Выбор между горизонтальной и вертикальной фрезеровкой и токарной обработкой: ключевые различия

Когда речь идет о ЧПУ-фрезерных и токарных станках, есть много деталей, которые делают значительную разницу в вашем рабочем процессе. Ни один станок не может справиться с каждой возможной производственной операцией, поэтому мудро отметить характеристики, которые были бы наиболее подходящи для ваших операций.

Существует много таких расчетов, которые нужно держать в уме, но одно из самых важных различий, которые нужно сделать при выборе конфигурации обработки — должна ли конфигурация быть вертикальной или горизонтальной.

Горизонтальные обрабатывающие центры (HMC) и вертикальные фрезерные станки (VMC) отличаются в нескольких отношениях, выходящих за рамки их ориентации. Два типа фрезеров имеют разные компоненты и подходят для разных режущих операций: как правило, горизонтальный фрезерный станок может резать глубокие пазы с минимальным вибрированием инструмента или деформацией, в то время как вертикальный фрезерный станок может быть лучше для тонких деталей.

Эта статья рассматривает ключевые различия между горизонтальными и вертикальными фрезерными станками. Она смотрит на преимущества и ограничения каждого процесса, перечисляет некоторые распространенные станки на рынке и предлагает советы по выбору между горизонтальной и вертикальной фрезеровкой.

Что такое вертикальный фрезерный станок?

Вертикальный фрезерный станок — фрезерный станок, в котором шпиндель (который держит зажим, который в свою очередь держит режущий инструмент) ориентирован вертикально. Это более распространенная конфигурация для ЧПУ-фрезерного станка и может использоваться для фрезерования, пазования, сверления или расточки.

Вертикальные фрезерные станки фактически составляют большинство фрезерного оборудования по отраслям вроде металлообработки, что можно атрибутировать их более низким затратам в сравнении с горизонтальными системами. Как подразумевает название, вертикальные фрезерные станки имеют вертикальную ориентацию на своей режущей голове или шпиндели. Специфика фрезерных контролов может варьироваться от станка к станку.

Популярные вертикальные фрезерные станки включают диапазоны продуктов Integrex, VCN и VTC от Mazak; серии VF, VR и Universal от Haas (3ERP использует модели из диапазонов VF и Universal); FANUC ROBODRILL; и диапазоны CMX V, DMV и NVX от DMG MORI.

Два основных типа вертикальных фрез — консольные (turret) и консольно-несущие (bed) фрезы.

Консольно-несущий фрезерный станок (Turret milling machine)

С консольно-несущими фрезерными станками шпиндель остается зафиксированным на месте, в то время как консольная часть станка держит материал. Эта консоль движется горизонтально или вертикально, позволяя станку манипулировать позицией материала в обоих направлениях. Консольно-несущий фрезер — экстремально универсальное устройство, но он может быть ограничен размером изготавливаемых деталей.

Консольно-несущий фрезерный станок (Bed milling machine)

Консольно-несущие фрезерные станки движат материалы вдоль горизонтальной оси со шпинделем, ограниченным вертикальной осью. Шпиндель может двигаться вверх и вниз по мере необходимости и обрабатывать материал в форму. Консольно-несущие фрезерные станки имеют довольно хороший диапазон движения, так как шпиндельная часть сочетается с горизонтальным движением консоли, позволяя фрезерование широкого разнообразия форм и глубин.

Что такое горизонтальный фрезерный станок?

Горизонтальный фрезерный станок может выполнять многие похожие операции к вертикальной фрезе, но он сконфигурирован иначе, с шпинделем, ориентированным горизонтально. Более надежные и жесткие, чем вертикальные фрезы, эти станки могут справляться с мощными режущими операциями и тяжелыми деталями.

Резы горизонтальной фрезы напоминают лезвие циркулярной пилы как-то, с критическим различием, что они обычно толще, меньше и их форма предлагает более быструю фрезеровку, чем шпиндели на их вертикальных собратьях.

Использование арбора и его длины также может означать, что горизонтальная фреза может использовать множественные резы одновременно.

Для более сложных фрезерных операций некоторые горизонтальные фрезерные станки имеют вращающийся стол, так что режущий инструмент может приближаться к заготовке под разными углами. Эта настройка горизонтальной фрезеровки называется универсальным столом.

Популярные горизонтальные фрезерные станки включают диапазоны продуктов FF, HCN и MEGA от Mazak; серии EC и Universal от Haas (3ERP использует Universal); и диапазоны NH, NHX и i-Series от DMG MORI.

Что такое ЧПУ-точение

Когда речь идет о ЧПУ токарных центрах, так же как фрезерные станки, они также могут быть разделены на горизонтальные и вертикальные конфигурации.

