Специальное предложение

Гравировально-фрезерное оборудование


21 Ноября 2011

Гравировально-фрезерные станки — «братья меньшие» промышленных станков с ЧПУ — заняли достойное место в производственном парке, взяв на себя тяжелый труд, который раньше часто приходилось выполнять вручную, и существенно расширив производственные возможности предприятий.

Видеть, как идея обретает форму, всегда было голубой мечтой проектировщиков, разработчиков трехмерных тел. Рабочие станции систем автоматизированного проектирования вместе с соответствующим программным обеспечением позволяют решить эту задачу и создать чертеж. Однако с момента появления чертежа до получения реальной детали, штампа, пресс-формы или прототипа может пройти немало времени. Современные гравировально-фрезерные станки позволяют осуществлять не только фрезерование сложных поверхностей, но и трехмерное сканирование оригинала для последующего создания копии детали.

Сферы применения

Одной из основных и самых массовых областей применения этих мини-обрабатывающих центров является изготовление разнообразных простых штампов, пресс-форм и клише в различных отраслях производства из легких металлов. Мощные модификации фрезерно-гравировальных станков с жесткой станиной и высокомоментными шпинделями способны производить обработку стальных заготовок для получения формообразующих деталей сложных пресс-форм.
В производстве упаковки использование гравировально-фрезерных станков позволяет производителю получать изделия со сложными геометрическими элементами. Эти изделия могут содержать такие сложные элементы художественного оформления, как: логотипы производителей и надписи, барельефные изображения объектов живой природы, объемные натюрморты и пейзажи. Применение фрезерно-гравировального оборудования для изготовления литьевых форм в производстве стеклотары дает возможность гибко менять дизайн бутылок со сложными объемными элементами, надежно защищая продукцию от подделки.
В производстве пресс-форм для пластмассовых изделий используются способность станков производить полностью трехмерное фрезерование и возможности современного программного обеспечения, которые позволяют создавать формообразующие детали пресс-форм для термопластавтоматов. На станках промышленных серий реально изготавливать как сами формообразующие из различных металлов, в том числе из углеродистых сталей, так и медные электроды для последующей электроэрозионной обработки заготовок из закаленных сталей.
Наилучшие результаты при тиснении полиграфической продукции и этикеток, тиснении и таврении кожаных деталей обуви и кожгалантереи достигаются при использовании латунных и стальных клише. Гравировально-фрезерные технологии их изготовления как нельзя лучше вписываются в современное производство. Так, в производстве этикеток как элемента украшения и защиты все чаще применяется плоское и конгревное тиснение.
Массовым потребителем типовых клише для тиснения стала отрасль производства визитных карточек. Сбалансированные комплекты оборудования, мощное программное обеспечение, богатый выбор рабочего инструмента позволяют наносить гравировку на сувениры из различных материалов и наградные кубки, изготавливать штампы для нагрудных знаков и объемные вывески, а также многое другое.
В строительстве, архитектуре и производстве стройматериалов гравировально-фрезерное оборудование обеспечивает возможность создания уникальных элементов декора как с помощью литейных и штамповочных форм, так и прямым их изготовлением из мрамора и других материалов.
При создании сложных моделей и необходимости изготовления деталей с поднутрениями используются пятикоординатные станки, а для обработки тел вращения — специальные индексные головки, которые осуществляют вращение заготовки, заменяя тем самым перемещение шпинделя по одной из координатных осей. В частности, они применяются при изготовлении моделей бутылок с объемными элементами на поверхности. Полученную модель можно использовать в качестве электрода для создания литьевой формы электроэрозионным способом. Подобные головки нашли применение и в ювелирной промышленности для гравировки таких предметов, как рюмки, блюда и яйца из драгоценных металлов.
В производстве обоев с объемным тиснением и при глубокой печати используют гравированные и фрезерованные валки. Их также можно изготавливать на современных гравировально-фрезерных станках, укомплектованных дополнительной индексной головкой, в которую обрабатываемый валок зажимается как при токарной обработке.

