Основным обрабатывающим узлом портально-фрезерной техники служит П-образная конструкция, состоящая из двух вертикальных колонн и горизонтальной балки с закрепленным шпинделем. По ней движется шпиндельная головка, к которой закреплен режущий инструмент.
В отличие от обычного фрезерного станка, в портальном шпиндельная головка может двигаться в любом направлении. На разных моделях устанавливается от одного до трех таких устройств. Деталь может обрабатываться одновременно сверху и с обеих сторон, что значительно ускоряет процесс фрезерования.
В отличие от обычных трехкоординатных аппаратов, в портальном станина движется только в одном направлении. Эта особенность обусловлена большим размером и весом обрабатываемых заготовок. Существуют модели с неподвижным столом, по которому передвигается шпиндельный узел с закрепленным инструментом.
Несмотря на солидные размеры заготовок, фрезерование не занимает много времени. Шпиндель вращается со скоростью 7000-20000 об/мин, быстро обрабатывая деталь.
Такая техника выдерживает нагрузку до 2,5 т/м², позволяя работать с заготовками из любых металлов и сплавов.
Благодаря своей массивности фрезерные станки портального типа отлично гасят вибрацию. Для дополнительной устойчивости станочные узлы заполняются специальным виброгасящим веществом. От перегрева шпиндель защищает специально разработанная система охлаждения. Поэтому оборудование долго служит.
Преимущества портальных обрабатывающих центров с ЧПУ от КМТ
- Наша компания поставляет китайское оборудование, цена которого намного ниже европейских или японских моделей. Это уменьшает финансовую нагрузку на предприятие-покупателя. При необходимости товар может быть предоставлен в лизинг.
- Техника обладает функцией самодиагностики – при неисправности станок выдает сообщение об ошибке, благодаря чему не тратится много времени на поиск неисправностей.
- Программа управления имеет удобный интерфейс, что облегчает работу обслуживающего персонала. Имеется функция записи, поэтому загруженные операции можно сохранить, чтоб при необходимости повторить снова.
- Предлагаемое оборудование обладает высокой скоростью работы, позволяющей быстро изготовить большую партию деталей. Поскольку техника управляется с помощью программы, при работе практически исключены поломки и брак, вызванные человеческим фактором.
- Сервисное обслуживание приобретенной фрезеровальной техники не составит проблем. Широкая сеть центров позволяет быстро приобрести изношенную деталь и заменить в случае поломки. Там же можно купить все необходимые расходники.
Наша компания установит, отладит купленный портальный фрезерный центр и обучит персонал работе на нем. В дальнейшем будет проводиться гарантийное и постгарантийное обслуживание.
Портальный фрезерный станок оптимален для работы с особо крупными деталями, чьи размеры превышают 3х2 метра. Портальный ЧПУ станок отличается от своего классического аналога в первую очередь наличием числового управления, датчиков перемещения, наклонов, а также скоростей вращения, что позволяет добиться бОльшей производительности в процессе работы. К тому же, зачастую система управления контролирует одну универсальную головку шпинделя, которая справляется со всеми операциями;шпиндель в таких станках зачастую имеет функцию поворота и наклона, что добавляет 2 дополнительные оси к осям X, Y, Z. При использовании одной шпиндельной головки можно свести все операции в одну технологическую программу, которую возможно передать для выполнения в систему числового управления станка.
Фрезерные станки с классической конструкцией имеют одноконсольное строение станочной рамы, вследствие чего подобные станки имеют некоторые ограничения в плане размеров, а также веса обрабатываемой заготовки; зачастую максимальный допустимый размер - от 2 до 3 метров, а вес - до 3 тонн. Для обработки деталей больших размеров, требуется портальная конструкция рамы.
Конструкция портала основана на двух колоннах, на которых закрепляются края горизонтальной балки. Головка шпинделя, вместе с вертикально расположенным шпинделем, перемещается по направляющим поперечной балки. С целью ускорения обработки, можно использовать не только один шпиндель, а несколько; к примеру, боковые консоли могут иметь по одному шпинделю.
В случае с одноконсольными станками, перемещение объекта происходит в трех направлениях (по осям X, Y, Z), вызванное движением рабочего стола. Портальный фрезерный станок позволяет передвигать стол исключительно по оси Х. Довольно часто опытные конструкторы используют устройство с неподвижным столом, который закреплен в фундаменте, для обработки очень крупных заготовок. У подобного станка перемещение по оси Х обусловлено порталом, подвижным относительно рабочего стола и земли.
