Обработка дерева на чпу

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 19.09.2024

Фрезеровка – это один из основных способов обработки твердых материалов для придания деталям нужной формы. Для металлообработки есть множество других распространенных способов – литьё, ковка, резка разными способами, штамповка, обточка. Для деревообработки фрезерование иногда единственный способ вырезать нужную деталь или сделать выборку нужной формы не вручную.

Что такое фрезерная обработка

В принципе, ручную резьбу по дереву условно можно отнести к фрезерованию. Но есть четкое различие – фрезеровкой называют только те виды обработки, которые проводятся с помощью вращающейся фрезы на ручных или стационарных станках.

Если исключить другие простые приемы деревообработки – пиление, теску, строгание, сверление, то в деревообработке остаются два основных направления.

токарная обработка – резьба вращающейся детали для придания нужной формы диаметру детали;
фрезерование – формирование линейных (не радиальных), продольных форм.

Область применения фрезерованных деталей безгранична. Такие детали можно встретить во многих сложных современных изделиях. Операция достаточно трудоемкая, но иногда её нечем заменить. Литье или штамповка не даст точных размеров, или этими способами невозможно изготовить такие сложные форматы. Единственным способом остается фрезерование.

Основные технологические этапы

Все работы по фрезеровке начинаются с определения размеров будущей детали или изделия.

При фрезеровке ручным инструментом, в основном в деревообработке, чаще всего работают без чертежей и даже эскизов. Достаточно представлять и понимать нужный результат, определиться с размерами. На фото ниже – простейшая фрезеровка по дереву, скругление кромки:

В промышленном производстве обязательно используются чертежи будущего изделия. Поэтому станочник-фрезеровщик должен уметь не только работать на станке, но и читать чертежи. Требуется и достаточно высокая квалификация станочника.

При работе на современных станках с ЧПУ требуются электронные версии чертежей и соответствующее ПО. Здесь ручные навыки станочника отходят на второй план. А самым важным становится компетенция в современных компьютерных системах. Хотя навыки ручной работы также требуется – нужно установить фрезу, разместить заготовку, контролировать процесс обработки.

После определения размеров при любом виде фрезерования подбирается и устанавливается подходящая фреза. Заготовка размещается на рабочем столе и происходит собственно обработка.

Виды фрезерования на станках

Разделяют три основных вида фрезерования.

Концевое. Имеет название от используемой концевой фрезы с режущим торцом (концом). Применяется для выборки прямоугольных пазов, криволинейных отверстий и окон, карманов и ниш разного назначения.
Торцевое. Это обработка больших поверхностей цилиндрическими фрезами с прямыми, достаточно большими режущими кромками. Обрабатываются кромки, боковые и горизонтальные поверхности и торцы заготовок, потому операция называется торцевой фрезеровкой.
Фасонное. Самый сложный вид обработки. С его помощью изготавливают изделия любой конфигурации. Это могут быть спиральные зубцы червячной передачи, фигурная выборка деревянного плинтуса или перил. Применяются фрезы самых разных профилей, в том числе сборные модульные.

В металлообработке иногда к фрезерованию относят резку металла с помощью фрезы. Но такая операция может выполняться большим множеством разных способов как в металло, так и в деревообработке, поэтому операция относится к фрезеровке условно.

Станкостроение сегодня предлагает сотни вариантов самых разных станков с ЧПУ для обработки любых материалов. От самых маленьких для небольших домашних мастерских, до мощных для промышленного производства.

Основные серии таких станков:

легкие;
профессиональные;
промышленные;
специальные.

Легкие (среди них наилегчайшие) стоят от 150 тыс. руб.

Профессиональные – это промежуточный вариант между легкими и промышленными вариантами. К ним относятся и фрезеро-гравировальные станки по дереву стоимостью от 200 тыс. руб. до 600 тыс. руб.

Промышленные — для поточного производства, стоят более 1 миллиона руб.

Специальные чаще всего конструируются индивидуально под конкретные задачи и детали. Такими являются станки для фрезеровки камня, а также небольшие сверхточные для ювелирных изделий.

3D-фрезеровка

Современные 3-6 осевые 3D станки с ЧПУ вывели такой способ обработки разных материалов на принципиально новый уровень. Сегодня нет деталей, которые не могут сделать такие станки. С их помощью делают даже скульптуры.

