Пантограф для увеличения рисунка своими руками. Копировальный станок по дереву своими руками. Примеры обрабатываемых изделий

16.06.2019

Пантограф — это прибор для ручной механической перерисовки изображения с большой точностью в увеличенном или уменьшенном масштабе. Пантограф может оказать большую помощь в работе домашнему мастеру. В пантографе использован принцип параллелограммного механизма, который дает возможность при одном жестко закрепленном конце двум точкам механизма совершать абсолютно одинаковые движения. В зависимости от величины

Выбранного масштаба изображения могут быть различны. Пантограф достаточно высокого качества можно изготовить своими руками при условии соблюдения точных размеров всех деталей, изображенных на рис. 1. Необходимы четыре дюралюминиевые линейки толщиной 4—5 мм (или линейки из органического стекла толщиной 5—6 мм), из них три длинные и одна короткая, В них в определенном порядке просверлены отверстия для закрепления осей. В отверстия линеек вставлены латунные втулочки.

Оси механизма пантографа имеют различную конструкцию: 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 использовать пластмассовый наконечник, так как он не портит оригинала и обеспечивает мягкое скольжение. 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 для закрепления проволочной шпильки-зажима.

Рис. 1. Пантограф

Бобышка металлическая. Снизу в бобышку вделаны три жала (например патефонные иголки), позволяющие легко фиксировать основание на чертежной доске. Наиболее ответственной операцией является разметка и сверление отверстий в линейках. Чтобы обеспечить высокую точность и соосность отверстий, достаточно разметить отверстия на одной линейке, сложить все линейки в пакет и просверлить по размеченной линейке отверстия во всех линейках за один прием. Диаметр отверстий должен быть таким, чтобы втулочки входили в них плотно, с небольшим натягом.

Втулки вытачивают из латуни по размерам, указанным на рис. 1. Оси — стальные. Длина осей находится в прямой зависимости от длины втулки. Проволочные шпильки-зажимы сгибают из стальной проволоки диаметром 1 —1,2 мм. Бобышку-основание можно сделать из алюминия или органического стекла толщиной 40 мм. В нижней плоскости бобышки в глухие отверстия вставляют три иголки так, чтобы их острие выходило на 2—3 мм. При сборке и подгонке деталей пантографа необходимо добиться легкости движения всех звеньев механизма. Заключительной операцией является маркировка отверстий на линейке, согласно которой легко будет выбрать масштаб увеличения (уменьшения) копии.

Копировально-фрезерный станок применяется для создания копий изделий из дерева или другого материала определенной формы. Такие станки используют на крупных и мелких промышленных предприятиях, а также в домашних условиях для создания различных деталей. Далее опишем принцип работы подобного станка и дадим рекомендации, как сделать его своими руками.

1

Фрезерное оборудование с копировальной установкой используют для механической обработки различных плоскостей. С помощью качественного станка можно воспроизводить копии объемных форм, производить гравировку, делать узоры, рисунки. Главной его особенностью является простота конструкции, при этом на нем можно выполнять довольно сложный перечень работ.

Копировально-фрезерный станок

У такого оборудования простой принцип работы. Специальный копировальный щуп соединяется с рабочей плоскостью. Далее он механическими движениями создает контуры с шаблона или детали. На рабочей плоскости крепится фреза под дерево или металл, в зависимости от назначения станка, которая повторяет движения копировального щупа. Помимо этих деталей, стандартный станок также оборудуется системой зажима фрезы или фрезерной установкой, электромотором и системой направляющих. Обычно оборудование для простых работ по дереву или пластику состоит из трех основных элементов:

рабочая поверхность с несущим элементом и каркасом;
фреза или фрезерная установка с зажимным механизмом;
копировальная установка (пантограф) и копировальный щуп.