Горизонтальное точение

Горизонтальные точные центры — более заметный тип по большинству отраслей. У них шпиндель, ориентированный горизонтально, с инструментами, смонтированными сбоку держателя инструмента. Это помогает им резать через обрабатываемый объект. Так же как её фрезерный собратий, этот тип точного центра также получает выгоду от гравитации, так как она тянет опилки от заготовки.

Вертикальное точение

Вертикальные точные центры также называются вертикальными турельными токарными станками или VTL. Вертикальные и горизонтальные точные центры очень похожи, но их конфигурация и форма перевернуты, позволяя головке сидеть на полу и лицевой пластине стать горизонтально вращающимся столом. Инвертированные вертикальные точные центры похожи на обычные, но у них перевернутые позиции для шпинделя и зажима.

Вертикальная обработка — Плюсы и Минусы

Вертикальная фрезеровка наиболее применима к проектам, где основной фокус объекта в вопросе на одной конкретной стороне. Это может быть что-то вроде большой металлической пластины или прессовой формы.

Преимущества

1. Простота: Вертикальные фрезерные станки также имеют преимущество быть обычно менее сложными, чем горизонтальные фрезерные станки, будучи и дешевле, и легче в использовании и обслуживании по этой причине.
2. Универсальность: С вертикальными обрабатывающими центрами есть некоторые вариации, основанные на типе. Консольно-несущие фрезы обычно ограничены проектами меньшего размера из-за того, как двухосевое движение может быть сложным с более крупными кусками материала. В противовес, консольно-несущие фрезы лучше подходят для проектов, требующих более тяжелых, крупных заготовок (все еще далеко менее искусны в обработке таких предметов по сравнению с горизонтальными фрезами).
3. Габариты: Вертикальные фрезерные станки имеют гораздо меньший отпечаток, чем их вертикальные собратья. Это, вместе с ценовой точкой, делает их желательными для более мелких мастерских. У них также больше пользователей и таким образом более крупный пул квалифицированных фрезеровщиков.
4. Стоимость: Вертикальные обрабатывающие центры более распространены, чем горизонтальные, и менее дороги — как в плане стоимости станка, так и затрат на обслуживание.
5. Детализация: Вертикальные фрезерные станки хороши в фрезеровке тонких особенностей на деталях с жесткими допусками.

Недостатки

Где VMC не хватает — это способность производить в более высоких объемах и сложностях. Более тяжелые материалы также могут быть проблемой для операций вертикального фрезерного станка, так как их может быть труднее поднимать и опускать.

1. Доступ: Вертикальный фрезерный станок превосходит в односторонней фрезеровке (например, прессовые формы), но менее оборудован для фрезеровки по всем сторонам детали, требуя новую настройку закрепления детали.
2. Мощность: Для очень крупных и тяжелых деталей вертикальные фрезерные станки могут бороться, особенно консольно-несущие фрезы, которым нужно постоянно двигать заготовку.
3. Скорость: Вертикальные фрезы точны, но могут быть медленнее горизонтального фрезерного станка, когда требуется высокообъемное производство.

Горизонтальная фрезеровка — Плюсы и Минусы

Несмотря на более высокую ценовую точку, горизонтальные фрезерные станки — предпочтительный выбор для более сложных проектов.

Преимущества

Станки более универсальны и могут работать на больших сторонах, чем вертикальные. Они также лучше для более тяжелых предметов и тех, где резка одного или нескольких пазов с материалом желательна. Горизонтальные фрезы имеют лучшую склонность к созданию пазов также.

Другие выгоды:

1. Мощность: Стабильность арбора позволяет тяжелые резы, обеспечивая быстрое удаление материала в больших секциях — даже из твердых материалов.
2. Скорость: Быстрое удаление материала делает горизонтальные фрезы идеальными для высокообъемного производства (относительно простых деталей).
3. Групповая фрезеровка (Gang milling): Станки также могут позволять дополнительные резы для различных приложений, особенно вставку пазов более эффективно. На определенных горизонтальных фрезах консоли могут вращаться, чтобы позволить фрезерование под множественными углами, а не строго на горизонтальной плоскости. Это движение консоли также добавляет немного больше универсальности в арсенал станка.
4. Удаление опилок: Горизонтальные фрезерные станки также имеют гораздо лучшую эвакуацию опилок. Это сводится к конфигурации, использующей гравитацию, чтобы опилки падали. Кроме того, это более способствует лучшей чистоте поверхности и более долгой жизни инструмента.

Недостатки

В плане недостатков, самый критический — более высокие связанные затраты с горизонтальными фрезерными станками.