Самые важные моменты – правильный подбор фрез для разного материала и соответствующее ПО. На рынке есть как бесплатное ПО, в том числе с открытым кодом для возможной доработки, так и платные пакеты, созданные специально для изготовления конкретных деталей и задач.

Основные стандарты ПО: CAM System и система CAD

Как вариант, предлагаются программы для бесплатного тестирования в течение месяца.

Возможности такого станка в деревообработке можно увидеть в следующем видео:

Оборудование

Основное оборудование, разумеется, сам фрезерный станок или ручной фрезер.

Основные комплектующие – фрезы разного назначения и профиля. Однако не существует технологических линий и маленьких производств, состоящих только из одного станка.

Перед тем, как заготовка попадает на обработку, чаще всего её готовят на другом оборудовании.

форматно-раскроечные станки; или ручные дисковые пилы;
газовая резка или лазерная резка металла.

Иногда требуется подготовить заготовку и по толщине. Тогда её подгоняют под нужный размер на следующем оборудовании:

древесина – обрезка на циркулярных станках или ленточных пилах, строгание на фуговальном станке или рейсмусе;
металл – обрезка по толщине разными способами, предварительная черновая фрезеровка.

Стационарные станки

Кроме вышеописанных современных станков с ЧПУ, которых большое множество, есть также более простые варианты.

Это простейшие фрезерные станки по дереву, состоящие из стола, двигателя, вала посадки фрезы и направляющей для ручной подачи заготовки. А также вариант с установкой ручного фрезера в стол в перевернутом состоянии.

Более сложные – промышленные фрезерные станки для дерево и металлообработки. Могут иметь автоматическую подачу заготовок, регулирование положения фрезы, позиционирование заготовок и т.д. Достаточно много таких старых станков, выпушенных до 21 века, до сих в рабочем состоянии. Хотя их остается все меньше.

Ручные фрезеры

собственный электродвигатель;
вращающийся шпиндель с креплением для разных фрез;
рабочая площадка с регулировкой глубины погружения фрезы.

Этот инструмент предназначен для ручных работ, потому сравнивать его с крупными промышленными станками нет смысла. Со своими задачами ручной фрезер справляется в полной мере. Более того, он имеет свой ряд преимуществ перед стационарными вариантами:

мобильность, возможность работы в любом месте;
возможность обрабатывать крупногабаритные заготовки, которые не умещаются на рабочий стол стационарных станков;
огромная многофункциональность. В отличие от специальных станков, ручным фрезером можно выполнять все основные операции по фрезерованию мягких материалов;
доступность по цене. Стоимость ручного фрезера в десятки, иногда в сотни раз меньше стоимости стационарных станков;
компактность. Для работы и хранения этого фрезера не требуется больших площадей. Когда им не работают, его просто убирают в сторону, освобождая площадь.

Современные производители предлагают самый широкий выбор такого инструмента разной мощности, от 350 Вт до 2500Вт.

Кроме универсальных, есть также модели специального назначения – ламельные, кромочные, присадочные.

Фрезы

Эта небольшая деталь имеет огромное значение. Станок только обслуживает её работу, а непосредственно обработку материала выполняет именно фреза. Поэтому качество обработки зависит во многом от фрезы. При наличии сотен разновидностей фрезерных станков, различных фрез применяются тысячи разновидностей. Главное отличие по трем параметрам:

Способ крепления. Насадные фрезы имеют отверстие посередине и насаживаются на шпиндель (вал) станка. На фото – насадная фреза для деревообработки со сменными ножами:
Фрезы с хвостовиками зажимаются в цангах. На фото, набор таких фрез для ручного фрезера:
Профиль. Применяются простые, прямые и профильные фрезы самой разной конфигурации. Насадки с прямыми режущими гранями применяются для выборки таких же прямых углублений. Профильные формируют на заготовке выборку, повторяющую профиль самой фрезы.

Исключение составляют 3D станки с ЧПУ. Они вырезают сложные профили и рельефы простой тонкой концевой фрезой. Профили на детали формируются за счет подвижности самой фрезы в трех координатах.

На 4-6 осевых станках фрезы перемещаются не только по вертикали и горизонтали, но еще и могут наклоняться.

