Станки дома Важные узлы
Станина, схема электропитания, привод с главным двигателем, предметный стол с шаговыми моторами в работе не должны создавать препятствий друг другу. Не менее важными узлами считаются кнопка аварийной остановки и пульт с кнопками, переключающими обороты шпиндельного привода.
Установите детали, позволяющие регулировать смещение предметного стола по оси абсцисс и ординат.
Смонтируйте шпиндель. Он ставится лишь после полного завершения работ над корпусом (без сборки боковин и задней стенки). Устанавливая мотор, оставьте возможность двигать этот привод по высоте и строго вертикально.
При невертикальном монтаже шпиндельного привода потребуется дополнительный конструктивный элемент, который позволял бы оператору станка выставить нужный угол наклона фрезы (или удостовериться, что шпиндель выставлен строго вертикально).
Среди прочих компонентов – винтовая передача, использующая зубчатые зацепы на шкивах и ремне. Такое соединение исключает проскальзывание ремня по шкивам. Равномерность передачи крутящего момента практически гарантирована.
При использовании шагового мотора для миниатюрного станка применяют кареточные комплектующие от большого принтера. Чем старше по году выпуска модель, тем более высокомощный шаговый двигатель в них применялся. Большой удачей считается матричный принтер: он больше, чем лазерные и струйные модели, подходит для переделки под такой станок. Трёхкоординатная машинка потребует, соответственно, трёх таких моторов. Если найти их не удалось самостоятельно (используя старую печатную технику), то используйте шаговые двигатели от китайского бренда Nema – достаточно лишь подождать доставки заказа от 10 до 100 дней, а рассчитаны такие движки на напряжение 12 вольт и ток до нескольких ампер.
Предпочтительными движками здесь считаются двух- или трёхкатушечные модели. Для каждого из двигателей понадобится свой контроллер (драйвер).
Используя крутящиеся зубчатки (колёса из инструментальной стали), вы сможете превратить вращательный момент в линейный. Чтобы получить максимальную точность, можно использовать шариковые винтовые парные детали (ШВП), однако такие запчасти не являются дешёвым решением. Используя для установки блоков гайки и крепёжные болты, снабдите их пластиковыми прокладками, чтобы снизить силу трения и уменьшить люфт.
Для шпинделя можно использовать любой коллекторный или бесколлекторный двигатель.
Вертикальная ступица, дающая возможность инструменту перемещаться по трём координатам, действует в пределах координатного стола. Ось выполняется в виде алюминиевого прута. Размеры этой детали должны соответствовать габаритам станка.
Если у мастера присутствует муфельная печь, то эту ось можно сделать самому лишь по чертёжным данным.
Сборка рабочей механической части начинается с закрепления первых шаговых двигателей на раме. Они размещаются за вертикальной осью. Эти моторы ответственны за горизонтальное и вертикальное перемещения. Передвижной портал, движущийся по оси абсцисс, переносит на себе шпиндельный привод и суппорт (ось, задающая высоту точки работ). Чем выше размещён портал, тем на более толстые детали при обточке мастер рассчитывает. Недостаток поднятого портала – неустойчивость к повышенному прикладываемому усилию.
Чтобы закрепить шаговый мотор, ответственный за координаты по высоте, а также прямые направляющие, применяйте все пластины, кроме боковых. Установите в этом же месте шпиндельную основу.
Для привода используйте заранее отобранные шпильки с гайками.
Для фиксации ротора шпиндельного мотора со шпилькой примените резиновую обмотку электрического кабеля, обладающего довольно широким сечением. Фиксирующими свойствами обладают и винты, всовываемые во втулочную деталь из нейлона.
Второй облом
Неприятность случилась примерно через пару недель после удачного запуска. Я оставил станок включенным в режиме ожидания, а сам отошел на пару минут. По возвращению меня ждал неприятный сюрприз, станок вел себя как Шварценеггер-Терминатор когда его Кристанна Локен заразила нано-роботами.
Настроение скатилось куда-то под плинтус. Я живо себе представил путешествие через всю Москву в сервисный центр. Да и просто вытащить 70 килограммовый кусок железа из тесного подвала то еще удовольствие.
Для очистки совести я решил заглянуть в китайские потроха. В моем ЧПУ вся электроника смонтирована на задней стенке портала. Вскрыть коробку оказалось не сложным. Под крышкой расположено 2 блока — блок питания и блок управления. Последний сразу вызвал подозрение.
Точнее, не сам блок, а то что было на нем. На нем было 2 очень подозрительных вентилятора. При подаче питания не включился ни один! Вскрытие одного из них меня слегка шокировало. Такое впечатление, что китайцы отлили его из одного куска г пластика, включая подшипники и провода.
Оба вентилятора были отправлены в помойку (к сожалению, я тогда не сфотографировал) их место занял один большой куллер от компьютерного блока питания.
Для лучшего охлаждения в задней крышке я насверлил дырок:
С тех пор, вот уже два с лишним года, электроника станка никаких проблем не доставляет. Риторический вопрос: почему это нельзя было учесть на производстве? Цена вопроса — 100 рублей. Не думаю, что я единственный кто столкнулся с такой проблемой…
Как собрать чпу-стол?
