Портальные фрезерные станки

особенности, применение и выбор

1. Что такое портальные фрезерные станки? 

Портальные фрезерные станки используются для механической обработки таких материалов, как металл, дерево и пластик. Их конструктивная особенность заключается в том, что рабочая зона расположена на портале, что обеспечивает высокую точность обработки и минимизирует риск деформации деталей. Этот тип оборудования особенно удобен для работы с крупногабаритными заготовками, поэтому его активно применяют в машиностроении и металлообработке. Благодаря особенностям конструкции, портальные станки демонстрируют высокую устойчивость и позволяют выполнять сложные операции с минимальными ошибками.
Современные модели таких станков оснащены системой числового программного управления (ЧПУ), что значительно повышает их производительность, скорость работы и точность обработки. Применение ЧПУ позволяет автоматизировать процесс, свести к минимуму человеческий фактор и обрабатывать даже сложные детали с высокой степенью повторяемости. Это делает портальные станки незаменимыми в разнообразных промышленных отраслях.

Станки также применяют в судостроении для обработки крупных и тяжелых деталей — корпусов судов и палубных механизмов. Например, для строительства танкеров или контейнеровозов используют заготовки весом до 50 тонн. В мебельной промышленности станки обрабатывают ДСП и МДФ, создавая каркасы стульев, столов и встроенной мебели.

Плюс портальных фрезерных станков — точность обработки, достигающая 0,01 мм, которая требуется для производства деталей с жесткими допусками, например, в аэрокосмической и медицинской отраслях, где каждая деталь должна соответствовать строгим стандартам. Портальные фрезы обрабатывают детали с габаритами 5000 х 3000 х 1500 мм и весом до 10 тонн, что шире, чем возможности обычных фрезерных станков.

Многие модели портальных станков используют ЧПУ для автоматизации процесса обработки и перенастройки оборудования.Компания ТД “Добромаш” производит модели с ЧПУ, которые обеспечивают высокую производительность — до 1000 мм/мин в линейном перемещении и 30 м/мин в перемещении по осям, сокращая время обработки и увеличивая производительность.

2. Какой тип портального фрезерного станка выбрать? 

Портальный фрезерный станок состоит из рамы, шпинделя для обработки материала, стола, направляющих, по которым движутся рабочие элементы, и системы управления. Принцип работы основан на перемещении фрезы на шпинделе относительно заготовки, которая фиксируется на столе. ЧПУ обеспечивает точность перемещения, позволяя выполнять фрезерные операции с точностью до сотых долей миллиметра. Система управления координирует действия между фрезой и заготовкой для получения точных деталей и достижения нужной геометрии.

• Рама отвечает за стабильность конструкции. Ей придают жесткую форму, чтобы минимизировать вибрации во время работы.
• Шпиндель вращает фрезу и придает ей необходимую скорость.
• Стол фиксирует заготовку во время обработки. Он может быть оборудован системой T-образных пазов для установки крепежных элементов. Размеры стола варьируются от 1,5 м × 3 м до 2 м × 5 м в зависимости от модели станка и предполагаемых заготовок.
• Направляющие обеспечивают плавное движение рабочего узла вдоль осей. Линейные направляющие с конструкцией «H» или «V» применяют для высокой жесткости и точности.
• Новые портальные фрезерные станки оснащают ЧПУ для программирования рабочих операций. Например, система управления может использовать операционные системы типа LinuxCNC или Mach3 для взаимодействия с персональными компьютерами и определения траектории движения.

1. С подвижным столом. Этот тип станка имеет неподвижную раму, а стол с заготовкой перемещается между осями X и Y, например, станок DM-6030. Такие станки устанавливают заготовки весом до 2000 кг и имеют рабочую площадь 3 м × 6 м. Их используют для производства мебели и деревянных конструкций.

2. С подвижной траверсой. Конструктивные элементы перемещаются одновременно по осям X и Y, а заготовка остается на неподвижном столе. Пример — DM-5030, который обрабатывает детали длиной до 1,02 м и шириной до 50 см с предельной жесткостью и точностью. Они имеют рабочую мощность 15 кВт и световой поток 75 литров в минуту.

