Сборка самодельного копировально фрезерного станка

Как в производственных, так и в домашних условиях нередко возникает необходимость изготовить деталь, формы и размеры которой полностью идентичны исходному образцу. На предприятиях эта задача решается при помощи такого устройства, как копировально-фрезерный станок, который позволяет изготавливать копии исходной детали большими сериями, отличается высокой скоростью, а также качеством выполняемой обработки.

Копировально-фрезерный станок

Что собой представляет процесс фрезерования

Копировально-фрезерные станки и любое другое оборудование фрезерной группы можно встретить практически на любом промышленном предприятии. Объясняется это тем, что операция фрезерования — это один из наиболее распространенных методов, используемых для выполнения механической обработки. Данная технология позволяет выполнять широкий перечень черновых, получистовых и чистовых операций с простыми и фасонными заготовками из черного, а также цветного металла, работать по дереву и пластику. На современном фрезерном оборудовании с высокой точностью и производительностью обрабатываются детали даже самой сложной формы.

Различают два основных типа фрезерования: встречное (подача и вращение инструмента разнонаправлены) и попутное (инструмент вращается в ту же сторону, что и осуществляется подача). Режущая часть инструментов, выполняющих фрезерование, изготавливается из различных материалов, что дает возможность не только успешно работать по дереву, но и выполнять обработку (шлифовку в том числе) даже самых твердых металлов и сплавов, искусственного и натурального камня.

Фрезерное оборудование подразделяется на два вида: общего назначения и специализированное, к которому и относится копировально-фрезерный станок.

Возможности копировально-фрезерного оборудования

Копировальный станок, относящийся к фрезерной группе, разработан для копировально-фрезерных работ с плоскими и объемными деталями. Кроме того, на таком устройстве можно выполнять гравировку фасонных профилей, наносить на изделия надписи и узоры (даже высокой сложности), осуществлять легкие фрезерные операции по дереву и другим материалам.

Пример результата работы копировально-фрезерного станка

Используя инструменты с режущей частью из различных материалов, на копировально-фрезерных станках обрабатывают детали, выполненные из чугуна, разных сортов стали и цветных металлов. На таких устройствах для выпуска деталей мелкими и крупными сериями успешно производят лопатки турбореактивных двигателей и паровых турбин, гребные винты для судов, штампы вырубного и ковочного типа, рабочие колеса для гидротурбин, формы для прессования и литья, пресс-формы и т.д.

На копировально-фрезерном станке выполняются технологические операции, практически недоступные универсальному оборудованию. Принцип работы такого станка основан на методе копирования, для выполнения которого используется специальный шаблон. Применение шаблона исключает человеческий фактор при обработке даже сложнейших деталей, благодаря чему все готовые изделия имеют одинаковую форму и геометрические размеры. Что удобно, один шаблон можно использовать для точного изготовления большой партии деталей, которые будут полностью идентичны между собой.

Для того, чтобы копирование формы и размеров шаблона было максимально точным, на копировально-фрезерном станке устанавливают копир (пантограф для фрезера). Назначение такого устройства — точная передача всех движений копировальной головке режущему инструменту.

Как устроен копировально-фрезерный станок

Копировально-фрезерные станки, как упомянуто выше, используются для плоскостного (обработка профилей) и объемного (обработка рельефов) фрезерования. В качестве рабочего инструмента на них применяются фрезы, которые, обрабатывая контур или объемную поверхность детали, повторяют движения копира. Связь рабочего органа и системы слежения у ручных станков обеспечивается за счет механических, пневматических или гидравлических элементов, нужных для формирования усилия, передаваемого от копира на рабочий орган копировально-фрезерного станка.

Шаблоном на таких станках выступает плоская контурная или пространственная модель, деталь-эталон или контурные чертежи, а элементом, считывающим форму и размеры шаблона, — копировальный палец или ролик, специальный щуп, фотоэлемент. Для изготовления шаблона можно использовать алюминиевый лист или лист из другого металла, пластик или древесину. Шаблон и обрабатываемая деталь располагаются на вращающемся рабочем столе станка.

Схема подвижной части одной из разновидностей копировально-фрезерного оборудования

Рабочий орган копировально-фрезерного оборудования приходит в движение благодаря таким конструктивным элементам, как винт, золотниковый клапан, соленоид, дифференциал или электромагнитная муфта. Реле, устанавливаемые в усилительных устройствах копировально-фрезерных станков, бывают электромагнитными, гидравлическими или электрооптическими.

Качество обрабатываемой детали (шероховатость поверхности, точность формы и размеров) зависит от такого параметра, как скорость перемещения следящего устройства. При этом можно добиться следующих характеристик готового изделия: шероховатость – №6, точность профиля – 0,02 мм. Основными элементами исполнительной цепи такого оборудования являются электрический двигатель и гидравлический цилиндр.