Несмотря на то, подвижный ли стол или портал у станка, обработка крупных заготовок требует режима высокой нагрузки для основного шпинделя. Также перемещения по осям станка вызывают большие усилия, направленные на преодоление деформации и силы трения в процессе работы. Поэтому если вы хотите обеспечить высокую точность обработки, будьте готовы выполнить ряд задач, повышающих общую жесткость конструкции станка, уменьшают силу трения и износ деталей конструкции, охлаждающих станок в процессе работы и т.д.; конкретный перечень необходимых работ зависит от модели станка.
Каждый станок в каталоге товаров DARXTON отличается качественной сборкой и материалами, что гарантирует надежность работы и длительный срок службы. Интернет-магазин DARXTON предлагает купить портальный ЧПУ станок по самой выгодной цене на российском рынке. Компания занимается поставкой исключительно качественных станков и комплектующих. Специалисты компании проводят проверку каждого станка перед отгрузкой покупателю, компания несет все обязательства по обслуживанию после покупки товара.
Имеют одноколонное (консольное) строение рамы, что накладывает ограничение на вес и размер обрабатываемых деталей (как правило, для одноколонных фрезерных станков речь идёт о максимально допустимой длине металлической детали в 2-3 метра и массе в 2-3 тонны). Для фрезерования деталей размером в несколько метров и весом в несколько тонн применяется портальная конструкция рамы фрезерного станка.
Конструкционно портал состоит из двух колонн, на которых крепятся края горизонтальной балки, по направляющим этой балки (также называемой "поперечная") перемещается шпиндельная головка с вертикальным шпинделем, которая, в зависимости от конкретной конструкции фрезерного станка, может иметь кроме вертикального хода способность поворачиваться и/или наклоняться в одной, либо двух вертикальных плоскостях. Для ускорения процесса обработки количество шпинделей может отличаться от 1, например - быть равным 3-м, когда обе боковые колонны портального фрезерного станка тоже имеют по одному шпинделю (см. рисунок справа).
Если у «классических» фрезерных станков перемещения во всех 3-х декартовых координатах (X, Y, Z) происходят исключительно за счёт движений рабочего стола, то у портальных фрезерных станков стол с закреплённой на нём многотонной заготовкой может двигаться лишь в продольном направлении (ось X). 
В отдельных случаях (для особо массивных заготовок) конструкторы выбирают вариант с неподвижным рабочим столом, закреплённым на фундаменте, а движение по оси X у такого фрезерного станка происходит за счёт подвижного относительно земли (и стола) портала. На схеме осей портального фрезерного станка справа изображён вариант с перемещаемым порталом, также необходимо заметить, что многокоординатные станки в обязательном порядке управляются системами ЧПУ.
Вне зависимости от того, подвижен портал фрезерного станка или его рабочий стол, большой вес и объёмы обработки деталей требуют работы главного шпинделя в режиме высокой нагрузки, а перемещения по всем осям портального фрезерного станка сопряжены с большими усилиями по преодолению сил трения и деформации. В связи с этим обеспечение высоких точностей, а также скоростей рабочих и холостых подач во время работы портальных фрезерных станков представляет ряд инженерных задач, решением которых служат всевозможные новшества по обеспечению повышенной жёсткости конструкции, минимизации трения, износа деталей, принудительного охлаждения отдельных модулей станков и пр. Поэтому при относительной внешней простоте фрезерные станки портального типа подчас представляют из себя достаточно сложные инженерные комплексы.
В русскоязычном интернете портальные фрезерные станки также имеют названия «Продольно-фрезерные станки», за рубежом их называют «Гантри» (gantry) или «Cверхмощными» (heavy duty) фрезерными станками.
Зачастую возникает необходимость фрезерной обработки крупногабаритных заготовок (например, корпусные детали машин и агрегатов). Такие заготовки, кроме больших размеров обладают ещё и большой массой, что делает их обработку затруднительной. Для выполнения таких работ наилучшим образом подходят портальные фрезерные обрабатывающие центры. Портальные фрезерные обрабатывающие центры выпускаются в исполнении с подвижным столом и с подвижными колоннами. Использование конструкции станка с подвижными колоннами позволяет обрабатывать более крупногабаритные заготовки при меньших размерах обрабатывающего центра.