Чтобы по максимуму использовать возможности станка, его нужно поместить на прочный и устойчивый стол. Проще всего взять за основу старый стол и переделать его под новые нужды. Для работы нужно заранее подготовить:
- кнопку завершения работы;
- фиксатор роликов;
- зенковку и биты;
- дрель;
- электрическую отвертку;
- пилу;
- станок X-Carve;
- концевую фрезу на 4 дюйма с твердосплавным покрытием;
- твердосплавную фрезу на 4 дюйма, с 4 каналами, с шариковым наконечником;
- средства защиты слуха.
От старого стола нужно взять две большие полки и укрепить их. По четырем внутренним углам надо разместить угловые скобки, а по длине поперечной балки, которая проходит по нижней стороне — L-образные скобки. Чтобы закрепить полку, нужно добавить дополнительные деревянные подставки. После того как полка будет помещена на место, надо укрепить ее еще большим количеством скобок.
Чтобы найти разумное применение каждому сантиметру помещения, стол хорошо бы оснастить пегбордом, то есть перфорированной панелью для инструментов. Углы панели вырезаются электролобзиком, держатели для инструментов крепятся в отверстиях, на пегборд добавляются лотки для хранения мелких комплектующих.
Пространство в нижней части стола тоже прекрасно подходит для хранения объектов — в частности, барабанного шлифовального станка или настольной пилы. Для хранения материалов можно соорудить съемную полку, воспользовавшись для этого листом фанеры и заготовленными для ножек деревянными брусками. Ножки крепятся к листу фанеры с помощью угловых скоб.
Еще одну полку можно оборудовать наверху — иногда это помогает закрыть проводку от станка и розетку. Верхнюю полку укладывают на торцы стоек и прикручивают. У второй полки углы для ножек вырезают с помощью лобзика.
Компьютер
Отдельно хочу рассказать об управляющем компьютере. Как уже писал выше, изначально, я подключил станок к старенькому Pentium4. Сейчас уже не вспомню на каком он был чипсете,
для своего времени это была неплохая машинка. С первых же дней начали наблюдаться небольшие проблемы. Как правило, они заключались в единичных пропусках шагов. Еще очень раздражало то, что «0» по оси Z медленно но верно «уплывал». Особенно это было заметно при большом количестве повторений.
В тот момент я грешил на контроллер станка, как-никак, пока я не поменял родные куллеры он у меня пару раз серьезно перегревался. Но, через некоторое время, я обратил внимание на закономерность. Иногда, при включении компьютера наблюдался такой эффект: при запуске любого приложения в Windows сначала гас экран на пару секунд, после этого приложение запускалось.
Разбираться с этим не было ни времени ни желания. Я просто перегружал комп если мигал экран при запуске Mach3. Так продолжалось длительное время. Но с какого-то момента я стал понимать, что с компьютером что-то происходит. По-началу, было достаточно одной перезагрузки при старте.
Но со временем, для запуска системы в нормальном режиме, приходилось делать по 5-6 рестартов. Ну и в довершении всего стала «слетать» клавиатура. Лечилась выниманием/вставлением usb-разъема. В общем, пришло понимание того, что компьютеру пора на свалку.
Решил больше не экспериментировать и купить то, что рекомендует производитель. А производитель настоятельно советовал найти что-то на старом Intel Atom. Задача представлялась мне элементарной. Дерзкий план заключался в том, чтобы поехать на Горбушку и за 20 минут купить за 2 копейки то, что мне нужно.
Далее был Avito. Я обзвонил c десяток продавцов, у кого в объявлении был intel atom, результат тот-же: как только узнавали, что мне нужен atom с lpt, разговор заканчивался. Но, кто ищет тот найдет, после долгих мытарств я, наконец, нашел благодетеля, у которого была новая(!) плата на Atom D2700 с LPT, да еще за смешные 2500р.
После замены компьютера наступил, наконец, праздник: станок заработал как часы, шаги не пропускаются, «0» стоит как прибитый. С тех пор, мой ЧПУ стал приносить исключительно положительные эмоции.
На этом заканчиваю первую часть. Вторая будет целиком посвящена механике. Про то, как мне удалось приспособить обычный ЧПУ-роутер для решения не характерных для него задач. Обещаю, будет интересно.
Вторая часть
Муки выбора
Приняв решение обзавестись CNC-станком я встал перед дилеммой: купить готовый или собрать самодельный. Мне нужен был агрегат приличных размеров, т.к. в планах было использовать его в мебельных делах. Но, с другой стороны, я был сильно ограничен в выборе двумя вещами: бюджетом и размером мастерской (в моем распоряжении было 9 квадратных метров, уже изрядно заставленных).
Вот основные параметры выбора:
- Размер стола 1000х500
- Хорошая жесткость стола и портала
- Реечная передача по осям X и Y
Последний пункт важен: для столярных дел нужна хорошая скорость перемещения портала. Винтовая передача ооочень медленная.
Почитав тематические форумы мне стало понятно, что не имея опыта работы с металлом в обозримом будущем нормальный станок сделать не получится, а в многолетний проект с неясным результатом влазить тоже не хотелось.
Оставалось купить готовый. Искать что-то дешевое в Китае показалось не логичным — доставка 80-100 килограммов железа обещало вылететь в копеечку. Несколько месяцев мониторил авито, но там продавали либо промышленные станки большого размера, либо не очень качественные маленькие самоделки.