Станок за работой

Пантограф, устанавливаемый на копировально-фрезерном оборудовании, обеспечивает копирование в заданном масштабе. Конструкцию пантографа составляют направляющий палец, его ось, инструментальный шпиндель и отдельная ось вращения. Шпиндель и направляющий палец располагаются на одной рейке, от соотношения плеч которой зависит масштаб копирования.

Перемещаясь по контуру шаблона, палец приводит в движение рейку, свободно вращающуюся на оси. Соответственно, на другой стороне рейки шпиндель станка совершает идентичные движения, обрабатывая заготовку. На копировально-фрезерных станках, которые изготавливаются своими руками, такое устройство также не будет лишним, его наличие значительно увеличивает функциональность оборудования.

Разновидности станков копировально-фрезерной группы

Оснащение копировально-фрезерного станка может включать приводы различного типа. На основе этого параметра выделяют:

  • оборудование с пантографом (пригодное для обработки деталей в 2–3 измерениях);
  • устройства с копиром, закрепленным на поворотной рейке, перемещающейся в вертикальной плоскости;
  • одно- и многошпиндельные станки, оснащенные поворотными столами круглой или прямоугольной формы;
  • станки, подача на которых обеспечивается за счет механических, электрических, гидравлических устройств;
  • фотокопировальное оборудование.

Самодельный копировальный станок

может относиться к любому из этих типов (в том числе и к копировально-шлифовальным станкам). Надо только найти в интернете чертежи и подобрать комплектующие.

Пример самодельного копировально-фрезерного станка

По степени автоматизации и способу фиксации обрабатываемой детали выделяют следующие категории копировально-фрезерных станков:

  • ручные или настольные, на которых заготовка фиксируется механическим способом (на этих устройствах можно рассверливать отверстия различной формы в соответствии с шаблоном);
  • автоматическое оборудование стационарного типа, заготовки на котором фиксируются при помощи пневматических прижимов (на таких станках работают с алюминием);
  • автоматическое оборудование стационарного типа с пневматическими прижимами, на котором установлена трехшпиндельная головка (на этих копировально-фрезерных станках одновременно рассверливают тройные отверстия, что не позволяют выполнять агрегаты двух предыдущих типов).

Как работает копировально-фрезерный станок

Как было замечено выше, на копировально-фрезерном станке заготовка обрабатывается с помощью задающего устройства — копира. Все перемещения копира по контуру или поверхности шаблона передаются благодаря специальному (копировальному) устройству на рабочую головку станка, в которой закреплена фреза. Таким образом, режущий инструмент в точности повторяет все те движения, которые совершает копир, используемый для оснащения фрезера.

Еще один вариант самоделки

Движения элементов копировально-фрезерного станка в процессе обработки детали подразделяются на главные (вращение и перемещение шпинделя при врезании инструмента в материал заготовки, перемещение по контуру рабочего стола и салазок) и вспомогательные (движение шпиндельной головки, салазок и стола в ускоренном режиме, а также установочные перемещения, которые совершают трейсерный столик, копировальный палец, упоры и зажим, фиксирующий шпиндельную головку).

В копировально-фрезерных станках, работающих по алюминию, могут быть реализованы две схемы слежения: простое действие и действие с обратной связью. При реализации схемы прямого действия рабочий орган станка совершает движения за счет того, что он жестко связан с копиром. Схема обратного действия не предусматривает такой связи и перемещения от копира на рабочий орган передаются не напрямую, а через следящую систему.

Как уже говорилось выше, на копировально-фрезерных станках выполняют контурное и объемное фрезерование. При контурном фрезеровании движения копира происходят в плоскости, параллельной или перпендикулярной оси инструмента. В первом случае перемещение рабочего стола оборудования может быть только продольным, а фреза и копировальный палец двигаются вертикально. Во втором случае стол двигается как в продольном, так и в поперечном направлении. При объемном фрезеровании деталь обрабатывается поэтапно – благодаря нескольким передвижениям стола и инструмента, совершаемым в параллельных плоскостях.

Схема прямого действия может быть реализована и через пантограф, который позволяет уменьшать размеры готовых изделий по отношению к размерам используемого шаблона (масштабировать). Чаще всего такое дополнительное устройство, которое легко сделать и самому, устанавливают на станки, используемые для гравировочных и легких фрезерных работ.

Очередная вариация сделанного самостоятельно станка

Как изготовить копировально-фрезерный станок своими руками

Приобрести копировально-фрезерный станок для оснащения своей мастерской хотели бы многие домашние умельцы, но стоимость такого оборудования достаточно велика. Между тем, обладая желанием, затратив не так много времени, сил и финансовых средств, можно изготовить такое оборудование своими руками.