Конструкции

Несколько слов о конструктивных решениях станков. Гравировально-фрезерные станки различаются по размерам обрабатываемой детали и точности позиционирования инструмента. Размеры и вес изделия определяются размерами и конструктивным исполнением стола станка (массивное или облегченное), примененными в конструкции стола материалами (сталь, чугун, легкие сплавы), методами крепления заготовки на столе и т. д.
Часто конструкции станков создаются применительно к определенному ограниченному набору материалов — от листовой стали и сплавов цветных металлов до мягких материалов, таких как дерево и пластики.
В современных станках наиболее распространены два варианта приводов: сервоприводы с замкнутой цепью управления и с разомкнутой цепью на шаговых электродвигателях. Шаговый электродвигатель — это импульсный синхронный электродвигатель, в котором импульсы тока, подаваемые в обмотки возбуждения статора, преобразуются в дискретные угловые перемещения (шаги) ротора. Более дешевой и менее требовательной к сети питания является шаговая система.
Сервопривод (следящий электропривод) — это привод, в котором исполнительный орган с определенной точностью воспроизводит движения рабочего механизма, задаваемые управляющим органом. Сервоприводы, как правило, при тех же габаритных размерах, что и шаговые, являются более мощными по сравнению с ними. Сервосистема имеет большую стоимость и требует надежной сети питания, но зато для нее характерно более точное позиционирование и большая скорость перемещения.
Могут предлагаться также несколько вариантов шпинделей. Если нужен шпиндель для выполнения гравировочных работ и резки полимеров, то подойдет менее дорогой среднемощный высокооборотный шпиндель. Для резки цветных металлов и изготовления формообразующих пресс-форм применяются более мощные шпиндели. Для изготовления особо точных деталей и высокоскоростной обработки может быть использован прецизионный шпиндель.
При проведении серийных работ, выполняемых несколькими инструментами, можно воспользоваться установкой автоматической смены инструментов. Это значительно сократит время на замену инструментов и увеличит производительность станка. Для этой цели можно также использовать шпиндели с пневматическим захватом инструментов. Такие шпиндели имеют гораздо больший ресурс, чем обычные шпиндели с ручной сменой инструмента.
Фиксировать материал на рабочем столе можно несколькими способами. Наиболее распространены два: при помощи прижимных струбцин и при помощи вакуумной системы. Необходимость применения вакуумной системы появляется при выполнении работ, связанных с гравировкой, выборкой материала или для выполнения паза заданной глубины. Она также весьма эффективна при раскрое большого количества листовых материалов.
Гравировально-фрезерные станки могут комплектоваться специальными электронными датчиками поверхности, плавающими шпинделями и гравировальными насадками для тонкой гравировки с постоянной глубиной на криволинейных поверхностях. Для переноса на поверхность заготовки полутоновых изображений в виде точечного растра могут использоваться специальные ударные головки. С применением дополнительных головок для трехмерного сканирования возможно изготавливать копии деталей, на которые отсутствует технологическая документация. Станки, работающие с листовыми заготовками, также могут комплектоваться такими опциями, как лазерные резаки и ультразвуковые виброножи для раскроя различных листовых материалов.
Кроме того, станки могут иметь дополнительные опции, например: вытяжка пыли и стружки из рабочей зоны, специальные упоры и зажимы для крепления и т. д. И, конечно же, все современные гравировально-фрезерные станки управляются не менее современными системами ЧПУ.

Производители

На сегодняшний день в России представлены следующие марки гравировально-фрезерного оборудования: Cielle (Италия), MultiCam Inc.и GERBER Scientific Products (США), CharlyRobot и Mecanumeric (Франция), Roland и Mitaki, (Япония), Precix и AXYZ (Канада), Creation и Eastar Machine Tool (Тайвань), FlexiCam и Proma (Германия), Tajmas ZPS (Чехия), Russbytprom (Литва)… И это — не полный перечень производителей. Остановимся на некоторых из них.