Фрезерование материалов

Материал фрезы должен быть прочнее обрабатываемого материала. Если для мягких материалов это не проблема, то в металлообработке для изготовления фрез используются специальные сверхпрочные сплавы. Некоторые станки оснащены системой смазки обрабатываемой поверхности и фрезы масло-водяной эмульсией. Она смазывает место реза, удаляет мелкую стружки и охлаждает фрезу.

Дерево

Это мягкий материал. Его обрабатывают как ручными фрезерами, так и мощными индустриальными станками.

Ручным фрезером можно делать практически все виды фрезерных работ, но в небольших объемах.

На промышленных станках поточно делается погонаж – вагонка, половая доска с соединением паз/шип, плинтуса, уголки, круглые изделия за два прохода полукруглой фрезой и т.д.

Фанера

Фанерные листы – это крупногабаритный материал небольшой толщины. Иногда требуется фрезеровка кромок, вырезка несквозных и сквозных орнаментов, криволинейных или прямых линий. Для работы с большими листами лучше подходят ручные фрезеры. Лучше передвигать небольшой инструмент относительно листа, чем громоздкий лист относительно стационарного фрезера.

Для фанеры используются универсальные фрезы (твердое дерево, фанера, МДФ и т.д.). Твёрдые клеящие смолы фанеры могут быстрее затупить фрезу, чем при работе с деревом. Поэтому лучше использовать качественные фрезы из более твердых сплавов.

Мебельный щит

Мебельный щит – это древесина, склеенные между собой деревянные брусья. Обрабатывается так же, как дерево. Если лист крупногабаритный, лучше использовать ручной фрезер, как и в случае с большими листами фанеры.

МДФ, ОСП, ламинированное ДСП (ЛДСП) и простое ДСП

Это схожие по структуре дерево содержащие материалы. В их основе измельченная древесина, опилки или стружки, спрессованные и склеенные под давлением при определенной температуре клеящими смолами. Отличие в размерах частиц древесины и способе изготовления. Фрезеруются так же, как фанера. Используются либо универсальные, либо специальные для таких материалов фрезы.

Крайне нежелательно допускать перегрева фрезы, чтобы предотвратить горение клеящих смол, древесины и выделения едкого дыма. Перегрев фрезы возможен при слишком быстром перемещении фрезы, слишком сильных оборотах или при затупившейся режущей кромке фрезы.

Металл

Для обработки металлов используют промышленные стационарные станки, в том числе с ЧПУ и ЧПУ 3D. Последние отличаются тем, что могут сделать деталь полностью за один раз. Если на простых станках приходится часто менять положение заготовки, или использовать разные станки, то современный станок ЧПУ 3D может вырезать деталь сразу, согласно заложенной программе. Выпускаются десятки разновидностей таких станков и сотни видов различных фрез.

Сталь

Прочный металл, когда требуется снять значительную толщину, это делается понемногу за несколько проходов. Изготовление одной сложной детали на станках ЧПУ 3D может занимать много времени.

Пример деталей, которые изготавливают на таких станках из стали и сплавов:

Мягкие металлы: алюминий, латунь

Алюминий, латунь, медь, бронза относятся к мягким металлам и сплавам. Обрабатываются таким же способом на тех же станках, что и сталь. Единственное отличие – выше скорость обработки, за один проход возможно снять более толстый слой, чем у стали. Меньше изнашиваются фрезы.

Титан

Обработка титана несколько отличается. Этот металл плохо поддается обработке. Из-за высокой химической активности титан налипает на резец, что тормозит работу и изнашивает фрезу. Титан плохо проводит и отводит тепло, потому место реза быстро перегревается. Этот металл режут с обязательно подачей СОЖ (смазочно-охлаждающая жидкость), иногда под давлением.

Керамогранит и мрамор

Эти материалы, кроме прочности, обладают высокими абразивными свойствами – способностью быстро стирать фрезу. Поэтому для их обработки важно использовать специальные фрезы:

поликристаллические алмазные;
прессованные (цельноспеченные) алмазные;
с алмазным напылением;
твердосплавные (никель, карбид вольфрама, кобальт).

Для обработки камня используются станки разной конструкции и мощности. От министанков для изготовления ювелирных изделий до крупных промышленных для обработки элементов архитектуры.

