В современной металлообрабатывающей промышленности ручное фрезерование и фрезерование с ЧПУ являются важнейшими процессами, которые позволяют квалифицированному машинисту вырезать и формировать заготовку в высокоточный компонент или изделие. Независимо от того, используется ли ручной или фрезерный станок с ЧПУ, машиностроительные предприятия выбирают из двух основных типов фрезерных станков: вертикального и горизонтального.
В этой статье мы сравним горизонтальные и вертикальные фрезерные станки, чтобы лучше понять их различия и назначение.
На любом из этих станков материал снимается с заготовки с помощью концевой или другой фрезы, закрепленной в головке. В отличие от токарного станка по металлу, где деталь вращается, а режущий инструмент закреплен, у фрезерного станка режущий инструмент вращается в шпинделе. В то же время деталь закрепляется на рабочем столе в установленных тисках или путем зажима заготовки непосредственно на рабочем столе.
Шпиндель может перемещаться вверх и вниз на вертикально-фрезерном станке по одной или двум осям и часто имеет переменную, высокоскоростную настройку. В зависимости от типа фрезы рабочий стол может быть оснащен силовой подачей, обычно для продольной подачи, и может быть оборудован цифровым отсчетным устройством (DRO) для точного определения размеров. Многие фрезерные станки также оснащены системой охлаждения.
Большинство фрезерных станков относятся к одной из двух категорий в зависимости от ориентации вращающегося шпинделя. Вертикальные и горизонтальные фрезерные станки выполняют примерно одинаковые операции, но производственный процесс отличается. Хотя у каждого из них есть свои преимущества, вертикальный фрезерный станок является более универсальным из двух.
Фрезерные станки — это ключевое оборудование в металлообработке, используемое для создания деталей с высокой точностью. Одним из важных параметров выбора является ориентация шпинделя станка: горизонтальная или вертикальная. В данной статье мы рассмотрим основные отличия горизонтальных и вертикальных фрезерных станков, их преимущества, недостатки и области применения.
Что такое горизонтальный и вертикальный фрезерный станок
Перед тем как рассматривать различия, важно понять основные определения:
Горизонтальный фрезерный станок — станок с горизонтально расположенным шпинделем, к которому крепится режущий инструмент. Эти станки предназначены для обработки заготовок по горизонтальной оси.
Вертикальный фрезерный станок — станок, у которого шпиндель расположен вертикально. Он идеально подходит для обработки деталей сверху вниз.
Каждый из этих типов имеет свои особенности и преимущества в зависимости от задач и требований к обработке.
Основные различия между горизонтально-фрезерными и вертикально-фрезерными станками
Расположение шпинделя
Вертикальный станок имеет вертикальный шпиндель, что делает его удобным для выполнения операций сверления, расточки и обработки плоских поверхностей.
Горизонтальный станок имеет шпиндель, расположенный параллельно рабочей поверхности. Это даёт возможность использовать боковые стороны фрезы, что увеличивает скорость съёма материала.
Как следует из названия каждого из них, горизонтальные обрабатывающие центры имеют горизонтальный шпиндель, идущий параллельно поверхности рабочего стола. Режущий инструмент станка снимает материал с заготовки, вращаясь вокруг этой горизонтальной оси.
В вертикальных обрабатывающих центрах вертикальная головка проходит перпендикулярно поверхности рабочего стола, а режущий инструмент вращается в вертикальном шпинделе для снятия материала с заготовки.
Геометрия режущего инструмента
Форма и технические характеристики фрез и режущих инструментов для двух типов фрезерных станков отличаются. Горизонтальные фрезерные станки оснащены более короткими и толстыми инструментами, способными делать более глубокие пропилы и снимать больше материала, чем вертикальные фрезерные станки.
В вертикальных фрезерных станках часто используются длинные цилиндрические инструменты, называемые концевыми фрезами, для более точных, но неглубоких резов на небольших заготовках.
Конструкция и универсальность
Горизонтальные станки оснащены горизонтальными столами и часто комплектуются устройством для автоматической подачи заготовок. Это делает их подходящими для крупных серийных производств.
Вертикальные станки более компактны и универсальны. Они применяются как в мелкосерийном, так и в индивидуальном производстве.
