Пантограф для фрезера по дереву

Фрезерные станки с возможностью копирования незаменимы там, где необходимо изготовить детали в полном соответствии с имеющимся шаблоном. При этом оборудование одинаково справится с производством небольшой или внушительной партии изделий из дерева. Так же, как и фрезерный станок с ЧПУ, это устройство применяется при крупносерийном производстве, поэтому оно популярно как в частных мастерских, так и на крупных деревообрабатывающих комбинатах. Копировально-фрезерные агрегаты способны выдать изделие, по форме и размеру полностью соответствующее исходному образцу, что достигается путем автоматического перемещения фрезы по заданной траектории. Главное достоинство, которым обладает копировально-фрезерный аппарат, − высокая скорость обработки деталей независимо от размера и конфигурации.

Сфера применения

Копировально-фрезерный станок, также известный в профессиональной среде как дупликарвер, в одинаковой степени применяется для изготовления объемных или плоских предметов из дерева, а его функционирование схоже с работой оборудования, укомплектованного системой ЧПУ. Отдельные образцы дают возможность обрабатывать заготовки из древесины с применением копира, представляющего из себя объемную модель.

Часто используемый в столярной сфере гравировальный станок, включающий в свою конструкцию копировальный механизм, принято использовать для решения следующих задач:

• нанесение всевозможных надписей, логотипов и криволинейных контуров;
• художественная резьба по дереву;
• гравировка фасонных профилей;
• формирование узоров и граней на разных плоскостях.

Учитывая то, что копировальные фрезерные станки легко справляются с созданием декоративных деталей сложной конфигурации, такое оборудование часто встречается в мебельном производстве.

Функциональные особенности

Конструкция и начинка копировально-фрезерного станка позволяют добиться высокой скорости работ при обработке даже сложных деталей. Главный элемент таких агрегатов − фреза. Режущий инструмент, помимо формирования деревянных деталей, также применяется при работе с металлическими изделиями. Фреза вырезает необходимую деталь по контуру или поверхности, которые изначально задает копировальный механизм. Коммуникация между режущим элементом и системой контроля над корректным выполнением процесса здесь происходит с помощью гидравлики и пневматики. Чаще всего бытовые станки по дереву этого типа снабжены механической системой подачи заготовки и управления узлами конструкции.

В качестве копира применяют плоский шаблон, предварительно созданная эталонная модель, всевозможные контурные чертежи или фотоэлементы, а образец выбирают в зависимости от производственных особенностей или по желанию мастера. Шаблонные образцы изготавливают из любого материала, будь то пластик, дерево или металл. Ориентируясь на требования современной столярной сферы, многие производители комплектуют копировально-фрезерные станки устройством ЧПУ, что превращает агрегат в универсальное устройство. Копировально-фрезерный станок функционирует по следующему принципу: устанавливается шаблон, к которому подсоединяется контроллер, и посредством коммуникационного механизма передаются заданные параметры фигуры к режущему элементу.

Типы оборудования

В зависимости от вида привода, установленного на станок, оборудование делят на следующие типы:

• пантограф по дереву для фрезерования, демонстрирующий двух или трехмерную работу;
• универсальный пантограф с поворотным рукавом, который в большинстве случаев устанавливается в вертикальном положении;
• станок для ускоренной обработки заготовок с несколькими шпинделями;
• устройство с механической, гидравлической или электронной подачей;
• станок с фотокопировальной установкой, задающей траекторию движения фрезе.

Также копировально-фрезерные станки классифицируются по степени автоматизации рабочего процесса, и чем больше дополнительных опций присутствует в той или иной модели, тем выше ее ценник. Стоит отметить, что шаблонный метод резки древесины изначально подразумевает автоматическое соблюдение траектории движения резака, поэтому установка ЧПУ здесь абсолютно не обязательна и, скорее, является данью новым технологиям, зарекомендовавшим себя как наиболее эффективные.

Можно ли создать копировально-фрезерное устройство самостоятельно?

