RU200165U1

RU200165U1 - Multifunctional desktop machine with numerical control

Info

Publication number: RU200165U1
Application number: RU2020109658U
Authority: RU
Inventors: Николай Геннадьевич Забродин; Сергей Якубович Алибеков; Наталья Александровна Забродина; Андрей Геннадьевич Забродин
Priority date: 2020-03-05
Filing date: 2020-03-05
Publication date: 2020-10-08

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к станкостроению, а именно к многофункциональным настольным станкам с числовым программным управлением. Станок содержит основание, расположенные на основании рабочий стол и две рельсовые направляющие перемещения по оси Y, портал, представляющий собой две направляющие перемещения по оси X. Перпендикулярно направляющим оси X установлена с возможностью перемещения по ним плита с закрепленными на ней направляющими по оси Z. На направляющих по оси Z размещена накладка с возможностью перемещения по оси Z. В портале две рельсовые направляющие перемещения по оси X расположены на верхней стяжке, которая прикреплена к основанию станка при помощи стоек с возможностью ее перемещения по двум рельсовым направляющим перемещения по оси Y. На накладке установлен блок обработки, выполненный в виде шпиндельного модуля, или лазерного модуля, или платформы для 3D-печати фотополимером, а для засветки фотополимера над выполненным в рабочем столе отверстием установлена ванна с прозрачным дном по форме и размерам, совпадающим с формой и размерам отверстия, и электронный блок управления станком, установленный в нижней части основания станка. Обеспечивается возможность обработки заготовок из различных материалов, а именно фрезеровки мягких металлов, древесины, пластика шпиндельным модулем, гравировки материалов лазерным модулем, электроэрозионной обработки твёрдых металлов, а также созданию объёмных деталей из фотополимера, путём его засветки ультрафиолетовым излучением через DLP матрицу.The utility model relates to the field of mechanical engineering, in particular to machine-tool construction, namely to multifunctional desktop machine tools with numerical control. The machine contains a base, a work table located on the base and two rail guides for displacement along the Y axis, a portal representing two guides for displacement along the X axis. Perpendicular to the guides of the X axis, a plate with guides fixed on it along the Z axis is installed for movement along them. guides along the Z axis there is a pad with the ability to move along the Z axis.In the portal, two rail guides for displacement along the X axis are located on the upper tie, which is attached to the base of the machine by means of racks with the ability to move it along two rail guides for movement along the Y axis. a processing unit is installed, made in the form of a spindle module, or a laser module, or a platform for 3D printing with a photopolymer, and a bath with a transparent bottom is installed above the hole made in the desktop to illuminate the photopolymer in the shape and dimensions that coincide with the shape and dimensions of the hole, and electronic control unit of the machine, installed in the on the bottom of the machine base. Provides the ability to process workpieces from various materials, namely, milling soft metals, wood, plastic with a spindle module, engraving materials with a laser module, electroerosive processing of hard metals, as well as creating bulk parts from photopolymer by exposing it to ultraviolet radiation through a DLP matrix.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к станкостроению, а именно к фрезерно-гравировальным и электроэрозионным станкам, 3D-принтерам, работающих по технологии, заключающейся в спекании смолы цифровым светодиодным проектором, и предназначена для производства изделий небольших размеров из металла, пластика или древесины.The utility model relates to the field of mechanical engineering, in particular to machine tool construction, namely to milling and engraving and electrical discharge machines, 3D printers, operating on the technology consisting in sintering resin with a digital LED projector, and is intended for the production of small-sized products from metal, plastic or wood.

Известен фрезерно-гравировальный станок (патент США №5340247 и №5697413). В данных станках не используют шариковинтовую передачу, которая обеспечивает эффективное преобразование вращательного движения в линейное движение, чтобы максимизировать тягу для двигателя заданного размера. В станках используют передачу винт-гайка с трапецеидальной резьбой. Данная передача не настолько эффективна в сравнении с шариковинтовой передачей, поскольку винт изнашивается или если муфта или ремень от винта к приводному двигателю ломается или проскальзывает, результирующая сила заднего привода может вызвать неконтролируемое падение вертикальных элементов.Known milling and engraving machine (US patent No. 5340247 and No. 5697413). These machines do not use a ball screw, which efficiently converts rotary motion into linear motion to maximize thrust for a given motor size. The machines use a screw-nut transmission with a trapezoidal thread. This transmission is not as efficient as a ball screw because the propeller will wear out or if the clutch or belt from the propeller to the drive motor breaks or slips, the resulting rear-wheel drive force can cause the vertical members to fall uncontrollably.

