Як працювати на фрезерному верстаті по дереву та металу?

Як працювати на фрезерному верстаті? Цим питанням задаються не лише люди, які раніше не стикалися із зазначеним обладнанням, а й досвідчені фахівці. Це може статися, наприклад, у разі переходу на нову техніку або моделі, зміну матеріалу або технології виготовлення та обробки деталей. Фрезерні верстати призначені для виконання складних технологічних операцій, зокрема різання, гравіювання, фрезерування та профілювання заготовок з високою точністю. Завдяки використанню зазначеного обладнання майстри можуть створювати як відносно прості деталі, так і декоративні елементи, забезпечуючи високий рівень точності та повторюваності.

Перші фрезерні верстати з'явилися наприкінці XVIII — на початку XIX століття і використовувалися для обробки металу в промисловості. Перший відповідний прототип був винайдений у 1818 році американським інженером Елі Вітні. Його винахід дозволив значно прискорити процес виробництва, замінивши ручну обробку на механічну. З розвитком технологій у XX столітті з'явилися складніші та точні верстати з числовим програмним управлінням (з ЧПУ). Це дозволило автоматизувати багато процесів і досягти високої точності обробки. На сьогоднішній день обладнання використовується в різних областях, починаючи деревообробкою і закінчуючи авіаційною та автомобільною промисловістю.

З чого складається фрезерний верстат і як працює?

Перш ніж розглядати пристрій фрезерного верстата є сенс розібратися, з яких деталей він складається. Варто зазначити, що конструкції окремих моделей зазвичай відрізняються між собою. Однак у загальному випадку до схеми входять такі елементи:

• Станина (корпус). Це масивна металева основа, на якій закріплені всі інші компоненти, що входять до конструкції. Вона має велику масу, завдяки чому гасяться вібрації, що виникають під час роботи фрези для фрезерного верстата.
• Робочий стіл. Він може бути різних розмірів, залежно від моделі. Він переміщається у різних площинах (зазвичай трьох). Це дозволяє виконувати обробка металу фрезами з різних боків. Існують також моделі, у яких стіл нерухомий, а натомість пересувається ріжуча фреза. Часто стіл має спеціальні кріплення, які необхідні для фіксації на ньому заготовки.
• Фрезерна головка або шпиндель. У неї безпосередньо вставлений різальний інструмент - фреза, що обертається з великою кутовою швидкістю. Шпиндель рухається за допомогою електроприводу. У деяких моделей обробка металу фрезерним верстатом може виконуватись під кутом. Це розширює технологічні можливості техніки.
• Електропривід. У нього входять електричний двигун та приводні механізми – ремені, ролики, шестерні (залежить від конструкції конкретної моделі). Його основне завдання полягає у приведенні в рух ріжучого інструменту. Регулювання електроприводу виконується у різний спосіб. Це може бути ручне регулювання швидкості обертання або цифрове комп'ютерне керування (ЧПК).
• Напрямні гвинти. Вони призначені для забезпечення плавного пересування заготовки.
• Система керування. Вона залежить від того, що робить фрезерний верстат, які завдання виконує та в яких обсягах. Для приватного використання зазвичай підходять невеликі машини з ручним керуванням. Вони призначені для штучних операцій та керуються вручну. Складні верстати з ЧПК мають складну систему керування за допомогою електронних контролерів.
• Система охолодження. Вона необхідна для охолодження як різця, а й фрезерні вироби. Зазвичай використовується на великих верстатах, що використовуються в промисловості під час великосерійного виробництва.

Процедура фрезерування залежить від багатьох факторів - матеріалу заготівлі, її розміру, поставлених завдань, моделі та типу верстата. Однак у загальному випадку алгоритм виглядає так:

• Підготовка заготівлі. Вона фіксується на робочому столі за допомогою струбцин або спеціальних кріплень. Цей етап дуже важливий незалежно від того, які види фрезерних робіт передбачається виконувати далі.
• Вибір та встановлення фрези. Вибір того чи іншого інструменту залежить від поставленого завдання (фрезерування канавок, профілів, свердління та інше) та матеріалу заготівлі. Щоб забезпечити виконання операції, необхідно надійно зафіксувати фрезу в патроні.
• Налаштування робочих параметрів. Якщо верстат має ручне управління, то вибирається швидкість обертання шпинделя та подачі. Відповідні значення вибирає фахівець. У верстатів з ЧПК налаштування відбувається завантаженням програми в пам'ять контролера.
• Перевірка та запуск. Перед початком роботи обов'язково потрібно перевірити усі робочі параметри, а також надійне кріплення фрези та заготовки. За процесом фрезерування необхідно постійно стежити, навіть якщо роботу виконує верстат із ЧПК.
• Завершення роботи. Після вимкнення приводу шпинделя необхідно дочекатися його зупинки перед тим як звільнити заготівлю. Часто під час обробки складних деталей необхідно виконувати кілька відповідних операцій.