В зависимости от типа копировально-фрезерного станка, он может работать в двух или трех измерениях. Для создания простого шаблона в двух измерениях достаточно стандартного варианта с прижимным профилем, но для производства и рассверловки трехмерных отверстий станок должен быть оборудован пневматической прижимной установкой, сверлом и дрелью или иной сверлильной установкой. В зависимости от конфигурации и возможностей, он может работать не только с деревом, но и с пластиком, чугуном и другими цветными металлами. Для этого станок оборудуется мощными и прочными фрезами под различные материалы, а копировальное оборудование совершенствуется под определенные формы.

Станки, сделанные своими руками, часто применяют в домашнем хозяйстве для сверления замочных отверстий, производства рамок или создания пазов в деревянных или металлических деталях.

2

На сегодняшний день существует большое количество оборудования копировально-фрезерного типа различных конструкций с определенными особенностями работы. Их стоимость, как правило, довольно высока, поэтому многие любители делают подобные устройства своими руками. Самодельный вариант, конечно, будет отличаться от промышленных аналогов, однако при соблюдении определенных условий он будет отлично справляться со своими функциями.

Копировально-фрезерный станок, изготовленный самостоятельно

Стандартная схема самодельного станка состоит из рабочей поверхности, несущей конструкции и головки фрезера, которая оборудуется электромотором с приводом для создания возможности работы головки на двух скоростях. Таким образом, чтобы сделать установку своими руками, вам потребуется набор определенного оборудования и инструментов, а именно:

основной каркас из дерева или металла;
деревянная фанера или панель, бруски, доски и рейки;
крепеж в виде болтов, гаек, саморезов или гвоздей;
фрезерная установка;
набор ключей, пилы или ножовка по металлу для работы с деталями;
система направляющих и металлические трубы;
электромотор с приводом или ручной привод;
сверла и сверлильная установка (для более сложных вариантов).

Вместо деревянного или металлического каркаса можно использовать, как базу, готовый фрезерный станок, однако закрепить устройство копирования на него намного сложнее, чем изготовить аппарат "с нуля". В таком случае придется практически полностью переделывать фрезерный станок, и на это потребуется больше времени и дополнительное оборудование.

3

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.

4

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.

Фрезерование – это вид механической обработки материалов при помощи специального режущего инструмента – фрезы. Метод позволяет получить высокий квалитет точности и степень шероховатости обрабатываемой поверхности. К тому же его отличает значительная производительность.

Обработка поверхностей осуществляется методом встречного фрезерования, когда вращение режущего инструмента противоположно направлению подачи, и попутным фрезерованием – способом, при котором направление вращения фрезы и подачи идентичные. Используя фрезы с режущими кромками из современных сверхтвердых материалов, можно заменить операцию шлифования.

Фрезерное оборудование разделяется на универсальное и специализированное. В первом случае это станки общего назначения для выполнения продольного и непрерывного фрезерования, с инструментом, установленным на консоли и нет. Во втором – механизм для нарезания резьбы, шлицов, изготовления шестерен и шпоночных пазов и фрезерования по копиру.

В производстве зачастую возникает потребность в изготовлении нескольких штук, партии, а то и серии идентичных деталей. Для этого используют фрезерное оборудование, оснащенное пантографом.

В домашнем хозяйстве функции фрезерного станка, как правило, выполняет ручной фрезер. Для выполнения максимального перечня работ фрезер оснащается целым комплектом приспособлений. Основная оснастка поставляется вместе с оборудованием, дополнительная приобретается или изготавливается самостоятельно. Это самые различные упоры, прижимы, шаблоны. Но можно пойти еще дальше и изготовить копир для фрезерования объемных деталей.

Фрезерно-копировальное оборудование: принцип работы

Принцип работы такого устройства заключается в четкой передаче движений копировальной головки через профиль-держатель режущему инструменту.

Приобрести копировальный фрезерный станок довольно трудно, поэтому народные умельцы изготавливают его своими руками из подручных материалов. Все происходит методом проб и ошибок. Поэтому мастера советуют сначала собрать дупликарвер, а уж потом внедрять его в серийное производство. Как правило, этому этапу предшествует не одна серьезная подгонка и переделка.

