Устройства фиксации деталей на станках ЧПУ

Одной из наиболее часто возникающих проблем оператора станка ЧПУ является задача – как зафиксировать деталь на станке ЧПУ. Современные станки и обрабатывающие центры ЧПУ для обработки древесно-стружечных материалов, в том числе фасадов МДФ, обладают достаточным арсеналом устройств фиксации деталей, чтобы качественно и безопасно выполнить ту или иную обработку заготовки, вне зависимости от ее формы, размера, плотности. Однако не всегда и не все они бывают доступными для применения: вследствие дороговизны, особенностей конструкции рабочего стола станка ЧПУ, наличия дополнительного оборудования подачи вакуума или сжатого воздуха, характерных свойств материала заготовки, или по другим причинам.

Способы фиксации (блокировки) деталей на станках ЧПУ в зависимости от конструкции оборудования можно условно подразделить на три типа: механический, с помощью вакуума и с помощью пневматического оборудования.

Механические способы блокировки детали на станке ЧПУ

Данные способы могут выглядеть немного кустарно, однако даже при работе на высокотехнологичном и дорогом оборудовании порой приходится прибегать к ним. К тому же, применение механических способов блокировки деталей позволяет не задействовать вакуумную или пневматическую системы фиксации, соответственно, не расходовать электроэнергию.

Струбцины

Используются на Т-образных рабочих столах станков ЧПУ. Простейшая конструкция струбцины состоит из болта, гайки и металлической пластины с отверстием. Шляпка болта вставляется в Т-образный паз, деталь фиксируется пластиной затягиванием гайки. Для блокировки одной заготовки используется от двух и более струбцин.

Достоинства. Доступность, надежность, простота. Струбцины – наиболее целесообразный способ блокировки заготовок на гравировальных станках ЧПУ, когда программа обработки может выполняться несколько часов.

Недостатки. Долгое и неточное позиционирование детали. Недоступность для обработки области поверхности в точке крепления заготовки. Высокая вероятность столкновения инструмента с зажимными элементами.

Быстрозажимные прижимы шарнирного типа

Разновидность струбцины для быстрой фиксации заготовки на Т-образном рабочем столе станка ЧПУ. Представляет собой шарнирно-рычажный механизм, который при достаточно малом усилии создает относительно большую силу зажима.

Достоинства. Быстрая фиксация детали (одним движением руки). Доступность, надежность, простота.

Недостатки. Громоздкость конструкции и, как следствие, опасность столкновения с инструментом. Относительно слабый прижим.

Боковые зажимы

Используются для блокировки с боковых сторон брусковых деталей или щитовых панелей с достаточной толщиной. Применение данных зажимов целесообразно, если требуется обработка всей площади верхней поверхности заготовки.

Боковые прижимы можно использовать в комплексе с фиксированными реечными упорами. Такая комбинация позволяет точнее позиционировать деталь и использовать минимальное количество зажимов.

Исходя из конструктивных особенностей, можно выделить три типа боковых зажимов для станков ЧПУ: винтовые, рычажные, эксцентриковые.

Винтовые и рычажные боковые зажимы

Своим устройством они схожи со струбцинами и быстрозажимными прижимами. Однако крепление в Т-образный паз здесь должно производиться более жестко, так как низкий коэффициент трения между плоскостями заготовки и рабочим столом не обеспечивает надежное удержание детали.

Достоинства. Доступность, относительная безопасность. Возможность блокировки деталей с переменной высотой.

Недостатки. Сложность монтажа. Сила удержания во многом зависит от надежности самого зажима.

Эксцентриковые боковые зажимы для станков ЧПУ

Приобрели большую популярность у народных умельцев. Их конструкция представляет собой круглую шайбу со смещенным от центра окружности штифтом и рычагом. На рабочем столе станка ЧПУ такой зажим устанавливается в специальные отверстия, соответствующие диаметру штифта.

Достоинства. Простота, надежность, безопасность. Возможность изготовить зажимные элементы самостоятельно.

Недостатки. Можно использовать только на специально подготовленном рабочем столе. При блокировке хрупких и рыхлых материалов могут проявиться вмятины.