Характеристики и точность резания
Геометрия режущего инструмента напрямую влияет на его характеристики и результаты резания. Поскольку они короче и толще, горизонтальные инструменты обладают устойчивостью, позволяющей им выдерживать глубокие и тяжелые резы. С другой стороны, вертикальные инструменты не могут производить более глубокие резы, поскольку они будут вибрировать, влияя на точность реза, а иногда и ломаться.
Скорость обработки
Горизонтальные станки работают быстрее благодаря возможности одновременно обрабатывать несколько плоскостей.
Вертикальные станки уступают по скорости, но выигрывают за счёт простоты настройки и удобства работы.
Универсальность
Вертикально-фрезерные станки выигрывают приз за универсальность. Машинисты используют их как расточные фрезеры, но они могут быстро превратиться в сверлильный пресс, что является неудобной операцией на горизонтальном фрезерном станке. Оба станка могут выполнять торцевание и пазование, но вертикальный фрезерный станок лучше справляется с прототипированием, индивидуальной работой и гравировкой.
Типы операций
Горизонтальные станки идеально подходят для обработки больших заготовок, выполнения пазов, канавок и сложных форм.
Вертикальные станки эффективны для точных операций, таких как сверление отверстий, обработка небольших деталей и выполнение декоративных элементов.
Стоимость и эксплуатационные расходы
Горизонтальные фрезерные станки дороже в закупке и обслуживании из-за сложной конструкции и большей мощности.
Вертикальные станки дешевле и проще в эксплуатации, что делает их популярным выбором для малого бизнеса.
Первоначальная стоимость вертикальных фрезерных станков обычно меньше, чем горизонтальных, как и расходы на эксплуатацию и обслуживание, что делает их более популярным выбором, особенно среди небольших мастерских. Больше операторов знакомы с вертикальными станками, поэтому они проще и дешевле в эксплуатации, чем горизонтальные модели.
Коэффициент съема материала при обработке
Поскольку они более устойчивы и могут производить более глубокие резы, горизонтально-фрезерные станки имеют гораздо более высокий коэффициент съема материала, чем вертикально-фрезерные. Машинисты обычно предпочитают вертикальные фрезерные станки для таких операций, как торцевание и прорезание пазов, поскольку резы не такие глубокие и точные. Но этот ограниченный потенциал резания приводит к более низкому коэффициенту съема материала для вертикальной фрезы.
Опора суппорта и оправка
Горизонтально-фрезерный станок имеет два элемента, которых нет в вертикальном фрезерном станке: кронштейн и опора оправки. Надставка — это горизонтальная балка в верхней части колонны. В зависимости от типа обработки горизонтальные фрезерные станки могут удерживать либо режущий инструмент, либо оправку. Если оправка используется для определенного вида фрезерования, то для выравнивания оправки и обеспечения опоры требуется опора. Опоры оправки крепятся к кронштейну. Обе эти детали характерны для горизонтальной фрезы.
Количество сторон для обработки
Горизонтальные фрезерные станки позволяют оператору подходить к заготовке под несколькими углами и с нескольких сторон, в то время как вертикальный фрезерный станок работает в одной плоскости. Кроме того, горизонтальный фрезер лучше подходит для выполнения индивидуальных работ, поскольку специфические дополнения и функции для горизонтальной установки недоступны на вертикальном фрезерном станке.
Удаление стружки
Во время обработки образующаяся металлическая стружка, как правило, остается на поверхности заготовки вертикальной фрезы, плавится и вызывает дефекты, которые могут потребовать последующей обработки. Горизонтальные фрезы сбрасывают стружку с рабочего стола на пол, оставляя более качественную обработку.
Поиск обученных операторов
Помимо высоких первоначальных и эксплуатационных расходов, еще одно различие между двумя типами фрез заключается в поиске обученных операторов, обладающих необходимым опытом и знаниями работы. Поскольку эти станки дефицитны, лишь немногие машинисты имеют практический опыт работы с ними.
Что такое вертикально-фрезерный станок
Вертикально-фрезерный станок можно увидеть практически в каждом механическом цехе. Как следует из названия, он оснащен вертикально ориентированной режущей головкой или шпинделем. С помощью дышла шпиндель R8 удерживает вращающийся режущий инструмент, используемый для обработки заготовки, а на некоторых станках пиноль перемещает шпиндель вертикально вдоль оси Z. В зависимости от станка рабочий стол перемещается по осям X, Y, а иногда вверх и вниз по оси Z.
