Фрезерование представляет собой механическую обработку, при которой режущий инструмент (вращающаяся фреза) снимает слой материала с заготовки, движущейся (относительно фрезы) возвратно-поступательно. В современных фрезерных станках с ЧПУ инструментальная головка (шпиндель с закреплённой фрезой) обладает тремя степенями свободы: перемещается в плоскости стола с заготовкой (вдоль по координате Х и поперёк — по Y), а также перпендикулярно столу (по координате Z), то есть «вглубь» заготовки.
Таким образом, режущий инструмент может совершать сложные движения и осуществлять фигурную обработку заготовки. Применительно к фрезерованию древесины, на станке можно изготавливать предметы мебели, фасады, декоративные накладки, резной декор, лестницы, балясины, консоли, панно и колонные, багеты и т. д. — ассортимент продукции чрезвычайно широк. Основные достоинства программно-управляемого станка — скорость и точность — позволяют обрабатывать контуры и объёмы деревянных заготовок разнообразной сложности. Процесс фрезерования выполняется автоматически, по заданной программе. В качестве программы используется графический файл — можно быть совершенно уверенным, что в результате обработки получится именно то, что видно на экране компьютера.
Процесс снятия стружки
Фрезерование деревянных заготовок обычно производится в три этапа: один-два черновых прохода, когда цилиндрическая концевая фреза снимает значительный слой материала (припуск на обработку), и завершающий чистовой проход — когда концевая сферическая или конусная фреза обеспечивает требуемую чистоту поверхности. При обработке древесины фреза должна иметь возможность, подобно буравчику или сверлу, сравнительно глубоко погружаться в материал. Во избежание засорения и поломки фрезы, стружка должна отводиться быстро, и тем интенсивнее — чем больше скорость обработки. Глубокие пазы рекомендуется «проходить» в несколько этапов. Поскольку обработка древесины приводит к обильному образованию стружки и мелкой пыли, рекомендуется использовать систему улавливания стружки — во избежание загрязнения подвижных деталей и выхода станка из строя.
Обработка твёрдых пород дерева
Твёрдыми породами древесины считаются бук, ясень, акации и ряд других. Изделия из этих материалов обладают достаточной прочностью и долговечностью, а их фактура определяет привлекательный внешний вид готового изделия. Скорость фрезерования, особенно при черновых проходах, может устанавливаться высокой. Однако её чрезмерное увеличение ведёт к задирам волокон и ухудшению качества поверхности (что может и не быть ликвидировано при последующей чистовой обработке). При работе с древесиной твёрдых пород всегда следует учитывать, происходит ли резание вдоль волокон, или поперёк (так называемое попутное, или встречное) — особенно при фрезеровании пазов. Существуют специальные фрезы, позволяющие нивелировать это отличие, но лишь частично. Энергетические затраты на фрезерование твёрдой древесины оказываются выше, что может отразиться на стоимости готовых изделий.
Обработка мягких пород древесины на станке с ЧПУ обладает рядом особенностей.
Во-первых, программа обработки получается довольно сложной. Она должна содержать множество вложений (до нескольких сотен!) для точного определения позиций фрезы на каждом этапе обработки. Скорость фрезерования устанавливается минимальной, производительность выпуска также снижается. Во-вторых, несмотря на общую точность станочного комплекса, фреза имеет неизбежный люфт и получения острых граней, вершин (характерных для геометрической резьбы по дереву) получить невозможно. Кроме того, обработка мягких пород приводит к образованию мельчайшего ворса, который следует своевременно удалять во избежание нарушений геометрии рисунка.
Тем не менее, выполнить качественную рельефную или скульптурную резьбу в автоматическом режиме на станке с ЧПУ возможно. Для этого необходима точная 3D-модель готового изделия, на основании которой в таких программах как ArtCAM, SprutCAM и пр. создаётся программа обработки для станка. Сложную трёхмерную модель изделия можно создавать в программах 3DMax, Rhinoceros и пр., или воспользоваться съёмкой прототипа с натуры при помощи лазерного трёхмерного сканера.
Чистовая обработка дерева
При переходе от чернового к чистовому фрезерованию необходима переналадка станка — замена фрезы для достижения требуемой чистоты поверхности. Производительность при чистовой обработке может снижаться в десятки раз — как из-за малых скоростей резания, так и за счёт необходимых затрат времени на остановку и смену инструмента. Соответственно увеличивается и стоимость готового изделия — за счёт увеличения станочного времени и повышенных трудозатрат на разработку программы.
Гравировка древесины
Гравировкой называется процесс нанесения рисунка, орнамента, надписи на поверхность заготовки из дерева или иного материала. Гравировка может осуществляться как сферической фрезой (имеющей малые вибрации при работе и дающей чёткий контур), так и специальными граверами. Конический гравер предназначен для нанесения U-образной гравировки (в том числе текста) и обработки трёхмерных объектов, содержащих множество мелких деталей рисунка. В обработке трёхмерных изображений существует самостоятельный дизайнерский стиль, так называемая V-гравировка. Для её осуществления применяется специализированная фреза — V-гравер.
При чистовой фрезеровке гравером твёрдых пород древесины, поверхность получается полированной и больше не требует дополнительной обработки. Нетрудно догадаться, что каждый вид обработки, помимо специальных фрез, требует особых скоростей и режимов резания. Однако для автоматического станка с ЧПУ их изменение не представляет никаких трудностей.