Портальные фрезерные обрабатывающие центры с подвижными колоннами применяются для обработки длинномерных и крупногабаритных заготовок. Традиционная компоновка таких станков включает неподвижный стол и продольно-подвижный портал, несущий траверсу с поперечно-вертикально подвижной шпиндельной бабкой. Таким образом перемещения инструмента по оси Х осуществляются за счёт движения портала вдоль рабочего стола, перемещения инструмента по оси Y осуществляются за счёт движения траверсы со шпинделем по порталу в горизонтальной плоскости, перемещения инструмента по оси Z осуществляются за счёт движения шпинделя вдоль своей вертикальной оси.
На портальных фрезерных обрабатывающих центрах выполняются следующие виды работ: фрезерование, растачивание, зенкерование, сверление, нарезание внутренней и наружной резьб, подрезку торцов. Для выполнения всех этих видов работ без переналадки станка его, как правило, оснащают большим магазином инструментов ленточного типа. Смена инструмента производится, как правило, вращающейся траверсой, что позволяет снизить время смены инструмента и, в конечном итоге, уменьшить цикл обработки.
Группа Компаний DEG поставляет на рынок России и СНГ высокоточные портальные фрезерные обрабатывающие центры фирмы DMС (Корея), осуществляет пуско-наладку и пост-гарантийное сервисное обслуживание оборудования.
Полная номенклатура фрезерных станков находится в соответсвтующем разделе
Подобных историй в сети очень много, и я наверное мало кого удивлю, но может эта статья будет кому то полезна. Эта история началась в конце 2016 года, когда я со своим другом – партнером по разработке и производству испытательной техники аккумулировали некую денежную сумму. Дабы просто не прогулять деньги (дело то молодое), решили их вложить в дело, после чего пришла в голову идея изготовления станка с ЧПУ. У меня уже имелся опыт постройки и работы с подобного рода техникой, да и основной областью нашей деятельности является конструирование и металлообработка, что сопутствовало идее с постройкой станка ЧПУ.
Вот тогда то и началась движуха, которая длиться и по сей день…
Продолжилось все с изучения форумов посвященных ЧПУ тематике и выбора основной концепции конструкции станка. Предварительно определившись с обрабатываемыми материалами на будущем станке и его рабочим полем, появились первые бумажные эскизы, в последствии которые были перенесены в компьютер. В среде трех мерного моделирования КОМПАС 3D, станок визуализировался и стал обрастать более мелкими деталями и нюансами, которых оказалось больше чем хотелось бы, некоторые решаем и по сей день.
Одним из начальных решений было определение обрабатываемых на станке материалов и размеры рабочего поля станка. Что касается материалов, то решение было достаточно простым - это дерево, пластик, композитные материалы и цветные металлы (в основном дюраль). Так как у нас на производстве в основном металлообрабатывающие станки, то иногда требуется станок, который обрабатывал бы быстро по криволинейной траектории достаточно простые в обработке материалы, а это в последствии удешевило бы производство заказываемых деталей. Отталкиваясь от выбранных материалов, в основном поставляемых листовой фасовкой, со стандартными размерами 2,44х1,22 метра (ГОСТ 30427-96 для фанеры). Округлив эти размеры пришли к таким значениям: 2,5х1,5 метра, рабочее пространство определенно, за исключением высоты подъёма инструмента, это значение выбрали из соображения возможности установки тисков и предположили что заготовок толще 200мм у нас не будет. Так же учли тот момент, если потребуется обработать торец какой либо листовой детали длиной более 200мм, для этого инструмент выезжает за габариты основания станка, а сама деталь/заготовка крепится к торцевой стороне основания, тем самым может происходить обработка торца детали.
Конструкция станка представляет собой сборное рамное основание из 80-й профильной трубы со стенкой 4мм. По обе стороны длинны основания, закреплены профильные направляющие качения 25-го типоразмера, на которые установлен портал, выполненный в виде трех сваренных вместе профильных трубы того же типоразмера что и основание.
Станок четырех осевой и каждую ось приводит в движение шарико-винтовая передача. Две оси расположены параллельно по длинной стороне станка, спаренных программно и привязанных к Х координате. Соответственно оставшиеся две оси – это Y и Z координаты.
