Деталь копировального станка передающая движение инструменту

КОПИРОВАЛЬНО-ФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ

Станки предназначены для обработки плоских и объемных фасонных поверхностей (кулачков, шаблонов, штампов, пресс-форм и т.п.) в условиях мелко- и среднесерийного производства. В копировальных станках перемещение инструмента — концевой фрезы — в горизонтальной и вертикальной плоскостях связано с аналогичным перемещением копировального пальца (щупа) относительно задающего устройства (шаблона, копира). Копировальные станки могут быть одношпиндельными и многошпиндельными, работающими от одного копировального устройства. По принципу работы станки подразделяют на станки прямого и следящего действия.

Способ копирования прямого действия заключается в том, что происходит непосредственное воздействие изменения формы задающего устройства на копировальный палец, жестко связанный с фрезой рычажной системой, например пантографом. К числу копировально-фрезерных станков прямого действия относятся станки (рис. 20.4), в которых копировальный щуп 4 передает движение фрезе через пантограф 3. Такие станки применяют в основном для легких фрезерных и гравировальных работ. При использовании пантографа производят не только копирование, но и уменьшение по от-

Рис. 20.4. Копировально-фрезерный станок прямого действия с пантографом:

/ — заготовка; 2 — шпиндель; 3 — пантограф; 4 — щуп; 5 — копир; 6 — стол ношению к копиру. Перемещение щупа по копиру 5, установленному на столе 6, передается фрезерному шпинделю 2, который при обработке заготовки 1 описывает контур, геометрически подобный копиру Стол станка может перемещаться вручную в трех взаимно перпендикулярных направлениях.

Способ копирования следящего действия предусматривает в станке наличие специального устройства, которое с помощью копировального пальца (или ролика) воспринимает изменение формы задающего устройства и через усилительную систему передает это изменение фрезе.

Следящие системы и привод подач копировальных станков могут быть электрическими и гидравлическими (реже встречаются пневматические следящие системы).

В качестве примера рассмотрим работу копировального станка с электрической следящей системой (рис. 20.5). Станок состоит из станины /, служащей опорой для неподвижной колонны 12 и имеющей направляющие для перемещения стола 2 с нижней 3 и верхней 6 стойками для крепления на них (соответственно) заго-

Рис. 20.5. Копировально-фрезерный станок с электрической следящей системой:

/ — станина; 2 — стол; 3, 6 — стойки; 4 — заготовка; 5 — шпиндель; 7 — копир; 8 — палец; 9 — корпус; 10 — копировальной устройство; 11, 15 — ходовые винты; 12 — колонна; 13 — шпиндельная бабка; 14 — привод поперечного ходового винта;

16 — поперечина товки 4 и копира 7. В конце каждого рабочего хода движение стола автоматически реверсируется. Внутри станины предусмотрены механизмы подач стола 2 и поперечины 16. На направляющих колонны расположена поперечина, получающая вертикальное перемещение от ходового винта 11. На направляющих поперечины смонтирована шпиндельная бабка 13, получающая поперечное перемещение от ходового винта 15, приводимого во вращение приводом 14. В шпиндельной бабке размещены гильза шпинделя 5 и привод главного движения. В верхней части бабки в корпусе 9 смонтировано копировальное устройство 10.

Копировальное устройство представляет собой гильзу 22 (рис. 20.6, а), в которой шарнирно закреплен шпиндель 3 с копировальным пальцем 2. Шаровая опора шпинделя копировального устройства состоит из шарика 4, находящегося в гнезде шпинделя 3 на сферических торцах трех винтов 14, ввернутых в гильзу 22.

Рис. 20.6. Копировальное устройство (а) и траектория перемещения копировального пальца (б):

1, 24 — копиры; 2 — палец; 3, 20 — шпиндели; 4, 6 — шарики; 5 — корпус; 7 — плоская пружина; 8, 13 — подвески; 9, 11 — втулки; 10 — пружина; 12, 14 — винты; 15, 19 — сердечники; 16, 18 — обмотки; 17 — якорь; 21 — фреза; 22 — гильза; 23 — заготовка; L — длина хода стола станка; 5_хвер — вертикальная подача фрезы на один ход стола

Правый конец шпинделя 3 имеет выточку, в которой находится шарик 6, соприкасающийся с коническим углублением в торце втулки 9. Втулка помещена с зазором в отверстие подвески 8, которая крепится на плоской пружине 7. Внизу подвески 8 имеется якорь 77, расположенный между подвижным 15 и неподвижным 19 сердечниками. Регулирование зазора между ними осуществляется вращением винта 12, изменяющего положение гибкой подвески 13. Во втулке 11 находится пружина 10, под действием которой втулка, соприкасаясь с шариком 6, смещает якорь 77 и шпиндель 3 копировального устройства влево. Это приводит к уменьшению зазора между якорем 17 и сердечником 19 и увеличению зазора между якорем 17 и сердечником 15. В результате этого во вторичных обмотках 16 и 18 дифференциального трансформатора изменяется сила тока. После усиления ток подается на электродвигатель, под действием сигнала которого шпиндельная бабка 13 (см. рис. 20.5) передвигается по направлению к копиру. При перемещении шпиндельной бабки до упора пальца 2 (см. рис. 20.6, а) в поверхность копира 1 он передвигает подпружиненный якорь 77в среднее положение между сердечниками 75 и 19, что останавливает шпиндельную бабку.

