Копировально фрезерный станок по металлу применяются для изготовления деталей сложной формы, таких, например, как вырубные и гибочные штампы, металлические модели отливок, кокили, пресс-формы, лопасти гребных винтов и турбинных лопаток. Эти станки выпускают на базе фрезерных станков общего назначения и в качестве специальных моделей, предназначенных для обработки заготовок деталей определенных типов; станки могут иметь один или несколько (два-три) горизонтальных или вертикальных шпинделей. На многошпиндельных копировально фрезерных станках можно обрабатывать несколько одинаковых или «зеркально отраженных» деталей. Для расширения технологических возможностей изготовляют также станки, которые могут работать не только, как копировальные, но и как станки с программным управлением (рис. 1).
Тяжелые копировально фрезерные станки по металлу оснащают иногда видеоаппаратурой для наблюдения за процессом обработки и управления ими с удобного для оператора места.
В системах управления современных копировально фрезерных станков ЧПУ находят применение механические, электромеханические и гидравлические следящие системы в различных комбинациях. Механические следящие системы используют в небольших копировально-фрезерных станках для гравировальных работ или для фрезерования по копирам сложных поверхностей мелких деталей, точность обработки которых ограничивается пределами отклонений 0,1-0,2 мм.
Рис. 1. Двухшпиндельный вертикальный копировально фрезерный станок ДФ-263 с узлом программного управления
Копировально фрезерный станок с пантографом
На рис. 2 показан копировально фрезерный станок с пантографом для объемного копирования. На станине 9 закреплена стойка 3 с осью поворота 4 пантографа 6. Шпиндель 2 фрезерной головки и копировальный шпиндель 7, несущий щуп, вращаются в расточках пантографа и связаны рычагом 5. Рычаг 5 соединен с осью поворота 4 пантографа так, что может поворачиваться вокруг горизонтальной и вертикальной осей и свободно перемещаться в продольном направлении. Тем самым он координирует вертикальные перемещения фрезерного шпинделя 2 в зависимости от вертикальных перемещений щупа.
Рис. 2. Копировально фрезерный станок по металлу с пантографом для объемного копирования
Рабочий вручную перемещает щуп по копиру, закрепленному на столе 8; при этом фреза воспроизводит в уменьшенном (от 1:1,5 до 1:10) масштабе движения щупа и обрабатывает заготовку, закрепленную на столе 1. Изменение масштаба копирования достигается перемещением ползушек 10 и 11 по плечам пантографа. Рабочий стол 1 и стол 8 копира имеют установочные перемещения в горизонтальном и вертикальном направлениях. Шпиндель станка получает вращение от электродвигателя (N = 0,4 кВт, n = 1480 об/мин) через две ступенчатые ременные передачи, обеспечивающие шесть ступеней скорости шпинделя в диапазоне 1750 - 9600 об/ мин.
В копировально фрезерных станках по металлу с механическими следящими системами должен быть обеспечен надежный контакт щупа с копиром; зазоры и упругие деформации в системе, варьирование силы резания и изменение сечения стружки при обработке могут вызвать нарушение контакта или вибрацию и появление ряби на обрабатываемой поверхности.
В копировально фрезерных станках по металлу с электрической или гидравлической следящей системой сила резания не влияет на силу контакта щупа с копиром. Это позволяет уменьшить силу давления на копир до 1-6 н. Имеются и бесконтактные электронные следящие системы, которые позволяют фрезеровать профиль непосредственно по чертежу или по копирам и моделям, выполненным из самых мягких материалов.
Кинематическая схема копировально фрезерного станка
На рис. 3 показана кинематическая схема электрокопировального фрезерного полуавтомата 6441 Б. По направляющим станины 1 в продольном направлении перемещается стол 2. Скорость продольного перемещения стола при помощи электродвигателя Dnp постоянного тока (N = 0,37 кВт, n = 85 ÷ 1085 об/мин) может меняться бесступенчато в пределах
Vпр = (85...1085)*14/56*18/58*18/58*6*2 ≈ 25...315 мм/мин.