Вертикально-фрезерный станок может работать как сверлильный пресс, если пиноль перемещается вертикально по оси Z. Эти станки идеально подходят для проектов, где работа ведется, с одной стороны, включая операции секционирования или финишной обработки, например, снятия фасок. Вертикальные фрезерные станки можно разделить на два типа: коленные (иногда называемые револьверными) и продольно-фрезерные (обычно называемые продольно-фрезерными). Каждый из них функционирует по-своему, и каждый предлагает уникальные преимущества.
Машинисты могут использовать различные инструменты в зависимости от типа реза и материала. Режущий инструмент удерживается в цанге или непосредственно во фрезерной головке, а фрезерная головка перемещается в заготовке по мере вращения режущего инструмента.
Сверла и метчики также могут использоваться для получения отверстий и внутренней резьбы. Различные концевые фрезы и режущие инструменты доступны для обработки материалов от алюминия до титана.
Коленная фреза: Коленчатые фрезы являются предпочтительным инструментом для многих цехов, они имеют неподвижный шпиндель. Колено перемещается вертикально по оси Z, а стол перемещается по продольной оси X и по оси Y. Как упоминалось ранее, вращающийся шпиндель внутри пиноли обеспечивает еще одну ось Z.
Сегодня многие фрезерные станки с ЧПУ являются коленчатыми, и их универсальность повышается за счет того, что они могут быть как отдельно стоящими, так и настольными. В зависимости от размера стола вертикальный фрезер с регулируемой скоростью имеет практически бесконечное количество вариантов обработки. Многие коленные фрезеры имеют конусность шпинделя R8 и доступны в однофазном исполнении для домашних мастерских и любителей, что идеально подходит для тех домашних механиков, у которых есть один станок и ленточная пила для изготовления небольших деталей.
Станина: Стол продольно-фрезерного станка не перемещается вверх и вниз по оси Z. Вместо этого вертикальное движение происходит от шпинделя. В отличие от коленного фрезера, в котором движется пиноль, но не двигатель, в продольно-фрезерном станке вся головка и двигатель движутся вверх и вниз по оси Z. Но также, как и в коленчатом станке, рабочий стол продольно-фрезерного станка перемещается по осям X и Y.
Фрезерные станки со станиной хорошо подходят для обработки больших и тяжелых заготовок.
Для чего используются вертикально-фрезерные станки
Благодаря своей универсальности вертикальные фрезерные станки находят применение практически в любой отрасли. Вертикальную коленчатую фрезу даже иногда называют «фрезерной дрелью», поскольку она может выполнять операции фрезерования и сверления. Вот лишь некоторые из многочисленных компонентов и продуктов, получаемых с помощью вертикально-фрезерных станков, а также отрасли, в которых они используются:
Отличный выбор для производства автомобильных деталей, поскольку валы, шестерни, штифты и т.д. требуют нескольких вертикальных фрезерных операций.
Транспортная промышленность полагается на детали, произведенные на вертикально-фрезерном станке с ЧПУ. Многие из этих компонентов помогают обеспечить безопасность продукции и персонала во время транспортировки.
Сельское хозяйство зависит от вертикальных фрезерных станков с ЧПУ для изготовления таких деталей, как ворота для скота и различные компоненты сельскохозяйственного оборудования.
Вертикальные фрезерные станки с ЧПУ могут выполнять торцевание, пазование, сверление и расточку, что делает их неоценимыми в производстве промышленного оборудования и оснастки, используемых во многих производственных процессах.
Отлично подходят для создания прототипов, работы на заказ или гравировки
Вертикальные фрезерные станки с ЧПУ, с их переменной скоростью вращения шпинделя и другими функциями, могут выполнять простые и сложные проекты по металлообработке и даже использоваться в качестве фрезерного станка для обработки больших плоских пластин в различных отраслях промышленности.
Они настолько универсальны, что профессиональные школы и научные лаборатории приобретают их в качестве ценного учебного инструмента для понимания студентами процесса фрезерования.
Преимущества и недостатки вертикальных фрезерных станков
Преимущества:
Компактность и универсальность.
Простота в настройке и эксплуатации.
Доступная стоимость.
Недостатки:
Меньшая скорость обработки.
Ограниченные возможности при работе с крупными заготовками.