Естественно, самодельное копировально-фрезерное оборудование не сравнится с профессиональным по своей мощности, надежности и функциональности, но и на таких станках можно выполнять качественные копии, работать с их помощью по дереву и обрабатывать заготовки из других материалов. Многие пытаются приладить копирующее устройство к уже имеющемуся фрезерному станку, однако это нецелесообразно, так как при этом приходится переделывать практически весь станок. Как показывает практика, свой самодельный станок копировально-фрезерного типа лучше собирать с нуля, подобрав для этого соответствующие комплектующие.

Ниже на фото приведен пример самодельного станка с дополнением в виде видео. Создатель станка ведет повествование по-английски, но в принципе все вполне понятно и без перевода.

Самодельное копировально-фрезерное устройство с пантографом

Своими руками копировально-фрезерное устройство проще всего изготовить по типовой схеме, которая включает в себя несущую конструкцию – раму, рабочий стол и фрезерную головку. Приводом для обеспечения вращения рабочего инструмента является электродвигатель, передающий движение через двухступенчатый механизм, позволяющий получать две скорости. Рабочий стол этого самодельного устройства можно регулировать по высоте.

Многие из тех, кто копировально-фрезерный станок изготовил своими руками, отмечают, что при смене режимов работы, у такого оборудования начинает проявляться масса недостатков. Наиболее распространенными из таких недостатков являются вибрации рамы станка, искривление заготовки и ее прогиб, некачественное выполнение копирования и др. Чтобы избежать таких проблем, лучше всего делать копировально-фрезерное устройство узкоспециализированным и сразу настраивать его на обработку однотипных заготовок. Объясняется это тем, что самому учесть все недочеты, которые будут возникать у универсального оборудования при смене режимов работы, практически невозможно.

Большое значение имеет размер самодельного копировально-фрезерного станка, который необходимо подбирать в зависимости от того, какого размера заготовки вы собираетесь на нем обрабатывать. При обработке крупных заготовок возникают значительные вибрации, погасить которые в состоянии только оборудование, отличающееся массивностью. При такой обработке серьезные нагрузки передаются и на направляющие оси станка, которые тоже должны быть в состоянии выдержать это.

Первое, что необходимо сделать перед изготовлением копировально-фрезерного станка своими руками, — это определиться с задачами, которые вы собираетесь решать с его помощью. От этого будут зависеть размер рабочего стола, способ закрепления заготовок и шаблона, направления перемещения режущего инструмента.

В зависимости от того, какие детали вы собираетесь изготавливать на своем самодельном копировально-фрезерном станке (а также от материала их изготовления), подбирается мощность электродвигателя. Так, для выполнения гравировки и других работ по дереву вполне подойдет электродвигатель мощностью 150–200 Вт.

Щуп и рабочий орган станка жестко закрепляются между собой и устанавливаются над рабочим столом так, чтобы высота их расположения и их плоскости полностью совпадали. Такая конструкция после установки должна передвигаться горизонтально и вертикально параллельно всем сторонам рабочего стола.

На двух видео ниже еще один мастер рассказывает о изготовлении копировально-фрезерного станка своими руками.

Возможно, меня уволят за это!

Я давно хотел разместить серию постов по теме самодельных станков с ЧПУ. Но всегда останавливал тот факт, что Станкофф — станкоторговая компания. Дескать, как же так, мы же должны продавать станки, а не учить людей делать их самостоятельно. Но увидев этот проект я решил плюнуть на все условности и поделиться им с вами.

И так, в рамках этой статьи-инструкции я хочу, что бы вы вместе с автором проекта, 21 летним механиком и дизайнером, изготовили свой собственный настольный фрезерный станок с ЧПУ. Повествование будет вестись от первого лица, но знайте, что к большому своему сожалению, я делюсь не своим опытом, а лишь вольно пересказываю автора сего проекта. 

В этой статье будет достаточно много чертежей, примечания к ним сделаны на английском языке, но я уверен, что настоящий технарь все поймет без лишних слов. Для удобства восприятия, я разобью повествование на «шаги».

Предисловие от автора

Уже в 12 лет я мечтал построить машину, которая будет способна создавать различные вещи. Машину, которая даст мне возможность изготовить любой предмет домашнего обихода. Спустя два года я наткнулся на словосочетание ЧПУ или если говорить точнее, то на фразу «Фрезерный станок с ЧПУ». После того как я узнал, что есть люди способные сделать такой станок самостоятельно для своих нужд, в своем собственном гараже, я понял, что тоже смогу это сделать. Я должен это сделать! В течение трех месяцев я пытался собрать подходящие детали, но не сдвинулся с места. Поэтому моя одержимость постепенно угасла.

