Как сделать самодельный копировально-фрезерный станок (пантограф) по дереву своими руками. Копировально-фрезерный станок своими руками Пантограф по дереву самодельный

Все фото из статьи

Копировально-фрезерные станки по дереву являются универсальными агрегатами,назначение которых — копировать изделия в двух- и трехмерной форме. Иными словами, данное оборудование может копировать плоские готовые изделия, а при применении особых копиров и объемные модели.

Такие устройства часто используются для гравировки профилей и разнообразных элементов декора. Их можно применять и для обычных не очень сложных фрезерных работ.

Что такое копировально-фрезерное оборудование

Такое оборудование является уникальным, т.к. при своей сравнительно простой конструкции способно копировать сложные изделия, даже тонкой ручной работы.

По сути, агрегат был разработан для фрезерования криволинейных элементов:

1. Осуществляется это способом копирования по шаблонам. Они позволяют делать операцию точной максимально, без использования ручной работы. Данное свойство агрегата гарантирует, что изготовленные элементы будут идентичны по размеру и форме.
2. Вы можете применять при этом один образец для всех заготовок или использовать как шаблон уже готовые изделия.
3. Когда таких параметров недостаточно – есть возможность значительно повысить точность станка.

Обратите внимание! Инструкция рекомендует комплектовать его для этого особым копирующим приспособлением. Называется оно «пантографом» и служит для точнейшего сообщения передвижения копирующего узла (головки) основному приспособлению, которое обрабатывает деталь.

Когда шаблон имеет много тонких изящных деталей, станок с пантографом незаменим.

Конструкция агрегата

Копировально-фрезерные агрегаты дают возможность обработки рельефов или профилей:

1. Заготовки обрабатываются особым инструментом — фрезой, сделанной из твердых сплавов.
2. Она повторяет в полном объеме передвижения копира, который воспроизводит очертания шаблона.
3. Копир оснащается электронной либо механической связью, имеющей систему слежения и отвечающей за траекторию перемещения инструмента.
4. Копиром может выступать плоский либо трехмерный образец, а также контурная схема либо модель-эталон.
5. При этом особый щуп регистрирует контуры детали. Далее эти данные сообщаются инструменту.
6. В наиболее современных станках щуп заменяется фотоэлементом, имеющим увеличенную точность.

Обратите внимание! Пантограф в описываемых агрегатах играет важнейшую роль. Он оборудуется специальным направляющим«пальцем».

Тот перемещается по копиру, при этом с максимальной точностью определяя геометрические параметры образца. От пропорций «плеч» пантографа зависит итоговый размер полученной копии.

Довольно часто требуется увеличить (или уменьшить) в несколько раз какой-либо рисунок, чертеж или схему. Например, в журнале вам понравились узоры для выжигания. Но в журнале они обычно даются в уменьшенном виде, так что приходится их увеличивать до нужных размеров самостоятельно либо вручную «методом клеток», либо с помощью приборов: эпидиаскопа, или пантографа (копира).

Пантограф (название происходит от двух греческих слов (pantos) – все и qrapho – пишу) – прибор в виде раздвижного шарнирного параллелограмма для перерисовки рисунков, чертежей, схем в другом (увеличенном или уменьшенном масштабе). Основными достоинствами этого прибора являются простота конструкции и достаточно высокая «точность» скопированного изображения. К сожалению, пантограф пока не нашел еще должного признания у самодеятельных художников и других рукастых почитателей декоративно-прикладного искусства.

В продаже сейчас отыскать пантографы (копиры) промышленного производства очень трудно. К тому же линейки таких пантографов относительно малы, причем они изготовлены из металла, что не делает прибор достаточно удобным. Так что сам Бог велел сделать для себя пантограф (копир) с деревянными длинными линейками.
Пантограф достаточно высокого качества может сделать своими руками каждый желающий, при условии соблюдения точных размеров всех деталей.
.

