LS Manufacturing

Два гиганта производственного мира
У вас в руках чертеж прецизионной детали. Это может быть круглый вал или квадратный блок. Прежде чем он воплотится в жизнь, он должен пройти через один из двух гигантов машиностроения: токарный или фрезерный станок . Сделав неправильный выбор, вы потеряете время и деньги, а то и вовсе не сможете изготовить свою деталь. Как же узнать, какой из них выбрать?

Токарные и фрезерные станки — это важнейшее и базовое оборудование для механической обработки . Каждый из них превосходен в различных методах обработки и подходит для обработки заготовок различной формы и требований к технологическому процессу. Для тех, кто только знакомится с механической обработкой, может возникнуть вопрос: что мощнее: токарный станок или фрезерный — более гибкий? Ответ зависит от ваших конкретных потребностей.

Главное — понять их принципиальное различие: токарные станки вращают заготовку, а инструмент неподвижен; фрезерные станки вращают инструмент, а заготовка неподвижна. Это фундаментальное различие определяет области, в которых каждый станок превосходит другие, и кому следует доверить разработку вашего проекта.

Чтобы сэкономить ваше драгоценное время, приводим краткий обзор основных выводов.

Краткая справка: выберите метод обработки одним взглядом

Одним предложением:

Токарный станок = хорош для обработки «кругов» (вращательно-симметричных деталей)

Фрезерный станок = хорош для обработки «квадратных» (плоских деталей специальной формы)

Далее мы подробно проанализируем их различия, чтобы помочь вам сделать лучший выбор при реальной обработке.

Вот что вы узнаете

1. Простая структура принятия решений, которая поможет вам за 60 секунд решить, подходит ли ваш проект лучше для токарного или фрезерного станка .
2. Различия в принципе резки сердцевины между двумя станками и то, как это определяет формы деталей, которые они могут производить.
3. Сравнительные размеры токарных и фрезерных станков , включая количество осей, геометрию, тип инструмента и типичные области применения.
4. Как современные многофункциональные технологии обработки , такие как приводные инструменты и токарно-фрезерные центры, разрушают традиционные границы.
5. Практические советы профессиональных станочников, которые помогут разрешить распространенные вопросы при выборе токарного или фрезерного станка (FAQ).

Давайте теперь углубимся и найдем лучший метод обработки, отвечающий вашим потребностям!

Почему стоит доверять этому руководству? Подробный обзор от LS Machine Shop.

Мы не просто говорим об этом на бумаге, мы практикуем это в мастерской каждый день:

В LS мы не отдаём предпочтение какому-либо одному станку; мы выбираем тот, который будет наиболее полезен нашим клиентам. Мы владеем и осваиваем как токарные, так и фрезерные станки. Мы используем пятикоординатный фрезерный станок для обработки сложных турбинных лопаток для клиента из аэрокосмической отрасли, а высокоточный токарный станок с ЧПУ — для производства тысяч приводных валов в день для клиента из автомобильной промышленности.

Этот опыт позволяет нам делать для вас наиболее разумный выбор процессов:

Если деталь цилиндрическая, но имеет несколько ключевых плоских элементов, будет ли экономичнее и эффективнее выбрать токарный станок с «приводной револьверной головкой» для комплексной обработки (выполняемой за один зажим)? Или же выгоднее использовать традиционную последовательную обработку «сначала точение, а затем фрезерование»?

Это не теоретический вывод, а ключевой вопрос, с которым нам приходится сталкиваться и который мы должны точно решать при ежедневном планировании процесса обработки токарной и фрезерной обработкой деталей наших клиентов на станках с ЧПУ .

Это руководство – воплощение нашей мудрости как вашего надёжного производственного партнёра, основанной на глубоком чувстве ответственности и практическом опыте в вопросах затрат и эффективности. Оно основано на реальных примерах и призвано создать для вас реальную ценность.

Как они режут? Искусство прядения против науки резьбы.

Основное различие между инструментальной резкой заключается в том, что различные движущиеся объекты определяют принципиальное различие методов обработки. Проще говоря:

Токарный станок: заготовка вращается с высокой скоростью, а инструмент движется неподвижно (очистка яблок)

Фрезерный станок: инструмент вращается с высокой скоростью, а заготовка движется неподвижно (резьба по дереву)

Сравнительная таблица ключевых отличий

Понимание того, «кто вращается», поможет понять суть этих двух основных методов обработки. Давайте подробнее рассмотрим, как работает каждый из них:

Токарный станок: искусство вращения заготовки (например, гончарное дело)
Основной механизм: заготовка вращается, а инструмент перемещается линейно.