3. Высокоскоростные портальные фрезерные станки. Эти станки предназначены для быстрого фрезерования легких материалов — алюминия или композитов. Имеют шпиндель с высокими оборотами, который развивает скорость до 60 000 об/мин и обрабатывает детали с высокой скоростью и точностью. Применяется в аэрокосмической отрасли.

4. Специализированные портальные фрезерные станки. Эти станки предназначены для конкретных операций или материалов. Такие станки адаптируют под ЧПУ для облегчения автоматизации.

Портальные фрезерные станки с подвижным столом предлагают высокую стабильность в процессе работы, так как основной механизм остается фиксированным, а только заготовка перемещается в нужном направлении. Их используют для обработки крупных и тяжелых деталей в авиационной и судостроительной промышленности.

Станки с подвижной траверсой обрабатывают обрабатывать больше форм и размеров заготовок. Металлообрабатывающее оборудование с подвижным ползуном гарантирует  высокую производительность и используется для массовой обработки деталей в серийном производстве.

3. Реальные кейсы использования портальных фрезерных станков

В авиастроении портальные фрезерные станки используют для обработки крупных деталей из алюминиевых сплавов, которые достигают размеров 6000 мм в длину и 2500 мм в ширину. Эти детали, обладая легким весом (1,5-2,5 тонн), снижают массы воздушных судов. Фрезерные операции на таких станках изготавливают элементы фюзеляжа и подкрыльевых конструкций с точностью 0,01 мм. Высокоточная обработка на портальных фрезерах сокращает расходы при создании сложных элементов: такие детали обрабатывают с помощью инструмента диаметром 12 мм с подачей 3000 мм/мин, ускоряя производство в разы. Это в итоге снижает массу летательных аппаратов и повышает топливную эффективность.

В машиностроении портальные станки активно используются для производства станин и рам, которые требуют высокой геометрической точности и идеальной плоскостности. Такие компоненты служат основой для сборки оборудования, выдерживающего большие нагрузки.

В судостроении портальные фрезерные станки применяют для фрезеровки корпусных элементов и кронштейнов. Благодаря жесткости и точности станков, корабельные инженеры могут рассчитывать на качество соединений, что важно для морских судов, подвергаемых волнению моря и ударным нагрузкам.

В энергетической отрасли портальные фрезерные станки используют для изготовления компонентов турбин и генераторов. Например, фрезерование рабочих лопастей газовых турбин с диаметром 1200 мм и длиной 5000 мм требует высокоточных станков, которые достигают точности в обработке до 0,005 мм. Эти детали требуют соблюдения геометрических параметров и высокой жесткости для надежной работы оборудования.  

4. Ключевые параметры портальных фрезерных станков

При выборе портального фрезерного станка важно учитывать несколько ключевых параметров: размер рабочего стола, количество осей, жесткость конструкции и мощность шпинделя. Эти характеристики напрямую влияют на функциональность, производительность и качество обработки.

• Размер рабочего стола определяет максимальные габариты заготовок, которые можно обрабатывать на станке. Например, станки с рабочей зоной 2000×3000 мм идеально подходят для крупногабаритных деталей, используемых в авиастроении и производстве промышленного оборудования. Поэтому перед покупкой важно точно понимать требования к размерам обрабатываемых деталей.
• Количество осей также имеет большое значение. Современные фрезерные станки чаще всего имеют от 3 до 5 осей. Трехосевые станки выполняют обработку в горизонтальной плоскости (формат XY), что подходит для простых геометрических форм. Пятиосевые модели позволяют обрабатывать сложные поверхности благодаря функции наклона шпинделя. Это особенно важно при работе со сложными заготовками, где требуется высокая точность и потрясающая гибкость обработки, существенно уменьшающая количество переналадок, что особенно актуально для серийного производства.
• Жесткость конструкции — еще один критический параметр. Например, станки с литым корпусом или закаленной сталью демонстрируют минимальные вибрации в процессе работы. Жесткая конструкция, обеспечивает точность обработки до 0,005 мм, что особенно важно для высокоточных деталей.
• Мощность шпинделя подбирается исходя из типа материала. Для обработки алюминия достаточно мощности 15 кВт, тогда как для стали или других твердых материалов требуются шпиндели мощностью 20-30 кВт. Это гарантирует высокую производительность и скорость обработки при сохранении высокого качества деталей.