Поизучав московский рынок производителей ЧПУ, более-менее в моем бюджете я нашел 3 компании (описываю события двухлетней давности, сейчас ситуация может быть другая). Чтобы не расстраивать НЛО, не буду приводить их названия. Станок с подходящими характеристиками нашелся у одного из этих 3 производителей.
На тематических форумах отзывы об этом производителе были не самые лестные, но откровенно ругательных было тоже немного. Основной посыл отзывов был «Комплектующие — Китай, сервис хреновый, но за эту цену ничего лучшего нет». К слову, «эта цена» роутера со шпинделем была в районе 115k вечно деревянных…
Подготовительные работы
Если вы решили, что будете конструировать станок с ЧПУ своими руками, не используя готового набора, то первое, что вам необходимо будет сделать, — это остановить свой выбор на принципиальной схеме, по которой будет работать такое мини-оборудование.
Схема фрезерного станка с ЧПУ
За основу фрезерного оборудования с ЧПУ можно взять старый сверлильный станок, в котором рабочая головка со сверлом заменяется на фрезерную. Самое сложное, что придется конструировать в таком оборудовании, — это механизм, обеспечивающий передвижение инструмента в трех независимых плоскостях.
К устройству, собранному по такой принципиальной схеме, легко подключить программное управление. Однако его основной недостаток заключается в том, что обрабатывать на таком станке с ЧПУ можно будет только заготовки из пластика, древесины и тонкого листового металла.
Облегченный вариант фрезерного станка с ЧПУ для работы с мягкими материалами
Применение шагового двигателя в вашем фрезерном станке даст возможность избежать использования винтовой передачи, а функциональные возможности и характеристики самодельного оборудования от этого не станут хуже. Если же вы все-таки решите использовать для своего мини-станка каретки от принтера, то желательно подобрать их от более крупногабаритной модели печатного устройства.
Узел ременной передачи
Одним из наиболее важных узлов любого подобного станка является механизм фрезера. Именно его изготовлению необходимо уделить особое внимание. Чтобы правильно сделать такой механизм, вам потребуются подробные чертежи, которым необходимо будет строго следовать.
Подготовка
Прежде чем провести подготовку к сборке станка-фрезера или лазерно-гравировального аппарата, определитесь с требованиями, которые не остаются без внимания опытных мастеров.
В первую очередь корпус (рама, станина) должен обладать достаточной жёсткостью, т. к. механическая сила, которая прикладывается к детали в процессе обточки, сверления, прорезания технологических отверстий в заготовке, немалая.
Обработка деталей должна обладать заявленной в конкретной спецификации точностью и чёткостью. Вам ничто не мешает заказать китайские готовые комплектующие, однако основа чаще всего изготавливается из подручных средств.
Размер деталей также имеет значение. Собирать станок, который займёт весь верстак на столешнице площадью в 2 м2, когда планируется выточка мелких деталей, запчастей для механизмов и устройств, нерационально.
Длина, ширина и высота машинки определяют то пространство, которое она будет занимать в помещении.
Решив три этих задачи, подготавливают необходимые материалы и инструменты.
- Для изготовления корпуса станка по дереву подойдёт цельнодеревянная доска, профильный лист МДФ или ДСП либо фанера. Последняя, наряду с массивом древесины, обладает наибольшей прочностью. А вот для станка по металлам лучшей конструкции, чем стальная, не найти.
- Шпиндельный мотор для древесины не должен быть более 2 кВт по мощности. Для предотвращения затяжных технологических перерывов каждые 15 минут шпиндельный двигатель желательно оснастить радиаторно-водяной системой отвода тепла.
- Инверторный электрический модуль подбирается под мощность двигателя. В связи с надёжностью и повсеместным распространением шаговых двигателей применяется система «мотор-драйвер». Плата драйвера вырабатывает импульсные или переменные токи, заставляющие вал двигателя поворачиваться на конкретный угол либо совершать несколько полных оборотов. Три шаговых двигателя обеспечивают перемещение заготовок по всем трём координатным осям.
- Кабельный короб ставится для защиты проводки от случайной порчи при работе – привод и предметный стол часто и помногу перемещаются.
В числе прочих компонентов – фрезеровальный зажимник (патрон для резаков), охлаждающий шланг, шарикоподшипниковые комплекты, муфта (передаёт плавный ход от шагового двигателя и обеспечивает совмещение его с редуктором по оси), фрезерные резаки, метизы, водопомпа (насос), шпильки. В качестве инструментов нужны:
сварочный агрегат инверторного типа с рядом электродов;
- болгарка с набором отрезных дисков по металлу и дереву;
универсальная отвёртка с набором насадок;
- молоток, пассатижи, универсальные разводные ключи (не менее двух);
паяльник, канифоль, припой, паяльный флюс;
Из расходников – изолента, универсальный клей (столярный, эпоксидный и/или «Момент-1»), резиновый герметик, фум-лента.
Народные умельцы изготавливают фрезеры на основе компакт-дисков и дисководов для них. Используя данные компоненты, пользователь получит весьма компактный станок.
Более совершенной основой для другого варианта служит старый фирменный принтер от известных производителей, к примеру, устройства HP LaserJet, достигшие отметки максимума продаж в 2005 году.
Общая поэтапная инструкция по сборке включает в себя ниже перечисленные стадии.