Рабочий сценарий: Представьте, что цельный металлический пруток (заготовка) прочно зажат в патроне токарного станка. Запускаем станок, и пруток начинает вращаться с высокой скоростью. В это время на резцедержателе закреплен острый «резец» (в форме стамески), который сам по себе не вращается.

Процесс резки: Оператор (или программа ЧПУ) точно управляет этим неподвижным инструментом , чтобы он плавно перемещался вдоль оси вращающейся заготовки (осевое направление, например, поворот длины внешней окружности) или перпендикулярно оси (радиальное направление, например, управление диаметром поворота).

Снятие материала: вращающаяся поверхность заготовки непрерывно «встречается» с неподвижным лезвием. Подобно тому, как чистят яблоко, режущая кромка инструмента непрерывно и послойно «снимает» металлическую стружку с вращающейся поверхности заготовки. Этот процесс позволяет эффективно создавать гладкие цилиндрические поверхности, конические поверхности, торцы, резьбу и различные сложные формы вращающихся тел, симметричные относительно центральной оси.

Фрезерный станок: наука о вращающихся инструментах (например, тонкая гравировка)
Основной механизм: инструмент вращается, а заготовка перемещается линейно.

Рабочая сцена: Представьте себе металлическую заготовку квадратной или любой другой формы, прочно закреплённую на верстаке. В этот момент на шпиндель устанавливается многолезвийный инструмент, называемый «фрезой» (обычно называемый концевыми фрезами). Запускаем станок, и фреза начинает вращаться с высокой скоростью.

Процесс резки: Рабочий стол (или сама шпиндельная головка), на котором закреплена заготовка, может перемещаться в горизонтальной плоскости (направления X, Y) и вертикальной плоскости (направление Z) по точным направляющим. Оператор (или программа ЧПУ) управляет рабочим столом (или шпинделем), перемещая заготовку и выполняя точное относительное перемещение относительно высокоскоростной вращающейся фрезы .

Снятие материала: Высокоскоростная вращающаяся многолезвийная фреза подобна высокоточному «гравировальному сверлу» . При соприкосновении с неподвижной (или медленно движущейся) заготовкой её острые многолезвийные режущие кромки поочередно врезаются в материал, разбивая его на мелкую стружку и удаляя её. Управляя сложным движением заготовки (прямые линии, кривые, контуры) относительно вращающегося инструмента, можно обрабатывать плоскости, уступы, пазы, полости, отверстия и чрезвычайно сложные трёхмерные поверхности.

Запомните эту основную картину: вращается ли заготовка на токарном станке и режется инструментом, или инструмент вращается на фрезерном станке, обрабатывая неподвижную заготовку? Ответ на вопрос «кто вращается?» — ключ к пониманию принципиального различия между точением и фрезерованием.

Токарная обработка против токарной, фрезерная против фрезерного станка и роль «ЧПУ»

Основное разъяснение:

Токарная обработка — это операция резания металла.

Токарный станок — это станок для выполнения токарной обработки.

Фрезерование — еще одна операция резки металла.

Фрезерный станок — машина для выполнения фрезерных работ.

Числовое программное управление (ЧПУ) — это не отдельная категория станков , а передовое средство управления станками. Оно может применяться на токарных и фрезерных станках (и других станках) для превращения их в токарные и фрезерные станки с ЧПУ .

1. Токарный станок и токарная обработка
(1) Точение (процесс):
Основным источником движения является заготовка, поскольку она вращается, а режущий инструмент описывает прямую линию или траекторию определенной формы для выполнения движения подачи.

Обрабатываемый объект: В основном используется для обработки деталей вращающихся тел, таких как цилиндры, конусы, торцевые поверхности, резьбы, канавки и т. д. Вал, втулка, детали дисков, фланец, резьбовой стержень и т. д. — вот некоторые примеры обычных деталей.

Суть резания: режущий инструмент снимает материал с поверхности обрабатываемой детали, придавая ей требуемую форму и размер. Приводом вращения служит сама деталь.