Фрезерно-копировальное оборудование: сферы применения

На фрезерных копировальных станках можно обрабатывать не только плоские, но и объемные детали. С их помощью, наравне с простыми фрезерными операциями, можно выполнять гравировку, повторять рисунки, узоры и надписи. Конструкция станка довольно проста, и ее под силу изготовить любому мастеру.

Копировально-фрезерные станки позволяют обрабатывать не только деревянные детали, но и чугунные, стальные и пластмассовые заготовки, а также изделия из цветных металлов. Это обеспечивается качественным инструментом из быстрорежущей стали и твердых сплавов. Копировальный станок позволяет фрезеровать не только прямые, но и криволинейные поверхности. При этом детали получаются совершенно идентичные.

Фрезерно-копировальное оборудование: конструкция

Типовая конструкция копировально-фрезерного станка совершенно простая. Она состоит из рабочего стола и системы направляющих с зажимами для крепления фрезера и копира.

Изготовить универсальный копировально-фрезерный станок в домашних условиях довольно сложно, да и в этом нет большой необходимости. Для домашних условий создается обычно оборудование с узконаправленной специализацией.

Изготовление копировально-фрезерного станка: материалы

Чтобы создать дупликарвер в домашних условиях своими руками, следует начертить элементарный эскиз, который и станет руководством к дальнейшим действиям. Кроме того, нужно запастись некоторыми материалами. Это:

Коленный цементированный полированный вал Ø 16 мм.
Линейные подшипники в количестве 2 шт.
Рельсовые направляющие длиной 900 мм – 2 шт. Для удобства крепления их длина принимается кратной 150.
Разрезные линейные подшипники в количестве 4 шт. Желательно применение подшипников с поджимным винтом для регулировки плотности посадки на направляющую.
Профильная труба 30×60 с толщиной стенки до 3 мм.
Металлическая пластина длиной 900 и шириной 100 мм.
Концевые стойки в количестве 2 шт.
Подвижный элемент в виде пластины – 1 шт.
Коромысло для крепления копира и фрезера – 2 шт. Длина выбирается произвольно.
Подвижные муфты – 2 шт.
Профильная труба 40×40 с толщиной стенки до 3 мм.
Корончатая муфта для поворота детали и шаблона.

Изготовление копировально-фрезерного станка: инструмент

После этого нужно подготовить инструмент, который обязательно пригодится для сборки конструкции станка. Это:

угловая шлифовальная машинка;
отрезной и зачистной диск;
сварочный аппарат;
маска для сварки;
лепестковый диск или щетка;
саморезы для крепления рельсовых направляющих и подвижных элементов;
электродрель;
шуруповерт;
измерительные инструменты: рулетка, штангенциркуль;
кернер и чертилка.

Изготовление копировально-фрезерного станка: пошаговая инструкция

После того как все готово, начинается непосредственная сборка копировально-фрезерного станка.

Шаг №1

Из профильной трубы 30×60 необходимо отрезать два куска длиной 950 мм для крепления рельсовых направляющих. Запас в 50 мм нужен для установки концевиков, дабы исключить соскакивание линейных подшипников.

Шаг №2

Профильную трубу 40×40 нужно порезать на заготовки для основания. Руководствуясь имеющимся эскизом, нужно отрезать два куска по 1350 мм и два куска по 900 мм.

Шаг №3

Из этой же трубы необходимо отрезать небольшие стойки. Их линейный размер зависит от высоты обрабатываемых впоследствии деталей.

Шаг №4

Теперь необходимо убрать с труб ржавчину. Для этого можно воспользоваться лепестковым диском или щеткой.

Важно ! Перед использованием щетки обратите внимание на максимальное количество рабочих оборотов на ней и болгарке. Величина частоты вращения на щетке должна превышать число оборотов оборудования.

Шаг №5

После этого обвариваем все стыки и зачищаем швы зачистным кругом толщиной 6 мм.