Поиск или создание чертежа – сборочной инструкции, где все этапы, включая компоновку электрики и электроники, описаны подробно. Для создания чертежа используются программные средства типа Autocad или Visio.
После приобретения необходимых компонентов мастер формирует станину. Собирать её до покупки данных запчастей не рекомендуется – её габариты не согласуются с конфигурацией будущего устройства.
Монтаж и наладка шпиндельного агрегата с главным мотором. На двигатель ставят систему охлаждения. Для устранения протечек применяют герметик – после затвердевания он превращается в некое подобие резины.
Монтаж электропроводки и кабелей, пульта, кнопки аварийного отключения станка.
Размещение и подключение электронной платы (микроконтроллера). Можно использовать, к примеру, электронный модуль типа KY-2022 – пятиосевой контроллер CNC для драйвера шагового двигателя с кабелем DB-25. Большинство пользователей отдают предпочтение микроконтроллерам бренда Arduino.
Опробование работы собранного станка, загрузка электронных версий чертежей будущих заготовок, которые изготовятся на данной машинке.
Если техника работает чётко, то можно разработать план производства, закупить материалы и расходники для нее и выйти «на поток» – выпустить первую (пробную) партию деталей.
Простой и недорогой 3-х осевой станок с чпу своими руками
Целью этого проекта является создание настольного станка с ЧПУ.
Можно было купить готовый станок, но его цена и размеры меня не устроили, и я решил построить станок с ЧПУ с такими требованиями:- использование простых инструментов (нужен только сверлильный станок, ленточная пила и ручной инструмент)- низкая стоимость (я ориентировался на низкую стоимость, но всё равно купил элементов примерно на $600, можно значительно сэкономить, покупая элементы в соответствующих магазинах)- малая занимаемая площадь(30″х25″)- нормальное рабочее пространство (10″ по оси X, 14″ по оси Y, 4″ по оси Z)- высокая скорость резки (60″ за минуту)- малое количество элементов (менее 30 уникальных)- доступные элементы (все элементы можно купить в одном хозяйственном и трех online магазинах)
— возможность успешной обработки фанеры
Станки других людей
Вот несколько фото других станков, собравших по данной статье
Фото 1 – Chris с другом собрал станок, вырезав детали из 0,5″ акрила при помощи лазерной резки. Но все, кто работал с акрилом знают, что лазерная резка это хорошо, но акрил плохо переносит сверление, а в этом проекте есть много отверстий. Они сделали хорошую работу, больше информации можно найти в блоге Chris’a. Мне особенно понравилось изготовление 3D объекта при помощи 2D резов.
Фото 2 — Sam McCaskill сделал действительно хороший настольный станок с ЧПУ. Меня впечатлило то, что он не стал упрощать свою работу и вырезал все элементы вручную. Я впечатлён этим проектом.
Фото 4 — Bret Golab’s собрал станок и настроил его для работы с Linux CNC (я тоже пытался сделать это, но не смог из-за сложности). Если вы заинтересованы его настройками, вы можете связаться с ним. Он сделал великую работу!
Работы подготовительного этапа
Чтобы сделать самодельный ЧПУ для фрезерования, есть два варианта:
- Берёте готовый ходовой набор деталей (специально подобранные узлы), из которого собираем оборудование самостоятельно.
- Найти (изготовить) все комплектующие и приступить к сборке ЧПУ станка своими руками, который бы отвечал всем требованиям.
Важно определиться с предназначением, размерами и дизайном (как обойтись без рисунка самодельного станка ЧПУ), подыскать схемы для его изготовления, приобрести или изготовить некоторые детали, которые для этого нужны, обзавестись ходовыми винтами.
Есть различные примеры выбора варианта. Зачастую выполняют станок из МДФ, многие используют фанеру для изготовления самого рабочего стола, других деталей, также для направляющих можно купить трубу нержавеющую.
Возможна схема фрезерного станка с ЧПУ, в котором взяли, как основу, старый сверлильный станок, и рабочую головку со сверлом заменили на фрезерную.
А для этого нужно сконструировать механизм (в его конструкции есть подшипник), отвечающий за то, чтобы инструмент перемещался в трех плоскостях (по осях). Обычно его собирают на базе кареток принтера. Когда выполнена сборка по такой принципиальной схеме, останется подключить к устройству программное управление.
Если принято решение создать станок ЧПУ своими руками и обойтись без готовых наборов узлов и механизмов, крепёжных деталей, нужна та схема, собранный по которой станок будет работать.
Обычно, найдя принципиальную схему устройства, сначала моделируют все детали станка, готовят технические чертежи, а потом по ним на токарном и фрезерном станках (иногда надо использовать и сверлильный) изготовляют комплектующие из фанеры или алюминия. Чаще всего, рабочие поверхности (называют еще рабочим столом) – фанерные с толщиной 18 мм.
Самодельные станки чпу из деталей старых принтеров — радио для всех
В первую
очередь эта конструкция адресована моделистам. Для моделиста построить то что я
предлагаю, вообще не проблема (строили и вещи и посложнее), а польза от
использования подобного устройства с лихвой перекроет затраты труда, времени и
денег. Я сам моделист, поэтому знаю, что говорю. Кстати, о деньгах. Скажу сразу
— не дорого! Относительно не дорого. Самая дорогостоящая часть станка —
направляющая с двумя каретками. В станке 6 таких направляющих. Остальное:
шаговики (например, от старых принтеров); контроллер (электронщики спаяют
сами); фанера, винты, подшипники (с рынка)… — все это у кого, как получится.