Если копирный палец попадает в углубление копира 7, то якорь 77 под действием пружины 10 передвигается влево, и тогда на следящий привод поступает команда переместить шпиндельную бабку влево, в результате чего фреза 21 врезается в заготовку 23 на такую же глубину, что и палец, а якорь 7 7 снова перемещается в среднее положение между сердечниками 15 и 19 и движение бабки прекращается.

Аналогичные перемещения пальца 2 и бабки с фрезой 21 происходят при попадании пальца на выступ копира 7; при этом палец, бабка и фреза перемещаются вправо.

Если палец при перемещении по копиру 7 попадает на наклонный участок, то шпиндель 3 поворачивается на угол в шаровой опоре, состоящей из шарика 4 и винтов 14. В этом случае правая часть шпинделя 3 сдвигает шарик 6, втулку 9 и якорь 7 7, а также и шпиндельную бабку станка вправо до тех пор, пока не закончится наклонный участок профиля копира 7.

Чувствительность копировального устройства регулируется винтом 12, его расположение на шпиндельной бабке станка изменяется в трех направлениях посредством регулировочных винтов, имеющихся в корпусе 5.

Обычно станок работает способом строчек: горизонтальных (рис. 20.6, б) или вертикальных. Обработка заготовки способом строчек происходит за несколько рабочих ходов. Если обработка заготовки ведется способом горизонтальных строчек, то перед каждым следующим рабочим ходом стола копирный палец 2 (см. рис. 20.6, а) и фреза 21 (вместе со шпиндельной бабкой) получают вертикальную подачу S_x вер. Если же копирование профиля происходит с использованием способа вертикальных строчек, то после каждого вертикального хода шпиндельной бабки столу станка сообщается продольное перемещение, равное подаче на ход фрезы.

Кинематическая схема копировально-фрезерного станка с электрической следящей системой показана на рис. 20.7. Главное движение — вращение фрезы — осуществляется от электродвигателя Ml; движение вертикальной подачи — перемещение поперечины — от электродвигателя М3; движение поперечной подачи — перемещение шпиндельной бабки — от электродвигателя М2; движение продольной подачи — горизонтальное перемещение стола — от электродвигателя М4.

Особенности конструкции копировально-фрезерных станков

Копировально фрезерный станок пригодится как на предприятиях, так и в бытовых условиях. Технические характеристики, разновидности и устройство станка.

Фрезерный станок пригодится как на предприятиях, так и в бытовых условиях. Главное – заранее решить, какой именно вид оборудования надо приобрести. Ведь агрегат выпускается в нескольких разновидностях, у каждой из которых свои параметры. Выбор зависит от назначения устройства, требуемых результатов.

При производстве, использовании домашних мастерских иногда приходится создавать детали с определёнными образцами по формам, размерам. Копировально-фрезерные станки – устройства, позволяющие решить проблему в условиях предприятий. Обработка гарантированно проходит с высокой скоростью, точностью при использовании копировально фрезерных станков.

Технические характеристики

У каждой модели имеются свои конкретные цифры по параметрам. Следующие технические характеристики важны для моделей любого вида:

1. Вес.
2. Мощность электродвигателя и скорость его работы.
3. Вертикальный ход стола, по максимуму.
4. Поперечный ход стола.
5. Продольный ход стола.
6. Определение габаритов по рабочей поверхности стола.
7. Рабочая поверхность стола изделия, которое копируется.
8. Диаметр наибольшей окружности.
9. Масштаб копирования.

Станки оснащают дополнительными инструментами, способствующими созданию различных форм. Использование шаблонов упрощает работу.

Возможности копировально-фрезерного оборудования

Станки копировальной группы относятся к оборудованию с фрезами. Отличный вариант, когда обрабатываются детали, имеющие поверхности с объёмом, определёнными плоскостями. Такая конструкция позволит без проблем выполнять гравировку так называемых фасонных изделий, с нанесением надписей, узоров. Фрезерные работы предполагают лёгкую обработку дерева с металлом.

Инструменты по металлам комплектуются частью с резаками, на основе разных материалов. Благодаря чему становится допустимой обработка различных основ:

• Чугунная.
• Стальная, разных сортов.
• Металлическая, цветная.

Одна из сфер применения – крупно- и мелкосерийное производство деталей, обладающих различными характеристиками.

Копировальные станки способны выполнить операции, недоступные для владельцев обычных универсальных приборов. Основной принцип работы – копирование, при котором используются шаблоны. Даже обработка форм высокой сложности проходит без человеческого фактора. Параметры геометрического плана у деталей остаются одинаковыми. Крупные партии с деталями производятся и на основе одного шаблона.

На станке устанавливаются специальные копиры, чтобы результат работы был ещё точнее.

Устройство станка

У станков главное назначение – фрезерование, плоскостного и объёмного типа. Основным рабочим инструментом становятся так называемые фрезы. Именно они отвечают за обработку контура, либо объёмной поверхности детали. Движения копира повторяются. Элементы различного типа образуют соединение между отслеживающими системами и органами выполнения операции:

1. Механические.
2. Пневматические.
3. Гидравлические.