Шаг №6

Затем необходимо добиться параллельности рельсовых направляющих. Для этого нужно сделать соединение стойки и основания рельсовой направляющей разъемным. Необходимо взять шайбу по внутреннему размеру стойки, приварить к ней гайку и вкрутить болт. Болт на этом этапе нужен для того, чтобы установить гайку с шайбой в полости трубы-стойки заподлицо и в строго вертикальном положении, а при ее сварке не повредить резьбу. Проделать это нужно со всеми четырьмя стойками.

Шаг №7

Стойки приварить к основанию.

Шаг №8

В основании рельсовой направляющей в месте соединения со стойками нужно просверлить отверстия: в верхней полке под головку болта, в нижней – под резьбу.

Шаг №9

Установить рельсовые направляющие на основание (трубу 30×60), предварительно просверлив отверстия, и закрепить саморезами по металлу.

Шаг №10

Произвести монтаж оснований с рельсовыми направляющими и затянуть болтами.

Шаг №11

Проверить параллельность направляющих. В случае ее отсутствия необходимо произвести регулировку путем подкладывания фольги разной толщины на стойки под направляющую.

Шаг №12

На металлической пластине нужно разметить и просверлить отверстия для крепления разрезных линейных подшипников и концевых стоек.

Шаг №13

После этого нужно изготовить подвижный элемент путем сварки к металлической пластине коромысел длиной 300 мм для щупа и фрезера, затем прикрепить к нему линейные подшипники.

Шаг №14

После этого подвижный элемент нужно надевать на полированный вал, по краям которого установить концевые стойки.

Шаг №15

Всю конструкцию необходимо установить на металлическую пластину шириной 100 мм и закрепить концевые стойки саморезами.

Шаг №16

Затем на металлическую пластину с нижней стороны необходимо установить разрезные линейные подшипники.

Шаг №17

После этого навесная конструкция надевается на рельсовые направляющие разрезными подшипниками и устанавливаются концевики.

Шаг №18

На окончание коромысел устанавливаются подвижные муфты и крепятся щуп и фрезер.

Шаг №19

Для того чтобы заготовка и деталь синхронно вращались, необходимо связать их муфтами. Для управления подойдет звездочка и коронка. Копировально-фрезерный станок готов. В конструкции достигнуто 5 степеней свободы. Перемещение по оси X обеспечивается движением конструкции по рельсовым направляющим, перемещение по оси Y – движением подвижного элемента по полированному валу, перемещение по оси Z – движением коромысел.

Дополнительно за счет подвижных муфт щуп и фрезер могут перемещаться влево и вправо по оси коромысла, и есть возможность синхронного движения шаблона и заготовки. Это дает возможность обрабатывать детали практически любой формы.

Копировально-фрезерные станки по металлу в массовом и серийном производстве

Копировально-фрезерные станки по металлу применяются в массовых производствах. С их помощью изготавливаются гребневые винты для кораблей, турбины двигателей с реактивной тягой, рабочие колеса насосов, штампы для кузнечно-прессового производства, заготовки для механического и литейного производства. В быту копировальное оборудование по металлу практически не используется.

Пантограф для фрезера: конструктивные особенности

Для масштабирования копировальных процессов существует специальное приспособление, называемое пантографом. Он облегчает процессы изготовления деталей с криволинейными поверхностями, позволяет выполнять орнаменты и узоры любой сложности в уменьшенном виде. Стоимость такого приспособления достаточно велика. Но сделать пантограф в домашних условиях своими руками вполне реально.

Пантограф для фрезера: принцип работы

Принципиальная схема пантографа выглядит довольно просто. Она представляет собой квадрат, разделенный пополам. Все соединения на шарнирах, поэтому все стороны подвижны, и квадрат при воздействии легко превращается в ромб. Нулевая точка, расположенная в одном из углов квадрата, закрепляется жестко. Относительно ее конструкция может видоизменяться, превращаясь в ромб. В середине квадрата устанавливается режущий инструмент. В противоположном углу квадрата по диагонали закрепляют копир. Расстояние от нулевой точки до фрезы составляет некую величину А, а до копира 2А. Это дает масштаб 2:1. Линейный размер длинных и коротких сторон пантографа тоже должен отличаться друг от друга в 2 раза.