Призначення фрезерного столу полягає в тому, щоб після завершення всіх технологічних операцій отримати задану деталь складної форми або просте виріб. Набір операцій залежить від конструкції та моделі обладнання.

Види фрезерних робіт по металу та дерева. Де використовується?

Фрезерні верстати по металу та дереву схожі між собою за конструкцією, проте вони призначені для виконання специфічних операцій, які залежать від зазначених матеріалів. Основні роботи обладнання по металу:

• Площинне фрезерування. Це базова операція, що виконується на поверхні заготівлі. Її мета – отримати рівну та гладку поверхню.
• Фрезерування канавок та пазів. Зазначені елементи можуть бути прямими або мати Т-подібну форму. Часто операція виконується для виготовлення пазів та кріпильних елементів.
• Профілювання (або контурне фрезерування). При виконанні відповідної операції різальний інструмент рухається заданою траєкторією, створюючи складні форми.
• Розточування отворів. Зазвичай застосовується у двох випадках. Перший — збільшення діаметра вже існуючого отвору. Другий — доопрацювання для підвищення точності.
• Об'ємне фрезерування (3D). Відповідну операцію здатні виконувати складні верстати (зазвичай з ЧПК). Вона дозволяє створювати складні тривимірні форми та рельєфи на заготовках.
• Гравірування. Застосовується для нанесення написів на металеву поверхню.

Щоб продовжити опис роботи фрезерного верстата, має сенс навести приклади, де може використовуватися вказане обладнання для обробки металевих заготовок:

• Машинобудування — виготовлення деталей для двигунів, верстатів, промислових механізмів.
• Авіаційна та автомобільна промисловість – виробництво деталей для літаків, автомобілів, а також точних механічних вузлів для них.
• Створення оснастки для серійного виробництва пластикових та металевих виробів.

Насправді фрезерні верстати можуть застосовуватися не тільки у промисловості, а й у приватних майстернях і навіть у гаражах. Все залежить від поставлених завдань та вибору відповідного обладнання.

Види робіт, які здатні виконувати аналогічне обладнання по дереву:

• Площинне фрезерування. За допомогою відповідної операції виготовляються плоскі деталі у меблевому виробництві – двері, стінові панелі.
• Фрезерування кромок та фасок. Часто застосовується у виробництві стільниць, рам, плінтусів та декоративних елементів меблів.
• Профілювання. Дає можливість оператору створювати складні форми із заготівлі. Використовується у виробництві декоративних елементів, багетів та карнизів.
• Різьблення та гравіювання по дереву. Операція, завдяки якій створюються різьблені візерунки, написи та орнаменти на дерев'яних поверхнях. Використовується для виготовлення сувенірів, декоративних панелей, елементів інтер'єру.
• Створення шипів та пазів. Зазвичай потрібна для створення відповідних кріпильних елементів.
• Об'ємне фрезерування. Застосовується у художній обробці дерева, створенні скульптур та нестандартних декоративних елементів. Як і у випадку обробки металу, зазначені операції здатні виконувати складні верстати з ЧПК.

За допомогою обладнання можна виготовляти різні вироби з дерева фрезерним верстатом також можна працювати у таких областях:

• Виготовлення меблів — кухонних гарнітурів, корпусних виробів та іншого.
• Будівництво — створення дерев'яних елементів інтер'єру, сходів, поручнів, наличників.
• Виготовлення різьблених прикрас, сувенірів та елементів декору.
• Виробництво вікон та дверей — створення рам, коробів та декоративних елементів для дверних конструкцій.

Фрезерні верстати дозволяють виконувати різні операції. Однак, щоб обладнання відповідало заявленим очікуванням, необхідно правильно підібрати модель. У тому числі за її технічними характеристиками. Зокрема, розібратися, яка має бути потужність, швидкість обертання фрези, швидкість подачі тощо.