Даже если не паять драйвера самому, а купить готовый контроллер на три оси,
думаю, за все про все можно уложиться тысяч в 30, или даже меньше. Доступно
это? Для большинства моделистов — вполне!думаю, за все про все можно уложиться
тысяч в 30, или даже меньше. Доступно это? Для большинства моделистов — вполне!
Итак.
•Вся конструкция станка будет
выполнена из фанеры 4, 8 и 10 мм.
•Столешница деревянная, из клееной
мебельной панели толщиной 20 мм.
•Комплектующие — мелкие рельсовые
направляющие с каретками от старых приборов (но их можно купить, например, в
«Сервотехнике»).
•Резьбовые шпильки с рынка.
•Ходовые гайки и переходные втулки
придется заказать токарю.
•Еще нужны шаговые моторы и
контроллер на три оси. Вот, собственно, и все. Это по крупному. А по мелочи
•подшипники (простые, не
радиально-упорные), шурупы 3х10 для крепления рельс (не саморезы, а именно
шурупы с полукруглой головкой) , винты М3, обрезок алюминиевой прямоугольной
трубы 40х80х4 мм и небольшие полоски алюминия толщиной 2 .3 мм.
Что же я
ожидаю от фанерного станка с такими комплектующими? Много чего хорошего.
Во-первых.
При условии небольших рабочих ходов по Y(200…250
мм) и Z(50…70
мм), ожидю получить приличную жесткость, достаточную для того, чтобы пилить
бальзу, фанеру и пластики с точностью до 0,1 мм на длине 400…500 мм. Такая
точность удовлетворит моделиста в подавляющем большинстве случаев. А может,
точность будет и выше, ведь основа ходовой части станка — весьма точные
станочные направляющие. Не удивлюсь, если станок будет пилить тонкий алюминий и
карбон. Однако, тут могут возникнуть проблемы с охлаждением. Лить СОЖ на
деревянный станок я бы не стал, но организовать струю воздуха под хорошим
напором в зону реза вполне можно. Я работал с таким охлаждением. Это лучше, чем
вообще ничего.
Во-вторых.
Станок будет портативный , технологичный и легкий в изготовлении. Подгонка
деталей и настройка — не проблема. Долго ли он прослужит? Долго. Я думаю,
станок переживет не одну замену износившихся ходовых винтов. Ремонтопригодность
также будет на высоте. Дерево, а тем более фанера, отличный материал.
Достаточно вспомнить, деревянные корабли и фанерные самолеты. Да что там
самолеты! Столы и стулья достаточно вспомнить.
Из
инструментов потребуются: лобзик, дрель, ножовка по металлу, шкурка и
напильники. В основном, конечно, лобзик.
Признаюсь
сразу, сам я этот станок лобзиком не выпиливал. Пилил на новом станке ЧПУ, так
сказать, для обкатки. Ручками это, конечно, посложней. Однако, за свою жизнь я
столько навыпиливался ручным лобзиком, что могу судить профессионально -сложно,
но можно! В основном используется фанера 8 мм. Если работать по вечерам, то это
не одна неделя выпиливания и подгонки, опять же, если стараться и не халтурить.
Так что,
кто не любит работать ручками — лучше не браться. О фанере.
Моделисты
хорошо знают свойства этого материала и им не надо объяснять особенности
конструирования изделий из фанеры и дерева. А особенности эти есть.Главная
особенность — фанера не дружит с винтами и гайками, совсем не дружит! Даже
шурупы и саморезы для фанеры это плохо. Фанерная конструкция, детали которой
соединены таким образом, разболтается очень быстро. Винты, гайки, саморезы —
только помогают клею, который и обеспечивает надежное соединение.
Кстати о клее.
Для
склеивания фанеры можно использовать любой древесный клей, подходящий для
конкретных условий эксплуатации. Условия эксплуатации у нас простые — на улице
под дождем и снегом станок работать не будет, только дома. Поэтому, вполне
подойдет ПВА. Очень хорошо использовать густой циакриновый гель, однако, он
намного дороже. И все-таки, без эпоксидки не обойтись — эпоксидные составы
незаменимы при склеивании металла и фанеры, а в нашем станке такие места есть .
Ударная
вязкость материала (способность гасить вибрации) параметр один из самых
важных. У
фанеры этот параметр на высоте. Что для станка, конечно, хорошо. Один из
главных недостатков фанеры — выраженная анизотропия механических свойств. Например
модуль упругости фанеры вдоль и поперек волокон в среднем отличатся в 2 раза.
