ЧПУ

К списку оборудования

Портальные фрезерные станки с ЧПУ (за рубежом именуемые CNC Portal/Bridge/Gantry milling machines) отличаются от своих не-ЧПУ аналогов не только тем, что оснащены системой цифровых датчиков перемещений, наклонов, скоростей вращения и др., посылающих в ЧПУ информацию о текущих координатах, наиболее важных параметрах обработки и состоянии всех систем. Как правило, система ЧПУ у таких портальных фрезерных станков управляет одной "универсальной" шпиндельной головкой, которая призвана выполнять все операции, для чего нередко шпиндель в таких станках имеет возможность наклона и поворота (т.е. плюс две оси к «стандартным» трём Декартовым). Использование одной, пусть и более дорогой, шпиндельной головки позволяет свести все операции в единую технологическую программу и передать её исполнение в систему Числового Программного Управления фрезерного станка.

Система числового программного управления представляет из себя специализированный быстродействующий компьютер, интегрированный с системой датчиков станка, на котором выполняется управляющая программа. Управляющая программа - это последовательность операций (так называемых G-кодов), т.е. команд на перемещение, изменение скорости, пуск или остановку узлов станка (например, G00 – команда на перемещение инструмента в определённую точку). Кроме систем с G-кодами существуют и другие алгоритмы цифрового управления станком.

Современные системы ЧПУ не просто исполняют управляющие программы, но и имеют развитый диалоговый инструментарий для их подготовки и редактирования, включая прорисовку результатов программирования в 3-D моделях на экране ЧПУ. Появилась также возможность перевода чертежей, сделанных в специальных CAD-системах, в управляющие программы, - что делает процесс подготовки быстрым и менее рутинным. Результирующая программа практически сразу готова к работе, нужно лишь произвести её самотестирование и пробные прогоны на станке (например, важно смоделировать проход инструментов и деталей на предмет исключения соударения их между собой и с элементами рабочей зоны), после чего самые сложные формы, которые невозможно исполнить на фрезерных станках с ручным управлением, будут фрезероваться от детали к детали с микронными отклонениями.

И обычные портальные фрезерные станки и портальные фрезерные станки с ЧПУ – оба этих типа имеют свои преимущества и недостатки, которые нужно учитывать при выборе станка под конкретные задачи производства. Ниже приведён перечень таких преимуществ и недостатков.

Преимущества и недостатки станков с ЧПУ.

Преимущества

Недостатки

За исключением времени, необходимого на техобслуживание, эти станки могут работать 24 часа в день 365 дней в году.

Под управлением ЧПУ повторяемость деталей гораздо выше, что для многих задач немаловажно.

Выпуск сложных деталей большими партиями на станках без ЧПУ невозможен.

Программа может повторяться многократно, что при крупносерийном производстве позволяет минимизировать накладные расходы на единицу продукции.

Программа может быть легко доработана/отредактирована/улучшена.

Современное ПО схоже с компьютерными играми, поэтому возможно самообучение оператора на виртуальном симуляторе.

Один оператор может обслуживать несколько станков.

Как правило, оператору таких станков не требуется высокая квалификация и опыт (при условии, что на оператора не возлагаются функции программиста).

Стоимость станков с ЧПУ может быть достаточно высокой, хотя технический прогресс заставляет эту цену медленно снижаться.

Поскольку для оперирования станками с ЧПУ особо высокой квалификации не требуется, годы обучения и тренировок высококлассных специалистов, привыкших работать на станках с ручным управлением, пропадают впустую, а сокращение количества занятого персонала приводит к безработице.

Гравировально-фрезерные станки

К списку оборудования

Гравировально-фрезерные станки имеют некоторые специфические особенности по сравнению с портальными фрезерными станками:

в отличие от портальных фрезерных, гравировально-фрезерные станки используются для обработки не только металлов, но – в основном – для работы с неметаллическими материалами (пластики, дерево, камень)

гравировально-фрезерные станки чем-то схожи с плоттерами и принтерами: хотя они и выполняют обработку в 3-х координатах, вертикальный ход шпинделя (ось Z) невелик (20-25см) – т.е. основной упор делается на работе с поверхностями при относительно небольшом углублении фрезы в объём обрабатываемого материала
рабочий стол у гравировально-фрезерных станков неподвижен, движение по осям X и Y обеспечивается перемещением портала вдоль стола и движением шпинделя по поперечной балке. Шпиндель гравировально-фрезерного станка, как правило, ненаклоняемый, с внутренним водяным охлаждением
крепление деталей на рабочем столе может осуществляться не только механическими зажимами в Т-пазах, но и при помощи вакуумной помпы, создающей эффект «прилипания» тонких листов к рабочему столу гравировально-фрезерного станка.

Область использования гравировально-фрезерных станков в основном декоративная: нанесение надписей и рисунков (в том числе объёмных) на поверхности из пластмасс, дерева, камня, фигурная обрезка деталей (например, вырезание букв и узоров).

Гравировально-фрезерные станки управляются с помощью недорогих систем ЧПУ на базе компьютеров под управлением ОС Windows. Существует 2 вида управления процессом обработки: в первом случае компьютер с запущенной на нём программой подключается с помощью специальной PCI-платы к станку и управляет его работой в режиме онлайн, во втором случае система ЧПУ выводит программу в так называемых G-кодах в текстовый файл, который переносится на флэш-карте в специальный контроллер/пульт, соединенный с гравировально-фрезерным станком, и уже с этого пульта производится непосредственный запуск программы и контроль за её исполнением.

В дополнение существует достаточно большой выбор компьютерных программ, рассчитанных на предварительную обработку изображений и фотографий для перевода их в совокупность выфрезеровываемых контуров и объёмов, в том числе для создания 3-D скульптур и барельефов на основе плоских прототипов. Применение таких компьютерных программ на гравировально-фрезерных станках открывает широчайший простор для творчества.

Портальные продольно-шлифовальные

К списку оборудования

гравировально-фрезерный станок Шлифовальные станки являются разновидностью металлорежущего оборудования, в котором для обработки деталей используется вращающийся абразивный инструмент: абразивный диск снимает с заготовки тонкий слой своим плоским торцом либо периферией (внешней кромкой) вращающегося круга. Выборка глубины припуска происходит постепенно, за много проходов.

По своему строению портальные продольно-шлифовальные станки практически аналогичны продольно-фрезерным. Прямоугольный стол с Т-пазами, на котором крепится обрабатываемая деталь, имеет продольный ход, шпиндельная головка ходит по траверсе в поперечном направлении, а сама траверса перемещается вверх-вниз. Шлифовальные бабки могут устанавливаться, в зависимости от конструкции, с вертикальной, горизонтальной или наклонной осью вращения шлифовального круга.

Представленные на сайте продольно-шлифовальные станки служат для обработки новых направляющих или исправления (ремонта) изношенных направляющих станин.