МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНОК С ЧИСЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Полезная модель относится к области машиностроения и может применяться для обработки материалов, используемых в легкой промышленности, для производства уникальных экспериментальных изделий сложной геометрии, исследовательских прототипов и товаров народного потребления.
Известен малый 3 в 1 многофункциональный станок с числовым управлением (авторское право CN 105904217, 2016.08.31, МПК В23Р 23/04, B23Q 5/40), объединяющий фрезерование, лазерную гравировку и 3D-печать. Станок с числовым программным управлением состоит из вертикальных направляющих оси Z, оси X, оси Y, единой рабочей поверхности для 3D печати, фрезеровки и лазерной гравировки, и корпуса. Ось X содержит шарико-винтовую передачу, механизм горизонтального перемещения, образованный парой линейных направляющих, перемещающий по оси X фрезерный рабочий инструмент, рабочий инструмент лазерной гравировки и рабочий инструмент 3D печати. Основание содержит ось Y, включающую механизм перемещения, состоящий из шарико-винтовой передачи и пары линейных направляющих, перемещающую рабочую поверхность по оси Y. Малый многофункциональный станок с числовым программным управлением "три в одном" использует конструкцию с подвижным столом. Оси X и Y используют шариковые винты с большим шагом и линейные направляющие. Небольшой станок с числовым программным управлением объединяет функции фрезерования, лазерной гравировки и 3D-печати, поэтому один станок имеет три функции, что значительно повышает практичность и функциональность станка.
Недостатком данного устройства является недостаточная скорость перемещения для выполнения функций 3D печати и лазерной гравировки, в следствии чего у станка низкая производительность, фиксация рабочих инструментов на кронштейне осиХ приводит к низкой пылезащищенности и увеличению массы кронштейна, что повышает вероятность люфтов и погрешностей при работе на больших скоростях. Станок использует одну рабочую поверхность для всех видов предусмотренных работ, что может привести к деформации изделия. Не герметичная электрическая коробка, расположенная в основании станка, допускает возможность попадания пыли и стружки, образующейся при выполнении станком фрезеровочных работ. Необходимость постоянного подключения станка в процессе работы к персональному компьютеру приводит к риску повреждения оборудования.
Целью полезной модели является выполнение операций синтезирования изделий субтрактивным и аддитивным методами с высокой точностью и производительностью, при которых будет обеспечена высокая надежность и жесткость конструкции, а также увеличена стабильность и продолжительность работы станка.
Указанная цель достигается тем, что многофункциональный станок с числовым программным управлением содержит коммутационную электрическую коробку рабочих инструментов для подключения заменяемых рабочих инструментов, а именно рабочего инструмента 3D печати, рабочего инструмента фрезеровки и рабочего инструмента лазерной гравировки, системный блок и панель управления, выполненные в верхней части корпуса станка для защиты электроники от пыли и вибраций, возникающих во время синтезирования изделий субтрактивным методом, правая и левая вертикальные линейные направляющие закреплены на корпусе, обеспечивая устойчивость и жесткость траверсы станка вдоль всей оси Z, рабочие поверхности для 3D печати и лазерной гравировки и фрезеровки выполнены с возможностью взаимной замены для недопущения деформации изделия, а на линейной направляющей оси Y закреплен кронштейн, движимый по оси Y зубчато-ременной передачей, приводимой шаговым электродвигателем оси Y, фиксирующий рабочую поверхность. Взаимозаменяемость поверхности для 3D печати и рабочей поверхности для лазерной гравировки и фрезеровки обеспечивает высокую скорость работы станка, не допуская возникновения люфтов и погрешностей. Фрезерный рабочий инструмент, рабочий инструмент 3D печати и рабочий инструмент лазерной гравировки выполнены с возможностью взаимной замены посредством зажима рабочих инструментов, движимого зубчато-ременной передачей оси X, приводимой шаговым электродвигателем оси X, что обеспечивает высокую скорость работы станка не допуская возникновения люфтов и погрешностей, и защищая заменяемый рабочий инструмент лазерной гравировки и заменяемый рабочий инструмент 3D печати от загрязнения и механического повреждения.
Сущность предложенного технического решения поясняется иллюстрациями, где:
На фиг. 1 - изометрия многофункционального станка с числовым программным управлением
На фиг. 2 - механика станка.