Такие элементы формируют усилие, получаемое рабочим органом от копира.

Устройство работает с шаблонами – пространственными и контурными моделями в плоскости. Так же используются детали-эталоны, либо контурные чертежи. Фреза считывается:

• Фотографическими элементами.
• Щупами специального назначения.
• Роликовыми, пальцевыми механизмами.

Листы шаблонов изготавливаются с помощью алюминия и любых других металлов, дерева или пластика.

Обработка деталей, шаблонов происходит на рабочем станке, с вращением.

Использование следующих деталей начинает движение рабочего органа:

1. Муфтовый электромагнитный элемент.
2. Дифференциальная часть.
3. Соленоид.
4. Клапанная деталь золотникового типа.
5. Винтовая конструкция.

Реле – обязательные приспособления у копировальных устройств, ставятся на усиливающие части. Они могут быть нескольких видов: с электромагнитами, на гидравлике, электрооптического типа.

Скорость, с которой движется следящее устройство – параметр, определяющий качество готовой детали. Для готовых изделий можно добиваться следующих параметров:

• Точность профиля до 0,02 миллиметров.
• Шероховатость – №6.

Гидравлический цилиндр вместе с электрической цепью становятся основными элементами для исполнительной цепи у такого оборудования.

Копирование с заданным масштабом обеспечивается за счёт пантографа. У него так же есть конструкция из нескольких деталей:

1. Отдельная вращательная ось.
2. Инструментальный шпиндель.
3. Ось направляющего пальца.
4. Сам палец.

Одна рейка вмещает шпиндель вместе с направляющим пальцем. Соотношение плеч у рейки определяет масштаб копирования.

Рейка начинает двигаться, когда по шаблону перемещают палец. На следующем этапе осуществляется свободное осевое движение. У другой стороны рейки движения идентичные, при помощи станкового шпинделя. Последний понадобится при самостоятельном изготовлении инструментов. Функциональность устройства увеличивается.

Разновидности станков копировально-фрезерной группы

Станки копировального типа комплектуются оборудованием разного вида. Этот параметр позволяет выделить следующие группы приспособлений:

• Фотокопировальные разновидности.
• Станки, у которых подача осуществляется за счёт гидравлики или электрики, механики.
• Разновидности с одним, несколькими шпинделями. Оснащаются специальными поворотными столами, с формой прямоугольника или круга.
• При использовании копира. При закреплении последнего используется поворотная рейка. Она сама перемещается по плоскости в вертикали.
• С добавлением пантографов. Помогает обрабатывать детали в 2-3 измерениях одновременно. Многие выбирают модель Декель ГК 21.

Допустимо самостоятельное создание мастерами станков, относящихся к одной из групп, описанных выше. Остаётся только подыскать чертежи вместе с необходимыми комплектующими.

Следующие категории выделяются в зависимости от степени автоматизации:

1. Оборудование в стационаре, на полном автомате. В комплекте – пружины, играющие роль пневматики, с головкой трёхшпиндельного типа. Одновременно рассверливает отверстия тройного типа.
2. Стационарные автоматы, когда за фиксацию отвечает пневматика, представленная пружинами.
3. Ручные или настольные, с использованием механического способа фиксации.

Принцип работы

Деталью, задающей характеристики, при обработке становятся копиры. Головка у стола – основной инструмент для работы, принимающий перемещения на рабочей поверхности, контуре. Повтор движений проводится за счёт частей с резаками.

Работа главных элементов осуществляется с основными и вспомогательными движениями. Главное – когда вращается и перемещается шпиндель, инструменты врезаются в материалы заготовок, по контуру ходит стол с салазками.

Движений вспомогательного типа бывает несколько:

• Ускорение движения стола, салазок.
• Перемещения установок, от столиков с копировальными пальцами, механизмами упора, зажима.

Обычные действия, использование обратной связи – два основных вида схем, реализация которых допускается для устройств. Жёсткая связь с копиром – основа самой простой схемы, прямой разновидности. Связь отсутствует, когда движение обратное. Устройство отслеживания передаёт движения.

Когда фрезеруется контур, либо объём, станки данного типа подходят идеально. Если фрезерование контурное – предполагается использование плоскости, которая находится параллельно, либо перпендикулярно по отношению к инструменту. Второй случай предполагает движения стола вдоль, либо поперёк. Объёмный вариант работы – когда деталь обрабатывается поэтапно. При движениях применяется сразу несколько плоскостей.

Пантограф так же позволяет реализовать прямую схему. Он уменьшает размеры изделий в готовом виде по сравнению с шаблонами. Самостоятельное изготовление устройств при необходимости не доставит хлопот.

Заключение

Для столярных и модельных мастерских копировальные станки подходят как нельзя лучше, поскольку они позволяют обрабатывать металл и дерево в одинаковой степени. Главное – чтобы поверхность была достаточно мягкая. Популярными стали модели, привезённые из Италии. Но тайваньские и китайские установки ничуть не уступают по качеству. Высокая точность и надёжность – главное достоинство современного оборудования.