Пантограф для фрезера: материалы

Для того чтобы изготовить пантограф своими руками, потребуются следующие материалы:

Квадратный металлический профиль 12×12
Подшипник 180201.
Втулки под наружную обойму подшипника.
Пальцы по внутреннему размеру подшипника и резьбой М12.
Гайка М12.
Болты М6×45
Гайки М6.
Втулка под закрепление копира.
Профильная труба 40×40
Петля металлопластикового окна.
Краска.
Малярный скотч.
Металлическая пластина.
Винт для фиксации копира.

Пантограф для фрезера: инструмент

Кроме перечисленных материалов, необходим инструмент:

Ручной фрезер.
Угловая шлифовальная машинка.
Сварочный аппарат.
Гаечные ключи.
Мерительный инструмент.

Пантограф для фрезера: поэтапная инструкция изготовления своими руками

Приступаем к непосредственному изготовлению пантографа.

Этап №1. Резка заготовок

Необходимо разметить и отрезать квадратный профиль по рассчитанным размерам. Для удобства можно воспользоваться малярным скотчем и металлической пластиной. Скотч даст возможность четкой разметки, а пластина поможет сделать ровный и качественный рез. Заготовки для площадки под фрезер нужно отрезать под прямым углом, а на отрезках профиля для шатунов делать скос для максимального прилегания втулки подшипника.

Этап №2. Сверление технологических отверстий

На всех заготовках необходимо снять фаски и просверлить отверстия Ø 6,2 мм для дальнейшего соединения их в конструкцию.

Этап №3. Сварка площадки под фрезер

После этого нужно сварить площадку под фрезер.

Этап №4. Изготовление шатунов

На доске необходимо сделать подобие кондуктора и жестко закрепить все свариваемые детали. Для этого в доске сверлится отверстие, а подшипник во втулке зажимается болтом, квадратные профили шатунов крепятся струбцинами. Предварительно между ними необходимо вставить две шайбы и скрепить болтами. После этого все стыки конструкции обвариваются и зачищаются. Затем нужно разрезать подшипниковую втулку между квадратными профилями на каждом шатуне. Болты М6, шайбы и подшипники необходимо снять. На рамку необходимо приварить крепление для фрезера, а на короткий шатун в точке, противоположной нулевой – удлинитель для масштабирования. Шатуны можно окрасить для придания эстетичного вида.

Этап №5. Изготовление узла для крепления копира

Теперь необходимо выточить две втулки с внутренним диаметром, аналогичным размеру копира. С боковой стороны просверлить отверстие и нарезать резьбу для установки винта, фиксирующего копир. После этого нужно отрезать два кусочка квадрата 12×12 длиной 20–30 мм и приварить их на боковой стороне между втулками. Размер между квадратами должен составлять 12 мм.

Этап №6. Изготовление механизма подъема подшипника

Необходимо изготовить узел подъема подшипника. Для этого палец нулевой точки нужно приварить на кусок профиля 12×12 и закрепить к профильной трубе 40×40 при помощи петли с металлопластикового окна. Профильная труба будет служить местом крепления пантографа к столу струбциной.

Этап №7. Сборка пантографа

Подшипники нужно установить во втулки и надежно закрепить, стянув квадратные профили шатунов болтами М6. При помощи пальцев необходимо собрать шатуны в единую конструкцию. Закрепить пантограф на столе струбциной и установить фрезер. Устройство готово к работе.

Режущий инструмент для фрезерных работ: копировальные фрезы

Копировальные фрезы – инструмент, на котором, кроме режущей части, присутствует подшипник. Его размер равен диаметру режущей части фрезы. Подшипник может располагаться как в верхней, так и нижней части фрезы. Инструмент так и классифицируется. Стоит учесть, что маркировка означает положение подшипника при обычном размещении фрезы – хвостовиком вверх.