Конструкция самодельного пантографа (копира), которую мы хотим предложить вашему вниманию, состоит из четырех рычагов-линеек (трех длинных и одного короткого), в которых в определенном порядке просверлены отверстия для закрепления осей. В отверстия линеек вставлены латунные втулочки.
Оси механизма пантографа различной конструкции, две центральные оси представляют собой шпильку со шляпкой. Оси для крепления грифеля (копира) и следящего стержня сделаны наподобие устройства для зажима грифеля в ножке циркуля. В качестве следящего стержня желательно использовать пластмассовый наконечник. Такой наконечник не портит оригинала и обеспечивает хорошую мягкость скольжения. Одна ось (крайняя) с пяточкой, на которую опирается механизм пантографа, и, наконец, ось, закрепляющая весь механизм на бобышке-основании.
Все оси имеют в верхней части кольцевую проточку, служащую для закрепления проволочной шпильки-зажима.
Бобышка - металлическая. Снизу в бобышку вделаны три жала (патефонные иголки), позволяющие легко фиксировать основание на чертежной доске.
Линейки лучше всего делать пластмассовыми, например, из оргстекла (плексигласа) , толщиной 5 мм. Наиболее ответственной операцией является разметка и сверление отверстий в линейках, поэтому к ней нужно отнестись с особым вниманием. Чтобы обеспечить высокую точность и соосность отверстий, достаточно произвести разметку на одной линейке, сложить все линейки в пакет и просверлить по размеченной линейке отверстия во всех линейках за один прием. Диаметр отверстий старайтесь делать таким, чтобы втулочки входили в них плотно, с небольшим натягом.
Втулки вытачиваются из латуни по размерам, данным на рис. 2. Оси - стальные. Длина осей находится в прямой зависимости от длины втулки. Проволочные шпильки-зажимы согните из стальной проволоки диаметром 1,2-1,5 мм.
Бобышку-основание можно сделать из алюминиевого блока толщиной 39 мм. В нижней пласти бобышки в глухие отверстия заделайте кернением три иголки (можно от патефона), так, чтобы их острие выходило на 2-3 мм.

Спецификация деталей самодельного пантографа

Когда все детали будут готовы, соберите механизм пантографа. При сборке и подгонке деталей старайтесь добиться легкости движения всех звеньев механизма, для чего их трущиеся поверхности можно слегка смазать.
Заключительной операцией изготовления самодельного пантографа своими руками является маркировка отверстий на линейке, согласно которой легко будет выбрать масштаб увеличения (уменьшения) копии.
Соответствие маркировки с получающимися размерами обязательно проверьте опытным путем.

Как же работают с пантографом (копиром)?

Прежде всего на столе крепят в какой-то точке полюс (иглу) пантографа. Рисунок, с которого требуется снимать копию, располагают там, где находится шпиль, а чистый лист бумаги – под карандашом. Далее шпиль проводим по всем линиям рисунка, при этом карандаш автоматически вычерчивает увеличенный рисунок на бумаге. А если надо изобразить рисунок в уменьшенном виде, придется применять местами шпиль и карандаш, что при наличии гильз совсем нетрудно.
Обычно при работе с пантографом рука рисующего ведет шпиль по линиям узора. В таком случае на линейке рядом с карандашом придется укрепить груз (гайку, свинцовую пластинку), чтобы карандаш прижимался к бумаге. Но можно вести копирование и по-другому. А именно, вести рукой не шпиль, а карандаш, следя при этом за правильным ходом отметчика по линиям узора. В этом случае груз на линейке, понятно, не понадобится.

И еще несколько практических советов.
Если оригинал, с которого снимается копия, имеет слишком большие размеры и пройтись шпилем по всем его линиям за один раз не удается, просто переставьте иглу на новое место и продолжайте работу.
При увеличении (или уменьшении) рисунка или чертежа прямые линии и окружности обычно получаются некачественными. Поэтому придется исправить подобный брак с помощью линейки и циркуля.
Известно, что достаточно хорошая точность копии обеспечивается при увеличении оригинала не более, чем в 2...3 раза. Поэтому при необходимости увеличить рисунок в 4 раза лучше сначала укрупнить оригинал в 2 раза, а затем уже полученную копию снова увеличить в 2 раза.
Размеры линеек пантографа не возбраняется изменить, сделав меньше, например. В этом случае метод расчета мест положения отверстий на линейках остается прежним, то есть длину рабочей части линейки придется делить на коэффициент увеличения.