В августе 2019 идея построить фрезерный станок с ЧПУ вновь захватила меня. Я только что окончил бакалавриат университета промышленного дизайна, так что я был вполне уверен в своих возможностях. Теперь я четко понимал разницу между мной сегодняшним и мной пятилетней давности. Я научился работать с металлом, освоил техники работы на ручных металлообрабатывающих станках, но самое главное я научился применять инструменты для разработки. Я надеюсь, что эта инструкция вдохновит вас на создание своего станка с ЧПУ! 

Шаг 1: Дизайн и CAD модель

Все начинается с продуманного дизайна. Я сделал несколько эскизов, чтобы лучше прочувствовать размеры и форму будущего станка. После этого я создал CAD модель используя SolidWorks. После того, как я смоделировал все детали и узлы станка, я подготовил технические чертежи. Эти чертежи я использовал для изготовления деталей на ручных металлообрабатывающих станках: токарном и фрезерном.

Признаюсь честно, я люблю хорошие удобные инструменты. Именно поэтому я постарался сделать так, чтобы операции по техническому обслуживанию и регулировке станка осуществлялись как можно проще. Подшипники я поместил в специальные блоки для того, чтобы иметь возможность быстрой замены. Направляющие доступны для обслуживания, поэтому моя машина всегда будет чистой по окончанию работ.

Файлы для скачивания «Шаг 1»

Габаритные размеры

Шаг 2: Станина

Станина обеспечивает станку необходимую жесткость. На нее будет установлен подвижной портал, шаговые двигатели, ось Z и шпиндель, а позднее и рабочая поверхность. Для создания несущей рамы я использовал два алюминиевых профиля Maytec сечением 40х80 мм и две торцевые пластины из алюминия толщиной 10 мм. Все элементы я соединил между собой на алюминиевые уголки. Для усиления конструкции внутри основной рамы я сделал дополнительную квадратную рамку из профилей меньшего сечения. 

Для того, чтобы в дальнейшем избежать попадания пыли на направляющие, я установил защитные уголки из алюминия.  Уголок смонтирован с использованием Т-образных гаек, которые установлены в один из пазов профиля.

На обоих торцевых пластинах установлены блоки подшипников для установки приводного винта.

Несущая рама в сборе

Уголки для защиты направляющих

Файлы для скачивания «Шаг 2»

Чертежи основных элементов станины

Шаг 3: Портал

Подвижной портал — исполнительный орган вашего станка, он перемещается по оси X и несет на себе фрезерный шпиндель и суппорт оси Z. Чем выше портал, тем толще заготовка, которую вы можете обработать. Однако, высокий портал менее устойчив к нагрузкам которые возникают в процессе обработки. Высокие боковые стойки портала выполняют роль рычагов относительно линейных подшипников качения.

Основная задача, которую я планировал решать на своем фрезерном станке с ЧПУ — это обработка алюминиевых деталей. Поскольку максимальная толщина подходящих мне алюминиевых заготовок 60 мм, я решил сделать просвет портала (расстояние от рабочей поверхности до верхней поперечной балки) равным 125 мм.  В SolidWorks все свои измерения я преобразовал в модель и технические чертежи. В связи со сложностью деталей, я обработал их на промышленном обрабатывающем центре с ЧПУ, это дополнительно мне позволило обработать фаски, что было бы весьма затруднительно сделать на ручном фрезерном станке по металлу.

Файлы для скачивания «Шаг 3»

Шаг 4: Суппорт оси Z

В конструкции оси Z я использовал переднюю панель, которая крепится к подшипникам перемещения по оси Y, две пластины для усиления узла, пластину для крепления шагового двигателя и панель для установки фрезерного шпинделя. На передней панели я установил две профильные направляющие по которым будет происходить перемещение шпинделя по оси Z. Обратите внимание на то, что винт оси Z не имеет контропоры внизу.

Файлы для скачивания «Шаг 4»

Шаг 5: Направляющие

Направляющие обеспечивают возможность перемещения во всех направлениях, обеспечивают плавность и точность движений. Любой люфт в одном из направлений может стать причиной неточности в обработке ваших изделий.
Я выбрал самый дорогой вариант — профилированные закаленные стальные рельсы
. Это позволит конструкции выдерживать высокие нагрузки и обеспечит необходимую мне точность позиционирования. Чтобы обеспечить параллельность направляющих, я использовал специальный индикатор во время их установки. Максимальное отклонение относительно друг друга составило не более 0,01 мм.