На столе установлены стойки 3 и 4. Нижняя стойка 3 предназначена для крепления заготовки, верхняя 4 - для крепления копира.
Рис. 3. Кинематическая схема электрокопировального фрезерного полуавтомата 6441Б.
Концевая фреза 13 имеет 18 ступеней чисел оборотов, от 63 до 3150 в минуту, которые сообщаются ей от двухскоростного электродвигателя D1 через девятиступенчатую коробку скоростей, смонтированную в шпиндельной бабке 12. Последняя расположена на траверсе 11, которая может перемещаться вертикально по направляющим стойки 10. Это перемещение сообщается ей от электродвигателя постоянного тока Dв со скоростью
Vв = (85...1085)*14/56*18/58*22/71*6*2 ≈ 25...315 мм/мин
Шпиндельная бабка 12 и жестко скрепленный с ней корпус копировального прибора 6 могут перемещаться, кроме того, по траверсе вдоль оси шпинделя от электродвигателя постоянного тока Dnon со скоростью
Vnon = (85...1085)*14/56*18/58*26/41*6*1 ≈ 25...315 мм/мин
Во время работы копировально фрезерного станка по металлу, когда стол 2 перемещается в продольном направлении, щуп 5, прижимаемый к копиру пружиной, перемещается в соответствии с профилем копира в поперечном направлении и вызывает изменения воздушного зазора между якорем 8 и сердечниками катушек 7 и 9. При этом изменяются индуктивные токи в этих катушках, а возникающие электрические сигналы после тысячекратного усиления и выпрямления используются для приведения в действие электродвигателя Dnon, который обеспечивает следящее движение шпиндельной бабки в зависимости от перемещений щупа 5.
После того, как щуп пройдет всю длину копира, шпиндельная бабка 12 вместе с фрезой 13 и щупом 5 переместится в вертикальном направлении на ширину снятого слоя металла, и столу станка автоматически сообщится движение в обратном направлении. Эти движения повторяются до тех пор, пока щуп не обойдет всю поверхность копира.
Гидравлическая схема копировально фрезерного станка
На рис. 4 приведена одна из простейших гидравлических схем следящей системы копировально фрезерного станка. Принцип ее работы заключается в следующем. Во время продольного перемещения стола 1, на котором закреплены заготовка 2 и копир 4, щуп 3 гидравлического копировального устройства совершает вертикальные перемещения в соответствии с профилем копира.
Рис. 4. Принципиальная схема гидравлической следящей системы копировально фрезерного станка по металлу.
При перемещении щупа вниз под действием пружины 6 открываются щели b и d следящего золотника 5. В результате этого масло от насоса Н поступает через щель b золотника в бесштоковую полость рабочего гидроцилиндра. Под давлением масла в этой полости поршень вместе со штоком, шпиндельной бабкой 7 и корпусом следящего золотника 5 опускается вниз, вытесняя масло из штоковой полости гидроцилиндра через щель d в бак. Шпиндельная бабка будет перемещаться вниз до тех пор, пока щели b и d не перекроются корпусом следящего золотника. Клапан К предохраняет насос от перегрузки.
При перемещении щупа Вверх открываются щели α и c исследящего золотника, масло от насоса Н поступает через щель α в штоковую полость рабочего гидроцилиндра, а из бесштоковой полости масло вытесняется через щель с в бак. Поршень вместе со шпиндельной бабкой и корпусом следящего золотника перемещается вверх до тех пор, пока щели α и c вновь не перекроются корпусом золотника.
Таким образом силовой цилиндр, жестко связанный со шпиндельной бабкой, следит за перемещениями щупа следящего золотника. Точность слежения копировально фрезерного станка по металлу может быть очень высокой, порядка 0,01-0,02 мм.