Работа станка ЧПУ по камню:

Оргстекло

Относится к мягким материалам. Возможна обработка универсальными фрезами (дерево, пластик, оргстекло) или специальными. Главная проблема при резке – плавление материала и склонность к растрескиванию. Поэтому:

Фреза должна быть острой, тупая из-за сильного трения склонна к перегреву.
Требуется выбрать оптимальные обороты фрезы.
Чтобы избежать трещин, материал снимают тонкими слоями.

ЦСП (цементно-стружечная плита)

Этот материал не относится к отделочным. Иногда его применяют как внутристеновой в каркасном строительстве или как утеплитель на потолочных перекрытиях. Структура грубая и рыхлая. Поэтому при монтаже, фрезеровка ЦСП практически не требуется. Иногда в ЦСП вырезают монтажные ниши (круглые под электро розетки, включатели, прямоугольные под коммуникации и т.д). Для этого используются твердосплавные коронки на дрелях, диски по камню на УШМ, лобзики и пилки с алмазным напылением.

Сам материал мягкий, так как в основе древесная стружка. Но цемент – сильнейший абразив и способен быстро стереть режущие кромки из недостаточно прочных сплавов.

ЦСП фрезеруют во время производства на промышленных станках. Это один из этапов технологии. Как это происходит, можно увидеть на следующем видео:

Гипсокартон

Это мягкий материал. При монтаже фрезеруют ручным фрезером, а кромку срезают обычным рубанком по гипсокартону. Применяются любые фрезы, устойчивые к истиранию гипсом. В листах гипсокартона часто приходится делать длинную выборку (пазы) например, когда нужно утопить в них несущую планку. Так же требуется монтажные ниши и проемы под электрику, провода, коммуникации. Как фрезерует гипсокартон, полно и наглядно показано на следующем видео:

Выше описаны способы фрезерования в общих чертах, с некоторыми моментами. Узкая специализация каждой технологии несравнимо обширнее. Фрезерованию металла посвящены учебники и научные работы. Практические навыки работы с ручными фрезерами также изложены в многочисленных источниках. В целом, фрезерование – это вид обработки материалов, который позволяет сделать практически любую деталь, и без которого трудно представить современную цивилизацию.

Фрезеровка дерева на станках с ЧПУ производится следующим образом: заготовка устанавливается на рабочий стол фрезера, задается начало координат и после этого станок начинает свое движение и фрезой производит обработку материала.

В самом простом варианте фрезерный станок с ЧПУ имеет возможность перемещаться по трем координатам:

лево-право,
перед-назад,
верх-низ.

Для более сложных задач могут использоваться станки, которые имеют большее количество степеней свободы, некоторые могут поворачивать шпиндель с фрезой, другие поворачивают сам стол, на котором находится заготовка. Увеличение степеней свободы (4-х или 5-ти координатные фрезерные ЧПУ) приводит к тому, что на станке могут быть обработаны детали более сложной формы и имеющие обратные уклоны. Однако в некоторых случаях возможно производство изделий с обратными уклонами и на 3-х координатном станке, для этого деталь либо разбивают на части и после обработки собирают, либо переворачивают её на столе и обрабатывают за несколько раз.

Виды фрезеровки

ЧПУ фрезеровка может проходить в одной плоскости – вырезка из листа и гравировка, либо быть объемной – 3D фрезеровка по дереву. Если первый процесс обычно проходит с применением одного инструмента, то второй делится на несколько стадий: от черновой до финишной обработки.

Под каждый из этапов подбирается необходимый инструмент, который обеспечит наименее длительный процесс обработки, но в тоже время не допустит ухудшения качества поверхности будущего изделия. На этапе черновой обработки выбирается фреза большего диаметра, способная за один проход снять большое количество материала, именно на этом этапе снимается большее количество дерева. Программа для черновой обработки пишется с некоторым запасом по линейным размерам, это позволяет оставить минимальное количество материала, для дальнейшей чистовой обработки. Чистовая обработка проходит более мелкой фрезой с низкой скоростью, чтобы обеспечить необходимую шероховатость поверхности.