1. Затраты: Эти затраты могут быть высокими как 3–4 раза по сравнению с вертикальными фрезами. HMC также могут быть труднее мониторить, с деталями, bị перекрытыми и видом проекта, ограниченным дизайном.
2. Сложность: Горизонтальный фрезерный станок может быть труднее в эксплуатации, чем вертикальная фреза.
3. Габариты: Горизонтальный фрезерный станок занимает больше полного пространства, чем вертикальные фрезы, что делает их трудными для установки в более мелких машиностроительных мастерских.

Горизонтальное точение — Плюсы и Минусы

Горизонтальные точные центры часто довольно гибки и имеют более длинные консоли, что делает их более подходящими для более длинных деталей вроде валов. Это дает им дополнительную утилиту и универсальность. Они также могут использовать детали вроде стержневых подавателей и обычно имеют тыловые стоки, которые редки для вертикальных токарных станков.

Горизонтальные станки существуют дольше и таким образом большинство станков и экспертов склонны работать с этой конфигурацией. Это также означает, что есть более широкая база знаний, доступная на этих станках и их специфических операциях. Найм и обучение тем самым направляются к нему, что может быть преимуществом самого станка.

Горизонтальные станки могут быть ограничены. При обработке крупнодиаметровых коротких деталей, особенно если они тяжелые, вертикальные точные центры работают лучше. Поток опилок и очистка также являются проблемой с горизонтальными конфигурациями.

Вертикальное точение — Плюсы и Минусы

Эта конфигурация особенно полезна для обработки больших, тяжелых и коротких объектов. Нижнее тяготение гравитации способствует размещению заготовки в закреплении. Другое преимущество — присутствие гравитации направляет опилки от заготовки и в лоток или конвейер.

Много автозапчастей делаются вертикально и типично с двойным шпинделем. Одно преимущество того — гравитация работает для вас; когда вы кладете деталь в зажим, она садится сама.

Имея шпиндель вертикальный, в отличие от горизонтального, позволяет шпинделю быть поддержанным 360°, устраняя прогиб шпинделя и увеличивая максимальный допустимый вес на шпинделе. Дополнительная поддержка также рассеивает режущие силы, созданные тяжелыми и/или прерывистыми резами. Устранение прогиба шпинделя также позволяет возможности для достижения лучшей плоскости детали и перпендикулярности точности.

Вертикальные точные центры также имеют гораздо меньший отпечаток, чем их горизонтальные братья, позволяя мастерским оптимизировать площадь пола. Часто вертикальный токарный станок может занимать половину отпечатка горизонтального токарного станка, что может дать ему преимущество в более мелких мастерских.

Инвертированные вертикальные станки также являются опцией, так как они могут позволять встроенную автоматизацию, которая была бы недоступна с горизонтальными. Здесь шпиндель приходит и подбирает деталь, тогда как в горизонтальном вам нужен робот или портал для загрузки.

Опилки могут создавать проблему для вертикальных токарных станков и точных центров, если обрабатываемая деталь вогнута. Это часто приводит к тому, что опилки становятся внутренне застрявшими. Другая проблема, которая может возникнуть — опилки, падающие вниз в сам шпиндель. Защитные меры и охрана должны быть эффективными.

Как выбрать между вертикальной и горизонтальной фрезеровкой?

Выбор вертикальной фрезеровки против горизонтальной фрезеровки сводится к факторам вроде:

1. размер детали
2. сложность детали
3. бюджет
4. количество
5. доступность станка в мастерской
6. материал

Как правило, вертикальная фрезеровка часто лучше для:

• детализированных деталей
• деталей, которым нужна работа только на одной стороне
• более мягких материалов
• повседневных деталей, для которых ограничен бюджет

Горизонтальная фрезеровка лучше для:

• быстрого удаления материала
• крупных и тяжелых деталей
• более твердых материалов
• деталей, нуждающихся в работе на множественных гранях
• операций, требующих кастомных или специализированных режущих инструментов

Во многих случаях машинная мастерская рассмотрит ваш проект и определит лучшее оборудование для фрезерования.

Для большей информации о разных типах фрез и их применениях проверьте наше руководство о том, что такое ЧПУ-фрезерование и как оно работает.

Заключительное примечание

Также важно держать в уме, что есть также различные типы аддонов и режущих головок, которые могут использоваться для модификации горизонтальной фрезы для вертикальной фрезеровки, или наоборот. Это может служить более дешевым решением, когда один тип станка сталкивается с возможным препятствием.

Однако, в то время как такие инструменты отличны, они все еще ограниченное решение по сравнению с наличием фактического устройства под рукой. Аналогично, инвертированные вертикальные точные центры также могут быть чем-то, на что стоит посмотреть, так как они могут добавить дополнительную автоматизацию к процессу.

Надеемся, предоставленная информация поможет. 3ERP предлагает услуги ЧПУ-фрезерования и ЧПУ-точения для быстрого прототипирования и производства. Свяжитесь с нашими инженерами, если вам нужны дальнейшие производственные предложения.