Таким образом, правильный выбор станка зависит от ваших задач и требований.

5. Оценка стоимости и окупаемости (ROI)

Для нового фрезерного станка срок окупаемости обычно составляет от 3 до 5 лет, что зависит от уровня загрузки оборудования. Например, если цена нового станка составляет 20 миллионов рублей, а предприятие работает с высокой заказной нагрузкой, то при средней стоимости обработки одной детали в 10 000 рублей и объеме производства 15 деталей в день можно рассчитать срок окупаемости следующим образом. За один рабочий день оборудование приносит 150 000 рублей (15 деталей × 10 000 рублей). Если учитывать стандартный производственный год с 250 рабочими днями, годовой доход от станка составит 3,75 миллиона рублей. Таким образом, полная окупаемость достигается примерно за 5 лет, при условии стабильной загрузки и отсутствия дополнительных сбоев в производстве.

Преимуществом современных станков является их оснащение системами с числовым программным управлением (ЧПУ), которые значительно снижают себестоимость единицы готовой продукции и повышают рентабельность производства. Станки с ЧПУ также обладают высокой точностью и автоматизацией, что делает их особенно выгодными при работе в условиях массового производства или сложных проектов.

Подержанные фрезерные станки окупаются быстрее – обычно за 1-3 года. Однако покупка б/у оборудования связана с определенными рисками. Подобные станки могут иметь скрытые дефекты, устаревшие технологии или изношенные детали, что затруднит их эффективное использование. Поэтому важно учитывать дополнительные затраты на ремонт, наладку и модернизацию такого оборудования. Оптимальный подход – заранее закладывать в бюджет не только стоимость станка, но и расходы на его обслуживание. Это обеспечит более долгосрочную рентабельность и стабильность производственного процесса.

6. Чек-лист: как правильно выбрать портальный фрезерный станок?

1. Определение задачи

• Установите, какие детали будете обрабатывать: размеры (например, длина до 3 метра, ширина до 1 метра) и материалы (алюминий, сталь, титан).
• Определите требуемую точность обработки: для стандартных деталей достаточно 0,05 мм, для высокоточных — 0,01 мм.

2. Выбор конструкции

• Решите, нужен ли станок с подвижным или фиксированным столом.
• Выберите между станками с подвижной траверсой или ползуном.

3. Оценка жесткости и точности

• Проверьте материал и толщину рамы станка: чем выше жесткость конструкции (например, из закаленной стали или чугуна), тем лучше будет точность обработки, особенно для сложных форм.
• Убедитесь, что станок подходит для обработки деталей с высокой жесткостью: если хотите фрезеровать треугольные или округленные формы, жесткость конструкции должна быть на уровне 90-95 HRC.

4. Проверка мощности

• Убедитесь, что мощность шпинделя соответствует наибольшему материалу: для алюминия достаточно 5-10 кВт, для стали потребуется 10-15 кВт, а для титана — 15 кВт и выше.
• Оцените диапазон скоростей шпинделя: например, для алюминия необходимы высокие обороты (24 000-40 000 об/мин), а для стали — более низкие (8 000-12 000 об/мин).

5. Проверка наличия системы охлаждения

• Система охлаждения необходима для обработки твердых материалов, чтобы избежать перегрева инструмента.

6. Сравнение производителей

• Изучите отзывы на специализированных форумах или платформах для сравнения.
• Убедитесь в наличии авторизованных сервисных центров для решения оперативных задач и ремонта.

7. Расчет стоимости владения

• Включите в расчет не только стоимость самого станка, но и расходные материалы (например, фрезы, охлаждающие жидкости), регулярное обслуживание (10-15% стоимости станка в год).
• Уделите внимание энергопотреблению.