Сегодня на рынке столярного оборудования нет недостатка в станках, однако их достаточно высокая стоимость не всегда позволяет приобрести такой агрегат домашнему мастеру. Окупится устройство при его интенсивном использовании не ранее чем через 5 лет, да и то в промышленных масштабах. Теперь, когда вы ознакомились с характеристиками пантографов и знаете, что это такое и где применяется, можно попытаться самостоятельно изготовить копировально-фрезерный станок. Разумеется, устройство кустарного производства уступает в части производительности заводским образцам. Также мастера не рекомендуют переделывать обычный фрезер в копировальный агрегат, а советуют собирать с нуля.

Перед тем как сделать станок, подбирают подходящую схему его сборки, как правило, включающую несколько обязательных элементов:

• рабочую поверхность;
• опору стола;
• фрезерную головку.

Смена режима фрезерования здесь осуществляется путем регулировки высоты столешницы. Фрезерная головка приводится в движение электрическим приводом, при этом оборудование нередко снабжается регулятором скоростей. Пантографы могут изготавливаться из дерева, хотя такой вариант не будет отличаться высокой точностью работы из-за петельного соединения отдельных элементов, для которого характерен люфт. Что касается металлических чертежных станков, то они могут функционировать в различных масштабах, однако не справляются с изготовлением объемных изделий.

К сожалению, фрезерование на самодельном копировальном станке не всегда позволяет получить идеально точные размеры детали, к тому же готовое изделие может иметь существенные изъяны. Такие негативные последствия в первую очередь обусловлены вибрацией рабочей поверхности, которую практически невозможно нейтрализовать. Также не всегда удается избежать различных огрехов в момент смены направления движения резака. Ко всему прочему здесь имеет место внутреннее напряжение деревянной заготовки, что приводит к ее искривлению.

Беря во внимание недостатки самоделки, единственным существенным достоинством которой является доступная цена комплектующих, рекомендуется прибегать к ее помощи исключительно для создания однотипных деталей в рамках узкопрофильного производства.

В современном мире, в сообществе людей любящих делать вещи своими руками и при этом не чурающихся технологий, чрезвычайно популярна такая вещь как настольный ЧПУ-станок. Хоть эти устройства стали и достаточно доступны, но все еще остаются дорогими. Самый дешевый китайский вариант, на сегодняшний день, обойдется вам в 700-800 американских денег и он наверняка не заработает сразу из коробки, а потребует приложить усилия для доведения его до ума. Изготовление станка с ЧПУ самостоятельно может обойтись дешевле, но обычно требует доступа к разного рода деревообрабатывающему и металлообрабатывающему оборудованию и умения с его помощью изготовлять детали с высокой точностью.

Но люди всегда ищут способов достичь цели доступными средствами.
В некоторых задачах для станков с ЧПУ, а именно когда нужно повторить многократно одну и ту же деталь, может помочь изобретенный еще в 1603 году Кристофом Шейнером пантограф — устройство для копирования карт, планов и других векторных рисунков.

Классический пантограф состоит из двух вершин, в одной из которых закреплена рукоятка-указка, с помощью которой обводят копируемый рисунок. Во второй закреплен пишущий инструмент, который через систему рычагов и шарниров повторяет движения первой вершины рисуя копию на втором листе. Зачастую в пантографы заложена функция масштабирования оригинального изображения.

Простая и гениальная идея. Теперь, а как скопировать некий объемный объект? Для этого нужно добавить в пантограф связь по Z-координате и заменить карандаш на бормашину, а лучше высокоскоростной шпиндель, и мы получим 3D пантограф.

Станки для копирования деревянных изделий на таком принципе производит например американская фирма Gemini да только цены на них такие, что за эти деньги можно купить неплохой ЧПУ-станок из Китая. Поэтому интересней чего в этой области достигло DIY сообщество.

Франк Форд (Frank Ford) занимается изготовлением акустических гитар. При этом ему приходится делать множество идентичных гитарных частей, таких как держатели для струн. Устав делать это вручную, но не желая заморачиваться с покупкой и настройкой ЧПУ, он изготовил для себя дупликатор. Т.к. ему была важна высокая точность копирования, его инструмент сделан целиком из металла. Щуп, которым снимается форма и шпиндель закреплены на общей раме, которая перемещается только по оси Z. Перемещение по осям X и Y осуществляются с помощью стола, на котором закреплены заготовки. Еще оригинальным в его конструкции является то, что в качестве шпинделя он использует пневматический привод работающий на 40 000 оборотах в минуту.