Почему именно остановились на сборной раме: изначально хотели делать чисто сварную конструкцию с закладными приваренными листами под фрезеровку, установку направляющих и опор ШВП, но для фрезеровки не нашли достаточно большого фрезерно-координатного станка. Пришлось рисовать сборную раму, чтобы была возможность обработать все детали своими силами с имеющимися на производстве металлообрабатывающими станками. Каждая деталь, которая подвергалась воздействию электродуговой сварки, была отожжена для снятия внутренних напряжений. Далее все сопрягаемые поверхности были выфрезерованны, и в последствии подгонки пришлось местами шабрить.
Залезая вперед, сразу хочу сказать, что сборка и изготовление рамы оказалась самым трудоемким и финансово затратным мероприятием в постройке станка. Первоначальная идея с цельно сваренной рамой по всем параметрам обходит сборную конструкцию, по нашему мнению. Хотя многие могут со мной и не согласиться.
Сразу хочу оговориться, что станки из алюминиевого конструкционного профиля мы тут пока рассматривать не будем, это скорее вопрос другой статьи.
Продолжая сборку станка и обсуждая его на форумах, многие начали советовать сделать внутри рамы и снаружи диагональные стальные укосины для добавления еще большей жесткости. Мы этим советом пренебрегать не стали, но и добавлять укосины в конструкцию то же, так как рама получилась достаточно массивной (около 400 кг). А по завершению проекта, периметр обошъётся листовой сталью, что дополнительно свяжет конструкцию.
Давайте теперь перейдем к механическому вопросу этого проекта. Как было ранее сказано, движение осей станка осуществлялось через шарико–винтовую пару диаметром 25мм и шагом 10мм, вращение которой передается от шаговых двигателей с 86 и 57 фланцами. Изначально предполагали вращать непосредственно сам винт, дабы избавиться от лишних люфтов и дополнительных передач, но без них не обошлось в виду того, что при прямом соединении двигателя и винта, последний на больших скоростях начало бы разматывать, особенно когда портал находится в крайних положениях. Учитывая тот факт, что длина винтов по Х оси составила почти три метра, и для меньшего провисания был заложен винт диаметром 25мм, иначе хватило бы и 16 мм-го винта.
Этот нюанс обнаружился уже в процессе производства деталей, и пришлось быстрым темпом решать эту проблему путем изготовления вращающейся гайки, а не винта, что добавило в конструкцию дополнительный подшипниковый узел и ременную передачу. Такое решение так же позволило хорошо натянуть винт между опорами.
Конструкция вращающейся гайки довольно проста. Изначально подобрали два конических шарикоподшипника, которые зеркально одеваются на ШВП гайку, предварительно нарезав резьбу с ее конца, для фиксации обоймы подшипников на гайке. Подшипники вместе с гайкой вставали в корпус, в свою очередь вся конструкция крепится на торце стойки портала. Спереди ШВП гайки закрепили на винты переходную втулку, которую в последствии в собранном виде на оправке обточили для придания соостности. На неё одели шкив и поджали двумя контргайками.
Очевидно, что некоторые из вас, зададутся вопросом о том – «Почему бы не использовать в качестве механизма передающего движения зубчатую рейку?». Ответ достаточно прост: ШВП обеспечит точность позиционирования, большую двигающую силу, и соответственно меньший момент на валу двигателя (это то, что я с ходу вспомнил). Но есть и минусы – более низкая скорость перемещения и если брать винты нормального качества, то соответственно и цена.
Кстати, мы взяли ШВП винты и гайки фирмы TBI, достаточно бюджетный вариант, но и качество соответствующее, так как из взятых 9 метров винта, пришлось выкинуть 3 метра, ввиду несоответствия геометрических размеров, ни одна из гаек просто не накрутилась…
В качестве направляющих скольжения, были использованы профильные направляющие рельсового типоразмера 25мм, фирмы HIWIN. Под их установку были выфрезерованны установочные пазы для соблюдения параллельности между направляющими.
Опоры ШВП решили изготовить собственными силами, они получились двух видов: опоры под вращающиеся винты (Y и Z оси) и опоры под не вращающиеся винты (ось Х). Опоры под вращающиеся винты можно было купить, так как экономии ввиду собственного изготовления 4 деталей вышло мало. Другое дело с опорами под не вращающиеся винты – таких опор в продаже не найти.