Достаточно 2-3 дневного обучения, чтобы приступить к работе с деталями любой сложности.

Токарный станок по дереву с копиром

Токарный станок по дереву с копиром – механизм для точения деталей из древесных материалов. Он позволяет увеличить скорость механической обработки изделий. В промышленности это устройство применяется при тиражировании заготовок заданной формы.

Назначение оборудования

Токарные станки с копиром предназначены для точения следующих изделий:

1. Деревянных балясин для перил.
2. Ножек диванов, кресел и иной мебели.
3. Дверных ручек.
4. Декоративных колонн из дерева.
5. Ручек инструментов.
6. Элементов спортивного инвентаря.

По назначению копировальные приспособления разделяются на:

1. Классические механизмы. Они оснащаются резцом и применяются для вытачивания крупных изделий.
2. Токарные станки с ручным типом управления.
3. Копировально-фрезерные механизмы. Необходимы для создания деталей с плоской поверхностью.
4. Устройства с ЧПУ. Они устанавливаются в производственных цехах для обработки заготовок разных размеров.

Отличительными особенностями токарно-копировального станка являются высокий уровень точности и производительности. Рекомендуется использовать его для обработки деталей с цилиндрической или конусообразной формой. Копировальные механизмы с небольшими габаритами можно применять в небольших мастерских.

Устройство и принцип действия станка

Токарный станок с копиром имеет следующее устройство:

1. Металлическая станина. Она выступает в качестве основания, к которому крепятся главные узлы токарного оборудования. Отдельные элементы присоединяются к станине посредством сварки.
2. Передняя и задняя стойки (бабки). В них располагаются привод, электродвигатель и коробка скоростей. Передняя стойка крепится на платформе. На ней размещается механизм, обеспечивающий передачу крутящего момента от силового агрегата на ведущий центр и заготовку. Задняя (упорная) бабка передвигается по направляющей и удерживает обрабатываемую деталь. Стойки должны располагаться на единой оси.
3. Планшайба. Она закрепляется на шкиве электродвигателя. На планшайбе присутствуют острия, на которых фиксируется обрабатываемая деталь.
4. Шпиндельный патрон. Применяется для удержания заготовки.
5. Ведущий и ведомый центры. Они используются для закрепления деревянного изделия.
6. Упор для инструмента. Он предназначен для увеличения точности обработки.

Данный тип токарного оборудования может также оснащаться дополнительными приспособлениями:

1. Фрезерная приставка. Она позволяет вырезать каналы в форме спирали в обоих направлениях и с различным шагом.
2. Люнет. Он выступает в качестве подвижной опоры и используется при работе с длинными деталями.
3. Шлифовальная приставка. Это приспособление используется для шлифования изделий из твердых пород древесины.

Выделяют следующие минусы этой конструкции:

1. Рабочую поверхность необходимо периодически перемещать в ручном режиме. Иначе она может заклинить или наклониться.
2. При помощи токарного оборудования можно обрабатывать только простые заготовки.
3. Для перемещения режущего инструмента требуется дополнительная винтовая передача.

Токарный станок имеет следующий принцип работы:

1. Обрабатываемая заготовка закрепляется на шпиндельный патрон.
2. Заготовка поджимается упорной бабкой.
3. Включается электромотор, передающий крутящий момент через привод к шпинделю.
4. Шпиндель осуществляет передачу движения от привода к детали.
5. Резцы срезают лишние элементы заготовки, придавая ей требуемую форму.

Ребра заготовки, вставляемой в токарный станок, должны быть отфальцованы.
Это необходимо для того, чтобы резец плотно шел по деревянной поверхности.

Копир для токарного станка

Основным элементом копировального устройства является ручной фрезер. Он располагается на площадке из древесных материалов, имеющей толщину 12 мм. Ее размер составляет 0,2×0,5 м. В площадке присутствуют отверстия для закрепления фрезы и крепежных изделий.

Фрезер должен находиться между фиксаторами. Отдельная часть площадки перемещается по направляющей. Ее концы устанавливаются на деревянных брусках.

Также важным элементом копира является брусок размером 7×3 см. Он фиксируется в горизонтальном положении. Этот элемент крепится к вертикальным подставкам. На бруске устанавливаются шаблоны, выполненные из фанеры. Важно, чтобы токарный станок имел тонкий упор. В этом случае он лучше скопирует шаблон.

Если копир не используется, то брусок можно демонтировать. Площадка, где находится фрезер, отводится назад. Для демонтажа копира нужно открутить саморезы и иные крепежные элементы. При этом подставка, где был установлен копир, должна быть плотно зафиксирована.

Изготовление своими руками

Простая модель токарного станка с копиром изготавливается на основе дрели. Чтобы сконструировать токарно-копировальный станок по дереву своими руками, требуются следующие инструменты и комплектующие:

• ручной фрезер;
• сварочный аппарат;
• металлические листы;
• уголки;
• крепежные изделия (болты, гвозди и саморезы);
• упорные бруски;
• переднюю и упорную бабки;
• силовой агрегат;
• упор для резца.