Шаг 6: Винты и шкивы

Винты преобразуют вращательное движение от шаговых двигателей в линейное. При проектировании своего станка вы можете выбрать несколько вариантов этого узла: Пара винт-гайка или шарико-винтовая пара (ШВП). Винт-гайка, как правило, больше подвергается силам трения при работе, а также менее точна относительно ШВП. Если вам необходима повышенная точность, то однозначно необходимо остановить свой выбор на ШВП. Но вы должны знать, что ШВП достаточно дорогое удовольствие.

Я все же решил использовать винт-гайку для своего станка. Я выбрал гайки со специальными пластиковыми вставками которые уменьшают трение и исключают люфты.

Необходимо обработать концы винтов в соответствии с чертежами. На концы винтов устанавливаются шкивы

Файлы для скачивания «Шаг 6»

Шаг 7: Рабочая поверхность

Рабочая поверхность — это место на котором вы будете закреплять заготовки для последующей обработки. На профессиональных станках часто используется стол из алюминиевого профиля с Т-пазами. Я решил использовать лист обычной березовой фанеры толщиной 18 мм.

Шаг 8: Электрическая схема

Основными  компонентами электрической схемы являются:

  1. Шаговые двигатели
  2. Драйверы шаговых двигателей
  3. Блок питания
  4. Интерфейсная плата
  5. Персональный компьютер или ноутбук
  6. Кнопка аварийного останова 

Я решил купить готовый набор из 3-х двигателей Nema, 3-х подходящих драйверов, платы коммутации и блока питания на 36 вольт. Также я использовал понижающий трансформатор для преобразования 36 вольт в 5 для питания управляющей цепи. Вы можете использовать любой другой готовый набор или собрать его самостоятельно. Так как мне хотелось быстрее запустить станок, я временно собрал все элементы на доске. Нормальный корпус для системы управления сейчас находится в разработке )).

Электрическая схема станка

Шаг 9: Фрезерный шпиндель

Для своего проекта я использовал фрезерный шпиндель Kress. Если есть необходимость, средства и желание, то вы вполне можете поставить высокочастотный промышленный шпиндель с водяным или воздушным охлаждением. При этом потребуется незначительно изменить электрическую схему и добавить несколько дополнительных компонентов, таких как частотный преобразователь.

Шаг 10: Программное обеспечение

В качестве управляющей системы для своего детища я выбрал MACH3. Это одна из самых популярных программ для фрезерных станков с ЧПУ. Поэтому про ее настройку и эксплуатацию я не буду говорить, вы можете самостоятельно найти огромное количество информации на эту тему в интернете.

Шаг 11: Он ожил! Испытания

Если вы все сделали правильно, то включив станок вы увидите, что он просто работает!

Я уверен, моя история вдохновит вас на создание собственного фрезерного станка с ЧПУ.

Послесловие

Друзья, если вам понравилась история, делитесь ей в социальных сетях и обсуждайте в комментариях. Успехов вам в ваших проектах!

В наше время часто возникает необходимость в создании копии какого-то предмета. Для этих целей на современных предприятиях используются специальные копировальные станки, форма которых максимально соответствует нужному образцу. Такие фрезерные копиры дают возможность изготавливать разнообразные по своей сложности и форме детали. При этом оборудование должно за короткое время осуществлять обработку и изготовление требуемого элемента.

Заводской или самодельный станок?

Самодельный копировальный станок

Современный рынок предлагает приобрести фрезерно-копировальные станки различного уровня сложности и конструкции. Но не всегда есть возможность сделать такую покупку, да и стоимость такого оборудования по дереву является довольно ощутимой. Именно поэтому в народных умельцев часто возникает вопрос о самодельном фрезерно-копировальном станке, изготовление которого по сравнению с самостоятельной сборкой является менее затратным. Сейчас в случае наличия соответствующих чертежей, материалов и навыков такое оборудование можно изготовить и своими руками.

Понятно, что такая разновидность самодельной техники по своим параметрам и удобству в использовании не может конкурировать с оборудованием заводского производства. Но при надежном исполнении со станком, сделанным своими руками, можно изготавливать достаточно высококачественные копии определенных предметов из дерева.

Следует сразу же отметить, что устанавливать копировальное оборудование на заводской фрезерный станок практически невозможно, поскольку это подразумевает кардинальное переоборудование всего станка.

Именно поэтому сделать своими руками копировальный станок по дереву можно только «с нуля», воспользовавшись системами тяг, электрического двигателя и специального патрона, в котором будет удерживаться фреза, осуществляющая обработку заготовки.

Из чего состоит копировальный фрезерный станок?

Простой самодельный копир по дереву

Конструкций самодельного оборудования такого назначения существует в наше время довольно много в зависимости от используемого чертежа и задач, которые будут выполняться на этой технике. Типичный копир для дерева состоит из таких основных элементов:

  • подходящая по размерам рабочая поверхность;
  • несущая рама;
  • устройство для установки фрезера.