Тем не менее, хоть это и самодельный, но все еще дорогой вариант 3D пантографа. Есть и подешевле.

Например Адран (Adran), мечтая о собственном станке с ЧПУ, но не имея на это средств. Сконструировал себе дупликатор из бормашины Dremel, трех металлических направляющих и деревянных планок стандартных размеров из магазина. В качестве щупа используется обычная отвертка. Его конструкцию можно легко повторить, т.к. он выложил чертежи и все этапы изготовления на сайте Instructables.

Однако ручная бормашинка, не самый удачный инструмент для такой работы, скорость снятия материала у нее маловата. Вот Маттиас Вандель (Matthias Wandel) из Канады использовал в своем 3D пантографе ручной фрезер. Что дало ему достаточную мощь для быстрого копирования предметов в дереве. В качестве примера работы с таким дупликатором вот его видео, где он делает копию формы старого дискового телефонного аппарата (английский язык).

Его конструкцию так же можно повторить, т.к. он выложил чертежи и инструкции по изготовлению на свой сайт Woodgears.ca. Даже если вы не дружите с английским, там легко можно понять весь процесс по многочисленным фотографиям.

Если тема 3D пантографов вас заинтересовала, то на англоязычных ресурсах примеры таких устройств можно найти по тегам: carving duplicator, duplicarver, pantorouter.

Фрезерование из эффективных способов обработки деталей. Если последних нужно седлать несколько одинаковой формы, размеров, то пользуются приспособлением – пантографом, упрощающим процесс копирования изделий.

Мастера при изготовлении поделок пользуются чаще не фрезерным станком, а ручным фрезером. Для него тоже разработаны и выпускают копиры, используя которые можно делать несколько однотипных деталей. Пантограф к фрезеру покупать не обязательно, его несложно изготовить самостоятельно.

При изготовлении пользуются: подшипником 180201; металлическим квадратным профилем размером 12х12 мм; втулкой с диаметром, вмещающим подшипник; пальцами, на которых присутствует резьба М12. А размеры соответствуют внутреннему размеру подшипника; гайками М12, М6; болтами М6х45; втулкой, в которой закрепляют копир; профильной трубой сечением 40х40 мм; петлей из металлопластикового окна; краской; малярным скотчем; металлической пластиной; винтом, которым фиксируется копир.

Работают, пользуясь инструментом: ручным фрезером; болгаркой; гаечными ключами; сваркой; измерительными приспособлениями.

Размечают, отрезают в нужных размерах квадратный профиль. Пользуются при этом металлической пластиной, малярным скотчем. Резы должны быть строго под углом 90° за исключением мест размещения шатунов, где нужно, для хорошего прилегания подшипников, устроить незначительные скосы.

Углы заготовок сглаживают, устраивая фаски. Сверлят технологические отверстия; их диаметр – 6,2 мм. Далее сваривают площадку для размещения фрезера, изготавливают, используя кондуктор, шатуны. Сварку выполняют по всем швам, которые после зачищают болгаркой. Чтобы шатуны выглядели презентабельно их красят.

Изготавливают узел крепления копира. Вытачивают пару втулок, их внутренний диаметр должен быть равным размеру копира. Сбоку сверлят отверстие, нарезают в нем резьбу – в него вкручивают винт, который будет фиксировать положение копира. Между втулками размещают 2…3-сантиметровые отрезки квадратной заготовки с удалением одна от другой на 1,2 см.

Занимаются изготовлением узла подъема подшипника. Палец из нулевой точки приваривают к профилю (12х12), крепят петлей от металлопластикового окна к профильной трубе. К трубе струбциной крепится пантограф.

Собирают пантограф. Размещают во втулках подшипники, стягивая болтами М6 шатуны. Собирают с помощью пальцев последние в единую конструкцию. Пантограф крепят к столу струбциной, устанавливают фрезер и работают им.