Патенты США №4973819 и №5848458 станки с числовым программным управлением портального типа, которые не предназначены для настольного использования и в основном специализированные.US Pat. Nos. 4,973,819 and 5,848,458 are gantry type numerical control machines that are not intended for desktop use and are mainly specialized.

Известен фрезерно-гравировальный станок (свидетельство на полезную модель № 22442, МПК В23С1/02), содержащий основание с рабочим столом, установленным с возможностью перемещения по направляющим.Known milling and engraving machine (certificate for useful model No. 22442, IPC В23С1 / 02), containing a base with a working table, installed with the ability to move along the guides.

К недостаткам данного устройства относится недостаточная точность обработки из-за перемещения рабочего стола одним мотором, ограниченность в выборе обрабатываемых материалов (например, углеродистых сталей) из-за низкой жёсткости конструкции.The disadvantages of this device include insufficient processing accuracy due to the movement of the desktop with one motor, limited choice of materials to be processed (for example, carbon steel) due to the low rigidity of the structure.

Технический результат - модульная конструкция даёт возможность обработки заготовок из различных материалов: фрезеровки мягких металлов, древесины, пластика шпиндельным модулем, гравировки материалов лазерным модулем, электроэрозионной обработки твёрдых металлов, а также созданию объёмных деталей из фотополимера, путём его засветки ультрафиолетовым излучением через DLP матрицу.EFFECT: modular design makes it possible to process workpieces made of various materials: milling of soft metals, wood, plastic with a spindle module, material engraving with a laser module, electroerosive processing of hard metals, as well as the creation of volumetric parts from photopolymer by exposing it to ultraviolet radiation through a DLP matrix.

Технический результат достигается тем, что многофункциональный настольный станок, содержащий основание, расположенные на основании рабочий стол и две рельсовые направляющие перемещения по оси Y, портал, представляющий собой две направляющие перемещения по оси X, перпендикулярно направляющим оси X установлена с возможностью перемещения по ним плита с закрепленными на ней направляющими по оси Z, на этих направляющих размещена накладка с возможностью перемещения по оси Z, согласно полезной модели, в портале две рельсовые направляющие перемещения по оси X, расположены на верхней стяжке, которая прикреплена к основанию станка при помощи стоек с возможностью ее перемещения по двум рельсовым направляющим перемещения по оси Y, на накладке установлен блок, который может быть шпиндельным/лазерным/ электроэрозионным модулем, либо платформой, необходимой для 3D-печати фотополимером, для засветки фотополимера над отверстием в рабочем столе установлена ванна с прозрачным дном по форме и размерам, совпадающим с формой и размерам отверстия, для электроэрозионной обработки заготовок на рабочем столе установлена ванна с рабочей жидкостью соответствующей размерам стола, электронный блок управления станком установлен в нижней части основания станка.The technical result is achieved by the fact that a multifunctional desktop machine containing a base, a work table located on the base and two rail guides for displacement along the Y axis, a portal representing two guides for displacement along the X axis, perpendicular to the guides of the X axis, a plate with guides fixed on it along the Z axis, on these guides there is an overlay with the ability to move along the Z axis, according to the utility model, in the portal two rail guides for displacement along the X axis are located on the upper tie, which is attached to the base of the machine by means of racks with the ability to movement along two rail guides, movement along the Y axis, a block is installed on the pad, which can be a spindle / laser / electroerosive module, or a platform required for 3D printing with photopolymer, a bath with a transparent bottom is installed above the hole in the working table and sizes, with flowing with the shape and size of the hole, for the EDM processing of workpieces, a bath with a working fluid corresponding to the size of the table is installed on the working table, the electronic control unit of the machine is installed in the lower part of the machine base.