Из сказанного ранее, ось Х приводится в движение вращающимися гайками и через ременную зубчатую передачу. Так же через ременную зубчатую передачу решили сделать и две другие оси Y и Z, это добавит большей мобильности в изменении передаваемого момента, добавит эстетики в виду установки двигателя не вдоль оси винта ШВП, а сбоку от него, не увеличивая габариты станка.
Теперь давайте плавно перейдем к электрической части , и начнем мы с приводов, в качестве них были выбраны шаговые двигатели, разумеется из соображений более низкой цены по сравнению с двигателями с обратной связью. На ось Х поставили два двигателя с 86-м фланцем, на оси Y и Z по двигателю с 56-м фланцем, только с разным максимальным моментом. Ниже постараюсь представить полный список покупных деталей…
Электрическая схема станка довольно проста, шаговые двигатели подключаются к драйверам, те в свою очередь подключается к интерфейсной плате, она же соединяется через параллельный порт LPT с персональным компьютером. Драйверов использовал 4 штуки, соответственно по одной штуке на каждый из двигателей. Все драйвера поставил одинаковые, для упрощения монтажа и подключения, с максимальным током 4А и напряжением 50В. В качестве интерфейсной платы для станков с ЧПУ использовал относительно бюджетный вариант, от отечественного производителя, как указанно на сайте лучший вариант. Но подтверждать или опровергать это не буду, плата проста в своем применении и самое главное, что она работает. В своих прошлых проектах применял платы от китайских производителей, они тоже работают, и по своей периферии мало отличаются, от использованной мной в этом проекте. Заметил во всех этих платах, один может и не существенный, но минус, на них можно всего лишь установить до 3-х концевых выключателя, но на каждую ось требуется как минимум по два таких выключателя. Или я просто не разобрался? Если у нас 3-х осевой станок, то соответственно нам надо установить концевые выключатели в нулевых координатах станка (это еще называется «домашнее положение») и в самых крайних координатах чтобы в случае сбоя или не хватки рабочего поля, та или иная ось просто не вышла из строя (попросту не сломалась). В моей схеме использовано: 3 концевых без контактных индуктивных датчика и аварийная кнопка «Е-СТОП» в виде грибка. Силовая часть запитана от двух импульсных источников питания на 48В. и 8А. Шпиндель с водяным охлаждением на 2,2кВт, соответственно включенный через частотный преобразователь. Обороты устанавливаются с персонального компьютера, так как частотный преобразователь подключен через интерфейсную плату. Обороты регулируются с изменения напряжения (0-10 вольт) на соответствующем выводе частотного преобразователя.
Все электрические компоненты, кроме двигателей, шпинделя и конечных выключателей были смонтированы в электрическом металлическом шкафу. Все управление станком производится от персонального компьютера, нашли старенький ПК на материнской плате форм фактора ATX. Лучше бы, чуть ужались и купили маленький mini-ITX со встроенным процессором и видеокартой. При не малых размерах электрического ящика, все компоненты с трудом разместились внутри, их пришлось располагать достаточно близко друг к другу. В низу ящика разместил три вентилятора принудительного охлаждения, так как воздух в нутрии ящика сильно нагревался. С фронтальной стороны прикрутили металлическую накладку, с отверстиями под кнопки включения питания и кнопки аварийного останова. Так же на этой накладке разместили панельку для включения ПК, ее я снял с корпуса старого мини компьютера, жаль, что он оказался не рабочим. С заднего торца ящика тоже закрепили накладку, в ней разместили отверстия под разъемы для подключения питания 220V, шаговых двигателей, шпинделя и VGA разъем.
Все провода от двигателей, шпинделя, а также водяные шланги его охлаждения проложили в гибкие кабель каналы гусеничного типа шириной 50мм.
Что касается программного обеспечение, то на ПК размещенного в электрическом ящике, установили Windows XP, а для управления станком применили одну из самых распространенных программ Mach3. Настройка программы осуществляется в соответствии с документацией на интерфейсную плату, там все описано достаточно понятно и в картинках. Почему именно Mach3, да все потому же, был опыт работы, про другие программы слышал, но их не рассматривал.