(2) Токарный станок (машина):

Основная функция: Обеспечивать и точно контролировать движение, необходимое для токарной операции:

Шпиндель: зажим заготовки и вращение ее с высокой скоростью (главное движение).

Резцедержатель/Револьверная головка: зажим и установка режущего инструмента.

Суппорт/Салазки: держатель инструмента, который может перемещаться вдоль направляющих станины параллельно оси шпинделя (продольная подача - ось Z) или под прямым углом к оси шпинделя (поперечная подача - ось X).

Задняя бабка: удерживает другой конец длинной заготовки (обычно фиксированной или сверлильной), обеспечивает центрирование или удерживает инструменты, например, сверла.

Взаимосвязь оборудования и процесса: Токарный станок — это оборудование, специально разработанное для выполнения токарной обработки . Эффективное выполнение токарной обработки невозможно без токарного станка. Конструкция токарного станка, способ перемещения и оснастка разработаны с учётом требований токарной обработки.

2. Фрезерный станок

(1) Фрезерование (процесс):

Основное движение: вращение режущего инструмента (фрезы) является основным движением, заготовка устанавливается на рабочем столе, а рабочий стол перемещается по линейной траектории или запрограммированной контурной траектории, выполняя движение подачи (против вращающегося инструмента).

Объект обработки: в основном используется для обработки плоскостей, канавок, зубьев шестерен, сложных контурных поверхностей, полостей и т. д. Типичными примерами деталей являются формы, коробки, кронштейны, пластинчатые детали, детали со сложным контуром и т. д.

Суть резания: Вращающийся многолезвийный инструмент срезает материал с поверхности заготовки, как относительно неподвижной, так и подвижной. Вращение обеспечивается инструментом. Фрезерование позволяет создавать детали самых разных геометрических форм .

(2) Фрезерный станок (оборудование):

Основное назначение: Обеспечивать и точно регулировать движение, необходимое для процесса фрезерования:

Шпиндель: служит опорой и вращает фрезу с высокой скоростью (главное движение). Шпиндель обычно может перемещаться вдоль вертикальной оси (вертикально-фрезерный станок) или поворачиваться по нескольким осям (универсально-фрезерный станок).

Стол: зажимает и фиксирует заготовку. Стол может перемещаться точно в трёх взаимно перпендикулярных направлениях (ось X: слева направо, ось Y: вперёд-назад, ось Z: вверх и вниз — обычно через головку шпинделя или подъёмный стол), обеспечивая сложную подачу.

Фрезерный станок с колонной и подъемным столом: удерживая стол и шпиндельную головку, выполните перемещение по оси Z.

Взаимодействие оборудования и процесса: Фрезерный станок – это специальное оборудование для фрезерования. Конструкция фрезерного станка (особенно многоосевой подвижный стол/шпиндельная головка) и высокопроизводительная шпиндельная система разработаны для решения сложных задач, связанных с вращением инструмента и многонаправленным перемещением заготовки в процессе фрезерования. Процесс фрезерования (особенно обработка деталей сложной формы) сложно реализовать без использования фрезерного станка.

3. Характер и назначение «числового программного управления» (ЧПУ)
(1) Основное определение: ЧПУ (числовое программное управление) относится к системе или методу управления станком . Компьютеры (или специализированные контроллеры) используются для хранения, интерпретации и выполнения инструкций программного кода (G-кодов, M-кодов и т. д.) в буквенной, цифровой и символьной форме, тем самым автоматически управляя движением и работой станков.

(2) Функция ( применительно к токарным и фрезерным станкам ):

Автоматизация: заменяет традиционное ручное управление (рычажная рукоятка) или механическую автоматизацию с использованием кулачков и шаблонов. Станок работает автоматически по программе, а оператору необходимо лишь закрепить заготовку, установить инструмент, запустить программу и контролировать процесс. Расточка цилиндров с использованием числового программного управления.

Высокая точность и воспроизводимость: компьютерное управление исключает человеческий фактор, а серводвигатели и высокоточные шарико-винтовые передачи/линейные направляющие перемещаются с микронной точностью. Одна и та же программа позволяет воспроизводить одни и те же детали бесконечное количество раз.

Обработка сложных форм: легко создавайте сложные кривые, поверхности и трёхмерные контуры (например, полости пресс-форм и лопатки импеллера), которые практически невозможно обработать вручную. Благодаря многокоординатному управлению (например , 3-, 4- и 5-координатные фрезерные станки, токарно-фрезерный станок) операции становятся более эффективными.