Фрезерную головку нужно оборудовать передаточным механизмом с электродвигателем, которые смогут обеспечить несколько скоростей работы самодельного фрезерно-копировального станка по дереву.

Большое количество народных умельцев, которые своими руками сделали такой станок по чертежам, отмечают, что в результате копирования готовая деталь имеет достаточное количество изъянов. Они появляются во время смены направления работы фрезы, дрожании и вибрациях всей конструкции. Кроме того, несоответствия также происходят и из-за искривления обрабатываемой детали, которая возникает при увеличении внутреннего напряжения в результате выработки деревянной заготовки.

Исключить вероятность возникновения определенных недочетов в процессе изготовления самодельного станка практически нереально. Чтобы свести их к минимуму, своими руками рекомендуется производить не универсальные, а узкопрофильные станки, на которых можно будет изготавливать и копировать детали какого-то одного определенного типа.

Особенности самостоятельного создания копира

Фрезерно-копировальный станок для изготовления деревянной части ружья

Таким образом, копировально-фрезерные станки при изготовлении своими руками необходимо оптимизировать под обработку конкретных деталей, которые будут на нем производиться. В противном же случае могут возникать различные побочные эффекты, которые зачастую очень трудно исправить.

Довольно важным фактором, который обязательно необходимо учитывать при собственноручном изготовлении станка-копира – это его размеры и общий вес. Чем большие изделия на нем будут обрабатываться, тем массивнее должна быть вся конструкция. Это даст возможность оборудованию поглощать вибрации, которые возникают в процессе работы фрезы. Направляющие оси нужно делать так, чтобы они обладали значительным запасом прочности, не прогибаясь при повышенных нагрузках.

Оптимальные свойства копировально-фрезерного станка по дереву при изготовлении его своими руками можно подобрать опытным путем, так как это зависит от конструкции оборудования и целей, в которых оно будет эксплуатироваться.

Что нужно учитывать при разработке станка?

Создавая чертеж копировального станка по дереву и конструируя его, необходимо делать все в зависимости от деталей, которые будут изготавливаться на нем. Так, чтобы фрезеровать длинные заготовки или выполнять граверные работы требуются совершенно разный способ закрепления заготовок и тип рабочего стола.

Также от изготавливаемых и копируемых на станке деталей зависит и необходимая для качественной работы мощность электрического двигателя, который обеспечивает вращение фрезы. Но в большинстве случаев для обработки деталей из дерева бывает достаточно 150-220 Вт двигателя постоянного тока.

Чтобы обеспечить максимальную точность копирования деталей, устройство, удерживающее фрезер и копирующий щуп должны как быть как можно прочнее закреплены между собой. Вместе с этим их плоскости вместе с высотой над рабочей поверхностью должны совпадать в полной мере.

Созданная жесткая конструкция должна быть установлена на поверхности стола таким образом, чтобы была она имела возможность перемещаться в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Таким образом, самостоятельно сделать копировальный станок для изготовления разнообразных деталей из дерева не очень сложно, поэтому справиться с такой работой могут многие. Но нужно помнить, что в случае изготовления подобного оборудования своими руками оно подойдет только для производства изделий какого-то определенного типа. В противном же случае подойдет только современное универсальное оборудование заводского производства.

Очень часто требуется сделать копию какого-либо предмета или повторить необходимую деталь. Для изготовления копий изделий сложной формы придумано много способов. Если требуется изготовить партию однотипных элементов, то чаще всего используют копировально фрезерные станки. Они обладают высокой скоростью обработки заготовок и позволяют быстро изготовить копии идентичные заданному образцу.

Основы процесса фрезерования

Практически на всех крупных промышленных производствах и в небольших мастерских можно встретить станки фрезерной группы. Ведь операция фрезерования — самый популярный способ механической обработки изделий. С помощью фрезеровальных устройств выполняют черновые, получистовые и чистовые обработки заготовок из дерева, черного и цветных металлов, а также пластика. Современные станки способны быстро и высокоточно обрабатывать изделия не только простых, но и самых сложных форм.

Фрезерные машины делятся на два вида:

  • Станки общего назначения.
  • Специализированное оборудование.

К специализированному оборудованию относятся рассматриваемые копировальные фрезеры. Они позволяют делать копии предметов и работают как с плоскими, так и объемными формами. Более того, эти устройства могут помочь выполнить гравировку, нанести орнаменты, различные надписи, создать различные узоры на гранях, которые расположены в различных плоскостях.