7. Где купить портальный фрезерный станок?

Для поиска надежного поставщика станков примите во внимание следующие пункты:

1. Репутация поставщика. Ориентируйтесь на компании с положительными отзывами, длительным сроком работы на рынке и подтвержденным опытом поставок станков. Убедитесь, что производитель или поставщик предоставляет гарантию и услуги сервиса.

2. Ассортимент и техническая консультация. Надежные поставщики предлагают широкий выбор моделей и проводят технические консультации, помогая подобрать конфигурацию для ваших задач.

3. Послепродажное обслуживание. Убедитесь, что компания предоставляет услуги по установке, обучению персонала и сервисному обслуживанию, особенно если это сложный станок.

4. Лизинг и финансирование. Для бизнеса в ограниченным бюджетом подходящим вариантов будет покупка оборудования в лизинг или рассрочку.

Эти производители имеют официальные филиалы либо дилеров в России, предоставляют гарантию и обслуживание и помощь в наладке процесса.

Российские компании, такие как ТД “Добромаш”, занимаются продажей станков зарубежного и российского производства. При обращении уточните заранее:

• есть ли в наличии нужная модель;
• сроки производства и поставки (2-6 месяцев для новых станков);
• послепродажное обслуживание.

8. Будущие технологии портальных фрезерных станков

• Промышленный интернет вещей (IoT) и предиктивное обслуживание. В производство внедряют платформы Siemens MindSphere, FANUC Intelligent Edge Link и Heidenhain StateMonitor. Платформа MindSphere объединяет до 300 станков в цифровую сеть на базе облачного сервиса, обрабатывая более 1 миллиона параметров в минуту, включая состояние режущих инструментов, нагрузку шпинделя и температурный контроль, что позволяет быстро выявлять отклонения в работе оборудования. Согласно исследованиям GE Reports, внедрение IIoT на производственных линиях снижает расходы на обслуживание на 20–25%, а количество незапланированных остановок оборудования — до 50%.

• Искусственный интеллект и машинное обучение. ИИ и алгоритмы машинного обучения упрощают и улучшают управление станками. Разработка компании Heidenhain, алгоритм адаптивной обработки TNC7, в режиме реального времени анализирует динамику резания, вибрации, давление СОЖ и температуру в зоне обработки. При обработке авиационных деталей из титанового сплава (Ti-6Al-4V) TNC7 уменьшает амплитуду вибраций на 30% за счет динамической коррекции траектории инструмента, увеличивая срок службы на 20%.Применение нейронных сетей на станках снижает ошибки, присущие человеческому фактору.

• Гибридные технологии: фрезеровка + 3D-печать. Гибридные технологии, совмещающие аддитивное производство (3D-печать металлом) с фрезеровкой, применяют в промышленных портальных станках. Использование комбинированной технологии сократило время производства шлифовальных кулачков для автомобильной промышленности на 40%. При этом глубина микронеровностей после фрезеровки и последующего термообработанного слоев составляет 0,8 мкм, согласно требованиям авиационного стандарта ISO 2768. 

• Роботизированные платформы и автоматизация процессов. Фрезерные станки оснащают роботизированными манипуляторами и системами смены инструментов и оснастки.

• Точные характеристики современных станков с ЧПУ. Портальные фрезерные станки с ЧПУ производят крупногабаритные детали с допусками до 2–5 мкм при обработке сложных форм. Например, серия DM-B обрабатывает детали длиной до 12 метров и массой до 50 тонн с точностью до 0,01 мм, что востребовано в аэрокосмической и судостроительной промышленности.

• Энергоэффективность и экология. Энергоэффективность и экология. Новые станки ориентированы на снижение энергозатрат и сокращение вредного воздействия на окружающую среду. Например, внедрение систем энергосбережения у компании ТД “Добромаш” уменьшает энергопотребление на 30% за счет управления приводами и освещением в рабочей зоне.

Системы фильтрации СОЖ нового поколения увеличивают срок службы охлаждающих жидкостей в среднем на 40% и уменьшают отходы производства на 15%.