ФРЕЗЕРНО-ГРАВИРОВАЛЬНЫЙ СТАНОК

Фрезерно - гравировальный станок
Полезная модель относится к области фрезерования, в частности к фрезерно гравировальным станкам, выполняющим фрезерно - сверлильно - гравировальные работы при изготовлении разнообразных изделий из цветных металлов, пластиков, стеклотекстолита и других материалов.
Известны станки, предназначенные для выполнения гравировки и 3-х координатной обработки (1), в состав которых входит корпус-основание, в верхней части которого расположен неподвижный стол станка, на котором устанавливаются обрабатываемые заготовки, фрезерная головка, которая перемещается относительно стола по трем координатам по взаимно перпендикулярным направляющим. Перемещения производятся по программам с использованием электродвигателей и ходовых винтов с гайками, причем элеюгронный блок управления в этих станках выполнен в виде отдельного блока или размещен в корпусе-основании станка.
Конструктивное выполнение узлов, обеспечивающих перемещения по трем координатам, а также отсутствие прижима листовой заготовки в месте ее обработки, приводит к изготовлению изделий, не отвечающих требованиям, предъявляемым к их качеству.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является станок (2). Такой станок содержит основание, на котором закреплен неподвижно стол для размещения на нем обрабатываемой заготовки, на основании горизонтально закреплены направляющие перемещения по координате Y, по которым перемещаются стойки, на которых над столом закреплены направляющие
перемещения по координате X, по которым перемещается корпус с установленной в нем фрезерной головкой. Перемещение по координате Z осуществляется с помощью электромагнита.
Устройства перемещения по координатам X, Y выполнены в виде шаро-винтовых пар винт-гайка. Такие устройства состоят из ходовых винтов с полукруглой резьбой и гаек с перекатывающимися внутри замкнутого контура шарикоподшипниками. Устройство прижима обрабатываемой заготовки к рабочему столу выполнено в виде полого цилиндра, охватывающего инструмент, и неподвижно закрепленного на корпусе фрезерной головки.
Станок снабжен пылесосом для защиты окружающей среды и оператора от пыли и стружки во время работы станка.
Управление станком осуществляется с помощью контроллеров шаговых двигателей, управляемых микропроцессором, который получает управляющие команды от ЭВМ.
Использование в устройствах перемещения шаро - винтовых пар винт-гайка, состоящих из ходовых винтов с полукруглой резьбой и гаек с перекатывающимися внутри замкнутого контура шарикоподшипниками, требует периодической замены смазки и защиты от попадания пыли и стружки, а также такая конструкция приводит к возникновению люфта в процессе эксплуатации за счет развальцовки каналов шариками, что снижает точность прецизионного перемещения инструмента. В этом станке устройство прижима обрабатываемой заготовки захватывает большую часть поверхности обрабатываемой заготовки, что приводит к различной глубине фрезерования при обработке заготовок, размер которых соизмерим с площадью прижима.
Также этот станок не обеспечивает регулировку глубины фрезерования в процессе работы.
Кроме того при работе станка необходимо постоянное использование средств сбора пыли и стружки, что создает повышенный шум при работе, а загрязнение узлов станка нарушает процесс работы.
Предлагаемой полезной моделью решается задача создания такого фрезерногравировального станка, который позволял бы изготавливать изделия высокого качества, за счет обеспечения точного прецизионного перемещения инструмента, локального прижима заготовки в совокупности с электронным контролем глубины фрезерования при эксплуатации станка в обычных помещениях без специальной защиты от пыли узлов перемещения станка, что позволяет отказаться от использования дополнительных средств постоянного сбора пыли.