Сущность предложенного технического решения поясняется иллюстрациями, гдеThe essence of the proposed technical solution is illustrated by illustrations, where

на рис. 1 показан общий вид станка, предназначенного для фрезеровки и гравировки с установкой шпиндельного или лазерного модулей;in fig. 1 shows a general view of a machine designed for milling and engraving with the installation of a spindle or laser modules;

на рис. 2 показан общий вид станка с установкой электроэрозионного модуля и ванны для рабочей жидкости;in fig. 2 shows a general view of the machine with the installation of an electroerosive module and a bath for working fluid;

на рис. 3 показан общий вид станка с установкой платформы для 3D-печати и ванны для фотополимера;in fig. 3 shows a general view of the machine with the installation of a platform for 3D printing and a bath for photopolymer;

на рис. 4 приведена схема печати фотополимером.in fig. 4 shows a diagram of printing with photopolymer.

Многофункциональный настольный станок содержит имеющий отверстие рабочий стол 1, установленный на основание 2, расположенные на основании 2 две рельсовые направляющие перемещения по оси Y 3, над рабочим столом 1 имеет возможность прямолинейного перемещения по двум рельсовым направляющим по оси Y портал, представляющий собой две направляющие перемещения по оси X 4, расположенные на верхней стяжке 5, которая закреплена на основании 2 при помощи левой стойки 6 и правой стойки 7.A multifunctional desktop machine contains a working table 1 with a hole, mounted on a base 2, two rail guides for displacement along the Y axis 3 located on the base 2, above the working table 1 has the ability to move linearly along two rail guides along the Y axis, a portal, which is two displacement guides along the X-axis 4, located on the upper brace 5, which is fixed to the base 2 using the left pillar 6 and the right pillar 7.

По двум рельсовым направляющим перемещения по оси X 4 осуществляется возможность перемещения плиты 8, на которой закреплены две рельсовые направляющие перемещения по оси Z 9, по которым может перемещаться накладка 10 по оси Z с установленным на ней блоком 11. Данный блок может быть представлен шпиндельным/лазерным/электроэрозионным модулем, либо платформой, необходимой для 3D-печати фотополимером. Возможность перемещений по осям X, Y, Z реализована посредством шариковинтовых передач 12, 13, 14 соответственно. Шариковинтовые передачи приводятся в движение благодаря шаговым двигателям осей X, Y, Z – 15,16,17 соответственно. Двигатели приводятся в движение при помощи электронного блока управления станком 20, установленным в нижней части основания 2, который включает в себя блок питания и также проектор для засветки фотополимера. Остановка двигателей осуществляется при помощи индукционных концевых датчиков оси X 18, индукционных концевых датчиков оси Y 19.Along two rail guides for displacement along the X 4 axis, it is possible to move the plate 8, on which two rail guides for displacement along the Z axis 9 are fixed, along which the pad 10 can move along the Z axis with a block 11 installed on it. This block can be represented by a spindle / laser / erosion module, or a platform required for 3D printing with photopolymer. The ability to move along the X, Y, Z axes is realized by means of ball screws 12, 13, 14, respectively. The ball screws are driven by stepper motors of the X, Y, Z axes - 15,16,17, respectively. The motors are driven by an electronic control unit of the machine tool 20, installed in the lower part of the base 2, which includes a power supply unit and also a projector for exposing the photopolymer. The motors are stopped by means of the X-axis inductive limit switches 18, Y-axis inductive limit switches 19.