Многофункциональный станок с числовым программным управлением содержит корпус 1, включающий расположенный в верхней части корпуса системный блок 2 и панель управления 3, управляющие всей механикой станка, датчиками 4, 5 и нагревательными элементами, входящими в рабочий инструмент 3D печати. К корпусу станка фиксируются левая 6 и правая 7 вертикальная линейная направляющая оси Z, вдоль которой совершает линейное движение траверса 8 благодаря элементам скольжения 9, посредством винтовой передачи 10, приводимой в движение шаговыми электродвигателями оси Z 11. Траверса 8 - элемент осиХ, представляющий собой поперечную перекладину, содержащую шаговый электродвигатель оси Х 12, приводящий в движение зажим рабочих инструментов 13, соединенный с линейной направляющей осиХ 14, посредством зубчато-ременной передачи оси Х 15. Ось Y фиксируется к корпусу станка и включает в себя шаговый электродвигатель оси Y 16, приводящий в движение  кронштейн 17, движимый по оси Y зубчато-ременной передачей 18. К кронштейну 17 фиксируются рабочие поверхности для 3D печати или лазерной гравировки и фрезеровки.
Рабочие инструменты станка выполнены по принципу модульности и фиксируются на зажиме рабочих инструментов 13. Фиксация рабочих инструментов производится благодаря эксцентриковому механизму. Всего станок имеет три взаимозаменяемых рабочих инструмента: фрезерный рабочий инструмент, рабочий инструмент лазерной гравировки и рабочий инструмент 3D печати. После фиксации рабочий инструмент подключается к коммутационной электрической коробке 19.
Принцип модульности используется при фиксации рабочих поверхностей. Для фрезерных работ и лазерной гравировки используется рабочая поверхность для лазерной гравировки и фрезеровки, выполненная из древесноволокнистой плиты. Фиксация заготовок производится непосредственно к рабочей поверхности при помощи метизов и ступенчатых прижимов. Для работы аддитивным методом используется поверхность для 3D печати, выполненная из закаленного стекла, с адгезионным покрытием и силиконовой нагревательной грелкой. Обе поверхности фиксируются с помощью винтового соединения к кронштейну 17 в четырех точках фиксации.
Многофункциональный станок с ЧПУ работает следующим образом.
С помощью панели управления выбирается управляющая программа, обрабатываемая системным блоком 2, расположенным в верхней части корпуса 1. Работа станка основана на классической трех осевой системе координат согласно управляющей программе. Формирование управляющей программы для 3D печати осуществляется с помощью программного продукта Cura. Формирование управляющей программы для фрезеровки осуществляется с помощью программного продукта ArtCAM. Формирование управляющей программы для лазерной гравировки осуществляется с помощью программного продукта Inkscape. Согласно управляющей  программе системный блок станка 2 управляет шаговыми двигателями оси Z 11, шаговым двигателем оси X 12, шаговым двигателем оси Y 16, через коммутационную электрическую коробку рабочих инструментов 19 системный блок 2 управляет рабочим. Шаговые двигатели оси Z 11 соединенные с винтовой передачей 10, перемещают траверсу 8 по оси Z. Траверса 8 выполняет точное линейное движение по оси Z с помощью элементов скольжения, расположенным на левой 6 и правой 7 вертикальных линейных направляющих. Траверса 8 содержит шаговый электродвигатель оси X 12, приводящий в движение зажим рабочих инструментов 13 посредством зубчато-ременной передачи оси X 15. Зажим рабочих инструментов выполняет точное линейное перемещение вдоль линейной направляющей оси X 14. Многофункциональный зажим 13 фиксирует рабочий инструмент. Рабочая поверхность для 3D печати или рабочая поверхность лазерной гравировки и фрезеровки фиксируются к кронштейну 17 посредством винтового соединения в четырех точках. Кронштейн выполняет точное линейное движение вдоль линейной направляющей оси Y 20, посредством зубчато-ременной передачи 18, приводимой шаговым электродвигателем оси Y 16. Для того, чтобы станок точно определял положение рабочих поверхностей и рабочих инструментов в системе координат, рабочие поверхности и рабочие инструменты приводятся в точку начала отсчета координат, которая определяется посредством концевого датчика оси X 5 и концевого датчика оси Y 4.
Устройство позволяет выполнять операции синтезирования изделий субтрактивным и аддитивным методами. Материалами синтезирования изделий аддитивным методом могут являться пластики (ABS, PLA, PETG, HIPS, SBS, NEYLON, TPU, а также их производные, включая композитные и резиноподобные пластики); субтрактивными же методами могут обрабатываться дерево, некоторые цветные металлы, композиты и текстильные материалы, кожевенные материалы и некоторые пластики.
Полезная модель относится к области машиностроения и может применяться для обработки материалов, используемых в легкой промышленности, для производства уникальных экспериментальных изделий сложной геометрии, исследовательских прототипов и товаров народного потребления.