Существуют два способа фрезерования:

  • Встречное, при котором инструмент подается и вращается в различные стороны.
  • Попутное. В этом случае подача и вращение инструмента происходит в разных направлениях.

Режущее полотно фрез таких станков может быть из самых разных материалов, что позволяет успешно переходить с обработки деревянных изделий на твердые металлы и даже натуральные или искусственные камни.

Принципы работы

Общим элементом для всех фрезеров копировальных по дереву или металлу является фреза — режущий и обрабатывающий инструмент.

Основные моменты работы фрезерного устройства:

  • С помощью копира задается поверхность или контур, который затем повторяет фреза.
  • Между узлом слежения и режущей фрезой расположена соединяющая их система. При обработке деревянных изделий она чаще всего имеет механическое управление и подачу. Кроме механической применяют пневматическую или гидравлическую систему.
  • Копиром может является или плоский шаблон, или эталонная объемная заготовка, фотоэлемент или чертеж. В сложных станках встраивается ЧПУ, и тогда они превращаются в широкоуниверсальные.
  • Детали, выступающие шаблонами, могут быть сделаны из чего угодно. Это может быть дерево, металл, пластмасса или другой плотный материал.

Все копировальные станки работают по одному принципу: к образцу любого типа подводится следящее устройство, которое через соединительную систему передает необходимое направление и усилие на режущий узел — фрезу.

Использование шаблона-образца исключает ручное вмешательство и поэтому даже при изготовлении копий сложных деталей, все полученные изделия одинаковы по форме и размерам. Копировальное фрезерование бывает контурное, объемное и прямого действия. Обрабатываемая заготовка и первоначальный шаблон закрепляют на перемещающейся рабочей поверхности станка.

При контурном копировании рабочая поверхность перемещается в продольном направлении. Во втором случае, при объёмном копировании, стол с копиром и заготовкой подвижны и в поперечном, и в продольном направлениях.

Узел между копиром и фрезой, который точно задает движение и силу режущему инструменту называется пантограф. По дереву или другому материалу пантографы работают одинаково безошибочно.

Пантограф используется в станках прямого действия. Этот узел позволяет организовывать не только копирование, но и масштабирование деталей. Часто такие станки используют для гравировальных работ.

Пантограф состоит из направляющего пальца, его оси, отдельной оси вращения и инструментального шпинделя. Направляющий палец вместе со шпинделем размещены на одной планке. Масштаб копирования напрямую зависит от соотношения плеч шпинделя и пальца.

Палец перемещается по контуру оригинала и приводит в движение рейку, которая свободно вращается на оси. Таким образом, шпиндель, расположенный на другой стороне рейки, повторяет движение пальца.

Режущая кромка приходит в движение при помощи винта, золотникового клапана, соленоида, электромагнитной муфты. В усилительном устройстве копировально фрезерного станка по металлу используется реле. Оно может быть электромагнитное, гидравлическое или электрооптическое.

Вращение передается от электрического двигателя при помощи цепи и гидравлического цилиндра.

Передача вращательного момента может быть многоступенчатой.

Качество полученной при копировании детали, а именно шероховатость, точность размеров и формы, напрямую зависит от скорости реагирования и перемещения следящего устройства. Хорошими результатами считаются: точность профиля две сотых миллиметра, а шероховатость должна соответствовать шестому номеру общепринятых стандартов.

Разновидности устройств

Копировальное оборудование может отличаться приводами, которые бывают различных типов.

На основе приводов различают:

  • Устройства, имеющие пантограф, который позволяет обрабатывать детали в разных измерениях.
  • Оборудование, у которого копир закреплен на поворотной планке подвижной по вертикали.
  • Станки с поворотными столами. Устройство может иметь один шпиндель или несколько. Стол имеет круглую или прямоугольную форму.
  • Фотокопировальные устройства.
  • Оборудование с подачей за счет механических, гидравлических или электрических узлов.

Станки также отличаются степенью автоматизации и вариантами фиксации заготовок.

На основании этого устройства бывают:

  • Настольные или ручные. Обрабатываемая деталь закрепляется механическим способом. Этот способ позволяет рассверливать отверстия на заготовке по заданному шаблону.
  • Автоматические станки, на которых заготовки фиксируются пневматическими прижимами. Эти станки стационарного типа и на них работают с алюминием.
  • Автоматические стационарные агрегаты имеющие пневматические пружины и трехшпиндельную головку. На такой конструкции можно одновременно сверлить тройные отверстия, что невозможно сделать на устройствах предыдущих типов.

На современном рынке есть множество предложений по готовым станкам различного уровня и сложности. Но некоторые мастера предпочитают изготавливать самодельные копировальные фрезерные станки по дереву или металлу. Если присутствуют чертежи, инструмент и исходный материал, то подобное оборудование собрать несложно.