Что такое горизонтально-фрезерный станок
Как и вертикальные фрезерные станки, горизонтальные фрезерные станки имеют вращающийся шпиндель. Однако этот шпиндель установлен горизонтально. Режущие инструменты, используемые на этих станках, обычно короче и толще, часто похожи на шлифовальный круг, вместо длинных тонких концевых фрез, которые можно увидеть на вертикальном фрезерном станке.
Хотя горизонтальные фрезерные станки не столь универсальны, как вертикальные коленные фрезерные станки с ЧПУ, они способны выполнять более тяжелые и глубокие резы. Двигатели этих станков часто имеют большую мощность, чтобы перемещать большие станины и тяжелые заготовки.
Для чего используются горизонтально-фрезерные станки
Горизонтально-фрезерные станки в основном используются для следующих видов обработки:
Обработка пазов на заготовке
Обработка пазов
многостороннее торцевое фрезерование
Обработка очень тяжелых заготовок и сложных материалов.
Горизонтально-фрезерные станки являются отличным выбором для конкретных сложных проектов, таких как производство скальпелей и оборудования для диагностической визуализации в медицинской промышленности.
Сверление, нарезание резьбы и растачивание в горизонтальной плоскости.
Преимущества и недостатки горизонтальных фрезерных станков
Преимущества:
Высокая производительность и скорость обработки.
Возможность работы с крупными заготовками.
Подходит для серийного производства.
Недостатки:
Высокая стоимость оборудования.
Большие габариты, требующие просторного помещения.
Более сложное обслуживание.
Выбор между вертикальным и горизонтальным станком
Оба фрезерных станка могут иметь свои достоинства, но по общей универсальности, надежности и доступности вертикальный фрезерный станок всегда будет впереди. Если только у вашей компании нет особых потребностей, например, в обработке больших, громоздких или тяжелых изделий, выбор очевиден. Вы можете использовать вертикально-фрезерный станок для многого другого: крупносерийного производства, ремонтных работ, изготовления инструментов и штампов, металлических деталей, гравировки и т.д. Список можно продолжать!
Добавление прецизионного компьютерного числового управления (ЧПУ) к вертикально-фрезерному станку
Фрезерный станок с компьютерным числовым программным управлением (ЧПУ) может производить высококачественные детали при минимальном участии оператора. Специальные двигатели и точные измерительные инструменты, называемые шаговыми двигателями, выбирают инструменты, перемещают стол и головку и обрабатывают детали с точными и повторяющимися размерами. Многие детали, изготовленные на таких машинах, как вертикально-коленный фрезерный станок с ЧПУ, слишком сложны и требуют много времени для ручного фрезерования.
Механик или программист с ЧПУ, следуя чертежу, обрабатывает детали на обрабатывающем центре. Выбирая правильные инструменты и соблюдая правильную последовательность операций, машинист может превратить сырой материал в точную деталь с приемлемыми допусками.
Машинисты, обученные программированию G-кодов, устанавливают правильную последовательность операций для станков с ЧПУ. Даже операторы без продвинутых знаний в области программирования могут быстро освоиться и комфортно работать с удобным программным обеспечением CAM, вносить правки в программу и даже создавать некоторые базовые программы.
Области применения горизонтальных и вертикальных фрезерных станков
Горизонтальные станки:
Машиностроение.
Производство деталей для тяжёлой промышленности.
Обработка сложных форм, пазов и канавок.
Вертикальные станки:
Производство деталей для лёгкой промышленности.
Индивидуальное и мелкосерийное производство.
Выполнение точных операций.
Советы по выбору фрезерного станка
При выборе между горизонтальным и вертикальным фрезерным станком стоит учитывать:
Характер задач. Если требуется высокая производительность и обработка крупных деталей, лучше выбрать горизонтальный станок. Для мелких и точных операций подойдёт вертикальный.
Бюджет. Вертикальные станки дешевле и подходят для небольших производств.
Пространство. Горизонтальные станки занимают больше места и требуют наличия просторного цеха.
Заключение
Горизонтальные и вертикальные фрезерные станки обладают своими уникальными характеристиками, которые делают их подходящими для разных задач. Понимание отличий этих типов оборудования помогает выбрать оптимальный вариант для вашего производства. При правильном подходе к выбору и эксплуатации, как горизонтальные, так и вертикальные станки способны существенно повысить эффективность работы и качество готовой продукции.