Этот факт надо обязательно учитывать при конструировании деталей, какие бы
маленькие они не были.Вообще, деталей в фанерном
изделии должно быть много. Чем их больше, тем ровнее, жестче и надежней
получается конструкция. Отдельные детали ребер, подкосов, косынок, упоров,
сухарей, планок и прочее в том же духе, т.е. всего того, что для
конструирования из металла является плохим тоном, для фанеры — очень даже
хорошо! Парадокс? Вовсе нет. Клееная конструкция сродни сварной, или даже
литой. Можно получить большие и весьма замысловатые корпусные сборки, склеенные
из множества простых плоских деталей, причем жесткость таких сборок оказывается
на высоте. Например, на модели самолета клееная моторама из фанеры 6 мм отлично
держит ДВС 20.25 кубов и не
разваливается, и жесткость достаточная.Это позволяет свести количество
разъемных соединений до минимума. Например, этот станок содержит всего 6
относительно крупных клееных корпусных узлов, которые будут свинчены
Еще из
особенностей.
ВСЕ
детали, составляющие клееную сборку, какие бы маленькие они не были, должны
быть на шипах. Шипы в пазы должны входить плотно, с небольшим натягом. Это
позволяет выровнять конструкцию и сохранить в дальнейшем геометрическую
точность изделия.Округлость форм распределяет нагрузку и предотвращает
сколы материала на углах.
Направляющие и винты.
Шариковые
линейные направляющие. Почему они? Потому что в данном случае они проще и
надежнее любых других. Направляющие это тот элемент конструкции, в котором надо
быть стопроцентно уверенным. Мы как бы цепляемся за заведомо точные покупные
элементы и «наворачиваем» остальную конструкцию вокруг них. Кроме
того, плоский рельс крепится по плоскости. Множество шурупов, которыми крепится
рельс, это тоже плюс.Все это позволяет распределить
нагрузку и облегчить фанере жизнь, в отличии от круглых направляющих, которые
на концах в месте крепления создают концентрацию нагрузки, что для фанеры
плохо. В принципе, можно применить круглые направляющие на подложке, но они
более габаритны, а нам раздувать размеры станка не выгодно.Я
использую направляющие SBMNS09 с шириной
рельса 9 мм. Несмотря на миниатюрность это достаточно мощное устройство. Одна
каретка держит в динамике 142 кг, а в статике и того больше — 290 кг. Это за
глаза, с запасом. Ходовые винты — это резьбовые шпильки с рынка. На Yи Z— М8, на
Х — М10. Подшипниковые узлы просты, как правда — в фанерных пластинках делаются
отверстия для подшипников, а между ними прокладывается дюралюминиевая пластинка
(толщина 2 мм), в которую подшипники упираются. Сам винт фиксируется обычными
гайками на «Локтайте». Простенько и сердито. Задача максимально
облегчить замену винтов. А менять их придется. Ходовые гайки у меня
капролоновые, а капролон материал серьезный. Даже при наличии смазки
капролоновая гайка интенсивно стирает сырую резьбовую шпильку. Поэтому винт
должен быть простым — отрезал новый кусок от покупной шпильки и вставил,
желательно без дополнительной обработки концов.
Как
быстро сотрется винт? Понятия не имею! Но то, что сотрется, это точно, а вот
гайка будет жить! И это для бюджетного станка хорошо, т.к. гайку надо
заказывать токарю, а это дороже шпильки.
Рабочее поле и габариты станка.
Рабочее
поле станка будет 75х200х600 мм. Почему 75х200 я уже писал — чем меньше, тем
лучше (в смысле, проще обеспечить необходимую жесткость). А вот почему 600, а
не 700 или 800? На самом деле габарит по Х не принципиален. Можно сделать и
1000, были бы рельсы нужной длины. У меня рельсы максимальной длины 730 мм,
поэтому рабочее поле получилось 600 мм, а вообще, какая нужна длина, такую и
можно сделать. Только один нюанс. Чем длиннее столешница, тем она должна быть
толще.
На счет
масла. Масло фанере не вредит. Обычную строительную фанеру пропитывают горячей
олифой для придания ей водостойкости (например, при использовании в качестве наружной
обшивки лодки или катера. У меня был такой). Кроме того, существует
бакелизированная фанера. У нее слои склеены клеем на основе
фенолформальдегидной смолы. Эта фанера вообще ничего не боится и, к тому же,
гораздо прочнее обычной (800 кг/см2 вдоль волокон рубашки). Есть, так
называемая, авиационная фанера, тоже очень подходящая для наших целей. В общем
есть простор для творчества.
Цитата:
Интересно,
можно ли рассчитать жесткость такого станка в СолидВоркс, как делают для
металлических? И что покажут расчеты?
Вряд ли
получится из-за, как я уже говорил, выроженной анизотропии механических
свойств. Имеет значение направление волокон наружних слоев склееных деталей,
клеевой слой неравномерен, клей пропитывает древесину и меняет ее свойства и
т.д. и
т.п.Короче,
ничего полезного подобные расчеты не дадут.Продолжим.
Вот балка портала.
Некоторым
может показаться, что тонкие ребрышки только усложняют и ничего полезного не
дают. Это неправильно.
Дают. И
еще как! Не забывайте, ребрышки не привинчены, а ПРИКЛЕЕНЫ! Это монолитная
конструкция
После
склейки балки портала, верхнюю и нижнюю грани (там, где будут рельсы)
необходимо отшлифовать таким образом, чтобы добиться их параллельности. На
металлическом станке эти поверхности фрезеруются. А мы шкуркой на ровном
бруске. Расстояние между этими гранями (70 мм) точно выдерживать не надо. Ось Zсвоими
кронштейнами, при помощи которых она крепится к рельсам балки, как бы ее
обнимет, поэтому, добиваясь параллельности, можно не стесняться сошкуривать.