Пантограф (копир) для фрезера - это, собственно, фрезерно копировальный станок, за рубежом его обзывают Dupli carver (Дупликарвер).
Фрезерно копировальный станок, может копировать и фрезеровать детали авиа и судо моделей, наличники, плоскорельефные панно, гербы, деревянные монеты, картины, орнаменты и прочее. Очень удобно делать на этом станке все виды плоской и прорезной резьбы.

Принцип очень прост. Заготовка и шаблон детали закрепляются на столе, щупом станка обводится контур и элементы шаблона, а фрезер повторяя эти движения выфрезеровывает в заготовке копию шаблона.
Захотелось мне приобрести такую штуку для изготовления повторяющихся элементов декора, но посмотрев в интернете цены на данный продукт понял, что отдавать от 15000 и выше за эту игрушку я пока не готов. Самому сделать будет гораздо дешевле.
Нашел в интернете несколько самодельных конструкций, скинул себя на сайт в качестве подсказки, теперь на основе этих идей буду творить что-то свое, исходя из своих возможностей.

1. Простой из дерева.

Достоинства: простой в изготовлении, не требует значительных материальных затрат, можно сделать за один вечер.
Недостатки: возможно копии будут не достаточного качество, т.к. петли имеют довольно заметный люфт.

2. Металлический пантограф (копир) средней сложности.

Фото с ChipMarker.RU

Достоинства: использование принципа чертежного пантографа представляет возможность предусмотреть возможность изготовления копий в разных масшатабах; при качественном изготовлении деталей, копии будут довольно качественные.
Недостатки: требуются токарные работы по металлу, невозможно изготовлении объемных копий.

3. Фрезерно копировальный станок забугорный, фирменного изготовления

Дерево - один из основных материалов, которые использует человек в повседневной жизни для изготовления мебели, предметов внутреннего убранства, декоративных архитектурных элементов, хозяйственных и садовых принадлежностей и многого другого.

Копировальный станок по дереву.

Одну-две вещи можно сделать ручным инструментом либо с использованием деревообрабатывающего оборудования.

Но как обработать большое количество совершенно одинаковых изделий с наименьшими затратами труда и времени? В этом случае на помощь придут копировальные станки. Одним из них является копировально-фрезерный станок по дереву.

В статье рассматривается его устройство и принцип действия, а также предлагаются некоторые советы желающим изготовить аппарат самостоятельно.

Копировально-фрезерные станки (КФС) предназначены для обработки деталей из дерева методом копирования. Разновидности метода:

• контурное или 2-х мерное (2-D) фрезерование;
• объемное или 3-х мерное (3D) копирование.

Тот или иной метод используется в зависимости от формы обрабатываемого изделия.

Основное преимущество копировальных станков состоит в том, что можно изготавливать любое количество деталей с криволинейным контуром, являющихся копией исходного экземпляра. Все они будут абсолютно идентичными. В то же время станок обладает гибкостью, чтобы перейти на обработку другой детали, достаточно сменить эталон.

Поэтому сфера применения их достаточно широка: от мелкосерийного изготовления до массового производства. Наряду с достаточно большими станками для промышленного назначения существуют компактные настольные устройства. Копировальные станки используются в мебельном производстве, деревообрабатывающих цехах, в столярных мастерских индивидуальных предпринимателей.

В качестве рабочего узла в небольших станках часто используют фрезерные головки (фрезер). Частота вращения его достаточна, чтобы обеспечить требуемое качество поверхности (отсутствие сколов, расщеплений, заусенцев).

Примеры обрабатываемых изделий

Ниже показан далеко не полный состав продукции, изготавливаемой с помощью КФС:

• детали мебели - фасады, изголовья кроватей, спинки, ножки кресел и стульев;
• предметы интерьера - обрамление камина, деревянные панно, рамки, подставки;
• сувенирная продукция - статуэтки, шкатулки, медальоны;
• строительные конструкции - обрамление арочных окон, заполнение филенчатых дверей;
• архитектурные элементы - барельефы, декоративные фризы и бордюры, оконные наличники (прорезные или рельефные), карнизная резьба;
• декоративные ограждения - элементы перил, балясины, экраны с орнаментом, детали забора;
• деревянные элементы оружия - приклад, цевье;
• рукоятки садово-хозяйственного инструмента, например, топорища.