Опилки при фрезеровке

Процесс обработки дерева связан с образованием большого количества опилок и пыли. Древесная пыль очень легкая и быстро поднимается в воздух, постепенно оседая на всех окружающих предметах. Для удаления этой пыли на станках с ЧПУ используют специальные аспирационные системы, которые убирают пыль в момент её появления. Остатки пыли удаляются оператором вручную с помощью специального пылесоса. При резке на большую глубину или при гравировке, стружка в узком пазу может скапливаться и дополнительно перегревать фрезу, для этого такую обработку рекомендуется проводить за несколько проходов с удалением стружки после каждого.

Ворсистость древесины Существуют и нюансы, связанные со структурой самого дерева. Т.к. древесина состоит из очень мелких волокон, то при фрезеровке некоторая их часть распушается, на поверхности образуется ворс. Этот ворс достаточно сложно убрать, а иногда он даже может испортить всё изделия, особенно ярко это выражено при работе с мягкими породами дерева (ольха, липа, сосна). Его обработка осуществляется вручную, изделие до нужной шероховатости доводит моделист. Тоже самое и с годичными кольцами дерева. Подбор инструмента также зависит от породы дерева. В целом гораздо проще работать с твердыми породами дерева такими как дуб, бук, ясень. Изделия из них получаются более долговечными.

Ворсистость древесины

Существуют и нюансы, связанные со структурой самого дерева. Т.к. древесина состоит из очень мелких волокон, то при фрезеровке некоторая их часть распушается, на поверхности образуется ворс. Этот ворс достаточно сложно убрать, а иногда он даже может испортить всё изделия, особенно ярко это выражено при работе с мягкими породами дерева (ольха, липа, сосна). Его обработка осуществляется вручную, изделие до нужной шероховатости доводит моделист. Тоже самое и с годичными кольцами дерева. Подбор инструмента также зависит от породы дерева. В целом гораздо проще работать с твердыми породами дерева такими как дуб, бук, ясень. Изделия из них получаются более долговечными.

Покрытие древесины после фрезерования

Дерево легко впитывает влагу и сохнет, меняя свою геометрию. Уже после фрезеровки изделия его может покоробить, что чаще всего является недопустимым. Чтобы этого не произошло, деревянные заготовки и изделия должны хранится при постоянной низкой влажности.

Еще один важный процесс – нанесение покрытия, которое служит сразу для нескольких целей:

1. Защищает древесину от влаги.

2. Предаёт изделию гладкость поверхности, убирает микронеровности.

3. Создает слой, который защищает деталь от внешних механических воздействий.

Покрытия для разных целей могут применяться разные: краски, лаки, грунтовки.

Фрезеровка древесины на станках с ЧПУ обеспечивает высокую точность изготовления и хороша при производстве серийных изделий: детали делаются по одной программе и имеют отличную повторяемость. Часто визуально нет возможности отличить произведено изделие на ЧПУ фрезере или же сделано вручную.

Применение 3D-фрезеровки по дереву

Фрезеровка дерева на заказ применяется для следующих видов работ:

1. Изготовление модельной оснастки – вакуумная формовка, литейная оснастка.

2. Производство рам, наличников.

3. Мебель, предметы декора.

4. Рекламная и сувенирная продукция.

Область применения очень обширна и ограничивается только вашим воображением. Деревянные модели применяются и в тяжелом машиностроении и для изготовления игрушек.

Как сырье для фрезерных работ можно использовать практически все твердые материалы, в том числе и древесные: саму древесину разных пород, фанеру, ДСП, ДВП, МДФ.

Профессиональная фрезеровка по дереву

Мода на экологичные отделочные материалы, мебель, декор делает услуги по обработке древесины очень востребованными.

Большая часть заказов на работы по дереву на ЧПУ станках приходится на мебельное производство.

Дерево – универсальный материал, его цвет и текстура не выходит из актуальных трендов на протяжении веков, меняется только дизайн. Кроме того древесина имеет отличные эксплуатационные характеристики: прочность, твердость, устойчивость к влаге и др.

Этот материал прекрасно декорируется – его можно окрасить, покрыть специальными маслами, эмалями или состарить.

Но, несмотря на то, что можно работать с любой породой, все же существуют ограничения, а также способы обработки той или иной породы.

Только представьте, что на работу, которую мастер выполнял за несколько дней, теперь достаточно 6–8 часов… Это стало доступным за счет появления станков с ЧПУ. Сокращены сроки изготовления резной мебели и утилитарных предметов — в несколько раз. Впрочем, этим область применения новой технологии не ограничена.