Теперь
вклеиваем балку в стенки портала, или стенки приклеиваем к балке…, ну, в
общем склеиваем. Портал получается весьма жесткий.
Посмотрим на станок снизу
Траверса,
на которую ставится портал, крепится к кареткам направляющих. Площадь монтажной
поверхности каретки маленькая и, затягивая винты, можно вдавить каретку в
фанеру. Поэтому, в этом месте, между каретками и траверсой надо проложить
дюралевую полоску, для жесткости. Полоска, естественно, приклеивается к траверсе
эпоксидкой.Траветса не симметричная, для того, чтобы сэкономить
габарит стола
О подшипниках
Радиальные
однорядные подшипники могут воспринимать не только радиальные, но и осевые
нагрузки, действующие в обоих направлениях вдоль оси вала и не превышающие 70% неиспользованной
допустимой радиальной нагрузки.
Это не я
сказал, это справочник подшипников качения. Даже подшипники миллионники (т.е.
легких серий) на диаметр 10 мм допускают радиальную нагрузку далеко за 200 кг.
Радиальные нагрузки у нас мизерные, поэтому подшипник может воспринимать вдоль
оси почти все эти 200 кг. Подшипников в узле у нас два. Это выше крыши. Упорные
подшипники тут просто не нужны.
Это уже я.
Если
для передачи момента от двигателя используется не муфта с упругим элементом, а
жесткая втулка, то свободный конец винта вполне можно повесить на двигатель.
Это компромисс, но оправданный.Что касается оси Z, то вертикальный ходовой винт
(если он короткий) висит почти на всех станках и ЧПУ и на простых. Это обычная
практика.
Ножки
станка
Кронштейны,
на которых держется ось Z, сделаны
из обрезка алюминиевой квадратной трубы с толщиной стенки 4 мм.
Вклейка
узла подшипников оси Z.
Винты с гайками
установлены для более точного совмещения отверстий под подшипники при склейке
пакета. Отрезок резьбовой шпильки — для контроля параллельности оси винта и
основания каретки.
Соединение винта и шагового
двигателя
Главная
задача, чтобы не было люфта в осевом направлении. В радиальном направлении
может быть небольшой люфт. Не надо подходить к этому станку с позиции«ВЗРОСЛОГО»
станка. Компромисы есть в любой конструкции, в этой их просто побольше.
Винт
крепится к мотору при помощи втулки.
Устанавливаем
винт Y. Стопорение
гаек я сделал при помощи стопорных установочных винтов. Гайки М8 достаточно большие,
чтобы просверлить в них отв.МЗ для установочных винтов.
В
принципе, можно контрить «Локтайтом», но для настройки, естественно
удобнее так.Ось Zпроектировалась
под «Проксон» — самый подходящий для такого станка шпиндель. Временно
собираем, смотрим, как выглядит, ну, и еще раз проверяем.
Оформляем ось Z.
Чертеж втулки
приводил выше. В гайке для натяга подшипников сверлим отв. М3 для ее
стопорения. Теперь гайка.
Как я уже
говорил, гайка из капролона. Длина гайки 25 мм, включая фланец толщиной 5 мм.
Резьба в гайке М8, поэтому диаметртела гайки — 12 мм, для Zэтого достаточно.
Диаметр фланца — чем больше, тем лучше (какую заготовку найдете). Фланец потом
нужно выпилить по месту ножовкой. Это не трудно. Ну, и крепежная пластина
толщиной 2…3 мм. Она тоже делается по месту.
Возникает
вопрос — по месту, это по какому месту? Чтобы получилось приблизительно так,
как на следующем фото. Достигается это путем нескольких примерок.
Пластина
ходовой гайки приподнята над кронштейном портала. Вплотную положить получилось.
Мешают винты, крепящие защитные скребки у кареток. Но так даже лучше.
Снивелировались набежавшие допуски.
Каретка Zпри
вращении винта Zперемещается
нормально, люфтов нет, жесткость хорошая.
Устанавливаем
двигатель на винтах с гайками.
Все. Ось Zготова
полностью. Собираем и пробуем портал
На первый
взгляд может показаться — как это прикрученная заранее к пластине-поводку
ходовая гайка потом не клинит? Не клинит. На то он и станок из фанеры -тонко
нулевочкой подгоняем и… все в порядке. На самом деле, гайку к поводку можно
прикрепить сотней разных способов. Точно так же как и гайку Zк кронштейну
можно прикрепить как угодно. Это не принципиально. Принципиальна в этой
конструкции одна вещь — это рельсы с каретками. Больше ничего!
Корпус контроллера
самодельный. Внутри, кроме самого покупного контроллера на 3 оси, установлена
плата пром. компьютера типа PC-104,
дисковод.
Следующий
этап — калибровка и выпиливание деталей для крепления кабелей.
Настроил
и выпилил полку для кабельного канала по Y.
Фанера 3
мм, фреза диаметром 1 мм «кукуруза», подача 450 мм/мин.
Подачу
можно было бы сделать и больше, но Проксон дает только 20 000 об/мин, что для
фрезы 1 мм по фанере — маловато.
Точность
— в пределах 0,1 мм или точнее. На фанере замерить трудно.