Как можно заметить, перечисленные детали имеют значительные отличия между собой, как по размеру, так и по форме. Если сгруппировать их по наиболее общим признакам, то становится очевидно, что для обработки деталей, относящихся к одной группе, требуется своя конструкция (компоновка) станка.

Принцип работы копировального устройства

Для тиражирования изделия используется один из экземпляров, служащий шаблоном. Головка с режущим инструментом (фреза) соединена в одно целое с копировальным щупом.

При 2-х мерном фрезеровании щуп движется по образующей копируемого контура, а вращающийся инструмент повторяет это движение, в результате чего получается копия шаблона.

Когда фрезеруют объемную деталь, копирующий наконечник сканирует 3-х мерную модель и заставляет фрезу двигаться по эквидистантной (подобной) траектории. Характер движений копировальных станков бывает 2-х видов:

• Шаблон и обрабатываемая заготовка неподвижны, режущая головка перемещается в продольном направлении, снимая за один двойной ход некоторый объем материала.
• Шаблон и заготовка (одна или несколько) вращаются, а фреза перемещается в радиальном направлении по копиру. В результате чего повторяет профиль копируемого сечения. При этом режущий узел или деталь равномерно передвигают вдоль продольной оси изделия.

Частным видом копировально-гравировальных работ является фрезерование рисунков или орнаментов по шаблону, представляющему собой наклеенную бумажную копию, распечатанную на принтере.

В качестве программы для создания рисунка можно использовать AVTOCAD, Компас, Word, Paint и другие. Чтобы не прорвать бумагу, в копирующий наконечник вставляют мягкую вставку (дерево или пластик).

Выбор компоновки самодельного станка

Что нужно знать, приступая к разработке своего оригинального устройства.

В первую очередь следует определить, для каких деталей оно предназначается. Далее следует выбрать формообразующие движения, количество осей станка. Для обработки плоских деталей методом контурного копирования достаточно 2-х осей: продольное и поперечное перемещение. Детали с невысоким рельефом требуют еще одного движения (перпендикулярного).

Однако, если рельеф крутопадающий, то ось инструмента необходимо дополнительно поворачивать, чтобы обеспечить лучшие условия для обработки. То есть, уже получается 4 оси. В некоторых случаях потребуется 5 и более осей. Представляя в голове технологию обработки, следует предусматривать все возможные ситуации. После изготовления станка внести дополнительные движения может оказаться проблематичным.

Наконец, станок необходимо скомпоновать таким образом, чтобы управляющие усилия были минимальными. Это означает, что подвижные узлы должны быть как можно легче. Подумайте - какую компоновку лучше выбрать: горизонтальную или вертикальную. Во-первых, от этого зависит удобство работы, а также загрузки и выгрузки обрабатываемых деталей. Во-вторых, при вертикальной компоновке стружка падает сразу на пол или в корыто, а не скапливается на основании или в механизмах станка.

Фрезерную головку следует выбирать максимально высокооборотную. Это является важным фактором, влияющим на качество обработки (уменьшается высота гребешков от фрезы).

Несколько примеров

Пантограф

Фото 1: станок для вырезания букв.

Применяется для плоской резьбы. В основе его конструкции лежит геометрическая фигура - параллелограмм. Одно из свойств этого механизма заключается в том, что узловые точки во время движения описывают эквидистантные кривые. Причем, если звено удлинять, то его конечная точка будет проходить большее расстояние. Это свойство позволяет использовать механизм для масштабирования.

На фото видно, что общая длина с копирующим наконечником на конце примерно в 2 раза длиннее стороны параллелограмма. Это означает, что механизм увеличивающий. Если наконечником копировать какую-либо фигуру, фреза в 2 раза ее уменьшит. Это позволит снизить погрешности копира. Не стоит забывать, что рисунок или шаблон при этом выполняется увеличенным.

Для изготовления пантографа потребуется покупной фрезер и несколько сухих досок. По-видимому, дешевле не бывает.