Горизонтальные механические зажимы

Используются для фиксации узких и брусковых деталей. Зажим представляет собой тиски с двумя параллельными пластинами, между которыми зажимается деталь. Одна пластина находится в неподвижном положении, вторая, при помощи винта, прижимает деталь. Конструкция тисков располагается на специальной площадке, удобной для ее крепления на рабочем столе станка ЧПУ.

Достоинства. Простота, надежность.

Недостатки. Неточное позиционирование, долгое время подготовки, ограниченность применения только на малогабаритных деталях.

Саморезы

Данный способ наиболее актуален при необходимости обработки мелких заготовок, или деталей со сложной геометрией. С помощью саморезов заготовка крепится на подложку (контршаблон), которую, в свою очередь, можно зафиксировать на рабочем столе станка ЧПУ любым другим способом. Прихват заготовки саморезами можно выполнять на участках технологических припусков заготовки, или через отверстия в подложке, с нелицевой стороны детали.

Если требуется выполнить фрезерование сложного геометрического контура, чтобы в дальнейшем избежать столкновения фрезы с саморезами, сначала можно произвести симуляцию обработки, используя только подложку и, в соответствии с отфрезерованным контуром, сделать отверстия под крепеж.

При массовом производстве, для ускорения процесса смены заготовок, возможно использование нескольких контршаблонов: пока одна деталь находится в стадии обработки, другая подготавливается.

Достоинства. Доступность, простота. Возможность обрабатывать детали по контуру, делать сквозные отверстия и выемки.

Недостатки. Длительное время подготовки. Относительно слабая фиксация, возможно небольшое смещение. На деталях остаются отверстия от саморезов. Необходимость хранить большое количество контршаблонов для разного рода деталей.

Двусторонний скотч

Способ фиксации заготовки на станке ЧПУ с помощью двустороннего скотча является спорным с точки зрения рациональности и надежности. В лучшем виде он проявляет себя в обработке тонких листовых материалов и мелких деталей. Чтобы надежно закрепить заготовку, ее поверхность, как и поверхность рабочего стола, должна быть гладкой и плотной.

Достоинства. Безопасность и доступность. Возможна сквозная обработка за счет неплотного прилегания.

Недостатки. Высокая стоимость. Неустойчивость, вследствие пластичности материала. Ограниченность применения.

Горячий клей

Для точечного прихвата особо мелких деталей используется горячий термопластичный клей. Его практичность достигается при склеивании мягких и пористых материалов с неровной поверхностью.

При размещении на рабочем столе деталь прихватывается по контуру в нескольких точках с помощью термоклеевого пистолета. Быстрое отвердевание при остывании способствует блокировке детали за короткое время. Таким образом, заготовка крепко удерживается и способна выдерживать даже сильные боковые нагрузки.

Достоинства. Доступность, простота, безопасность. Возможность обрабатывать горизонтальную поверхность детали по всей площади.

Недостатки. Относительно долгое время подготовки и позиционирования. Высокая вероятность слабого сцепления клея с материалом поверхности детали или рабочего стола.

Вакуумные устройства фиксации деталей на станках ЧПУ

При производстве корпусной мебели и фасадов МДФ на станках ЧПУ наибольшее распространение получил способ блокировки деталей на рабочем столе – при помощи вакуума. Целесообразность использования вакуумных устройств фиксации объясняется быстротой подготовки рабочего стола, размещения и смены деталей на нем,  простотой, точностью и надежностью позиционирования заготовок и возможностью обрабатывать детали с торцевых сторон.

Матричный (решетчатый) вакуумный стол

Устанавливается на фрезерно-гравировальных станках и обрабатывающих центрах ЧПУ с конструкцией портального типа. Служит для фиксации широкоформатных плоских панелей (ДСП, МДФ, фанеры, пластика) с помощью энергии вакуума. Подходит для несквозной обработки верхней плоскости деталей фрезеровальным и сверлильным инструментом. Подробнее о конструкции и особенностях матричного стола можно прочитать в статье «Рабочие столы станков ЧПУ для изготовления фасадов МДФ».