Для достижения этого технического результата в фрезерногравировальном станке, содержащем основание, рабочий стол и горизонтально расположенные на основании направляющие перемещения по координате Y, над которыми и перпендикулярно им расположены направляющие перемещения по координате X, причем на них установлена с возможностью перемещения по ним плита, на которой закреплен корпус с установленной в нем фрезерной головкой, имеющий возможность перемещения по координате Z и снабженный устройством для прижима обрабатываемой заготовки к поверхности рабочего стола, а также устройства для перемещения по координатам X, Y, выполненные в виде пары винтгайка, винт которой соединен с валом электродвигателя, а гайка соединена с плоскостью перемещаемого узла и электронный блок управления станком, закрепленный на основании станка и соединенный с ЭВМ,
рабочий стол установлен с возможностью перемещения на направляющих перемещения по координате Y, а направляющие перемещения по координате X установлены в стойках, закрепленных на основании;
резьбу для взаимодействия с винтом с трапециевидной резьбой, причем ceicropa закреплены на основании гайки на упругих пластинах и стянуты витыми пружинами, закрепленными на нижней части ceiaopoe;
резьба секторов имеет вид прямоугольных выступов и впадин, шаг и наклон которых равен шагу и наклону выступов и впадин резьбы винта, а величина первоначального захода резьбы гайки в резьбу винта составляет 1/3 часть величины глубины резьбы винта;
устройство перемещения по координате Z выполнено в виде пары винт- гайка, винт которой соединен с валом электродвигателя, а гайка закреплена на электрически изолированном корпусе, в котором установлена фрезерная головка, причем движения корпуса осуществляются по направляющим перемещения по координате Z, которые установлены на плите, закрепленной на направляющих перемещения по координате X;
а устройство для прижима обрабатываемой заготовки к поверхности рабочего стола выполнено в виде подпружиненного штока, закрепленного на корпусе фрезерной головки, а на конце штока установлена съемная лапка, нижняя часть которой обеспечивает охват инструмента, причем при установке лапки на штоке, нижняя торцевая поверхность лапки располагается ниже режущей части инструмента. Конструктивное решение механизмов перемещения по координатам X, Y в виде ходовых винтов с трапециевидной резьбой, взаимодействующих с специальной гайкой, выполненной в виде секторов с резьбой, подпружиненных для обеспечения постоянного прижима к резьбе ходового винта, а также выполнение резьбы сееторов гайки в виде прямоугольных выступов и впадин, шаг и наклон которых равен шагу и наклону выступов и впадин резьбы винта, с величиной первоначального захода резьбы секторов гайки в резьбу винта, составляющей 1/3 часть величины глубины резьбы винта, обеспечивают постоянный прижим выступов резьбы секторов гайки к
трапециевидным впадинам резьбы винта, что позволяет исключить люфт при работе механизмов и обеспечивает их длительную работу.
При попадании пыли и стружки на винт выступы резьбы секторов гаек счищают пыль и стружку с резьбы винта, благодаря этому нет необходимости защищать узлы перемещения от пыли и грязи.
Усилие прижима секторов к винту рассчитано на определенные режимы фрезерования, при превышении которых происходит раскрытие секторов гайки, что предохраняет станок от поломок. Кроме того для удобства сборки и настройки станка сектора гайки могут быть раскрыты поворотом эксцентрика, установленного между ними.
Сектора гайки могут быть выполнены из материала с низким коэффициентом трения, например из капролона, что обеспечивает работу узла перемещения без смазки.
Конструктивное решение прижимного устройства станка в виде подпружиненного штока, закрепленного на корпусе фрезерной головки, с установленной на его конце съемной лапкой, нижняя часть которой обеспечивает охват инструмента, и расположена ниже режущей части инструмента, обеспечивает локальность прижима заготовки, что в совокупности с программным учетом рельефа заготовки из листового материала позволяет фрезеровать на одинаковую глубину.
Станок снабжен прозрачным защитным кожухом, который ослабляет уровень шума, возникающего при работе станка, а также предотвращает распространение пыли и стружки в окружающую среду.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-4.
На фиг.1 показан, общий вид фрезерно-гравировального станка.
На фиг.З показана схема взаимодействия резьбы винта с резьбой секторов
гайки в устройствах перемещения по координатам X и Y.
На фиг.4 показана конструкция прижимного устройства.