Гибкость: можно менять обрабатываемые детали просто путем модификации программы и инструмента (иногда с использованием приспособлений), не прибегая к замене сложных механических устройств (например, кулачков), что значительно сокращает время переналадки изделия и применимо для многономенклатурного и мелкосерийного производства.

Повышение эффективности: он может максимизировать параметры резания (скорость резания, скорость подачи, глубину резания), минимизировать холостой ход и выполнять высокоскоростную обработку, а также может работать без участия человека (должен быть оснащен соответствующими системами автоматизации), что значительно повышает эффективность производительности.

Интеграция: система ЧПУ — это цифровое ядро цифрового производства нового поколения (CAD/CAM/CAPP/CAE). После проектирования детали (CAD) программное обеспечение автоматизированного производства (CAM) генерирует программу обработки (NC-код) и напрямую передает ее на станок с ЧПУ для выполнения.

(3) Необходимое объяснение

ЧПУ — это не класс станков: нельзя просто сказать: «Купите станок с ЧПУ». Вам нужно указать, покупаете ли вы «токарный станок с ЧПУ» (токарный станок с ЧПУ) или « фрезерный станок с ЧПУ » (фрезерный станок с ЧПУ), или другие станки с ЧПУ (например, шлифовальные станки с ЧПУ, проволочно-вырезные станки с ЧПУ и т. д.).

ЧПУ — это «технология, обеспечивающая» развитие: это технологическое усовершенствование системы управления станков предыдущих поколений (токарных, фрезерных, сверлильных, шлифовальных и т. д.). Ручной токарный или фрезерный станок можно превратить в токарный или фрезерный станок с ЧПУ, оснастив его системой ЧПУ (включающей компьютеры, сервоприводы, серводвигатели, датчики позиционной обратной связи, панели управления и т. д.).

Различайте аппаратное обеспечение и системы управления: токарные/фрезерные станки — это аппаратное обеспечение, а ЧПУ (числовое программное управление) — это головка и нервная система, управляющая механизмом. Фундаментальные принципы работы станка могут быть универсализированы для различных типов станков.

Полное сравнение токарного и фрезерного станков

Токарные и фрезерные станки являются важнейшими и наиболее важными категориями станков в механической обработке. Принципы их работы, функции обработки и области применения имеют существенные различия. Знание этих различий необходимо для выбора подходящего технологического оборудования.

💡 Рекомендации по выбору:

Необходимо обработать оси, диски, втулки и т.д. → Предпочтительнее использовать токарные станки.

Требуется обработка плоскостей, пазов, трехмерных поверхностей → Предпочтительны фрезерные станки

Сильно смешанные и сложные детали → Рассмотрите возможность использования токарных и фрезерных станков

Когда токарный станок знакомится с фрезерованием: приводная револьверная головка и фрезерный центр

«В современном производстве границы между токарными и фрезерными станками стираются ». Это верный лозунг одной из самых мощных тенденций современной металлообработки – консолидации обрабатывающих центров. Традиционные операции токарной обработки (вращение заготовки) и фрезерования (вращение инструмента), традиционно различавшиеся на разных станках, сегодня всё более тесно переплетаются благодаря технологиям. Мощные револьверные станки и токарно-фрезерные многоцелевые центры – типичные представители этой «трансграничной интеграции». Они преобразили производство сложных деталей, шаг за шагом воплощая в реальность мечту о «одном зажиме – полная обработка» и значительно повышая эффективность, точность и гибкость.

1. Мощная револьверная головка: фрезерное расширение токарного станка

Конструктивные особенности:

Совместить независимо вращающуюся силовую головку (электропривод) с револьверной головкой токарного станка с ЧПУ.

Режим обработки: при реверсе вращения заготовка останавливается, а силовая головка приводит в движение фрезу/сверло для фрезерования, сверления и выполнения других операций .

Основные преимущества:

Исключите зажимы: одновременные токарные и фрезерные операции позволяют избежать погрешности измерения.

Повышение эффективности: минимизация времени обработки и времени вторичного зажима.

Оптимизируйте затраты: минимизируйте инвестиции в оборудование и площадь помещения.

