УСТРОЙСТВО С ЧПУ ДЛЯ ФРЕЗЕРОВАНИЯ И 3D ОБРАБОТКИ

Устройство с ЧПУ для фрезерования и 3D обработки
Полезная модель относится к машиностроению, в частности к устройствам с ЧПУ для фрезерования и 3D обработки изделий различной геометрической конфигурации из различных материалов - дерева, пластика, текстолита, композитных материалов, цветных металлов и найдет применение в различных областях, например, в рекламном, мебельном, деревообрабатывающем производствах, для изготовления мастер-моделей, форм, прототипов изделий, вывесок, раскроя материалов, в полиграфии и многих других.
Известен настольный фрезерно-гравировальный станок, который относится к машинам для обработки материалов резанием и может быть использован для выполнения сверлильно-фрезерных, гравировальных и других работ при изготовлении деталей небольших размеров из чугуна, стали, пластика, дерева и т.п. (RU 86514, B23C 1/02, опубликовано 10.09.2009). Станок содержит основание, направляющие перемещения по трем координатам, электродвигатели, электронный блок управления станком, соединенный с ЭВМ, передачи винт-гайка, рабочий стол, установленный на основании для размещения обрабатываемой заготовки, фрезерную головку. К недостаткам данного устройства относится низкая точность и низкий КПД, в виду того, что вращательное движение винтов преобразуется в поступательное движение стола с заготовкой и фрезерной головки выполняется с помощью передач винт-гайка скольжения, а также применение направляющих скольжения.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является фрезерный станок с ЧПУ (патент на полезную модель РФ №137219, МПК B23C 1/02, опубликовано 10.02.2014), который содержит основание с установленным на нем рабочим столом, который имеет возможность перемещения по направляющим по координате «Y», расположенным горизонтально на основании станка, перпендикулярно направляющим по координате «Y» и над столом установлены направляющие по координате «X», которые закреплены на основании с помощью стоек и на которых с возможностью перемещения по ним установлена плита. На плите размещены направляющие по координате «Z» на которых с возможностью перемещения установлен корпус с фрезерной головкой. Устройства для перемещения по координатам X, Y, Z, соответственно выполнены в виде пар винт-гайка, винты которых соединены с валами приводных электродвигателей, а гайки соединены с плоскостями перемещаемых узлов.
Недостатком описанных устройств является невозможность обеспечить качественную 3D обработку материалов (3D печать). Жесткость и прочность корпуса устройства рассчитаны на механическую обработку фрезером, при этом в нем применены точные приводы, а конкретно приводы с шариково-винтовой передачей. Для 3D печати необходимы скоростные приводы с ременной передачей.
Задачей заявляемого технического решения является создание устройства с ЧПУ для фрезерования и 3D обработки изделий, которое позволяет превратить обычную трехкоординатную систему в многофункциональное устройство путем использования в ней быстросменяемых приводов и рабочих инструментов, а также скоростных приводов.
Поставленная задача решается с помощью устройство с ЧПУ для фрезерования и 3D обработки, содержащее основание с установленным на нем рабочим столом, имеющим возможность перемещения по направляющим по координате «X», расположенным горизонтально на основании, над столом установлены направляющие по координате «Y», которые закреплены на основании с помощью стоек, на которых с возможностью перемещении по ним установлена поперечная каретка с размещенными на ней направляющими по координате «Z», на которых с возможностью перемещения установлена вертикальная каретка к которой крепится рабочий инструмент, при этом рабочий стол и каретки снабжены управляемыми приводами подач для перемещения по координатам «X», «Y», «Z», согласно полезной модели устройство снабжено рабочим инструментом для 3D обработки, выполненным сменным и установленным в вертикальной каретке, приводы подач для перемещения рабочего стола по координате «X» и поперечной каретки по координате «Y» осуществлены через сменные ременные передачи, а привод подач для перемещения вертикальной каретки по координате «Z» выполнен в виде шариковой винтовой передачи, винт которой соединен с валом приводного двигателя, а гайка соединена с плоскостью перемещаемой каретки.
Устройство поясняется чертежами: на фиг. 1 представлена схема общего вида устройства.
Устройство содержит основание 1 к которому прикреплены монтажные планки 2 и планка 3 крепления блока двигателя 6. К монтажным планкам 2 прикреплены Т-образные стойки 4, в которые установлены цилиндрические направляющие 5 по координате «X». На планку 3 установлен блок привода 6 ременной передачи. На направляющие 5 установлены линейные подшипники 7 на которых установлен рабочий стол 8 с зажимом ремня 9 ременной передачи. Стол 8 имеет возможность перемещаться по направляющим 5 по координате «X», расположенным горизонтально на основании 1. Перпендикулярно направляющим перемещения 5 по координате «X» над столом 8 установлены направляющие 10 по координате «Y». Эти направляющие 10 установлены в Т-образные стойки 11, закрепленные на вертикальных сойках 12 основания 1. К вертикальной стойке 12 крепится блок привода 13 ременной передачи координаты «Y». На направляющих 10 с возможностью перемещения по ним закреплена поперечная каретка 14 с установленными на ней направляющими перемещения 15 по координате «Z», по которым может перемещаться вертикальная каретка 16 с установленным на ней рабочим инструментом 17. Сверху к поперечной каретке 14 крепится блок двигателя 18 винтовой передачи координаты «Z». Привод подач для перемещения вертикальной каретки по координате «Z» выполнен в виде пар винт-гайка, винт которого соединен с валом приводного двигателя 18, а гайка соединена с плоскостью перемещаемой вертикальной каретки 16. Устройство снабжено блоком управления (на чертеже не показан), который содержит микроконтроллер и контроллеры управления электродвигателями по каждой из координат и имеет канал связи с ЭВМ.
Принцип работы:
Специализированное программное обеспечение, установленное на персональный компьютер, обрабатывает трехмерную модель объекта, который нужно изготовить, Это программное обеспечение генерирует управляющий код, или G-код, который в зависимости от технологической операции (фрезерование, гравирование, 3D-печать и т.д.) будет управлять устройством. Этот код загружается в контроллер, установленный на устройстве. Управляющая электроника устройства обрабатывает этот код, перемещая каждую каретку по определенному алгоритму, рабочий инструмент будет описывать определенную, заданную G-кодом траекторию. Таким образом происходит перемещение инструмента по заданной траектории и обработка материала или 3D-печать. Так создается деталь. За счет универсальности программного обеспечения и гибкой конструкции устройства появляется возможность установки различного инструмента, что позволяет изготовление различных деталей из различного материала.
Итак, устройство с ЧПУ для фрезерования и 3D обработки (3D печать) обладает рядом преимуществ:
1. Более широкие функциональные возможности, т.к. кроме операций фрезерования возможно применение устройства в качестве 3D принтера.
2. Уменьшенные массо-габаритные показатели из-за более компактной компоновки устройства, достигаемой за счет функциональной насыщенности его деталей: один и тот же стол, каретки, направляющие используется как для фрезерования, так и для 3D обработки (3D печати).
3. Быстрая переналадка устройства с одного вида обработки на другой.