Достоинства. Надежная и ровная фиксация по всей площади детали. Быстрая смена заготовок. Возможность монтажа дополнительных удерживающих устройств.

Недостатки. Недопустимость сквозных обработок. Сравнительно длительное время подготовки рабочей зоны.

Вакуумный стол с «жертвенной» подложкой

Это тот же самый матричный вакуумный стол, только между деталью и рабочим столом помещается подложка из материала, обладающего достаточной жесткостью и хорошей воздухопроводностью (вакуумпроводностью). В качестве «жертвенной» подложки, как правило, используются наиболее доступные в мебельном производстве черновые материалы: шлифованное ДСП, МДФ, ХДФ.

Принцип действия «жертвенного» стола тот же, что и у вакуумного стола, с той лишь разницей, что здесь намного больше потери вакуума, и требуется более высокая производительность вакуумного насоса.

Главное достижение «жертвенной» подложки – возможность выполнения сквозной обработки деталей без опасности повредить основной стол.

Достоинства. Ровная поверхность, походящая для тонких листовых материалов. Быстрая подготовка путем подключения-отключения зон подвода вакуума. Позволяет осуществлять сквозную обработку, в том числе по технологии Nesting.

Недостатки. Требуется периодическое выравнивание поверхности подложки. Относительно слабая сила прижима заготовок из-за больших потерь вакуума.

Вакуумные присоски

Вакуумные присоски – основной способ крепления деталей на станках ЧПУ для производства мебели и фасадов МДФ оборудованных консольными рабочими столами. Однако, и матричные рабочие столы, и гладкие алюминиевые столы станков ЧПУ, также могут свободно оборудоваться подобными устройствами фиксации деталей.

Основание конструкции блока вакуумной присоски изготовлено из армированного полимерного материала и выполняет функцию жесткой опоры. Верхняя часть блока имеет отверстие подвода вакуума и своеобразно профилированную поверхности, на которую монтируется резиновая чашка-пластина присоски или укладывается уплотнительный шнур. Отверстие в верхней части блока присоски может быть оснащено клапанным механизмом, который активирует вакуум при укладке заготовки.

Типовые блоки вакуумных присосок для деревообрабатывающего оборудования выпускаются высотой 29 и 48 мм для 3-х и 4-х осевых станков ЧПУ и 74 мм для 5-осевых станков ЧПУ, а также размером прямоугольной резиновой чашки 140 х 115, 125 х 75, 120 х 50 и 130 х 30 мм. Для удобства позиционирования деталей со сложной геометрической формой, конструкция блока может вращаться вокруг вертикальной оси на 360°.

Подключение блока присоски к вакуумной системе станка ЧПУ происходит или через консоль рабочего стола, или через шланги и фитинговые переходники.

Достоинства. Легкость и гибкость подготовки рабочего стола, в том числе с помощью программных средств. Быстрая фиксация и смена заготовок. Возможность обрабатывать детали со сложной геометрией контура с любой стороны. Безопасность для хрупких и деликатных деталей.

Недостатки. Высокая стоимость. Слабая сила прижима мелких деталей и пористых материалов. Для блокировки разноразмерных заготовок требуется дополнительный запас присосов различной ширины.

Быстросъемные вакуумные столы

Имеют схожую конструкцию с матричными (решетчатыми) рабочими столами, но отличаются меньшим размером и возможностью отдельного подключения к устройствам генерации вакуума. Используются для раскроя и фрезеровки листовых и плитных материалов на тех станках ЧПУ, где оборудование рабочего стола не позволяет произвести требуемые типы обработок, используя имеющуюся оснастку (например, станки ЧПУ с консольными или гладкими рабочими столами).

Для консольных станков быстросъемные вакуумные столы поставляются в качестве дополнительной опции. Они жестко крепятся на каретках или блоках присосок и имеют независимое подключение к вакуумной системе станка ЧПУ.

