Kopírovací frézka s vlastními rukama: zařízení, výroba

Jak ve výrobě, tak v domácích podmínkách často vzniká potřeba vyrobit díl, jehož tvar a rozměry jsou zcela shodné s originálním vzorkem. V podnicích se tento problém řeší pomocí zařízení jako je kopírovací frézka, která umožňuje vyrábět kopie originálního dílu ve velkých sériích a vyznačuje se vysokou rychlostí a kvalitou provedeného zpracování.

Jaký je proces frézování?

Kopírovací frézky a jakékoliv další vybavení frézovací skupiny najdeme téměř v každém průmyslovém podniku. To je vysvětleno skutečností, že operace frézování je jednou z nejběžnějších metod používaných k provádění obrábění. Tato technologie umožňuje provádět širokou škálu hrubovacích, polodokončovacích a dokončovacích operací s jednoduchými a tvarovými obrobky ze železných i neželezných kovů, opracovávat dřevo a plast. Moderní frézovací zařízení dokáže zpracovávat díly i těch nejsložitějších tvarů s vysokou přesností a produktivitou.

Existují dva hlavní typy frézování: protiběžné (posuv a otáčení nástroje jsou v různých směrech) a frézování dolů (nástroj se otáčí stejným směrem jako posuv). Řezná část nástrojů provádějících frézování je vyrobena z různých materiálů, což umožňuje nejen úspěšně opracovávat dřevo, ale také zpracovávat (včetně broušení) i nejtvrdší kovy a slitiny, umělý i přírodní kámen.

Frézovací zařízení se dělí na dva typy: obecné a specializované, které zahrnuje kopírovací frézku.

Možnosti kopírovacího frézovacího zařízení

Kopírovací stroj, který patří do skupiny frézování, je určen pro kopírovací a frézovací práce s plochými a prostorovými díly. Kromě toho lze takové zařízení použít k gravírování tvarových profilů, aplikaci nápisů a vzorů (i velmi složitých) na výrobky a provádění lehkých frézovacích operací na dřevě a jiných materiálech.

Příklad výsledku kopírovací frézky

Pomocí nástrojů s řeznými díly z různých materiálů se na kopírovacích frézkách opracovávají díly z litiny, různých druhů oceli a barevných kovů. Taková zařízení pro výrobu dílů v malých i velkých sériích úspěšně vyrábějí lopatky pro proudové motory a parní turbíny, lodní šrouby, střižné a kovací zápustky, oběžná kola pro hydraulické turbíny, formy na lisování a odlévání, formy atd.

Kopírovací frézka provádí technologické operace, které jsou pro univerzální zařízení prakticky nedostupné. Princip fungování takového stroje je založen na metodě kopírování, pro kterou se používá speciální šablona. Použití šablony eliminuje lidský faktor při zpracování i těch nejsložitějších dílů, díky čemuž mají všechny hotové výrobky stejný tvar a geometrické rozměry. Pohodlně lze jednu šablonu použít k přesné výrobě velké dávky dílů, které budou navzájem zcela identické.

Pro co nejpřesnější kopírování tvaru a rozměrů šablony je na kopírovací frézce instalována kopírka (pantograf pro router). Účelem takového zařízení je přesně přenést všechny pohyby z kopírovací hlavy na řezný nástroj.

Jak funguje kopírovací frézka?

Kopírovací frézky, jak již bylo zmíněno výše, se používají pro rovinné (opracování profilů) a objemové (opracování reliéfů) frézování. Jako pracovní nástroj využívají frézy, které při zpracování obrysu nebo objemové plochy součásti opakují pohyby kopírky. Spojení mezi pracovním prvkem a sledovacím systémem u ručních strojů zajišťují mechanické, pneumatické nebo hydraulické prvky nutné pro generování síly přenášené z kopírky na pracovní prvek kopírovací frézky.

Šablonou na takových strojích je plochý obrys nebo prostorový model, standardní výkres dílce nebo obrysu a prvkem, který čte tvar a rozměry šablony, je kopírovací prst nebo váleček, speciální sonda nebo fotobuňka. K výrobě šablony můžete použít hliníkový plech nebo plech z jiného kovu, plastu nebo dřeva. Šablona a obrobek jsou umístěny na otočném pracovním stole stroje.

Schéma pohyblivé části jednoho z typů kopírovacích frézovacích zařízení

Pracovní těleso kopírovacího frézovacího zařízení se uvádí do pohybu díky konstrukčním prvkům jako je šroub, šoupátko, solenoid, diferenciál nebo elektromagnetická spojka. Relé instalovaná v zesilovacích zařízeních kopírovacích frézek mohou být elektromagnetická, hydraulická nebo elektrooptická.