Фрезерно-гравировальный станок (фиг.1) содержит основание 1 с установленным на нем рабочим столом 2, который имеет возможность перемещаться по направляющим перемещения 3 по координате Y, расположенным горизонтально на основании станка 1. Перпендикулярно направляющим перемещения 3 по координате Y и над столом 2 установлены направляющие перемещения 4 по координате X. Эти направляющие закреплены на основании 1 с помощью стоек 5. На этих направляющих с возможностью перемещения по ним закреплена плита 6, на которой установлены направляющие перемещения 9 по координате Z, по которым может перемещаться корпус 7 с установленной на нем фрезерной головкой 8. Устройства для перемещения по координатам X, Y, Z, соответственно 10, 11, 12 выполнены в виде пар винт-гайка, винты которых соединены с валами приводных электродвигателей, а гайки соединены с плоскостями перемещаемых узлов. Устройство для прижима 13 обрабатываемой заготовки к поверхности рабочего стола закреплено на корпусе 7 фрезерной головки 8. Станок снабжен блоком управления 14, расположенным на основании 1 станка, который содержит микроконтроллер и контроллеры управления электродвигателями по каждой из координат и имеет канал связи с ЭВМ 15.
Гайка устройств перемещения по координатам X, Y (фиг 2) выполнена составной из двух секторов 16, имеющих внутреннюю резьбу для взаимодействия с винтом с трапециевидной резьбой (см. фиг. 3). Эти сектора закреплены на основании 17 гайки на упругих пластинах 18 и стянуты витыми пружинами 19, закрепленными на нижней части секторов 16. Между секторами установлен эксцентрик 20, поворотом которого сектора гайки могут быть раскрыты.
Резьба гайки имеет вид (фиг. 3) прямоугольных выступов 21 и впадин 22, шаг и наклон которых равен шагу и наклону трапециевидных выступов23 и впадин 24 резьбы винта, а величина захода резьбы гайки в резьбу секторов винта первоначально составляет 1/3 часть величины глубины резьбы винта.
Устройство перемещения 12 по оси Z выполнено в виде типовой пары винтгайка.
Устройство для прижима обрабатываемой заготовки к поверхности рабочего стола (фиг. 4) выполнено в виде подпружиненного штока 25, закрепленного на корпусе
7фрезерной головки, а на конце штока установлена съемная лапка 26, нижняя часть 27 которой обеспечивает охват инструмента 28.
Рассмотрим работу станка на примере изготовления печатной платы.
Пользователь проектирует топологию печатной платы на компьютере, а затем с помощью специального программного обеспечения подготавливает управляющий файл для станка, содержащий набор команд и координаты точек, в которые осуществляется перемещение инструмента при создании контуров проводников печатной платы и сверлении отверстий.
После того, как компьютер 15 включен, и операционная система компьютера загружена, пользователь включает питание станка, а затем запускает программу управления станком, при этом компьютер через канал связи со станком посылает в последний команду на выполнение настройки начала отсчета координат. Посланная команда исполняется микроконтроллером станка (электронный блок управления 14), который выдает управляющие импульсы на контроллеры электродвигателей станка (электронный блок управления 14), формирующие силовые импульсы питания двигателей.
8результате исполнения команды включается электродвигатель координаты Z, вращение которого приводит в движение винт устройства перемещения 12 по координате Z, закрепленный в подшипниках, взаимодействующая с ним гайка жестко
соединена с корпусом 7 с фрезерной головкой 8, который перемещается по направляющим 9.
Фрезерная головка 8 поднимается по координате Z до крайнего верхнего положения, затем фрезерная головка В и рабочий стол 2 одновременно совершают перемещение по координатам X и Y (соответственно) за счет вращения электродвигателей и винтов узлов перемещения по координатам X, Y и взаимодействующих с ними гаек, жестко соединенных с площадкой 6 и рабочим столом 2, перемещающихся по направляющим 4 и 3 так, что фрезерная головка 8 устанавливается в крайнее левое (по координате X) и крайнее переднее (по координате Y) положение, затем фрезерная головка 8 опускается вниз до крайнего нижнего положения и снова поднимается вверх до крайнего верхнего положения. После этого станок готов к дальнейшей работе.
