Многофункциональный настольный станок с числовым программным управлением

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к станкостроению, а именно к фрезерно-гравировальным и электроэрозионным станкам, 3D-принтерам, работающих по технологии, заключающейся в спекании смолы цифровым светодиодным проектором, и предназначена для производства изделий небольших размеров из металла, пластика или древесины.
Известен фрезерно-гравировальный станок (патент США №5340247 и №5697413). В данных станках не используют шариковинтовую передачу, которая обеспечивает эффективное преобразование вращательного движения в линейное движение, чтобы максимизировать тягу для двигателя заданного размера. В станках используют передачу винт-гайка с трапецеидальной резьбой. Данная передача не настолько эффективна в сравнении с шариковинтовой передачей, поскольку винт изнашивается или если муфта или ремень от винта к приводному двигателю ломается или проскальзывает, результирующая сила заднего привода может вызвать неконтролируемое падение вертикальных элементов.
Патенты США №4973819 и №5848458 станки с числовым программным управлением портального типа, которые не предназначены для настольного использования и в основном специализированные.
Известен фрезерно-гравировальный станок (свидетельство на полезную модель № 22442, МПК В23С1/02), содержащий основание с рабочим столом, установленным с возможностью перемещения по направляющим.
К недостаткам данного устройства относится недостаточная точность обработки из-за перемещения рабочего стола одним мотором, ограниченность в выборе обрабатываемых материалов (например, углеродистых сталей) из-за низкой жёсткости конструкции.
Технический результат - модульная конструкция даёт возможность обработки заготовок из различных материалов: фрезеровки мягких металлов, древесины, пластика шпиндельным модулем, гравировки материалов лазерным модулем, электроэрозионной обработки твёрдых металлов, а также созданию объёмных деталей из фотополимера, путём его засветки ультрафиолетовым излучением через DLP матрицу.
Технический результат достигается тем, что многофункциональный настольный станок, содержащий основание, расположенные на основании рабочий стол и две рельсовые направляющие перемещения по оси Y, портал, представляющий собой две направляющие перемещения по оси X, перпендикулярно направляющим оси X установлена с возможностью перемещения по ним плита с закрепленными на ней направляющими по оси Z, на этих направляющих размещена накладка с возможностью перемещения по оси Z, согласно полезной модели, в портале две рельсовые направляющие перемещения по оси X, расположены на верхней стяжке, которая прикреплена к основанию станка при помощи стоек с возможностью ее перемещения по двум рельсовым направляющим перемещения по оси Y, на накладке установлен блок, который может быть шпиндельным/лазерным/ электроэрозионным модулем, либо платформой, необходимой для 3D-печати фотополимером, для засветки фотополимера над отверстием в рабочем столе установлена ванна с прозрачным дном по форме и размерам, совпадающим с формой и размерам отверстия, для электроэрозионной обработки заготовок на рабочем столе установлена ванна с рабочей жидкостью соответствующей размерам стола, электронный блок управления станком установлен в нижней части основания станка.
Сущность предложенного технического решения поясняется иллюстрациями, где
на рис. 1 показан общий вид станка, предназначенного для фрезеровки и гравировки с установкой шпиндельного или лазерного модулей;
на рис. 2 показан общий вид станка с установкой электроэрозионного модуля и ванны для рабочей жидкости;
на рис. 3 показан общий вид станка с установкой платформы для 3D-печати и ванны для фотополимера;
на рис. 4 приведена схема печати фотополимером.
Многофункциональный настольный станок содержит имеющий отверстие рабочий стол 1, установленный на основание 2, расположенные на основании 2 две рельсовые направляющие перемещения по оси Y 3, над рабочим столом 1 имеет возможность прямолинейного перемещения по двум рельсовым направляющим по оси Y портал, представляющий собой две направляющие перемещения по оси X 4, расположенные на верхней стяжке 5, которая закреплена на основании 2 при помощи левой стойки 6 и правой стойки 7.
По двум рельсовым направляющим перемещения по оси X 4 осуществляется возможность перемещения плиты 8, на которой закреплены две рельсовые направляющие перемещения по оси Z 9, по которым может перемещаться накладка 10 по оси Z с установленным на ней блоком 11. Данный блок может быть представлен шпиндельным/лазерным/электроэрозионным модулем, либо платформой, необходимой для 3D-печати фотополимером. Возможность перемещений по осям X, Y, Z реализована посредством шариковинтовых передач 12, 13, 14 соответственно. Шариковинтовые передачи приводятся в движение благодаря шаговым двигателям осей X, Y, Z – 15,16,17 соответственно. Двигатели приводятся в движение при помощи электронного блока управления станком 20, установленным в нижней части основания 2, который включает в себя блок питания и также проектор для засветки фотополимера. Остановка двигателей осуществляется при помощи индукционных концевых датчиков оси X 18, индукционных концевых датчиков оси Y 19.
Электроэрозионная обработка производится путём установки электроэрозионного модуля, представленного блоком 11, на плиту 8, ванна 21, соответствующей размерам стола, устанавливается на рабочий стол 1. Электроэрозионная обработка заключается в изменении формы, размеров, шероховатости и свойств поверхности заготовки под воздействием электрических разрядов в результате электрической эрозии. Высококонцентрированный в пространстве и во времени импульс электрической энергии (электрический разряд), преобразуемый между электродом-инструментом и электродом-заготовкой в тепловую. При этом в канале разряда протекают нагрев, расплавление и испарение материала с локальных поверхностей электродов, ионизация и распад рабочей жидкости. Ванна заполняется рабочей жидкостью. Разряды производятся периодически, импульсно, так чтобы среда между электродами восстановила свою электрическую прочность. Полярность зависит от длительности импульса, поскольку при малой продолжительности импульса преобладает эрозия (износ) анода, а при большой длительности импульса преобладает эрозия (износ) катода.
Создание 3d объектов из фотополимера происходит следующим образом. В ванну 22 с прозрачным дном по форме и размерам, совпадающим с формой и размерам отверстия в рабочем столе, наливают фотополимер (материал для печати). Ванна 22 располагается над отверстием в рабочем столе 1, над проектором. На самое дно ванны погружается платформа, представленная блоком 11, отступая от дна на один (первый) слой печатающегося объекта (в этом «отступе» находится жидкий фотополимер). DLP матрица, освещаемая источником ультрафиолетового света, расположена под ванной, проецирует на дно ванны 22 картинку первого слоя и благодаря ультрафиолетовому излучению застывает только тот фотополимер, на который попало изображение с проектора. Далее платформа поднимается ещё на один слой и опять засвечивается новый слой, который прикрепляется к предыдущему. Тем самым шаг за шагом создаётся объёмная деталь.
Преимуществом установки стяжки 5 является увеличение жёсткости конструкции подвижного портала.
Технический результат заключается в обработке различных материалов, благодаря модульной конструкции станка.