Для других типов станков ЧПУ имеется возможность крепления в Т-образный паз или любым другим способом. Вследствие малых габаритов быстросъемного вакуумного стола, в качестве источника вакуума здесь могут использоваться генераторы вакуума, работающие от сжатого воздуха по принципу Вентури.

Достоинства. По своим характеристикам быстросъемные вакуумные столы ничем не отличаются от стационарных матричных образцов. Кроме того, чтобы увеличить рабочую площадь, возможно одновременное подключение нескольких столов.

Недостатки. Высокая стоимость.

Вертикальные зажимы

Работающие от энергии вакуума вертикальные зажимные устройства, используются для блокировки небольших, узких деталей, которые сложно или невозможно хорошо зафиксировать при помощи одних присосок. Как правило, подобными устройствами оснащаются консольные станки ЧПУ, однако некоторые производители предлагают образцы вакуумных зажимов, модифицированные для матричных рабочих столов.

Достоинства. Быстрая смена зажимных блоков. Возможность блокировки прямых и криволинейных узких деталей большой толщины.

Недостатки. Сложное позиционирование заготовки. Высокая вероятность столкновения с инструментом.

Контршаблоны

Контршаблон – это вспомогательное блокирующее устройство, которое позиционируется на рабочем столе станка ЧПУ при помощи других способов фиксации. Используется при выполнении обработки деталей с особой геометрической формой, которые невозможно заблокировать при помощи стандартных удерживающих устройств.

Контршаблон изготавливается из любого доступного материала, безопасного для инструмента. На нем должен быть рельеф, повторяющий профиль заготовки, паз для уплотнительного шнура и отверстия с фитингами для вставки трубок подачи вакуума.

Достоинства. Позволяет безопасно обрабатывать детали уникальной формы.

Недостатки. Долгое время и сложность изготовления контршаблона. Узкоспециализированное применение.

Пневматические устройства фиксации заготовок на станках ЧПУ

В отличие от вакуумных устройств фиксации, которые обеспечивают прижим деталей силой давления не более одной атмосферы, пневматические зажимы позволяют производить блокировку с силой прижима равной нескольким атмосферам, обусловленной давлением сжатого воздуха в пневмосистеме. Кроме того, при использовании сжатого воздуха, его расход, в отличие от вакуума, минимален, что позволяет более рационально расходовать электроэнергию.

Пневматическими зажимами в первую очередь оборудуются станки ЧПУ с консольными рабочими столами. Однако не исключено их применение на матричных или на других рабочих столах станков ЧПУ для производства мебели и фасадов МДФ.

Подключение пневматических устройств фиксации выполняется или к специальным разъемам пневмосистемы станка ЧПУ, или к общецеховой системе подачи сжатого воздуха, посредством трубок и фитинговых переходников.

В арсенале устройств фиксации, работающих от сжатого воздуха, можно выделить: вертикальные зажимы, горизонтальные зажимы и цилиндрические упоры с блокирующими пластинами.

Устройства вертикальных и горизонтальных прижимов могут иметь винтовые механизмы регулировки высоты или ширины захвата. Вертикальные зажимы позволяют блокировать заготовку с любой из сторон вокруг своей оси. Горизонтальные зажимы могут иметь механизмы вращения для позиционирования деталей под нужным углом.

Пневматические упоры, оснащенные блокирующими пластинами, используются в комплексе с блоками присосок для более надежной фиксации узких и длинных деталей.

Достоинства. Надежная и жесткая блокировка брусковых деталей. Быстрая смена заготовок. При работе на консольных столах, пневматические зажимы могут выполнять функции дополнительных упоров.

Недостатки. Высокая стоимость. Длительная подготовка рабочего стола. Могут возникать сложности точным позиционированием детали. Ограниченный диапазон размеров закрепляемых деталей. Высокая опасность столкновения с инструментом.

Существуют и другие способы и устройства блокировки заготовок. Однако их доступность и целесообразность использования в производстве мебели и фасадов МДФ опускает необходимость отдельного разбирательства. Вышеперечисленные устройства блокировки заготовок считаются наиболее подходящими для данной сферы производства. Остается только выбрать наиболее эффективный способ как зафиксировать деталь на станке ЧПУ.