Лидеры предложений

Анализ предложений поставщиков гравировально-фрезерного оборудования позволяет с большой долей уверенности утверждать, что наиболее широко на российском рынке представлена продукция компаний Cielle и Roland.
Компания Cielle предлагает пять модельных рядов (серий), включающих около пяти десятков моделей станков. Серия Alfa — это относительно небольшие станки с высокой производительностью. Станки имеют литую алюминиевую станину; перемещения осуществляются по линейным закаленным стальным направляющим с системой рециркуляции шариков; ходовые винты выполнены с фторопластовым покрытием, гайки — с автоматической компенсацией зазора; приводы станков — с микрошаговыми двигателями; имеется кожух для системы отсоса пыли; используется система «электронный нос» для гравировки искривленных поверхностей.
О серии Beta расскажем немного подробнее. Станки Beta 40/35BS и Beta 65/45BS представляют собой мини-центры, которые предназначены для решения широкого круга задач механической обработки, в том числе для изготовления формообразующих легких пресс-форм и клише. Станки обладают следующими конструктивными особенностями: перемещения осуществляются по линейным закаленным стальным направляющим с системой рециркуляции шариков; винтовые пары с нулевыми зазорами установлены по всем трем координатам; станки оснащены сервоприводами с Brushless (бесщеточными) двигателями; имеется восьмипозиционный магазин автоматической смены инструментов, используются система охлаждения инструмента и датчик автоматической настройки инструмента. В качестве дополнительной оснастки предусмотрены: поворотная индексная головка (4-я координата), автоматически открываемый кожух для системы отсоса пыли, лазерный ЗО-сканер, выносной пульт управления с функциональными клавишами и манипулятором.
Beta 40/35BS— станок, сконструированный специально для производства изделий из легких сплавов. Beta 65/45BS, как и Beta 40/35BS, предназначен для обработки сплавов с хорошей обрабатываемостью, однако имеет зону обработки большего размера. Правда, стоят эти действительно классные станки немногим меньше ста тысяч долларов каждый.
Станки серии Epsilon обладают высокой гибкостью, могут использоваться для широкого круга гравировальных работ, наилучшим образом подходят для выполнения точных и трудоемких гравировальных и фрезерных работ на сплавах с хорошей обрабатываемостью (латунь, медь, алюминий, магний и т. п.). По мнению поставщиков, данные станки имеют наилучшее соотношение цена/качество.
Станки серии Delta оснащены столами с высоким уровнем плоскостности для гравировки и раскроя материала. Предназначены данные станки для изготовления вывесок в наружной рекламе, хорошо подходят для 3D-обработки изделий большого размера, а также для мелкосерийного производства повторяющихся деталей небольшого формата.
Станки серии Gamma — это уже мощные обрабатывающие центры, со станиной из чугуна, что обеспечивает максимальную жесткость. Могут оснащаться поворотной индексной головкой и 5-й координатой. Эти гравировапьно-фрезерные станки в наибольшей степени подходят для промышленного использования, в частности, для изготовления литейных форм и клише, быстрого прототипирования, обработки алюминиевых деталей. Всего эта серия состоит из шести моделей, включая пятикоординатные Gamma 80/100ТМ-5 и Gamma 100/180РМ-5. Правда и стоят они соответственно, например Gamma 100/180РМ-5— почти 450 тысяч долларов.
Компания Roland представляет две относительно небольшие модели MDX-15 и MDX-20 с максимальными размерами рабочей зоны 152,4x101,6 мм и 203,2x152,4 мм соответственно и две модели более мощных гравировально-фрезерных обрабатывающих центров MDX-500 и MDX-650.
MDX-500 и 650 предназначены для гравировки, моделирования, изготовления штампов и пресс-форм, электродов для прошивных эрозионных станков. Станки могут поставляться с тремя типами шпинделей — гравировальным, прецизионным и шпинделем с высоким крутящим моментом. Последний предназначен для быстрого изготовления прототипов, штампов и других деталей. Для производства сложных деталей, мелких элементов и высокоскоростного фрезерования применяется прецизионный шпиндель. Гравировальный шпиндель позволяет обрабатывать детали с помощью инструментов сверхмалого диаметра.
Для обеспечения высокой производительности при сохранении точности в станках применяется технология FFP (Feed Forward Processing), предсказывающая дальнейшие перемещения инструментов. По осям X, Y, Z установлены серводвигатели переменного тока с цифровым управлением и обратной связью, что позволяет отслеживать реальное положение инструмента. MDX-650 дополнительно может быть оснащен поворотной осью и механизмом автоматической смены инструмента.
В комплект всех станков компаний Cielle и Roland входит мощное программное обеспечение, но о нем — разговор впереди.