Станок изготавливается в несколько этапов:

1. Разработка чертежа. По нему будет осуществляться сборка элементов деревообрабатывающего устройства. Чаще всего берется готовый чертеж токарного оборудования и изменяется в зависимости от особенностей копира.
2. Создание станина. Необходимо соединить металлические листы и уголки при помощи сварочного аппарата. Важно, чтобы самодельная станина была устойчива к физическим воздействиям и вибрациям.
3. Установка электрического двигателя. Для обработки небольших изделий рекомендуется использовать мотор мощностью до 250 Вт. Важно обеспечить защиту двигателя от воздействия окружающей среды.
4. Закрепление планшайбы. Ее необходимо закрепить на приводном колесе электродвигателя.

После монтажа основных деталей токарного оборудования можно перейти к созданию копира.

Создание копира

В процессе изготовления самодельного копира для токарного станка по дереву требуется учитывать следующие правила:

1. Требуется ручной фрезер. Для его установки необходимо изготовить поверхность из фанеры.
2. В площадке, где будет расположен копир, нужно проделать несколько отверстий и прикрепить к ней горизонтальные бруски.
3. Чтобы обработка производилась по всей длине заготовки, нужно обеспечить движение площадки вдоль всей станины.
4. Рекомендуется использовать уровень при монтажных работах. Важно, чтобы бруски не отклонялись от горизонтального положения. В противном случае могут возникнуть погрешности при обработке деталей.

После создания копира нужно прикрепить к бруску шаблон при помощи саморезов. Важно, чтобы копир можно было отодвинуть или полностью демонтировать. В этом случае станом можно будет применять для стандартных токарных работ.

После проведения монтажных работ рекомендуется протестировать токарный станок, обработав пробную деталь. Во время точения требуется соблюдать технику безопасности. Нельзя прижиматься к токарному станку и облокачиваться на него. Мастер должен работать в защитных очках и спецодежде.

§ 39. Копировально-фрезерные станки

Детали сложной конфигурации, например, штампы, пресс-формы, лопатки турбин и др., в крупносерийном и массовом производстве обрабатывают на копировально-фрезерных станках концевыми фрезами. Различают контурное и объемное копировальное фрезерование.

При контурном фрезеровании фрезе или обрабатываемой заготовке необходимо сообщить одновременно движение в двух направлениях: х и у (продольном и поперечном) — по заданной программе (кривой копира) (рис. 126, а).

Рис. 126. Схема копировального фрезерования пространственно-сложных фасонных поверхностей

Для обеспечения точного обвода контура результирующая скорость перемещения щупа s_peз относительно копира и режущего инструмента по заготовке детали, так называемая подача копирования, всегда должна быть направлена по касательной и контуру в данной точке. Ее составляющие — задающая (продольная) подача s_х и следящая (поперечная) подача s_y — должны быть соответственно пропорциональны синусу и косинусу угла наклона касательной и кривой в данной точке (к направлению продольной подачи), т. е.

Выполнение этого условия обеспечивается специальным устройством — синусным распределителем. Пространственно-сложные фасонные поверхности при объемном копировании (рис. 126,б) обрабатываются отдельными проходами концевой фрезы с закругленными торцовыми зубьями.

Во время каждого такого прохода фреза перемещается вдоль профиля обрабатываемой заготовки в данном сечении в направлении оси х (задающая подача s_x).

В процессе продольного перемещения фреза должна изменять свое положение в направлении оси у (следящая подача s_y). Для перехода к обработке соседнего сечения необходимо периодическое смещение фрезы в направлении оси z. Такое перемещение носит название строчечной подачи (s_z).

Копировально-фрезерные станки имеют задающее устройство (копир, шаблон, эталонная деталь, чертеж, модель и др.), связанное через копировальное устройство (щуп, копировальный палец, копировальный ролик, фотоэлемент), с исполнительным органом, который повторяет движение копировального устройства для воспроизведения режущим инструментом формы задающего устройства.

Существуют две схемы работы копировально-фрезерных станков: без следящей системы и со следящей системой. В первой согласование взаимного положения щупа (копировального пальца) осуществляется с помощью жесткой связи между задающим и исполнительным устройствами. Вторая система имеет следующий механизм в системе исполнения команд. В задающем устройстве образуются управляющие сигналы, которые подаются в следующий механизм. Последний сравнивает заданную программу с выполненной и при их расхождении подает сигнал исполнительному устройству для корректирования траектории режущего инструмента. Копировальные станки со следящей системой характеризуются также наличием усилительных устройств, которых нет в станках с жесткой связью. В отличие от механических копировальных устройств, в которых сила резания воспринимается копиром (шаблоном), в следящих системах следящий орган (щуп), передвигаясь по копиру, только подает команду исполнительным органам, которые осуществляют соответствующие перемещения рабочих органов станка. Поэтому следящие копировальные устройства работают с очень малым давлением на копиры (шаблоны или модели), что дает возможность применять дешевые и простые в изготовлении копиры и производить обработку крутых и точных переходов профиля фасонной поверхности. Малые давления следящего органа (щупа) на копир обеспечивают высокую точность и класс шероховатости обработанной поверхности, позволяют производить обработку при оптимальных режимах фрезерования.

Наибольшее применение получили копировально-фрезерные станки с электромеханической и гидравлической копировальными системами.

