вести 3-х координатную обработку заготовок — с высокой скоростью и точностью. Большинство моделей фрезерных станков с ЧПУ имеют консольную конструкцию: горизонтальный стол (для размещения и закрепления обрабатываемой заготовки), подвижный инструментальный портал, скользящий вдоль горизонтальных направляющих рабочего стола, шпиндель, способный перемещаться вдоль поперечной балки инструментального портала и подниматься вверх/вниз относительно рабочего стола.
Таким образом, режущий инструмент имеет возможность перемещаться над закреплённой заготовкой согласно маршруту обработки, заложенному в управляющую программу. Файлы управляющей программы загружаются в память контроллера ЧПУ, который формирует на базе строк кода управляющие импульсы для исполнительных механизмов — электродвигателей инструментального портала.
Физически, принцип обработки заготовок резанием заключается в воздействии острого клина режущего инструмента (фрезы) на обрабатываемую плоскость заготовки. Срезаемый материал в виде стружки отводится спиральными канавками фрезы. При этом геометрия фрезы (в особенности — режущего клина) оказывает решающее влияние на параметры обработки и итоговое качество готового изделия. Для этого взаимное расположение фрезы и заготовки должно иметь определённый вид — фреза входит в плоскость заготовки строго по нормали к поверхности.
Это накладывает определённые ограничения на форму обрабатываемой заготовки выпуклые или вогнутые поверхности большого радиуса (их надёжное крепление на ровной поверхности рабочего стола является отдельной проблемой!). При обработке краёв таких заготовок обязательно появятся искажения. Чтобы решить эту проблему, разработаны специальные приспособления для установки на фрезерный станок с ЧПУ.
Поворотное устройство
Поворотное устройство для фрезерных станков с ЧПУ представляет собой зажимной механизированный патрон с собственным электродвигателем и поджимной вращающийся центр. Патрон и центр устанавливаются в стандартные пазы рабочего стола — и могут раздвигаться/сдвигаться на нужное расстояние, позволяя зажать цилиндрическую или сферическую заготовку любой длины и определённого диаметра (в зависимости от типоразмера поворотного устройства). Таким образом, заготовка оказывается закреплённой так, что её продольная ось параллельна плоскости рабочего стола (подобное крепление также используется на станках токарной группы). Поворотное устройство подключается к системе ЧПУ фрезерного станка и получает от микроконтроллера соответствующие команды на вращение заготовки вокруг своей продольной оси. В то же время, инструментальный портал перемещает шпиндель и фрезу над поворотным устройством в двух направлениях (вдоль оси заготовки и вертикально). Поперечное движение портала автоматически заменяется системой ЧПУ на поворот заготовки вместе с зажимным патроном — в результате фрезерный станок с ЧПУ осуществляет ту же 3-х координатную обработку, но уже по криволинейной поверхности.
Таким образом, для обработки сферических или цилиндрических заготовок (например, колонн, балясин, посуды, сувенирных фигурок и т. п.) не требуется «кустарной» переделки фрезерного станка. Большинство производителей оборудования с ЧПУ выпускают поворотное устройство в качестве дополнительного оборудования. Единственным требованием для его установки на фрезерный станок является наличие достаточного пространства под фрезой (требуется определённая высота инструментального портала).
Программные модели для обработки тел вращения
Как отмечалось выше, установка поворотного устройства не требует каких-либо переделок фрезерного станка. Точно так же не требуется перепрограммирование системы ЧПУ — управляющие файлы для работы с заготовками в виде тел вращения ничем не отличаются от файлов для «плоских» заготовок.
Однако для обеспечения высокого качества готовых изделий и их полному соответствию математической модели изделия (и, следовательно, желаниям заказчика) необходимо соблюдать ряд нюансов при составлении управляющих программ на обработку. Во-первых, не все CAM-программы допускают пространственный расчёт обработки тел вращения. Некоторые довольно популярные пакеты (например, ArtCam) просто обрабатывает тело вращения как плоскость, соответствующими математическими преобразованиями «разворачивая» криволинейный рельеф. На практике это может существенно ограничить или усложнить воплощение некоторых моделей (особенно когда зона обработки пересекает ось вращения заготовки), или привести к наличию «шва» — едва заметной необработанной области в осевой плоскости заготовки.
Во-вторых, качественная обработка изделий в виде тел вращения требует более точной механики, чем «плоское» фрезерование, а также высокой жёсткости станка в целом. Плюс необходима тонкая калибровка поворотного устройства, настройка скорости движения портала под конкретный диапазон режимов обработки. Подобрать эти значения, как правило, можно лишь экспериментальным путём. А значит, на этапе освоения обработки тел вращения нужно быть готовым к возможному изготовлению некоторого количества пробных изделий.
В-третьих, для сохранения управляющей программы следует использовать специальный постпроцессор, оптимизированный не только под конкретную модель фрезерного станка, но и для работы с поворотным устройством.
Ограничения для 4-х и 5-ти координатной обработки
Нередко бывают случаи, когда пользователь, столкнувшись с трудностями при 3-х координатной обработке, считает что все проблемы решит более «продвинутое» оборудование (4-х или даже 5-ти координатной фрезерный станок с ЧПУ). Однако стоимость подобных станков довольно высокая. Для создания маршрута обработки требуется более сложное программное обеспечение, а результат производства изделий всё так же будет зависеть от опыта и умения персонала. Порой гораздо ценнее освоить производство нужных изделий на более «скромном» оборудовании (тех же 3-х координатных фрезерных станков с ЧПУ, оснащённых поворотным устройством или же без него), воспользовавшись советами «бывалых» операторов-технологов фрезерного оборудования с ЧПУ.