Из Европы, Азии, Америки

Естественно, на российском рынке присутствует продукция не только рассмотренных выше компаний. Вот только несколько примеров.
Компания Charly Robot представляет модели CR.A2 и CR.A4. CR.A4 — компактная модель с рабочим полем 300x210x100 мм, CR.A2 имеет рабочее поле 600x420x100 мм (позволяет опционально устанавливать более мощный шпиндель до 1,1 кВт и 24000 об/мин). Станки оснащены жесткой рамой, CNC-контроллер поддерживает 3D-o6pa6oтку, скорость обработки достигает 100 мм/с. Данные модели отличает эргономичная конструкция и инновационный дизайн, которые обеспечивают хороший визуальный доступ.
Отличительной особенностью предложений компании Mecanumeric является то обстоятельство, что каждую модель станка предлагается комплектовать шпинделем по выбору. Например, для модели MF1013 предлагается шесть вариантов шпинделя с частотой вращения от 22000 до 40000 мин-1, а для модели MG1210 — также шесть вариантов с частотой от 40000 до 60000 мин-1.
FlexiCam PRO — серия гравировально-фрезерных станков компании FlexiCam. Станки повышенной мощности созданы для высокопроизводительной обработки твердых материалов, алюминия и металлов. Мощная станина исключает какие-либо вибрации при работе даже на максимальных скоростях, что обеспечивает высокую точность и чистоту обработки. Конструкция станины позволяет устанавливать сверхмощные шпиндели — до 15 кВт. Ход по оси Z — 280 мм. Максимальные размеры поля обработки по осям X и Y составляют от 1500 мм до любого. Частота вращения шпинделя — до 60000 мин-1.
Пять моделей с рабочей зоной от 1240x1240 до 3100x1030 мм представляет компания Precix. Основные свойства станков этой фирмы: конструкция из высокопрочных алюминиевых и нержавеющих сплавов; высокоскоростной шпиндельный мотор Perske (Германия) мощностью 2,2 кВт; точность позиционирования инструмента — 0,05 мм; скорость перемещения инструмента — до 500 мм/сек; система управления — высокоскоростные сервомоторы, контроллер.
3D-гравировально-фрезерные станки корпорации Mimaki— это мощные машины с максимальной областью обработки: МЕ-500 — 483x305 мм, МЕ-650 — 650x440 мм. Станки предназначены для обработки широкого спектра материалов от пластиков и дерева до цветных металлов и стали. Их характеризует жесткая конструкция и прецизионный контроль сервопривода по осям X, Y, Z; управление высотой шпинделя для многопроходной обработки осуществляется системой ЧПУ. Станки имеют систему удаления стружки и систему охлаждения для смазки рабочего инструмента.
Модельный ряд гравировально-фрезерных станков корпорации Creation состоит из пяти машин. Исходя из технических характеристик, можно выбрать станок практически под любую задачу. СТЕ-3000 — модель с небольшим рабочим полем, но оснащенная мощным шпинделем с частотой вращения 6000 мин-1. Модель CTE-6000DSP с улучшенным микрошаговым приводом комплектуется на выбор высокочастотными шпинделями мощностью от 0,75 до 5 кВт с максимальной частотой вращения 24000 мин-1. Модель СТЕ-12000S с максимальным рабочим полем 1200x1200 мм имеет серводвигатели по всем осям. Все станки комплектуются полноценным 3D-программным обеспечением для создания 3D-моделей и механической обработки.
Достойную продукцию также представляют компании MultiCam, AXYZ, Isel, Proma, Tajmas…