Пользователь закрепляет заготовку из фольгированного стеклотекстолита на штифтах и с помощью прижимных планок на поверхности рабочего стола 2.
Установка инструмента производится, когда фрезерная головка 8 находится в верхнем по координате Z положении, а поверхность рабочего стола 2 под ней находится в чистом состоянии. С помощью ключей отворачивают на несколько витков гайку крепления цанги фрезерной головки 8. После этого в цангу вставляют инструмент и, удерживая его пальцем руки от выпадения, нажимают функциональную кнопку на панели управления станком. При этом фрезерная головка опускается вниз до крайнего нижнего положения, а инструмент опускается до поверхности рабочего стола. В этом положении заворачивают гайку крепления цанги и нажимают любую из кнопок клавиатуры панели управления станком. При этом фрезерная головка 8 поднимается вверх до крайнего верхнего положения.
На подпружиненном штоке 25 устанавливается прижимная лапка 26, так что нижняя торцевая поверхность лапки располагается ниже режущей части инструмента.
На станке в автоматическом режиме измеряется толщина заготовки и неравномерность материала по толщине, а также устанавливается местоположение рисунка исполняемого файла на заготовке.
Далее пользователь с помощью клавиатуры и манипулятора мыши ЭВМ выполняет в программе управления станком на экране монитора следующие настройки: вызывает управляющий файл; задает значения скорости фрезерования по координатам X,Y и Z; задает значения скорости холостого хода по координатам X,Y и Z; устанавливает значение глубины фрезерования; высоту подъема фрезерной головки над заготовкой при перемещениях на холостой скорости между элементами рисунка исполняемого файла.
После того как все параметры обработки заданы, из программы управления станком с компьютера дается команда старта исполнения файла. При этом фрезерная головка 8 с инструментом поднимается вверх до крайнего верхнего положения, включается электродвигатель фрезерной головки, приводящий во вращение инструмент и фрезерная головка 8 на холостой скорости перемещаются в начальную координату исполняемого файла, затем опускается на холостой скорости до заданной высоты подъема над заготовкой. При дальнейшем опускании фрезерной головки уже на рабочей скорости происходит прижатие заготовки к поверхности рабочего стола прижимной лапкой и затем углубление инструмента в заготовку до заданной глубины фрезерования. Дальнейшее взаимное перемещение фрезерной головки по координате X и рабочего стола с закрепленной на нем заготовкой по координате Y приводит к фрезерованию рисунка, содержащегося в управляющем файле. В процессе фрезерования вводятся поправки на перемещения головки с инструментом по координате Z с учетом измеренных значений неравномерности материала по толщине и линейного закона аппроксимации между измеренными точками, при этом достигается с достаточной точностью одинаковая глубина фрезерования по всей поверхности заготовки. По завершению фрезерования
отдельных фрагментов рисунка исполняемого файла фрезерная головка поднимается на заданную высоту подъема и на холостой скорости перемещения осуществляется перемещение инструмента в точку с координатами начала следующего фрагмента рисунка. Пользователь имеет возможность в любое время остановить процесс фрезерования и продолжить исполнение с места останова. По окончанию исполнения файла фрезерная головка поднимается на холостой скорости вверх до крайнего верхнего положения и выключается фрезерная головка, рабочий стол и фрезерная головка на холостой скорости перемещаются в точку с координатами, из которой был дан старт на исполнение файла. После чего станок находится в режиме ожидания дальнейших действий пользователя.
Таким образом, конструктивное решение станка позволяет изготавливать изделия высокого качества, за счет обеспечения точного прецизионного перемещения инструмента, локального прижима заготовки в совокупности с электронным контролем глубины фрезерования.
1.Фрезерно-гравировальные станки//Каталоги фирм, зима 2001, Consistent Software,c. 17-19.
2.LPKF: станки и оборудование для производства прототипов печатных плат// Новости электроники. -1997.-№ 1-С.26-29.(прототип)