Служат они для выполнения копировальных работ по шаблону. При использовании фрезы с верхним подшипником шаблон располагается сверху детали, если с нижним положением подшипника, то снизу.

Работа ручным фрезером предполагает применение любых фрез. Это безопасно. Единственное, что при использовании режущего инструмента с верхним подшипником следует обращать внимание на вылет фрезы, чтобы не повредить верстак.

Фрезерование на деревообрабатывающем станке предусматривает использование фрез только с нижним положением подшипника. Это связано с тем, что у фрезы с верхним положением подшипника открытая вращающаяся режущая часть оказывается в зоне заготовки. Неосторожное движение может привести к серьезной травме. Такие фрезы применяются на станках только в особых случаях с максимальным соблюдением правил ТБ.

Копировально-фрезерные станки – это уникальное оборудование, с помощью которого выполняются сложнейшие работы по изготовлению идентичных деталей. Но для работы в домашних условиях можно изготовить несложные аналоги такого оборудования и приспособлений, которые помогут в быту или небольшом бизнесе.

Дерево - один из основных материалов, которые использует человек в повседневной жизни для изготовления мебели, предметов внутреннего убранства, декоративных архитектурных элементов, хозяйственных и садовых принадлежностей и многого другого.

Копировальный станок по дереву.

Одну-две вещи можно сделать ручным инструментом либо с использованием деревообрабатывающего оборудования.

Но как обработать большое количество совершенно одинаковых изделий с наименьшими затратами труда и времени? В этом случае на помощь придут копировальные станки. Одним из них является копировально-фрезерный станок по дереву.

В статье рассматривается его устройство и принцип действия, а также предлагаются некоторые советы желающим изготовить аппарат самостоятельно.

Копировально-фрезерные станки (КФС) предназначены для обработки деталей из дерева методом копирования. Разновидности метода:

контурное или 2-х мерное (2-D) фрезерование;
объемное или 3-х мерное (3D) копирование.

Тот или иной метод используется в зависимости от формы обрабатываемого изделия.

Основное преимущество копировальных станков состоит в том, что можно изготавливать любое количество деталей с криволинейным контуром, являющихся копией исходного экземпляра. Все они будут абсолютно идентичными. В то же время станок обладает гибкостью, чтобы перейти на обработку другой детали, достаточно сменить эталон.

Поэтому сфера применения их достаточно широка: от мелкосерийного изготовления до массового производства. Наряду с достаточно большими станками для промышленного назначения существуют компактные настольные устройства. Копировальные станки используются в мебельном производстве, деревообрабатывающих цехах, в столярных мастерских индивидуальных предпринимателей.

В качестве рабочего узла в небольших станках часто используют фрезерные головки (фрезер). Частота вращения его достаточна, чтобы обеспечить требуемое качество поверхности (отсутствие сколов, расщеплений, заусенцев).

Примеры обрабатываемых изделий

Ниже показан далеко не полный состав продукции, изготавливаемой с помощью КФС:

детали мебели - фасады, изголовья кроватей, спинки, ножки кресел и стульев;
предметы интерьера - обрамление камина, деревянные панно, рамки, подставки;
сувенирная продукция - статуэтки, шкатулки, медальоны;
строительные конструкции - обрамление арочных окон, заполнение филенчатых дверей;
архитектурные элементы - барельефы, декоративные фризы и бордюры, оконные наличники (прорезные или рельефные), карнизная резьба;
декоративные ограждения - элементы перил, балясины, экраны с орнаментом, детали забора;
деревянные элементы оружия - приклад, цевье;
рукоятки садово-хозяйственного инструмента, например, топорища.

Как можно заметить, перечисленные детали имеют значительные отличия между собой, как по размеру, так и по форме. Если сгруппировать их по наиболее общим признакам, то становится очевидно, что для обработки деталей, относящихся к одной группе, требуется своя конструкция (компоновка) станка.