Копировально-фрезерные станки бывают следующих видов:

• станки с вертикальным расположением шпинделя и горизонтальной поверхностью стола (станки консольного и бесконсольного типов);
• станки с горизонтальным расположением шпинделя и с вертикальным расположением плоскости крепления заготовок.

К станкам с вертикальным расположением шпинделя относятся:

• копировально-фрезерные станки с пантографом для контурного копирования;
• вертикально-фрезерные консольные станки с копировальным устройством;
• вертикально-фрезерные станки с крестовым столом и копировальным устройством;
• копировально-фрезерные станки для контурного и объемного копирования с вертикальным шпинделем.

К станкам с горизонтальным расположением шпинделя относятся:

• копировально-фрезерные станки для контурного и объемного копирования с горизонтальным шпинделем и неподвижной стойкой:
• копировально-фрезерные станки для контурного и объемного копирования с горизонтальным шпинделем и подвижной стойкой.

Копировальные устройства

Копир—деталь копировального устройства, имеющая фигурный профиль. Копир обеспечивает сложное дрижение инструмента, соответствующее заданному профилю (форме) поверхности. Копировальное устройство представляет собой приспособление к станку, применяемое при обработке криволинейных или других сложных поверхностей, когда они не могут быть получены при использовании только тех подач, которые допускает конструкция станка.

Для гравирования контура деталей, надписей и др. служат шаблоны. Шаблон — пластина с вырезом, очертание которого соответствут контуру чертежа или изделия, буквы, цифры и т. д.

Нанесение надписей, цифр и рисунков производят резанием, гравированием, фрезерованием и другими методами. Рисунок, геометрически подобный оригиналу или выполненный в заданном масштабе, может быть воспроизведен непосредственно на поверхности заготовки или на слое, нанесенном на ней. Характер работы в том и другом случае различный, поэтому устройства, применяемые для копирования рисунков, разделяются на копировально-граверные и копировально-фрезерные. В первых рисунок воспроизводится невращающимся резцом на металлическом или грунтовом слое, имеющемся на поверхности стекла, а во вторых нанесение цифр и обозначений осуществляется снятием слоя материала с заготовки вращающейся резцом-фрезой.

На протяжении многих лет в граверном производстве преобладает ручной труд. Механизированы лишь второстепенные операции, например выборка металла с фона в штампах, так как удаление его вручную крайне непроизводительно. Применяемые для этой работы зубильца несколько облегчили и ускорили выборку фона, но все же цроизводительность осталась по-прежнему неудовлетворительной. Для удаления большого количества металла с фона на передовых предприятиях используют вертикально-фрезерные станки.

Производительность труда при выполнении гравировальных работ резко повышается, если применять для этой цели копировально-фрезерные станки с пантографом. В пантографах инструмент закрепляется в механизме- рычажного типа. Пантографы бывают горизонтального и вертикального типов, в которых шрифты, ощупывающий палец и резец могут находиться по одну или по разные стороны от подвеса.

Пантограф обычно свободно подвешивается на шарнире на станке и позволяет производить разнообразные объемные граверные работы, для выполнения которых необходимо иметь объемный копир (модель). Модель — изделие, изготовленное из дерева, воска, плексигласа, гипса и т. д., с которого снимается форма для воспроизведения в другом материале—металле, камне и т.д. При этом модель и обрабатываемое изделие располагаются на одной высоте перед глазами гравера, что позволяет при любой установке плеч пантографа обслуживать его сидя или стоя, с одинаковым удобством наблюдения за работой. Шарниры для вертикального и горизонтального перемещения узлов пантографа смонтированы на шарнирах или роликах, что обеспечивает наряду с легким чувствительным ходом плавную работу пантографа. Для перестройки пантографа с рельефной работы на плоскостную или наоборот служит колонкообразная промежуточная деталь —ограничитель. При установленном ограничителе пантограф фиксируется для плоскостной работы, без него —для объемной. Масса плеч пантографа компенсируется противовесом, смонтированным с левой его стороны. Опорной точкой для звеньев пантографа является упорный винт. Для выполнения особо тяжелых работ и в особенности при черновой обдирке пантограф полностью блокируется при помощи специальной стойки, установленной на столе для копиров, в которой и закрепляют ощупывающий палец. При этом появляется возможность увеличить глубину гравирования без перегрузки шпинделя и выполнять работы без копира по разметке.

При рельефных работах, которые производятся со свободно подвешенным пантографом, глубина гравирования после установки резца регулируется движением ощупывающего пальца по копиру. Станок пантограф имеет свой подвижный стол, на котором закрепляют изделие и производят затем граверные работы.

При оцифровке лимбов с помощью пантографа их помещают на горизонтальном суппорте в котировочном приспособлении. После нанесения цифр лимб поворачивается на шаг вокруг оси с помощью червячной пары. Отсчет углов поворота производят по двум круговым шкалам с погрешностью ±30″. Для гравировки обозначений и цифр на наклонных поверхностях можно изменять положение в пределах 90°.