Kvalita obrobku (drsnost povrchu, přesnost tvaru a velikosti) závisí na takovém parametru, jako je rychlost pohybu sledovacího zařízení. V tomto případě lze dosáhnout následujících charakteristik hotového výrobku: drsnost – č. 6, přesnost profilu – 0,02 mm. Hlavními prvky výkonného obvodu takového zařízení jsou elektromotor a hydraulický válec.

Pantograf nainstalovaný na kopírovacím frézovacím zařízení zajišťuje kopírování v daném měřítku. Konstrukce pantografu se skládá z vodícího čepu, jeho osy, nástrojového vřetena a samostatné osy otáčení. Vřeteno a vodicí čep jsou umístěny na stejné kolejnici, jejíž poměr ramen určuje měřítko kopírování.

Pohybem po obrysu šablony uvede prst do pohybu hřeben, který se volně otáčí na ose. V důsledku toho na druhé straně stojanu vykonává vřeteno stroje stejné pohyby a zpracovává obrobek. Na kopírovacích frézkách pro kutily nebude takové zařízení také zbytečné, jeho přítomnost výrazně zvyšuje funkčnost zařízení.

Typy kopírovacích frézek

Vybavení kopírovací frézky může obsahovat různé typy pohonů. Na základě tohoto parametru se rozlišují:

• zařízení s pantografem (vhodné pro zpracování dílů ve 2–3 rozměrech);
• zařízení s kopírkou namontovanou na otočném stojanu pohybujícím se ve vertikální rovině;
• jednovřetenové a vícevřetenové stroje vybavené kulatými nebo obdélníkovými otočnými stoly;
• stroje, jejichž posuv je zajištěn mechanickými, elektrickými, hydraulickými zařízeními;
• fotokopírovací zařízení.

Domácí kopírovací stroj může být kterýkoli z těchto typů (včetně kopírovacích a brusek). Stačí si najít výkresy na internetu a vybrat komponenty.

Příklad domácí kopírovací frézky

Podle stupně automatizace a způsobu upevnění obrobku se rozlišují následující kategorie kopírovacích frézek:

• ruční nebo stolní, na kterém je obrobek upevněn mechanicky (na těchto zařízeních můžete vrtat otvory různých tvarů podle šablony);
• automatická zařízení stacionárního typu, na kterých jsou obrobky upevněny pomocí pneumatických svěrek (takové stroje pracují s hliníkem);
• automatická zařízení stacionárního typu s pneumatickými upínači, na kterých je instalována třívřetenová hlava (na těchto kopírovacích frézkách se současně vrtají trojité otvory, což neumožňuje výrobu jednotek dvou předchozích typů).

Jak funguje kopírovací frézka?

Jak je uvedeno výše, na kopírovacím frézovacím stroji je obrobek zpracován pomocí hlavního zařízení – kopírky. Veškeré pohyby kopírky po obrysu nebo ploše šablony jsou přenášeny díky speciálnímu (kopírovacímu) zařízení na pracovní hlavu stroje, ve které je fréza upevněna. Řezný nástroj tak přesně opakuje všechny pohyby kopírky použité k vybavení frézky.

Další domácí varianta

Pohyby prvků kopírovací frézky při obrábění součásti se dělí na hlavní (rotace a pohyb vřetena při řezání nástroje do materiálu obrobku, pohyb po obrysu pracovního stolu a suportu) a pomocné (pohyb vřetenové hlavy, saní a stolu ve zrychleném režimu, stejně jako montážní pohyby prováděné sledovacím stolem, kopírovacím prstem, dorazy a svěrkou, která fixuje hlavu vřetena).

U kopírovacích frézek pracujících na hliníku lze implementovat dvě schémata sledování: jednoduchá akce a zpětná vazba. Při implementaci schématu přímé akce se pracovní těleso stroje pohybuje díky tomu, že je pevně spojeno s kopírkou. Schéma zpětného působení takové spojení nezajišťuje a pohyby z kopírky k pracovnímu prvku nejsou přenášeny přímo, ale prostřednictvím sledovacího systému.