Що таке фрезерування?

Під визначенням фрезерування розуміється процес обробки заготовки, при якому з її поверхні шар за шаром видаляється матеріал, тим самим надаючи їй потрібну форму. Процедура є однією з найпоширеніших операцій при обробці металу, дерева та інших матеріалів. Перед тим як перейти до обговорення питання, які роботи виконують на фрезерних верстатах, потрібно визначитися з основними параметрами та інструментами цієї операції:

• Фреза. Це різальний інструмент, за допомогою якого виконується зрізання матеріалу. Є багатозубчастим інструментом, який обертається навколо своєї осі. Вони бувають різних типів, форми та розмірів. Наприклад, дискові, торцеві, кінцеві.
• Процес різання. Найчастіше заготівля жорстко фіксується на робочому столі, а фреза рухається, обробляючи поверхню майбутньої деталі. Операція зазвичай циклічна, оскільки матеріал знімається за шаром.
• Переміщення. Заготівля зазвичай має можливість пересуватися у двох чи трьох площинах. У першому випадку це прості верстати з невеликим набором операцій. Професійні моделі можуть виконувати об'ємну обробку деталей.

Далі має сенс ще раз коротко згадати види фрезерування:

• площинне;
• торцеве;
• контурне (профільне);
• фрезерування пазів та канавок;
• об'ємне.

Вибір того чи іншого типу залежить від поставленого завдання та можливостей верстата. Часто під час виготовлення складної деталі послідовно виконуються кілька типів відповідних операцій.

Області використання техніки:

• машинобудування;
• автомобільна промисловість;
• деревообробка;
• виготовлення прес-форм та штампів;
• сувенірне виробництво.

Це лише невелика кількість прикладів, де можуть бути використані фрезерні верстати. Насправді вони використовуються повсюдно у місцях, де необхідна та чи інша обробка деталей та/або заготовок із металу, дерева та інших матеріалів.

Принцип роботи на фрезерному верстаті

Незважаючи на складність, техніка, про яку йдеться, виконує однотипні операції з видалення та обробки матеріалу в різних площинах. Параметри технологічних операцій залежать від різних факторів, у тому числі розмір заготівлі, матеріалу, з якого вона зроблена, складності шуканої форми. Зокрема, обороти фрезерного верстата по дереву відрізнятимуться від аналогічного значення для машини по металу або пластику. Однак загальний алгоритм роботи у них однаковий і полягає в наступному:

• Заготівля закріплюється нерухомо на робочому столі. Для цього застосовуються штатні кріплення та/або додаткові струбцини або інші подібні механізми.
• Фреза, що обертається на високій швидкості (різальний інструмент) виконує обробку поверхні заготовки, видаляючи з неї один шар матеріалу за іншим. Процес може відбуватися у 2 або 3 площинах. Від цього залежить складність обробки заготівлі та набір операцій, що виконуються, які може виробляти той чи інший верстат.

Залежно від моделі та її можливостей фреза може працювати у різних площинах та виконувати різні технологічні операції.

Етапи роботи

Перед описом загального алгоритму необхідно уточнити, що він може відрізнятися у різних моделей та поставлених завдань. Однак у загальному випадку він складається з наступних етапів:

• Підготовка обладнання. Верстат повинен бути підключений не тільки до електромережі, а й до системи охолодження за її наявності. Він має бути справним, а кріплення, що утримують заготівлю, надійні.
• Вибір фрези та встановлення фрези. Кожен ріжучий інструмент призначений для виконання завдань не тільки для конкретного матеріалу (дерево, метал), а й для операцій.
• Закріплення заготовки на робочому столі. Залежно від її розмірів та форми цей процес може зайняти різний час. Важливо, щоб заготівля була надійно закріплена та нерухома у процесі виконання технологічних операцій.
• Налаштування робочих параметрів верстата. Цей процес залежить від того, яке керування у машини – ручне чи програмне. У першому випадку вручну виставляється швидкість обертання фрези, швидкість подачі (руху столу), встановлення глибини різання (свердління) та інші параметри. У разі роботи зі верстатами із ЧПК все відбувається простіше. Для запуску роботи необхідно завантажити в пам'ять контролера потрібну програму, якщо її немає, ввести її самостійно. Однак у останньому випадку цим має займатися досвідчений фахівець.
• Запуск та контроль технологічного процесу. Після встановлення всіх налаштувань обладнання запускається у роботу. Алгоритм залежить від поставленого завдання. Для оператора важливо постійно стежити за перебігом технологічної операції для того, щоб не допустити браку або виникнення аварійної ситуації.
• Завершення роботи. Після виконання відповідної операції верстат зупиняється, а деталь демонтується. Далі необхідно перевірити результат – допуски, траєкторії контуру та інші технічні параметри.