Вертикальный суппорт соединен с кронштейном, на котором подвешивается вертикальный пантограф. Для набора шаблонов с цифрами или обозначениями на кронштейне располагается обойма. Вертикальный пантограф в верхней части имеет обводный шпиль, 6 нижней части — резеи. Перемещая обводный шпиль по рисунку трафарета, переводят рисунок на поверхность лимба в.нужном масштабе. Масштаб уменьшения регулируется установкой державки резца в требуемом положении.

Находят применение многорезцовые пантографы, позволяющие благодаря плавающему столику и большому числу резцов гравировать одновременно несколько изделий. Для гравирования цифр на лимбах, используемых в геодезических приборах, имеются специальные пантографы, на которых по трафарету наносят цифры методом последовательной обводки иглой каждой из них. Процесс ручной оцифровки штрихов трудоемок и утомителен, а следовательно, нередко происходит пропускание или повторное написание цифр. Качество цифр, наносимых на лимбы обводной иглой по трафарету, ухудшается по мере износа трафарета, что приводит к браку готовых лимбов.

Копировально-фрезерные станки

Копировально-фрезерные станки служат для обработки деталей с криволинейными контурами или сложными объемными фасонными поверхностями. Они имеют задающее и копировальное устройства. Задающее устройство (копир, шаблон или эталонная деталь) связано через копировальное устройство с режущим инструментом. Последний повторяет все движения копировального устройства и воспроизводит на поверхности заготовки форму и размеры поверхности, которую имеет задающее устройство.

Существуют две принципиальные схемы работы копировальнофрезерных станков: без следящей системы и со следящей системой.

В первом случае согласование взаимного положения щупа с режущим инструментом осуществляется с помощью жесткой связи между ними, а во втором — через механизм, сравнивающий заданную программу с выполняемой. Если имеется расхождение, то механизм подает сигнал исполнительному устройству для корректирования траектории режущего инструмента.

На рис. 179 показана схема обработки криволинейного контура на копировально-фрезерном станке без следящей системы. На столе станка 1 закреплены заготовка 2 и копир б, а в шпинделях копировальной головки 4 — фреза 3 и копировальный палец 5.

Если перемещать стол в продольном и поперечном направлениях так, чтобы копировальный палец постоянно соприкасался с контуром копира, то фреза на заготовке воспроизведет профиль, точно соответствующий профилю копира.

Копировально-фрезерные станки без следящей системы просты по устройству и надежны в работе, однако из-за быстрого износа копира, щупа в результате больших давлений, действующих на них в момент фрезерования, точность обработки невелика и, как правило, находится в пределах десятых долей миллиметра. По этим причинам копировально-фрезерные станки без следящей системы не нашли широкого применения при фрезеровании криволинейных контуров.

Копировально-фрезерные станки со следящей системой имеют следящий элемент в виде щупа, который, передвигаясь по копиру, подает команду исполнительным органам для изменения траектории перемещения режущего инструмента. Копировальный шпиндель крепится шарнирно в копировальной головке. В такой шпиндель устанавливается щуп, который во время работы станка скользит по поверхности копира, непрерывно следя за изменением его контура. На криволинейных участках копира щуп отклоняется от нейтрального положения и с помощью электрических или гидравлических устройств подает сигналы исполнительным органам станка на выключение и необходимые перемещения частей станка. В результате этого фреза, закрепленная в шпиндельной бабке, воспроизводит на заготовке криволинейный контур, соответствующий профилю копира. Копировальное устройство при помощи щупа ощупывает копир и измеряет рассогласование между положением щупа и режущего инструмента, преобразует его в командный сигнал для управления механизмами соответствующих подач. Рассматриваемые станки имеют усилительное устройство, которое предназначено для усиления и преобразования командного сигнала, получаемого от щупа.

По типу копировального устройства следящие системы копировально-фрезерных станков разделяются на электрические, гидравлические, фотоэлектрические, электрогидравлические и пневматические.

Наиболее широкое распространение получили станки с электрическими следящими системами, которые могут иметь две системы управления: прерывистую с электроконтактным датчиком и электромагнитными муфтами в приводе подач; непрерывную с индуктивным датчиком и приводом подач от регулируемых двигателей постоянного тока.

Рассмотрим принцип работы копировально-фрезерных станков с электрическими следящими системами. На столе 12 станка с электроконтактным датчиком (рис. 180) закреплены обрабатываемая заготовка 13 и копир 9. К шпиндельной головке 14 при помощи кронштейна 1 прикреплена копировальная головка 2 с электрическим датчиком 6. Датчик имеет контакты 5 и 7 с усилительным устройством 10 для выключения перемещений стола в продольном и вертикальном направлениях от электромагнитных муфт M1, М2 и М3.

Заготовку и копир устанавливают на столе так, чтобы они оказались соответственно под фрезой и щупом 8. Когда щуп еще не касается копира, то под действием пружины 4 он опущен вниз, а рычаг 3 электроконтактного датчика 6 повернут, контакт 5 замкнут. При включении электродвигателя 11 коробки подач от электромагнитной муфты М2 стол поднимается вверх и после соприкосновения щупа с копиром растягивает пружину 4, поворачивает рычаг 3 и размыкает контакт 5. После этого выключается вертикальная подача стола от электромагнитной муфты М3 и автоматически включается электромагнитная муфта Ml продольной подачи стола. Стол получает перемещение в продольном направлении до тех пор, пока, например, при его движении от восходящего участия копира щуп не поднимется и не замкнется контакт 7. При замыкании этого контакта прекращается продольная подача стола, включается электромагнитная муфта М3 и стол получает вертикальное перемещение вниз до тех пор, пока произойдет размыкание контакта. Затем снова включается продольная подача и т. д.