Принцип работы копировального устройства

Для тиражирования изделия используется один из экземпляров, служащий шаблоном. Головка с режущим инструментом (фреза) соединена в одно целое с копировальным щупом.

При 2-х мерном фрезеровании щуп движется по образующей копируемого контура, а вращающийся инструмент повторяет это движение, в результате чего получается копия шаблона.

Когда фрезеруют объемную деталь, копирующий наконечник сканирует 3-х мерную модель и заставляет фрезу двигаться по эквидистантной (подобной) траектории. Характер движений копировальных станков бывает 2-х видов:

Шаблон и обрабатываемая заготовка неподвижны, режущая головка перемещается в продольном направлении, снимая за один двойной ход некоторый объем материала.
Шаблон и заготовка (одна или несколько) вращаются, а фреза перемещается в радиальном направлении по копиру. В результате чего повторяет профиль копируемого сечения. При этом режущий узел или деталь равномерно передвигают вдоль продольной оси изделия.

Частным видом копировально-гравировальных работ является фрезерование рисунков или орнаментов по шаблону, представляющему собой наклеенную бумажную копию, распечатанную на принтере.

В качестве программы для создания рисунка можно использовать AVTOCAD, Компас, Word, Paint и другие. Чтобы не прорвать бумагу, в копирующий наконечник вставляют мягкую вставку (дерево или пластик).

Выбор компоновки самодельного станка

Что нужно знать, приступая к разработке своего оригинального устройства.

В первую очередь следует определить, для каких деталей оно предназначается. Далее следует выбрать формообразующие движения, количество осей станка. Для обработки плоских деталей методом контурного копирования достаточно 2-х осей: продольное и поперечное перемещение. Детали с невысоким рельефом требуют еще одного движения (перпендикулярного).

Однако, если рельеф крутопадающий, то ось инструмента необходимо дополнительно поворачивать, чтобы обеспечить лучшие условия для обработки. То есть, уже получается 4 оси. В некоторых случаях потребуется 5 и более осей. Представляя в голове технологию обработки, следует предусматривать все возможные ситуации. После изготовления станка внести дополнительные движения может оказаться проблематичным.

Наконец, станок необходимо скомпоновать таким образом, чтобы управляющие усилия были минимальными. Это означает, что подвижные узлы должны быть как можно легче. Подумайте - какую компоновку лучше выбрать: горизонтальную или вертикальную. Во-первых, от этого зависит удобство работы, а также загрузки и выгрузки обрабатываемых деталей. Во-вторых, при вертикальной компоновке стружка падает сразу на пол или в корыто, а не скапливается на основании или в механизмах станка.

Фрезерную головку следует выбирать максимально высокооборотную. Это является важным фактором, влияющим на качество обработки (уменьшается высота гребешков от фрезы).

Несколько примеров

Пантограф

Фото 1: станок для вырезания букв.

Применяется для плоской резьбы. В основе его конструкции лежит геометрическая фигура - параллелограмм. Одно из свойств этого механизма заключается в том, что узловые точки во время движения описывают эквидистантные кривые. Причем, если звено удлинять, то его конечная точка будет проходить большее расстояние. Это свойство позволяет использовать механизм для масштабирования.

На фото видно, что общая длина с копирующим наконечником на конце примерно в 2 раза длиннее стороны параллелограмма. Это означает, что механизм увеличивающий. Если наконечником копировать какую-либо фигуру, фреза в 2 раза ее уменьшит. Это позволит снизить погрешности копира. Не стоит забывать, что рисунок или шаблон при этом выполняется увеличенным.

Для изготовления пантографа потребуется покупной фрезер и несколько сухих досок. По-видимому, дешевле не бывает.

Станок с плоскопараллельным механизмом

Фото 2: контурное фрезерование

Область применения - также контурное фрезерование.