Программное обеспечение

В большинстве своем гравировально-фрезерные станки поставляются в комплекте с достаточно развитым программным обеспечением. Например, программные пакеты Modella компании Roland или система для формирования управляющих программ Visual Mill компании Cielle. Однако в каких-то случаях поставляемого вместе со станком программного обеспечения может оказаться недостаточно для решения возникших проблем. Тогда следует иметь в виду, что в мире и в России в частности существуют компании, специализирующиеся на разработке программных средств. В качестве примера кратко остановимся на продукции одного из известных в мире разработчиков программного обеспечения для гравировально-фрезерных станков — израильской фирмы ScanVec.
Программы компании позволяют провести как дизайнерскую, так и технологическую подготовку работ на станках и обрабатывающих центрах. Для технологической подготовки двумерной обработки предназначена программа EnRoute-2D, представляющая возможность:

  • импортировать изображения из различных программ — CASmate, Inspire, AutoCAD, CorelDRAW — напрямую или через DXF- и HPGL-форматы;
  • производить сортировку контуров для оптимизации последовательности обработки;
  • автоматически выявлять и удалять петли;
  • рассчитывать и оптимизировать машинный путь инструмента с учетом его геометрии;
  • изменять точки входа и выхода инструмента, направление гравировки и др.

Для технологической подготовки трехмерной и сложной двумерной обработки ScanVec предлагает программу EnRoute-3D нескольких уровней сложности. Они включают в себя:

  • опции трехмерной фрезеровки и гравировки;
  • средства проекций двумерных изображений на трехмерные поверхности (сферу, цилиндр, конус, тор и наклонную плоскость);
  • развитые средства помощи. Верхний уровень EnRouteArt включает в себя еще и специальный модуль, позволяющий:
  • создавать трехмерную модель из двумерной модели путем поднятия рельефа;
  • производить векторизацию полутонового изображения;
  • выполнять развертку изображения на произвольной трехмерной поверхности и др.

Программа EnRoute предлагает большое количество опций для расчета машинных путей инструментов. В программе EnRoute имеется библиотека рабочих инструментов и средства их описания для редактирования и пополнения библиотеки. Визуальный контроль подготовленного задания производится специальными модулями двумерной и трехмерной симуляции (2D и 3D Simulation), которые могут продемонстрировать весь процесс будущей обработки заготовки на экране компьютера, проверить рассчитанные пути инструмента и показать технологические погрешности изготовления изделия, возникающие из-за конечных размеров рабочих инструментов.
Замкнутый цикл дизайнерской и технологической подготовки может быть произведен с помощью программного пакета Machine Shop фирмы ScanVec, который, кроме программ технологической подготовки EnRoute, включает в себя дизайнерские программы CASmate или Inspire и модуль оптимизации раскроя FiNest.

О выборе

Итак, предложений много. Выбрать можно не только станок, но и его комплектацию. Под любую задачу и технологию. Поэтому, после того, как определен круг решаемых задач, следует внимательно изучить предложения поставщиков. Может быть, все проблемы способен решить один универсальный центр, а может — лучше приобрести несколько более специализированных станков или следует оснастить один станок набором сменных узлов. Все эти проблемы решаемы.

Сергей Заякин
Журнал «Оборудование: рынок, предложение, цены», №07, июль 2004 г.


Возврат к списку

Задать вопрос