Важливо регулярно обслуговувати верстат - виконувати змащення його деталей (де це необхідно), видаляти стружку та сміття, міняти витратні матеріали.

Техніка безпеки під час роботи фрезерним верстатом

Однією з відповідей на питання, яким чином встановлюються фрезерні верстати, буде забезпечення безпеки не тільки оператора, а й співробітників, що його оточують, а також іншого обладнання. При роботі з технікою важливо дотримуватись правил техніки безпеки, оскільки неправильна експлуатація може призвести до серйозних травм, пошкодження заготовок та виходу з ладу верстата. Для початку необхідно підготувати робоче та обладнання:

• У безпосередній близькості до робочого столу не повинно бути сторонніх предметів, які можуть завадити виконанню технологічної операції.
• Перевірка справності обладнання. Особливу увагу потрібно приділити шпинделю та фрезі.
• Обслуговування. Перед запуском потрібно переконатися, що рухомі деталі не мають люфту та обертаються без перешкод.

Під час роботи на фрезерному верстаті важливо користуватися засобами індивідуального захисту:

• Захисні окуляри. Оскільки в процесі роботи утворюється металева стружка, є її попадання в очі оператору.
• Навушники. Деякі моделі (особливо великі) видають значний шум у процесі роботи. У такому випадку необхідно використовувати засоби захисту слуху.
• Рукавички. Їх потрібно використовувати при встановленні (заміні) фрези та деталі. При роботі верстата користуватися рукавичками заборонено, оскільки існує ризик захоплення тканини елементами, що обертаються.
• Захисний одяг. Вона необхідна для запобігання потраплянню на чистий одяг технологічних рідин та його механічного пошкодження. Захисний одяг не повинен мати елементи, що вільно стирчать.
• Маска. Якщо в процесі роботи утворюється металевий або дерев'яний пил, необхідно використовувати протипилову маску.

Перед роботою обов'язково потрібно перевірити цілісність фрези (відсутність на ній сколів, пошкоджень та значного зносу). При фіксації заготівлі на робочому столі слід дотримуватись наступних правил:

• Затискачі та струбцини повинні бути справними та забезпечувати надійну фіксацію деталі.
• На початку операції необхідно перевірити, чи не рухається заготовка під впливом фрези.
• Не дозволяється тримати вручну навіть маленькі деталі під час їх обробки фрезою.

Ще кілька важливих правил безпеки під час роботи на фрезерному верстаті:

• Ні за яких обставин не можна торкатися до фрези, що обертається, або оброблюваної заготівлі.
• Не можна залишати обладнання без нагляду, навіть на короткий час.
• Якщо конструкцією верстата передбачені захисні кожухи та екрани, їх використання обов'язково. При необхідності також можна зробити спеціальну огорожу області, де працює верстат з тим, щоб уберегти людей, що знаходяться поруч, та обладнання.
• У процесі роботи слід стежити за рівнем шуму та вібрацій. Їх різке зростання може свідчити про частковий і навіть повний вихід верстата або його окремих частин з ладу.
• Не можна перевантажувати фрезу. Навантаження на неї повинно відповідати технологічним картам та вимогам щодо виконання тієї чи іншої заданої операції.
• Працювати треба за хорошого освітлення. При необхідності необхідно встановити додаткове джерело світла.

Повний перелік правил з техніки безпеки наведено у технічній документації. Окремі моделі можуть мати додаткові вимоги та нюанси експлуатації.

Підбиваємо підсумки

Фрезерний верстат по металу або дереву — досить складне обладнання, яке може використовуватись у різних сферах виробництва. Залежно від моделі воно може бути використане на підприємствах, фабриках, приватних майстернях та домашньому господарстві. Складність виконуваних операцій залежить від призначення та можливостей верстата. Навчитися працювати на ньому нескладно, але при цьому важливо дотримуватися рекомендацій виробника, а також дотримуватися інформації з технологічних карт.