Сверлильные станки: виды, операции, устройство и принципы работы

Процесс сверления кажется простым — это, пожалуй, самый понятный метод резания (вычитающей обработки). Но любой опытный инженер знает, сколько подводных камней может возникнуть. Способ их избежать — глубоко погрузиться в тему.

Здесь представлен подробный разбор всех аспектов сверления: виды операций, типы станков и многое другое.

Что такое сверление?

Сверление — это процесс вычитающей обработки, при котором вращающимся режущим инструментом создаются круглые отверстия.

Сверление — один из ключевых методов вычитающей обработки (в отличие от аддитивных, как 3D-печать). Вращающийся режущий инструмент (сверло) удаляет материал с неподвижной заготовки, образуя отверстие.

Сверла обычно изготавливают из быстрорежущей стали (Р6М5 и аналоги). Спиралевидные канавки обеспечивают удаление стружки. Острые режущие кромки при сотнях оборотов в минуту выполняют резание.

Полученные отверстия служат для крепежа (винты, болты), эстетических целей или последующей обработки (расточка, заточка для улучшения чистоты поверхности).

Определение сверлильного станка

Сверлильный станок — это станок для получения отверстий преимущественно круглого сечения и сопутствующих операций: растачивания, расточки и др.

Отверстие образуется вращающимся режущим краем сверла. Материал удаляется сдвижными усилиями в виде стружки.

Виды операций, выполняемых на сверлильных станках

Кроме самого сверления, на ЧПУ-сверлильных центрах возможно до 8 видов операций:

1. Сверление — получение простых круглых отверстий. Средняя и высокая производительность.
2. Расточка — расширение существующего отверстия для высокой точности диаметра и формы. Финишная операция многозубчным инструментом. Низкая/средняя производительность.
3. Растачивание — тоже расширение отверстия, но не финишная. Однозубецким резецом (расточкой) большего диаметра. Может увеличить диаметр, но не глубину; позволяет делать конические отверстия. Средняя/высокая производительность.
4. Засверливание (камерное растачивание) — расширение конца отверстия под головки болтов, шпилек, штифтов. Низкая/средняя производительность.
5. Заклепкивание (конусное засверливание) — создание конического углубления под головки винтов/болтов, удаление заусенцев, обеспечение герметичности. Низкая/средняя производительность.
6. Спотфейсинг (выпрямление посадочного места) — создание гладкой плоской поверхности под гайку или головку винта. Часто на литьё и штамповки. Низкая/высокая производительность.
7. Резьбонарезание (нарезание внутренней резьбы) — нарезание метрической/дюймовой резьбы для крепежа. Инструмент — резьбонарезной гвинт (резьба). Низкая/средняя производительность.
8. Трепанование — редкий метод для сквозных отверстий большого диаметра при недостаточной мощности. Резак снимает материал по периметру, оставляя сердечник. Низкая производительность.

Типы сверлильных станков

Разнообразие станков — самая интересная часть. Некоторые подходят для автоматизации, другие только для ручного управления, промышленные — исключительно ЧПУ (например, для печатных плат).

В серийном производстве используются дорогие ЧПУ-обрабатывающие центры, объединяющие все функции ниже и не только. Но использовать $200 000 станок для пары отверстий в лёгком детале — как стрелять из пушки по воробьям.

Бенчёрные (чувствительные) сверлильные станки

Для очень мелких отверстий на высоких оборотах. Точная лёгкая работа. Установлены на верстак или пол. Диаметр сверла до 15,5 мм. Обороты 50–2000 об/мин. Привод может управляться вручную — квалифицированный наладчик делает точную работу.

Вертикально-бенильные станки

Для средней тяжёлости. Похожи на бенчёрные, но крупнее и тяжелее. Сверла до 50 мм. Ручной или полуавтоматический режим; возможна силовая подача, некоторые модели имеют подъёмный стол.

Радиальные сверлильные станки

Для крупных и тяжелых заготовок. Круговая колонна на массивном основании. Рабочая рама поднимается/опускается, поворачивается, головка скользит по раме. Обычно не ручное управление: оператор контролирует привод, станок обрабатывает детали на конвейере.

Групповые (ганг) сверлильные станки

Общий стол и база, 4–6 сверлильных головок рядом, каждый с собственным приводом. Одновременное сверление нескольких отверстий с разными параметрами. Выполняют также расточку, растачивание, резьбонарезание. Только автоматическое управление; часто базой для ЧПУ-центров.

Многовершинные станки

Продвинутая версия групповых: несколько шпинделей на одной траверсе. Для воспроизведения схемы отверстий в серии одинаковых деталей. Все шпиндели приводятся от одного двигателя через шестерни — одновременная подача. Расстояние между шпинделями настраивается по осям X/Y. Направляют резцы приспособления-оправки.

Станки для глубокого сверления

Специализированные станки для глухих/сквозных глубоких отверстий (шатовые шеи, стволы, гидроцилиндры). Высокие скорости резания, малые подачи. Невращающееся сверло подаётся в вращающуюся заготовку. Постоянная подача СОЖ для охлаждения. Полуавтоматические или ЧПУ.

ЧПУ-сверлильные станки

ЧПУ-сверлильный станок — компьютеризированное оборудование для промышленного сверления вращающимися резами.

Полностью автоматизированные центры, не требующие участия оператора кроме установки заготовки и смены инструмента. Считывают CAM-файлы (G-код). Движение в 3D (иногда 4–5 осей), сверло всегда входит под правильным углом. Основные узлы: шпиндель, втулка, патрон, насадка для резьбонарезания.

Пошаговая процедура ЧПУ-сверления:

1. Создание CAD-модели (2D/3D).
2. Конвертация в CAM-файл (G-код).
3. Загрузка программы в ЧПУ и проверка.
4. Наладка станка — выбор сверл, фиксация.
5. Выполнение операции — автоматическое после пуска.
6. Контроль качества — ручной и автоматический ОТК.

Преимущества и ограничения сверлильных станков

Надёжные стороны:

• Высокая точность — пошаговая обработка сверлами, расточками, растачивателями.
• Хороший контроль подачи — даже ручное сверление считается точной обработкой, ЧПУ ещё точнее.
• Широкий выбор технологий — точное, глубокое, одновременное, по схеме сверление на нескольких базовых центрах.

Ограничения:

• Стабильность ствола — обрушение стенок колодца (сдвиговый разрыв от напряжений) из-за неверной траектории, неподходящих СОЖ и др.
• Ограниченная траектория — станки рассчитаны на резание под прямым углом; отклонения почти мгновенно приводят к браку, ограничивая дизайн.

В любом случае сверлильные станки незаменимы. При грамотном подходе они дают высочайшее качество и спектр технологий, недоступных другим машинам.

Резюме

Сверление — это не только гладкие отверстия. Это точная резьба, тяжёлые операции, размещение крепежа, качество внутренней поверхности и многое другое.

Станки бывают ручные, полуавтоматические, ЧПУ. Крупные производства используют обрабатывающие центры, выполняющие все 8 операций и больше. Ключ к качеству — правильная траектория и грамотное применение СОЖ.

Об авторе

Баррет — креативный автор, специализирующийся на техническом контенте: ЧПУ-обработка, 3D-печать, известные высоким качеством и инновациями.