Ограничения:

Подходит только для легкого фрезерования (неглубокие пазы, неглубокие плоскости, сверление).

Область обработки ограничена торцом заготовки или областью вокруг патрона.

Нет возможности объединения нескольких осей ( только позиционное фрезерование ).

Области применения: валы, детали втулок дисков (со шпоночными пазами, плоскими поверхностями и т. д.).

2. Комбинированный токарно-фрезерный центр: окончательное объединение

Конструктивные элементы:

Токарный сердечник: высокоскоростной токарный шпиндель (ось С).

Фрезерный сердечник:

Поворотная головка оси B: непрерывное вращение фрезерного шпинделя на 360° в любом положении.

Многокоординатное соединение (оси X/Y/Z/B/C) позволяет выполнять пятикоординатную обработку.

Инструментальный магазин большой емкости: автоматическая смена токарного/фрезерного инструмента высшего уровня.

Основные преимущества:

Абсолютная точность: полное исключение многочисленных ошибок зажима.
Абсолютная эффективность: комплексное выполнение всех процессов для сложных деталей.
Абсолютная гибкость: возможность размещения деталей с несколькими углами (например, крыльчаток, прецизионных соединений).

Проблемы

Высокая стоимость: значительно дороже традиционного оборудования.
Высокий уровень профессионализма: исключительно продвинутое программирование, эксплуатация и обслуживание.
Выгодные условия: сложные компоненты с высокой добавленной стоимостью (авиакосмические, медицинские прецизионные детали) .

3. Сводное сравнение

Тенденция: Непрерывный технологический прогресс способствует развитию обрабатывающей промышленности в направлении высокой эффективности, точности и гибкости.

FAQ — ответы на все ваши вопросы об оборудовании для мастерских

1. Какой станок мне сначала купить: токарный или фрезерный?

Ответ на этот вопрос зависит от ваших конкретных потребностей в обработке. Если вы в основном изготавливаете вращающиеся детали, такие как валы, диски, втулки и т. д., предпочтительнее токарный станок, поскольку он более эффективен при обработке наружных окружностей, внутренних отверстий и резьбы. Если же вам нужно обрабатывать плоскости, пазы, сложные контуры или несимметричные детали, лучше подойдет фрезерный станок. Студиям и стартапам с ограниченным бюджетом рекомендуется определить приоритеты в отношении типов деталей, которые вы будете обрабатывать чаще всего в течение следующих 3–5 лет. В то же время вы также можете рассмотреть токарные станки с приводными револьверными головками, которые могут выполнять некоторые функции фрезерования, сохраняя при этом возможность токарной обработки, что обеспечивает большую гибкость обработки.

2. Может ли токарный станок делать все то же, что и фрезерный?

Обычный токарный станок не может полностью заменить фрезерный, поскольку он используется в основном для обработки тел вращения, и на нём сложно фрезеровать сложные контурные, плоские или асимметричные детали. Однако токарный станок с ЧПУ с приводной револьверной головкой может выполнять некоторые простые фрезерные операции, такие как сверление, торцевое фрезерование и обработку шпоночных пазов. Более сложные токарно-фрезерные центры способны выполнять настоящую пятикоординатную обработку, которая включает в себя практически все операции фрезерования, но такое оборудование стоит дорого и, как правило, подходит для массового производства высокоточных сложных деталей. Для большинства общих задач обработки фрезерные станки по-прежнему более универсальны и менее дороги.

3. Каковы недостатки токарных и фрезерных станков?

Основным ограничением токарных станков является то, что они хорошо справляются с обработкой вращательно-симметричных деталей, но неэффективны при обработке невращающихся тел или сложных контуров. Даже с приводной револьверной головкой диапазон их фрезерования ограничен перемещением по оси Y и жесткостью. Несмотря на то, что фрезерные станки обладают большей геометрической гибкостью, они уступают токарным станкам при обработке длинноосных или высокоточных вращающихся деталей, а их настройка и программирование, как правило, сложнее. Кроме того, стоимость приобретения и эксплуатации фрезерных станков (особенно пятикоординатных моделей) зачастую выше, чем у токарных станков того же уровня. Поэтому при выборе оборудования необходимо учитывать потребности в обработке, бюджет и долгосрочное планирование производства. Оборудование для обработки композитных материалов может в определенной степени компенсировать недостатки обоих, но инвестиционные затраты выше.