Jak bylo uvedeno výše, obrysové a objemové frézování se provádí na kopírovacích frézkách. Při obrysovém frézování dochází k pohybům kopírky v rovině rovnoběžné nebo kolmé k ose nástroje. V prvním případě může být pohyb pracovního stolu zařízení pouze podélný a řezací a kopírovací prst se pohybují svisle. Ve druhém případě se stůl pohybuje podélně i příčně. Při objemovém frézování se součást zpracovává po etapách – díky několika pohybům stolu a nástroje prováděným v rovnoběžných rovinách.

Schéma přímé akce lze realizovat také prostřednictvím pantografu, který umožňuje zmenšit velikost hotových výrobků ve vztahu k velikosti použité šablony (měřítko). Nejčastěji je takové přídavné zařízení, které lze snadno vyrobit sami, instalováno na strojích používaných pro gravírování a lehké frézování.

Další varianta vlastnoručně vyrobeného stroje

Jak vyrobit kopírovací frézku vlastníma rukama

Mnoho domácích řemeslníků by si rádo pořídilo kopírovací frézku pro vybavení své dílny, ale náklady na takové zařízení jsou poměrně vysoké. Mezitím, pokud máte touhu a aniž byste trávili spoustu času, úsilí a finančních prostředků, můžete takové zařízení vyrobit vlastníma rukama.

Domácí kopírovací frézovací zařízení přirozeně nelze srovnávat s profesionálními z hlediska výkonu, spolehlivosti a funkčnosti, ale takové stroje dokážou vytvářet i vysoce kvalitní kopie, pracovat se dřevem a zpracovávat obrobky z jiných materiálů. Mnoho lidí se pokouší připojit kopírovací zařízení ke stávající frézce, ale to je nepraktické, protože by to vyžadovalo předělat téměř celý stroj. Jak ukazuje praxe, je lepší sestavit svou domácí kopírovací frézku od nuly a vybrat pro to vhodné komponenty.

Níže uvedená fotografie ukazuje příklad domácího stroje s přídavkem ve formě videa. Tvůrce stroje vypráví příběh v angličtině, ale v zásadě je vše zcela jasné i bez překladu.

Domácí kopírovací frézka s pantografem

Nejjednodušší způsob, jak vyrobit kopírovací frézku vlastníma rukama, je podle standardního provedení, které zahrnuje nosnou konstrukci – rám, pracovní stůl a frézovací hlavu. Pohon zajišťující rotaci pracovního nástroje je elektromotor, který přenáší pohyb přes dvoustupňový mechanismus, umožňující dosažení dvou rychlostí. Pracovní plochu tohoto domácího zařízení lze výškově nastavit.

Mnoho z těch, kteří vyrobili kopírovací frézku vlastníma rukama, poznamenává, že při změně provozních režimů takové zařízení začíná vykazovat mnoho nedostatků. Nejčastějšími z těchto nedostatků jsou vibrace rámu stroje, zakřivení obrobku a jeho vychýlení, nekvalitní kopírování atd. Abyste se těmto problémům vyhnuli, je nejlepší kopírovací frézovací zařízení vysoce specializovat a ihned nakonfigurovat tak, aby zpracovávat obrobky stejného typu. To je vysvětleno skutečností, že je téměř nemožné vzít v úvahu všechny nedostatky, které vzniknou v univerzálním zařízení při změně provozních režimů.

Velký význam má velikost domácí kopírovací frézky, kterou je třeba zvolit v závislosti na velikosti obrobku, který na ní budete zpracovávat. Při zpracování velkých obrobků vznikají výrazné vibrace, které dokáže tlumit pouze masivní zařízení. Při takovém zpracování se vážná zatížení přenášejí na vodicí osy stroje, které tomu musí také odolat.

První věc, kterou musíte udělat, než si vyrobíte kopírovací frézku vlastníma rukama, je rozhodnout se o úkolech, které s její pomocí budete řešit. Od toho se bude odvíjet velikost pracovního stolu, způsob zajištění obrobků a šablony a směr pohybu řezného nástroje.

V závislosti na tom, jaké díly budete vyrábět na své domácí kopírovací frézce (a také na materiálu pro jejich výrobu), se volí výkon elektromotoru. Takže pro gravírování a jiné zpracování dřeva je elektromotor s výkonem 150–200 W docela vhodný.

Sonda a pracovní těleso stroje jsou k sobě pevně připevněny a instalovány nad pracovním stolem tak, aby se výška jejich umístění a jejich roviny zcela shodovaly. Po instalaci se taková konstrukce musí pohybovat vodorovně a svisle rovnoběžně se všemi stranami pracovní plochy.

Ve dvou videích níže hovoří další mistr o výrobě kopírovacího frézovacího stroje vlastníma rukama.