Технические характеристики:
Рабочее пространство, мм: 2700х1670х200;
Скорость перемещения осей, мм/мин: 3000;
Мощность шпинделя, кВт: 2,2;
Габариты, мм: 2800х2070х1570;
Вес, кг: 1430.
Список деталей:
Профильная труба 80х80 мм.
Полоса металлическая 10х80мм.
ШВП TBI 2510, 9 метров.
ШВП гайки TBI 2510, 4 шт.
Профильные направляющие HIWIN каретка HGH25-CA, 12 шт.
Рельс HGH25, 10 метров.
Шаговые двигатели:
NEMA34-8801: 3 шт.
NEMA 23_2430: 1шт.
Шкив BLA-25-5M-15-A-N14: 4 шт.
Шкив BLA-40-T5-20-A-N 19: 2 шт.
Шкив BLA-30-T5-20-A-N14: 2 шт.
Плата интерфейсная StepMaster v2.5: 1 шт.
Драйвер шагового двигателя DM542: 4шт. (Китай)
Импульсный источник питания 48В, 8А: 2шт. (Китай)
Частотный преобразователь на 2,2 кВт. (Китай)
Шпиндель на 2,2 кВт. (Китай)
Основные детали и компоненты вроде перечислил, если что-то не включил, то пишите в комментарии, добавлю.
Опыт работы на станке: В конечном итоге спустя почти полтора года, станок мы все же запустили. Сначала настроили точность позиционирования осей и их максимальную скорость. По словам более опытных коллег максимальная скорость в 3м/мин не высока и должна быть раза в три выше (для обработки дерева, фанеры и т.п.). При той скорости, которой мы достигли, портал и другие оси упершись в них руками (всем телом) почти не остановить - прёт как танк. Начали испытания с обработки фанеры, фреза идет как по маслу, вибрации станка нет, но и углублялись максимум на 10мм за один проход. Хотя после заглубляться стали на меньшую глубину.
По игравшись с деревом и пластиком, решили погрызть дюраль, тут я был в восторге, хоть и сломал сначала несколько фрез диаметром 2 мм, пока подбирал режимы резания. Дюраль режет очень уверенно, и получается достаточно чистый срез, по обработанной кромке.
Сталь пока обрабатывать не пробовали, но думаю, что как минимум гравировку станок потянет, а для фрезеровки шпиндель слабоват, жалко его убивать.
А в остальном станок отлично справляется с поставленными перед ним задачами.
Вывод, мнение о проделанной работе: Работа проделана не малая, мы в итоге изрядно приустали, так как ни кто не отменял основную работу. Да и денег вложено не мало, точную сумму не скажу, но это порядка 400т.р. Помимо затрат на комплектацию, основная часть расходов и большая часть сил, ушла на изготовление основания. Ух как мы с ним намаялись. А в остальном все делалось по мере поступления средств, времени и готовых деталей для продолжения сборки.
Станок получился вполне работоспособным, достаточно жестким, массивным и качественным. Поддерживающий хорошую точность позиционирования. При измерении квадрата из дюрали, размерами 40х40, точность получилась +- 0,05мм. Точность обработки более габаритных деталей не замеряли.
Что дальше…: По станку есть еще достаточно работы, в виде закрытия пыле - защитой направляющих и ШВП, обшивки станка по периметру и установки перекрытий в середине основания, которые будут образовывать 4 больших полки, под объем охлаждения шпинделя, хранения инструмента и оснастки. Одну из четвертей основания хотели оснастить четвертой осью. Также требуется на шпиндель установить циклон для отвода и сбора стружки о пыли, особенно если обрабатывать дерево или текстолит, от них пыль летит везде и осаждается повсюду.
Что касается дальнейшей судьбы станка то тут все не однозначно, так как у меня возник территориальный вопрос (я переехал в другой город), и станком заниматься сейчас почти некому. И вышеперечисленные планы не факт что сбудутся. Не кто этого два года назад и предположить не мог.
В случае продажи станка с его ценником все не понятно. Так как по себестоимости продавать откровенно жалко, а адекватная цена в голову пока не приходит.
На этом я пожалуй закончу свой рассказ. Если что-то я не осветил, то пишите мне, и я постараюсь дополнить текст. А в остальном многое показано в видео про изготовления станка на моем YouTube канале.