Электроэрозионная обработка производится путём установки электроэрозионного модуля, представленного блоком 11, на плиту 8, ванна 21, соответствующей размерам стола, устанавливается на рабочий стол 1. Электроэрозионная обработка заключается в изменении формы, размеров, шероховатости и свойств поверхности заготовки под воздействием электрических разрядов в результате электрической эрозии. Высококонцентрированный в пространстве и во времени импульс электрической энергии (электрический разряд), преобразуемый между электродом-инструментом и электродом-заготовкой в тепловую. При этом в канале разряда протекают нагрев, расплавление и испарение материала с локальных поверхностей электродов, ионизация и распад рабочей жидкости. Ванна заполняется рабочей жидкостью. Разряды производятся периодически, импульсно, так чтобы среда между электродами восстановила свою электрическую прочность. Полярность зависит от длительности импульса, поскольку при малой продолжительности импульса преобладает эрозия (износ) анода, а при большой длительности импульса преобладает эрозия (износ) катода.Electric discharge machining is carried out by installing an electro discharge module, represented by block 11, on plate 8, bath 21 corresponding to the dimensions of the table is installed on the working table 1. Electric discharge machining consists in changing the shape, size, roughness and properties of the workpiece surface under the influence of electrical discharges as a result of electric erosion. Highly concentrated in space and time pulse of electrical energy (electrical discharge), converted between the tool electrode and the workpiece electrode into heat. In this case, heating, melting and evaporation of material from the local surfaces of the electrodes, ionization and decomposition of the working liquid occur in the discharge channel. The bath is filled with working fluid. Discharges are performed periodically, in pulses, so that the medium between the electrodes regains its electrical strength. The polarity depends on the pulse duration, since with a short pulse duration, erosion (wear) of the anode predominates, and with a long pulse duration, erosion (wear) of the cathode predominates.

Создание 3d объектов из фотополимера происходит следующим образом. В ванну 22 с прозрачным дном по форме и размерам, совпадающим с формой и размерам отверстия в рабочем столе, наливают фотополимер (материал для печати). Ванна 22 располагается над отверстием в рабочем столе 1, над проектором. На самое дно ванны погружается платформа, представленная блоком 11, отступая от дна на один (первый) слой печатающегося объекта (в этом «отступе» находится жидкий фотополимер). DLP матрица, освещаемая источником ультрафиолетового света, расположена под ванной, проецирует на дно ванны 22 картинку первого слоя и благодаря ультрафиолетовому излучению застывает только тот фотополимер, на который попало изображение с проектора. Далее платформа поднимается ещё на один слой и опять засвечивается новый слой, который прикрепляется к предыдущему. Тем самым шаг за шагом создаётся объёмная деталь.Creation of 3d objects from photopolymer is as follows. Photopolymer (material for printing) is poured into a bath 22 with a transparent bottom in shape and dimensions that coincide with the shape and dimensions of the hole in the working table. Bath 22 is located above the hole in the desktop 1, above the projector. A platform, represented by block 11, is immersed on the very bottom of the bath, retreating from the bottom by one (first) layer of the printed object (in this "indent" there is a liquid photopolymer). A DLP matrix illuminated by an ultraviolet light source is located under the bathtub, projects the image of the first layer onto the bottom of the bathtub 22, and due to ultraviolet radiation, only the photopolymer that gets the image from the projector freezes. Then the platform rises one more layer and again a new layer is illuminated, which is attached to the previous one. This creates a volumetric detail step by step.

Преимуществом установки стяжки 5 является увеличение жёсткости конструкции подвижного портала.The advantage of installing screed 5 is to increase the rigidity of the movable portal structure.

Технический результат заключается в обработке различных материалов, благодаря модульной конструкции станка.The technical result consists in the processing of various materials due to the modular design of the machine.

Claims

A multifunctional desktop machine containing a base, a work table located on the base and two rail guides for displacement along the Y axis, a portal representing two guides for displacement along the X axis, perpendicular to the guides of the X axis, a plate with the guides fixed on it along the axis is installed with the ability to move along them Z, on these guides a pad is placed with the ability to move along the Z axis, characterized in that in the portal two rail guides for displacement along the X axis are located on the upper tie, which is attached to the base of the machine by means of racks with the ability to move it along two rail displacement guides along the Y-axis, a processing unit is installed on the plate, made in the form of a spindle module, or a laser module, or a platform for 3D printing with a photopolymer; for illuminating the photopolymer, a bath with a transparent bottom is installed above the hole made in the worktable in shape and dimensions that match the shape and the size of the hole, and el Electronic control unit of the machine, installed at the bottom of the base of the machine.