В отличие от пантографа, криволинейная траектория получается путем сложения 2-х взаинмо-перпендикулярных движений. 3-я ось служит для внедрения фрезы в толщу детали. Груз на противоположном конце поворотной рамы предназначен для уравновешивания системы.

Обратите внимание на небольшой изъян конструкции: груз лучше устанавливать на резьбовую шпильку, чтобы предусмотреть возможность регулировки.

Станок для объемного фрезерования

Фото 3: объемное фрезерование

В нижней части станины расположены 2 поворотных узла крепления копира и заготовки.

Фрезерная головка установлена на уравновешенной качающейся раме, которая при работе передвигается по взаимно перпендикулярным направляющим.

Вместо подшипников линейного перемещения или втулок скольжения, как в предыдущем устройстве, здесь используются роликовые каретки. Достоинством конструкции является открытое основание, благодаря чему облегчается удаление стружки.

Дупликарвер-2

Фото 4: станок для плоскорельефной и скульптурной резьбы

Серийный станок для плоскорельефной и скульптурной резьбы. Образец простоты: про такие конструкции говорят - две палки, две скалки. Имеет 5 управляемых осей:

4 поворота (боковые рычаги, поворотная рама, головка, рабочие столики);
поперечное перемещение головки.

Продольное движение получается сложением 2-х поворотов: рычагов и рамы. В качестве силовой головки используется немецкий фрезер мощностью 500 Вт и с частотой вращения шпинделя 10 – 30 тысяч оборотов в минуту. Легко переносится одним человеком (вес - 28 кг).

Дупликарвер-3

Фот 5: обработка длиномерной объемной резьбы

К предыдущему станку добавлены еще 2 направляющих скалки (дополнительная линейная ось), а поворотные рабочие столики располагаются вертикально. В результате стало возможным обрабатывать длинномерную объемную резьбу.

Ниже показаны некоторые чертежи, которые могут быть полезными при изготовлении самодельного устройства.

Чертеж 1 - устройство пантографа

Чертеж 2 - схема фрезера, установленного на пантографе

Чертеж 3 - каретка для установки фрезера на плоско-копировальном устройстве

Видео: презентация самодельного копировального станка

Копировальный станок с ЧПУ своими силами - возможно ли это

Все рассмотренные выше устройства имеют ручное управление, то есть, несмотря на повышение производительности, человек остается прикован к механизму. Подобная работа довольно однообразна и утомительна. В массовом и крупносерийном производстве используют копировально-фрезерные станки, оснащенные числовым программным управлением (ЧПУ). Вся работа на таком оборудовании сводится к загрузке заготовок и снятию готовых изделий. В качестве примера на фото показан подобный станок.

От обычного фрезерного станка с ЧПУ копировальный отличается наличием программирующей системы. Традиционный станок с ЧПУ работает от управляющей программы, составленной оператором в системе, например, ARTCAM, по 3-D модели, которую разрабатывает на стадии проектирования инженер-конструктор. Если же изделие создано скульптором или дизайнером, его необходимо предварительно оцифровать, то есть создать 3-D модель. Эту работу выполняет инженер-программист.

На копировальном станке с ЧПУ управляющая программа составляется самой системой. При установке копируемого изделия дополнительная приставка ЧПУ ощупывает деталь и создает ее 3-х мерную модель, по которой автоматически формируется управляющая программа. Учитывая высокую стоимость комплектующих, проблемы с приобретением системы ЧПУ, изготовить самостоятельно копировальный станок с ЧПУ - что-то из области фантастики. Проще сделать фрезерный станок с ЧПУ (не копировальный), хотя с этим тоже не каждый справится.

Для тех, кто собирается заняться своим бизнесом, изготавливая поделки из дерева, а также для профессиональных столяров-краснодеревщиков изготовленный своими руками копировальный станок явится большим подспорьем. Его можно с успехом применять с целью художественного оформления загородной усадьбы, хозяйственных построек, детских площадок и других сооружений. Ювелирная, казалось бы, работа будет выполняться играючи и с высоким качеством.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 , 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.

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.