Фрезеровка древесины востребована при изготовлении предметов обстановки, лестниц, иконостасов, наружной и внутренней рекламы, элитной упаковки и многих других изделий:

производство резного обрамления зеркал, часов, предметов быта;
оформление магазинных витрин и торговых залов;
изготовление интерьерного декора;
выпуск сувенирной продукции.

Вместо скучных серийных продуктов потребители получают оригинальные вещи, один взгляд на которые доставляет массу приятных эмоций.

Что такое фрезерование

Фрезерование — механическая обработка древесины, которая заключается в снятии верхнего слоя с заготовки. Рисунок на поверхности образуется за счет постоянного поступательно-возвратного движения инструментальной головки, которая может смещаться по горизонтали или вертикали. Управление режущим инструментом происходит с помощью микропроцессора и загруженной в него программы.

Станки с ЧПУ востребованы в производстве декоративных накладок из дерева, резных украшений, в том числе ажурных, балясин, панно и барельефов, колонн и многих других изделий. Основные плюсы — исключительная точность обработки и высокая скорость. Особенность: предварительно необходимо подготовить графический файл, необходимый для управления работой режущего инструмента.

Специфика фрезеровки древесины на станках с ЧПУ

Для получения качественной продукции необходимо брать хорошо просушенное сырье, влажность которого не выше 20 %. Если не соблюдать это условие, появятся трещины, древесина покоробится. Чтобы результат оправдал ожидания, мало загрузить программу и запустить станок — надо хорошо понимать структуру породы и ее особенности.

Так, наибольшее сопротивление инструмент встречает при торцовой резке, минимальное — при радиальном, опять же, тут есть исключение — береза. Твердость материала зависит еще и от влажности, так, чем она выше, тем мягче. Всегда ли надо отдавать предпочтение твердым породам? Все зависит от изделия. Так, для лестниц, дверей и других конструкций, на которые оказывается нагрузка, лучше брать дуб, ясень, лиственницу, для декоративной продукции подойдет ель, осина, ольха или тополь.

Погрешность при обработке на фрезеровальном станке с ЧПУ — всего 0, 5 мм.

При обработке древесины с применением этой технологии исключены такие дефекты, как обугливание или появление нагара. Изделие точно соответствует загруженному в ПК эскизу. Это крайне важно при изготовлении большого количества одинаковых элементов: колонн, балясин, накладок и других.

Станки с ЧПУ по дереву – это технические устройства, работающие с помощью числового программного управления. Если назвать их роботами, ошибки не будет, ведь это, действительно, автоматизированная роботизированная техника. И она очень упростила жизнь тем, кто привык работать с деревом и достигать в этом совершенства.

Общее описание

А если все упростить, то станок с ЧПУ – это техника на компьютерном управлении. И зависим процесс обработки от двух важных составляющих, CAD и CAM. Первое означает автоматизированное проектирование, а второе – автопроизводство. Мастер, пользующийся CAD-программой, создает дизайн объекта в трехмерном измерении, и это объект должен сделать агрегат. А вот CAM-программа позволяет превратить виртуальную модель, созданную на первом этапе, в реальный объект.

Современные ЧПУ-станки впечатляют высокой точностью воспроизведения, они работают быстро, что выгодно сказывается на сроках поставок. Для рынка, который все время вынуждает думать о конкурентах, это очень важно.

Что это за станки – их огромное количество, сюда входят и лазерные резаки, и фрезеры, и токарные станки, и водорезы, и плазмотроны, и граверы. Даже 3D-принтер можно включить в этот список, хоть и условно, все же различия в аддиктивном и экстрактивном производстве существенны. Станок ЧПУ – это настоящий робот, он именно так и работает: ему представляют инструкции, а он их анализирует и, собственно, делает.

Грузится код, оператор машины проходит тест (это нужно, чтобы исключить ошибки в коде). Когда отладка завершится, программа войдет в постпроцессор, и он преобразит ее в еще один код, но уже понятный машине. Это называется G-код. Он-то и есть тот управленец, который руководит всеми параметрами операции начиная от координации и заканчивая скоростными показателями работы инструмента.

Читайте также: