В современном мире зачастую возникает необходимость создания копии чего-то или воспроизведения и повторения чего-либо. Для этой цели на многих предприятиях широко используются копировально-фрезерные станки, которые предназначаются для создания изделий, форма которых в наибольшей степени соответствует заданному исходному образцу. Они позволяют производить детали большими тиражами, при этом обеспечивая высокую скорость обработки и изготовления каждого элемента.
Фрезерование - это один из распространенных методов механической обработки. С помощью фрезерования проводят черновую, чистовую и получистовую обработку фасонной и простой поверхности заготовок из стали, цветного металла, чугуна и пластмасс. Фрезерование характеризуется высоким уровнем производительности, что позволяет в конечном результате получать изделия правильной геометрической формы.
Фрезерование может осуществляться двумя способами: процедура встречного фрезерования (против подачи), когда подача противоположна направлению вращения фрезы, и фрезерование попутное (по подаче), когда совпадают направления вращения фрезы и подачи. Используя фрезы, которые оснащены современными режущими материалами (минераллкерамикой, синтетическими сверхтвердыми), вы можете обрабатывать материалы, что закалены до высокой твердости, заменяя этим самым процедуру шлифования.
Фрезерные станки предназначаются для фрезерования поверхностей рычагов, планок, корпусов, крышек и кронштейнов простой конфигурации, сложной конфигурации контуров (типа шаблонов, кулачков), поверхностей корпусных деталей. Фрезерные станки разделяются на две основные категории: станки общего назначения и аппараты специализированные. К первой группе относятся станки продольно-фрезерные, консольные, бесконсольные и непрерывного фрезерования. Во вторую категорию входят станки резьбофрезерные, зубофрезерные, шлицефрезерные, шпоночно-фрезерные и копировально-фрезерные.
Копировально-фрезерные станки принято использовать для выполнения копировальных работ по объему и на плоскости, а также по объему с применением объемных моделей и соответствующих копиров, для гравирования разных фасонных профилей, узоров, орнаментов и надписей, а также для легкой фрезерной работы. Бесспорный плюс подобных агрегатов в том, что он способен выполнять при собственном простом устройстве невероятно сложные узоры.
На станке можно совершать различные фрезерные работы по стали, чугуну и цветным металлам с помощью быстрорежущего и твердосплавного инструмента в условиях крупно- и мелкосерийного производства. На подобных станках изготовляются гребневые винты судов, лопатки турбореактивных двигателей и паровых турбин, рабочие колеса гидротурбин, вырубные и ковочные штампы, прессовые и литейные формы, разные кулачки, штампы, пресс-формы, металлические модели и заготовки.
Такое оборудование используется также для сверления отверстий под рукоятки, замки, шпингалеты, металлические петли, а также выполнение рамок для зеркал и каналов любого размера на пластиковых и алюминиевых профилях, как на видео о копировально-фрезерных станках. На универсальных станках процедура обработки подобных изделий является практически невозможной.
Копировально-фрезерный станок предназначается для фрезерования криволинейных деталей методикой копирования по шаблону, с которого копируется форма будущего изделия. Использование шаблонов позволяет исключить при такой сложнейшей операции влияние человеческого фактора, и все готовые детали как следствие имеют одинаковую форму.
Для изготовления нескольких полностью идентичных изделий можно не только использовать единый шаблон, но и все последующие детали изготовить по образцу первой. Однако для самого точного повторения рекомендуется дополнить станок копирующим устройством, которое называется пантографом. Его конструкция бывает различной, но функция одна во всех случаях - точнее передать вдоль профиля движение копирующей головки режущему устройству.
Копировально-фрезерный станок предназначен для обработки профилей (фрезерование плоскостное) или рельефов (фрезерование объёмное) изделий с помощью режущего твердосплавного инструмента — фрезы. Фреза воспроизводит на изделии контур или поверхность задающего устройства — копира. Задающее устройство ручного копировально-фрезерного станка имеет пневматическую, механическую или гидравлическую связь с системой слежения, которая отвечает за направление режущего инструмента, с одной стороны действуя на усилительное устройство, а с другой оказывая воздействие на исполнительный орган.
В качестве копира может выступать плоский шаблон, пространственная модель, эталонная деталь, контурный чертеж, а копировальным устройством служит щуп, копировальный ролик или палец, фотоэлемент. Образцы для копирования могут быть изготовлены из металла, пластмассы или древесины. Обрабатываемая деталь и копир закреплены на вращающемся столе.
Исполнительным органом может выступать золотник, винт, соленоид, электромагнитная муфта, дифференциал. В усилительных устройствах копировально-фрезерных станков используют электромагнитные, гидравлические или электрооптические реле. Шероховатость поверхности заготовки и точность профиля находятся в зависимости от скорости передвижения следящего устройства: достигается шероховатость №6 и точность профиля 0,02 миллиметра. Привод исполнительной цепи совершается от силового гидроцилиндра и электродвигателя.
Копирование в установленном масштабе проводится при помощи специального устройства под названием пантограф. Если вас интересует, как в домашних условиях сделать самому копировально-фрезерный станок, то можете его дополнить этим устройством. Пантограф имеет конструктивно направляющий палец, который расположен на оси и перемещается по копиру, ось вращения и инструментальный шпиндель. При перемещении по копиру пальца на заготовке шпиндель описывает геометрически подобную фигуру. А масштаб копирования определяется пропорциями плеч пантографа.
По виду привода различают такие основные типы копировально-фрезерных станков: с пантографом, что предназначен для работы в 2 и 3 измерениях; универсальные аппараты с пантографом, который расположен на поворотном рукаве в вертикальной плоскости; одно- и многошпиндельные агрегаты с прямоугольным и круглым столом; с механической подачей, электро- и гидрофицированные, а также фотокопировальные.
Выделяют несколько видов подобных фрезерно-копировальных станков, которые различаются по уровню автоматизации и прижиму обрабатываемой заготовки:
Обработку изделий на копировально-фрезерном станке проводят по задающему устройству (копиру), действие которого вызывает через копировальное устройство соответствующее перемещение относительно заготовки специального режущего инструмента. Через копировальное устройство копир воздействует на исполнительные органы, при этом заготовка и фреза воссоздают в относительном движении поверхность, которая задана на копире.
Главными движениями являются вращение шпинделя, перемещение стола и салазок по контуру, движение шпиндельной головки при врезании. Вспомогательные движения — ускорение перемещения салазок, шпиндельной головки и стола, установочные перемещения на столе трейсерного столика, упоров, копировального пальца и зажим шпиндельной головки.
Копировально-фрезерные станки по алюминию способны работать по 2 схемам слежения: действия с обратной связью и простого действия. Копировальный щуп и фреза в схеме простого действия между собой жестко связаны, и фрезе передается перемещение щупа по копиру. Отклонение копировального щупа в схеме с обратной связью вызывает рассогласование в положении копировального щупа относительно фрезы.
Результат подобного рассогласования поступает в специальную следящую систему, которая исполнительному устройству выдает сигнал на корректировку траектории движения инструмента. Жесткой связи фрезы и копира в этом случае нет, и копир силы резания не воспринимает, а только передает исполнительным органам соответственный сигнал.
Существует две разновидности копировального фрезерования — объемное и контурное. Кривая копира при контурном копировании может размещаться в плоскости, что параллельна или перпендикулярна оси фрезы. Стол в первом случае с копиром и заготовкой перемещается в продольном направлении, контроль изменения кривой совершается благодаря вертикальному перемещению врезы и копирного пальца. Стол с копиром и заготовкой во втором случае перемещается в поперечном и продольном направлении соответственно форме кривой линии копира.
Сложная пространственная поверхность заготовки при объемном копировании обрабатывается фрезой последовательно, посредством нескольких параллельных ходов стола, то есть контурное копирование выполняется при каждом рабочем ходе. В конце прохода фреза смещается относительно заготовки перпендикулярно строке на величину поперечной подачи, затем происходит следующий рабочий ход.
Также существуют копировально-фрезерные станки прямого действия, в которых щуп фрезе передает движение через пантограф. Подобные станки в основном используют для легких гравировальных и фрезерных работ. При использовании пантографа можно проводить, кроме копирования, уменьшение масштаба заготовок по отношению к копиру. Перемещение копировального щупа по копиру, который установлен на столе станка, передается шпинделю, что при обработке заготовки описывает контур, подобный геометрически копиру.
В настоящее время на рынке представлены фрезерно-копировальные станки самой разной конструкции и уровня сложности. Однако купить таковой не всегда возможно, да и цена копировально-фрезерного станка достаточно велика. Поэтому часто перед нами возникает вопрос, как изготовить копировально-фрезерный станок в домашних условиях.
Безусловно, самодельные станки не могут с промышленными моделями полностью конкурировать, но все-таки они являются работоспособными и позволяют изготовить высококачественные копии. Хочется сразу оговориться, что копирующее устройство приспособить к промышленному фрезерному устройству будет очень сложно, и это касается, прежде всего, кардинальной переделки всего аппарата. Поэтому самодельный копировально-фрезерный станок собрать проще всего практически «с нуля» при использовании системы тяг и электрического двигателя с зажимным патроном для фрезы.
Конструкций копировально-фрезерных станков может быть много. Типовая конструкция аппарата следующая: станок конструктивно состоит из рабочего стола, несущей рамы и фрезерной головки. Рабочая поверхность может регулироваться по высоте, фрезерная головка оборудована электрическим двигателем привода и передаточным двухступенчатым механизмом, который обеспечивает две скорости фрезерного вала.
Многие домашние хозяева сетуют, что при копировании изделия получившаяся деталь имеет много изъянов и несоответствий, которые появились при смене направления фрезы, вибрации и дрожании опорной конструкции. Неприятностей добавляют прогибания и искривления заготовки, что связаны с увеличением внутреннего напряжения из-за выборки дерева. Избежать всех недочетов при изготовлении самодельного копировально-фрезерного станка невозможно. Просто рекомендуется делать копировальный станок узкопрофильным, а не универсальным.
Самодельный копировально-фрезерный станок должен быть оптимизированным под производство конкретных изделий, которые необходимы именно вам. К примеру, для эффективного изготовления деревянной части ружья и винта для пропеллера требуются различные технические решения, их не получится в одном станке объединять, и возникнуть могут побочные, трудноисправляемые эффекты. Таким образом, практичнее станки собирать под какие-то определённые задачи. Такой подход может вам избежать многих затрат и трудностей.
Немаловажный фактор - это размер станка. Чем вы большее изделие планируете обрабатывать, тем конструкция должна быть массивнее. Необходимо, чтобы вибрации, которые передаются от привода фрезы, поглощались весом опорной конструкции станка. Нагрузки должны выдерживаться направляющими осями, которые также должны иметь запас прочности и не прогибаться. Оптимальные параметры при проектировании копировально-фрезерного станка своими руками подбираются опытным путём, это обеспечивает плавный ход фрезы.
При конструировании копировально-фрезерного станка определите вид деталей, которые будете изготавливать. Для выполнения граверной работы и для фрезерования длинных изделий требуется разный рабочий стол и метод закрепления на нем заготовок с шаблоном. Свобода перемещения в различных плоскостях режущего инструмента зависит от вида рабочего стола.
От изготавливаемых деталей и их материала зависит мощность электродвигателя, который вращает фрезу и устанавливается на самодельном копировально-фрезерном станке. Для гравировки и фрезерования деревянных изделий достаточно 150-200 ваттного электрического мотора постоянного тока.
Для обеспечения процедуры точного копирования нужно между собой жестко соединить копирующий щуп и устройство, закрепив в нем режущий инструмент. При этом их высота и плоскости над рабочим столом должны совпадать полностью. Созданную жесткую конструкцию следует установить над рабочим столом таким способом, чтобы она могла перемещаться в вертикальной и горизонтальной плоскости вдоль осей, которые создаются условно сторонами рабочего стола.
Основой для изготовления станка своими руками будет ручная. Закрепите ее на деревянной опоре из толстой фанеры (не менее 12 мм толщиной). В опоре также делается несколько отверстий под крепеж и держатель фрезера. Дополнительно следует соорудить каркас и изготовить несколько брусков, которые устанавливаются по краям опоры, они будут придерживать аппарат во время работы.
Изготовление фрезерной установки
В качестве направляющей используем металлическую трубу среднего диаметра. На трубу устанавливаем каретку со вставленным в нее фрезером. На каретку крепим планку, которая играет роль копировального щупа, после чего необходимо зафиксировать горизонтальный брус, на который крепится основной шаблон. Станок, изготовленный по такому принципу, можно применять для обработки и создания копий с простых бытовых изделий, например, дверных ручек, замков, мебельных ножек. Фрезерная установка с мотором вставляется внутрь каретки и подключается к питанию. На опоре фиксируется шаблон, по нему передвигается копировальный щуп.
Фрезер работает от сети, каретка передвигается ручным способом, таким образом, чтобы рабочая головка повторяла движения щупа. Для создания более сложных моделей необходимо подключение дополнительных рабочих головок и установка привода с ременной передачей. Сейчас существует возможность подключения самодельной установки к программному обеспечению, однако для этого потребуется ЧПУ и дополнительное оборудование и инструменты. Такой самодельный станок будет справляться со своими бытовыми функциями достаточно хорошо.
Практика использования самодельных копировально-фрезерных станков различного типа показывает, что конечная деталь, изготовленная на таком оборудовании, имеет определенные несоответствия чертежам и формам и некоторые производственные дефекты в виде сколов и искривлений. Эти изъяны обусловлены постоянными вибрациями станка и перемещениями рабочей головки. Избавиться от них в бытовых условиях очень трудно.
Копировально-фрезерный станок своими руками
Чтобы избежать подобных недочетов в работе самодельного оборудования, рекомендуем изготавливать узкоспециализированные станки, а не оборудование универсального типа. То есть перед началом работ по изготовлению станка своими руками необходимо определиться, под какие конкретные детали его планируется использовать. Так можно оптимально подобрать вес и размеры копировально-фрезерного станка ручной сборки. Важно помнить, что чем больше размер деталей для обработки, тем мощнее и тяжелее должна быть рабочая установка.
Для больших деталей нужны дополнительные держатели и более массивная опора, это позволит максимально гасить вибрации, которые будут возникать при работе. Кроме того, лучше использовать электрический привод вместо ручного и следить за тем, чтобы направляющие имели достаточный запас прочности. Помните и о том, что от вида рабочей поверхности зависит плавность перемещения режущего оборудования в различных плоскостях, следовательно, и конечный результат.
При фрезеровании применяются копировальные устройства, т. е. пантографы, имеющие высокую стоимость. Можно собрать пантограф для фрезера своими руками.
Фрезер, оснащенный пантографом, позволяет в процессе работы выполнять повторение параллельных линий обрабатываемого изделия. Такая процедура облегчает изготовление фасонных деталей, различных орнаментов и узоров. Кроме того, с помощью пантографа можно выполнять различные надписи на металлических и деревянных пластинах.
Самодельный пантограф сделать не сложно, для этого только понадобятся 4 рычага-линейки. Три таких рычага должны быть длинными, а один — коротким. Кроме того, в них понадобится сделать несколько отверстий, чтобы произвести крепление осей.
Оси будут использоваться для установки механизма и крепления стержня. Осевой механизм представляет собой шпильку, на конце которой находится шляпка. Копировальная часть должна напоминать элемент циркуля, в котором крепится грифель. Такую стержневую часть можно изготовить из наконечника пластиковой спицы. Подобный наконечник будет мягко скользить в процессе работы и не испортит оригинальную деталь.
Также понадобится ось, на которую будет опираться вся механическая часть устройства. Она должна быть снабжена пяткой, выполняющей роль упора. Последняя или крайняя направляющая будет выполнять роль крепежа всей конструкции при помощи специальной бобышки.
Подобная бобышка должна быть изготовлена из алюминиевого цилиндра. В ее нижней части нужно закрепить 3 жала, которые можно сделать из маленьких мебельных гвоздей. С помощью таких гвоздиков будет выполняться фиксация основания на обрабатываемой пластине.
Вернуться к оглавлению
Следующим шагом является сборка копировального механизма для фрезера. Для этого надо подготовить следующие комплектующие:
Линейки должны быть из оргстекла или пластика, их толщина — 4-5 мм. Также в качестве материала для изготовления линеек можно использовать плексиглас. Далее выполняется разметка этих линейных частей. К этому процессу следует подойти очень тщательно, поскольку малейшая ошибка в размерах может привести к неправильной работе пантографа.
На нанесенных разметках сверлятся отверстия. При этом должна соблюдаться их соосность. Чтобы этого добиться, нужно сложить все линейки вместе и одновременно просверлить в них отверстия.
Затем в подготовленные отверстия нужно вставить латунные втулки. При их установке должен соблюдаться небольшой натяг: это поможет втулкам плотнее держаться в линейках. Для того чтобы закрепить осевые части во втулках, нужно изготовить специальные зажимы. Сделать их можно из стальной закаленной проволоки, диаметр которой должен составлять 1-1,5 мм.
Затем выполняется сборка бобышки. В ее нижней части делаются глухие отверстия, которые можно пробить керном. Гвозди нужно установить таким образом, чтобы они выступали из тела бобышки на 2-3 мм.
Подготовив все необходимые части пантографа, выполняют их сборку.
Во время этого процесса нужно следить за тем, чтобы все подвижные части имели плавный и легкий ход.
При этом все подготовленные отверстия следует промаркировать. Согласно этой маркировке можно выполнять масштабирование изготавливаемой копии детали.
Давайте посмотрим внимательно вокруг нас, и мы увидим, как много одинаковых предметов вокруг. Они вроде бы похожи друг на друга, но отличаются размером, цветом …
Такое сходство называют подобием, т.е. понятием, характеризующим одинаковость формы объектов, независимо от их размеров. Вокруг нас великое множество подобных фигур. Подобие нас окружает. Вот некоторые примеры из нашей жизни.
Множество рисунков в детских раскрасках подобны друг другу.
Для того, чтоб их нарисовать, мы с вами можем использовать приспособление, которое называется пантограф.
Сегодня мы с вами сами сделаем простейший пантограф из трубочек для коктейля.
Почему рисовать нужно фломастерами? Да потому, что конструкция получилась достаточно хрупкая, и требует минимум приложения усилий. А фломастеры, как мы знаем, рисую достаточно легко, не требуя нажима.
Но слово пантограф имеет много значений. Мы с вами сделали прибор для увеличения или уменьшения чертежей.
Это тоже пантографы: манипулятор для погрузочно-разгрузочных работ («механическая рука»)
Пантограф является инструментом, с помощью которого можно с большой точностью и в желаемом масштабе перечертить план или карту, рисунок или чертеж и т. п. (рис. 1).
Такой самодельный пантограф представляет интерес для специалистов многих профессий - архитекторов, художников, инженеров, изобретателей, рационализаторов.
В пантографе используется принцип параллелограммного механизма, который дает возможность при одном жестко закрепленном конце двум точкам механизма совершать абсолютно одинаковые движения. В зависимости от величины выбранного плеча масштаб изображения может быть различным и изменяться в желаемую сторону. Масштаб фиксируемый, выставляется по отметкам с соответствующей цифровой маркировкой.
Пантограф достаточно высокого качества может сделать своими руками каждый желающий, при условии соблюдения точных размеров всех деталей (рис. 2).
Конструкция самодельного пантографа, которую мы хотим предложить вашему вниманию, состоит из четырех рычагов-линеек (трех длинных и одного короткого), в которых в определенном порядке просверлены отверстия для закрепления осей. В отверстия линеек вставлены латунные втулочки.
Оси механизма пантографа различной конструкции, две центральные оси представляют собой шпильку со шляпкой. Оси для крепления грифеля (копира) и следящего стержня сделаны наподобие устройства для зажима грифеля в ножке циркуля. В качестве следящего стержня желательно использовать пластмассовый наконечник. Такой наконечник не портит оригинала и обеспечивает хорошую мягкость скольжения. Одна ось (крайняя) с пяточкой, на которую опирается механизм пантографа, и, наконец, ось, закрепляющая весь механизм на бобышке-основании.
Все оси имеют в верхней части кольцевую проточку, служащую для закрепления проволочной шпильки-зажима.
Бобышка - металлическая. Снизу в бобышку вделаны три жала (патефонные иголки), позволяющие легко фиксировать основание на чертежной доске.
Линейки лучше всего делать пластмассовыми, например, из оргстекла (плексигласа), толщиной 5 мм. Наиболее ответственной операцией является разметка и сверление отверстий в линейках, поэтому к ней нужно отнестись с особым вниманием. Чтобы обеспечить высокую точность и соосность отверстий, достаточно произвести разметку на одной линейке, сложить все линейки в пакет и просверлить по размеченной линейке отверстия во всех линейках за один прием. Диаметр отверстий старайтесь делать таким, чтобы втулочки входили в них плотно, с небольшим натягом.
Втулки вытачиваются из латуни по размерам, данным на рис. 2. Оси - стальные. Длина осей находится в прямой зависимости от длины втулки. Проволочные шпильки-зажимы согните из стальной проволоки диаметром 1,2-1,5 мм.
Бобышку-основание можно сделать из алюминиевого блока толщиной 39 мм. В нижней пласти бобышки в глухие отверстия заделайте кернением три иголки (можно от патефона), так, чтобы их острие выходило на 2-3 мм.
| Буквенное обозначение детали | Наименование детали | Количество | Размеры в мм | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Длина | Ширина | Толщина | |||
| А | Линейка большая | 3 | 406 | 20 | 5 |
| Б | Линейка малая | 1 | 220 | 20 | 5 |
| В | Основание (бобышка) | 1 | 60 | 40 | 30 |
| Г | Втулочка | 12 | 8 | - | Ø8 |
| Д | Ось фиксирующая | 1 | - | - | - |
| Е | Ось-опора с пяткой | 1 | - | - | - |
| Ж | Ось копира (оригинала) | 2 | - | - | - |
| З | Ось средняя | 2 | - | - | - |
| И | Шпилька-зажим | 6 | - | - | 1,2-1,5 |
Когда все детали будут готовы, соберите механизм . При сборке и подгонке деталей старайтесь добиться легкости движения всех звеньев механизма, для чего их трущиеся поверхности можно слегка смазать.
Заключительной операцией изготовления своими руками самодельного пантографа является маркировка отверстий на линейке, согласно которой легко будет выбрать масштаб увеличения (уменьшения) копии.
Соответствие маркировки с получающимися размерами обязательно проверьте опытным путем.