Изготовление своими руками

Полностью конкурировать с промышленными образцами самодельный копировальный станок для резьбы по дереву, конечно, не может. При эксплуатации самодельных устройств наблюдаются разнообразные недостатки.

Самые распространенные проблемы — это вибрация рамы станка, прогибание заготовки, большие погрешности при копировании. Поэтому при проектировании собственного станка следует учитывать задачи, которые он будет решать. Проще собрать узкопрофильное устройство, чем универсальное, сразу настроив его для решения однотипной задачи.

Несмотря на разнообразие схем, показывающих порядок сборки станка, все устройства имеют одинаковые основные узлы.

Минимальный набор элементов следующий:

  • Стол рабочий.
  • Рама несущая.
  • Головка фрезерная.

Вращение с электродвигателя через привод передаётся на головку с фрезой. При необходимости сменить режим реза, меняется высота стола. При желании, для смены скоростей разрабатывают передаточный механизм.

Пантограф может быть собран из дерева или металла.

Пантограф по дереву имеет свой недостаток, поскольку деревянные части соединяются при помощи петель и, таким образом, им свойственен люфт. Поэтому точность обработки деревянного пантографа невысокая.

При изготовлении металлического пантографа появляется возможность создавать копии разного масштаба. Но он не умеет делать объемные копии.

Некоторые умельцы пытаются переделать обычный производственный фрезерный станок, добавив к нему копирующее устройство. В этом случае надо переделывать практически полностью весь старый станок и проще собрать агрегат с нуля.

Следует учитывать размер заготовок, которые должен будет обрабатывать станок. Чем больше длина заготовки, тем сильнее нагрузка на направляющие оси станка. Возможно, они неспособны будут выдержать такую нагрузку. А также при работе с крупными деталями, инструмент испытывает большие вибрации. Чтобы компенсировать момент вибрации, оборудование необходимо проектировать массивным и тяжелым.

Поэтому, в первую очередь перед созданием копировально фрезерного станка по металлу или дереву надо выделить задачи, которые будут решаться при работе на нём. Исходя из этого планируются размеры стола и всей конструкции, способы крепления шаблона и варианты перемещения фрезы.

Если планируется обработка плоских деталей, то для контурного копирования хватит двух осей станка, поскольку перемещение будет только продольное и поперечное.

Если рассчитывать на работу с рельефными заготовками, то потребуется добавить еще перпендикулярное движение.

Если же рельеф большой, то приходится рассчитывать на еще одну ось — четвертую.

Все возможные варианты надо продумать до начала изготовления станка, поскольку после изготовления и сборки всех узлов, очень сложно внести изменения в существующую конструкцию.

Компоновка станка может быть горизонтальной или вертикальной. Если станок вертикальный, то стружка во время фрезерования попадает либо на стол, либо в специальный поддон, а не оседает в деталях фрезы.

Для лучшего качества обработки изделия фрезерная головка должна быть высокооборотная.

Для обработки деталей из разных материалов, желательно иметь набор режущих фрез разного качества и износостойкости.

После определения круга задач, вычисляется необходимая мощность мотора. Для выполнения гравировки и подобных работ по дереву достаточно двигателя с мощностью от сто пятидесяти до двухсот ватт.

Рабочий узел и щуп закрепляются вместе так, чтобы они находились на одной плоскости и высоте по отношению к рабочему столу. В качестве крепления используется жесткий зажим. Тогда весь собранный элемент сможет перемещаться параллельно сторонам рабочей поверхности как горизонтально, так и вертикально.

Все подвижные узлы должны быть максимально легкими, чтобы управляющие усилия были минимальными.

Правила техники безопасности

Поскольку инструмент является и электрическим, и режущим, он требует аккуратной эксплуатации и соблюдения элементарных правил техники безопасности.

Правила техники безопасности включают в себя:

  • Размещать аппарат в помещении следует таким образом, чтобы к нему был свободный доступ.
  • Само помещение должно быть хорошо проветриваемым.
  • Перед включением нужно убедиться, что поверхность стола свободна он лишних предметов и ничего не мешает работе устройства.
  • Все крепления, особенно фреза, должны быть надежно закреплены и не болтаться.
  • Электродвигатель должен быть заземлен и не иметь повреждений.
  • Нельзя прикасаться руками к вертящимся валам до полной их остановки.
  • Любые ремонтные работы проводятся только при выключенном приборе и отключенном от электросети двигателе.
  • Стоять во время работы нужно на резиновом коврике.
  • После получаса непрерывной работы, необходимо выключить станок и дать деталям остыть.

Знание и соблюдение простых мер безопасности предотвращает травмы, порезы, ушибы, а иногда спасает жизнь.