Станок с плоскопараллельным механизмом

Фото 2: контурное фрезерование

Область применения - также контурное фрезерование.

В отличие от пантографа, криволинейная траектория получается путем сложения 2-х взаинмо-перпендикулярных движений. 3-я ось служит для внедрения фрезы в толщу детали. Груз на противоположном конце поворотной рамы предназначен для уравновешивания системы.

Обратите внимание на небольшой изъян конструкции: груз лучше устанавливать на резьбовую шпильку, чтобы предусмотреть возможность регулировки.

Станок для объемного фрезерования

Фото 3: объемное фрезерование

В нижней части станины расположены 2 поворотных узла крепления копира и заготовки.

Фрезерная головка установлена на уравновешенной качающейся раме, которая при работе передвигается по взаимно перпендикулярным направляющим.

Вместо подшипников линейного перемещения или втулок скольжения, как в предыдущем устройстве, здесь используются роликовые каретки. Достоинством конструкции является открытое основание, благодаря чему облегчается удаление стружки.

Дупликарвер-2

Фото 4: станок для плоскорельефной и скульптурной резьбы

Серийный станок для плоскорельефной и скульптурной резьбы. Образец простоты: про такие конструкции говорят - две палки, две скалки. Имеет 5 управляемых осей:

• 4 поворота (боковые рычаги, поворотная рама, головка, рабочие столики);
• поперечное перемещение головки.

Продольное движение получается сложением 2-х поворотов: рычагов и рамы. В качестве силовой головки используется немецкий фрезер мощностью 500 Вт и с частотой вращения шпинделя 10 – 30 тысяч оборотов в минуту. Легко переносится одним человеком (вес - 28 кг).

Дупликарвер-3

Фот 5: обработка длиномерной объемной резьбы

К предыдущему станку добавлены еще 2 направляющих скалки (дополнительная линейная ось), а поворотные рабочие столики располагаются вертикально. В результате стало возможным обрабатывать длинномерную объемную резьбу.

Ниже показаны некоторые чертежи, которые могут быть полезными при изготовлении самодельного устройства.

Чертеж 1 - устройство пантографа

Чертеж 2 - схема фрезера, установленного на пантографе

Чертеж 3 - каретка для установки фрезера на плоско-копировальном устройстве

Видео: презентация самодельного копировального станка

Копировальный станок с ЧПУ своими силами - возможно ли это

Все рассмотренные выше устройства имеют ручное управление, то есть, несмотря на повышение производительности, человек остается прикован к механизму. Подобная работа довольно однообразна и утомительна. В массовом и крупносерийном производстве используют копировально-фрезерные станки, оснащенные числовым программным управлением (ЧПУ). Вся работа на таком оборудовании сводится к загрузке заготовок и снятию готовых изделий. В качестве примера на фото показан подобный станок.

От обычного фрезерного станка с ЧПУ копировальный отличается наличием программирующей системы. Традиционный станок с ЧПУ работает от управляющей программы, составленной оператором в системе, например, ARTCAM, по 3-D модели, которую разрабатывает на стадии проектирования инженер-конструктор. Если же изделие создано скульптором или дизайнером, его необходимо предварительно оцифровать, то есть создать 3-D модель. Эту работу выполняет инженер-программист.

На копировальном станке с ЧПУ управляющая программа составляется самой системой. При установке копируемого изделия дополнительная приставка ЧПУ ощупывает деталь и создает ее 3-х мерную модель, по которой автоматически формируется управляющая программа. Учитывая высокую стоимость комплектующих, проблемы с приобретением системы ЧПУ, изготовить самостоятельно копировальный станок с ЧПУ - что-то из области фантастики. Проще сделать фрезерный станок с ЧПУ (не копировальный), хотя с этим тоже не каждый справится.

Для тех, кто собирается заняться своим бизнесом, изготавливая поделки из дерева, а также для профессиональных столяров-краснодеревщиков изготовленный своими руками копировальный станок явится большим подспорьем. Его можно с успехом применять с целью художественного оформления загородной усадьбы, хозяйственных построек, детских площадок и других сооружений. Ювелирная, казалось бы, работа будет выполняться играючи и с высоким качеством.

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.