Следовательно, криволинейный контур образуется в результате попеременного периодического включения вертикальной и продольной подач стола.

После каждого прохода необходимо сместить стол с заготовкой в поперечном направлении на величину строчной подачи в пределах до 3 мм. Вследствие того что перемещение стола происходит неравномерно (прерывисто), профиль, образованный на заготовке, имеет ступенчатую форму. Высота каждой ступени зависит от частоты переключения подач и скорости срабатывания электромагнитных муфт. Поэтому криволинейные поверхности после их обработки на копировально-фрезерных станках подвергаются дополнительной обработке абразивными или слесарными инструментами.

В настоящее время на базе универсально-фрезерных станков изготавливаются копировально-фрезерные станки с электроконтактными датчиками. Они широко используются в инструментальных цехах машиностроительных заводов при изготовлении штампов, пресс-форм и других изделий, имеющих криволинейный контур.

В станках с непрерывной системой управления применяют индуктивные датчики, принцип действия которых заключается в изменении индуктивного сопротивления катушки при изменении воздушного зазора между сердечником и якорем в результате отклонения щупа.

В копировально-фрезерном станке модели 6441Б с индуктивным датчиком (рис. 181) по направляющим станины 1 в продольном направлении может перемещаться стол 2 с рабочей поверхностью 630х1200 мм. На столе закреплен угольник 3, на верхней части которого имеется копир 5, а на нижней — обрабатываемая заготовка 4. К станине прикреплена стойка 7, по направляющим которой перемещается траверса 9 со шпиндельной бабкой 8 и шпинделем 10, ось которого перпендикулярна поверхности угольника. Копировальная головка 6 со щупом при помощи кронштейна закреплена на шпиндельной бабке. Перемещением копировального шпинделя в пазах кронштейна можно регулировать расстояние между копировальным и фрезерным шпинделями в вертикальной плоскости, а в осевом направлении — за счет перемещения фрезерного шпинделя вдоль его оси.

Следящий привод копировальной головки станка 6441Б с индуктивным датчиком (рис. 182) имеет копировальную головку. Она состоит из двух индуктивных катушек 3 и 4, якоря 2, закрепленного на плоской пружине 1 и размещенного между катушками. Якорь связан со щупом 5, который обходит копир 6. В результате усилий, действующих на щуп со стороны копира, происходит отклонение копировального шпинделя и якоря 2. Между сердечниками катушек и якорем изменяется величина воздушного зазора а и b, а это приводит к изменению величины индуктивного сопротивления катушек, а также индуктивного тока, питающего двигатели постоянного тока подач, увеличивая или уменьшая их частоту вращения. В результате этого величина следящей подачи плавно изменяется, фреза меняет свое положение относительно поверхности обработки, точно воспроизводя движение щупа.

Обработка объемных поверхностей производится горизонтальными или вертикальными строчками. Для этой цели на станке предусмотрена периодическая подача стола или шпиндельной бабки в плоскости, перпендикулярной к оси шпинделя.

При обработке горизонтальными строчками столу сообщается непрерывная подача. После прохождения щупом пути, равного длине копира, когда фреза обрабатывает одну строчку, шпиндельная бабка с фрезой и щупом автоматически перемещаются в вертикальном направлении на ширину строчки. Затем столу автоматически сообщается подача в обратном направлении для обработки второй строчки и так далее до тех пор, пока щуп не обойдет всю поверхность копира, а фреза не воспроизведет по строчкам весь рельеф копира на поверхности детали.

При обработке вертикальными строчками (рис. 183) непрерывная вертикальная подача сообщается шпиндельной бабке, фрезерование строчек происходит в вертикальном направлении. По окончании каждого прохода периодическая подача на ширину строчки сообщается столу.

Вертикальное перемещение шпиндельной бабки принято называть следящей подачей, ее поперечное перемещение — задающей подачей, а перемещение стола на величину строчки — периодической подачей.

При фрезеровании горизонтальными строчками задающая подача осуществляется за счет продольного перемещения стола, следящая — за счет поперечного перемещения шпиндельной бабки, а периодическая — перемещением шпиндельной бабки по направляющим стойки на величину строчки.

Копировально-фрезерные станки со следящей системой находят самое широкое применение в инструментальных цехах при изготовлении деталей с объемными фасонными поверхностями (штампов, копиров, плоских кулачков и т. д.). Такие станки имеют ряд качественных преимуществ: более высокую точность обработки (благодаря автоматической системе переключения передач) и производительность; отсутствие жесткой связи между копиром и щупом, малое давление щупа на копир (копиры можно изготавливать из мягких недорогих материалов, включая дерево или гипс), что обеспечивает пониженную шероховатость обработанных поверхностей; управление станком автоматизировано, что облегчает труд фрезеровщика.