Получилось
вот так
Следующий
этап установка кабельного канала по Х.В принципе, станок работает, это уж
так… облагораживание.
Закрепил
Проксон. Теперь сидит жестко. Подвесил провод от шпинделя, чтобы болтался не
мешая.
Провода
от шаговиков приклеел термоклеем по торцу стенки таких целей — хорошая вещь.
Фанерными
прижимами пользуюсь много лет. Очень удобно! Надежно и служат на удивление
долго. У меня их
много, разных фасонов и разного назначения. Для пробы лучше выпилить не
ящирицу, а что-нибудь полезное.Я выпиливаю прижимы. Например такие
прижимчики из бальзы.Прайсы Сервотехника не
выставляет. Надо писать запрос, они присылают счет. Когда я брал у них
последний раз, миниатюрная направляющая (SBMNS9) с
двумя каретками стоила 2500 руб. Если брать штук 10, могут скинуть до 2200.
Максимальная длина такой направляющей 620 мм (и стоит она еще дороже). Поэтому, рабочий ход станка по Х
получается 500 мм максимум. Но по Х можно поставить любые другие направляющие,
например, круглые с шариковыми втулками. Это будет дешевле.
Кстати,
кому влом покупать, могут сделать втулку скольжения самостоятельно, склеев ее
на эпоксидке. Получается — монолит!
Видимо, подошло время подвести
итоги и как бы закруглить тему.Благодарю всех за поддержку и
добрые слова в мой адрес. Ваше внимание к теме реально помогло мне завершить
проект в обозримые сроки. Ну и, собственно, итоги.
1.Станок работает (!!!), и работает
хорошо! Обкатка прошла благополучно, без существенных проблем.
2.Позиционируется станок точно, со
скоростью до 2000 мм/мин, но при фрезеровании в зависимости от режимов резания
уходит до 0,1 мм (видимо за счет упругой деформации конструкции). Для моделизма
это нормально.
3.Оптимальные режимы резания для
этого станка со шпинделем «Проксон» следующие: 0 Фанера 8 мм: 3
прохода, подача 450 мм/мин.
0 Фанера
6 мм: 2 прохода, подача 420 мм/мин. 0 Фанера 4 мм: 2 прохода, подача 450 мм/
мин. 0 Фанера 3 мм: 1 проход, подача 450 мм/ мин.
0 Бальза
любая: за 1 проход с подачей до 1000 мм/мин. Тонкая бальза — до 1500 мм/мин.
0 Дюраль:
до 1 мм за проход с подачей 180 мм/мин.
0 Карбон
не пилил, но очевидно, пилить будет с той же точностью.
В
качестве обкатки, кроме чисто модельных штук, были выпилены шкатулка для фрез и
второй такой же станок. Второй станок, хоть и такой же, да не совсем.
Конструкция оптимизирована по результатам изготовления первого образца. В
частности, была увеличена высота каретки Zна
5 мм для более удобной установки шпинделя; изменена конструкция некоторых
деталей портала, чтобы исключить операции контроля (параллельности и
перпендикулярности) при сборке, станок должен собираться правильно сам собой;
переработаны опоры стола; изменено крепление ходовых гаек по Х и Yи т.д.
Т.е. идет нормальный процесс доводки станка. По результатам изготовления
второго образца, выпущена документация — альбом сборочных чертежей и чертежей
всех деталей (1:1). Вообще, сама идея компактного фанерного станка (хотя идея,
как таковая, далеко не нова) оказалась на редкость плодотворной. А ведь родился
станочек по сути случайно. Когда был готов предыдущий станок, я ломал голову,
что бы такое на нем выпилить… Фанерная модель станка по началу была просто
ШУТКОЙ, и только в процессе до меня дошло, что это вовсе не шутка, а вполне
реальный и очень полезный девайс!
Такие дела.
Дополнительно к
статье:
развертки станка в AutoCAD
Еще по теме
Программы, драйверы для
управления от портов компьютера
шаговыми двигателями, описания и схемы.
EasyCNC
XPlpt
tcnc_lt
StepMotor_Device
spur107F
soft-turbocnc
sine
rus-ewb
MaxStepper_User_Program_v102b
/span>
Kellyware.KCam.v4.0.48mach2r6.11n.7z/p>
FG
DRILL4
Deskcnc
ComVC
cnc_lpt_opto_interface
cnc_kcam_4_8_0
cnc_bmp2din2
CNCGRAF
smc_program
mach2r6.11n
Электрика и электроника
Для создания электронной составляющей предстоит воспользоваться нижеперечисленными комплектующими:
- источником питания с выходным напряжением 48V DC и выходным током 6,6 A;
- 3 драйверами шагового мотора Leadshine M542 V2.0;
- 3 шаговыми моторами 3Nm hybrid Nema 23;
- интерфейсной платой;
- реле — 4-32V DC, 25A/230 V AC;
- главным выключателем;
- блоком питания к плате 5V DC;
- блоком питания для охлаждающих вентиляторов 12V DC;
- парой вентиляторов Cooler Master Sleeve Bearing 80mm;
- парой розеток — для пылесоса и шпинделя;
- кнопкой экстренного завершения работы и концевыми выключателями.
Если моторы не самые мощные, допустимо использование платы на три мотора — однако все равно рациональнее применить индивидуальные драйверы. Микрошаговый режим драйверов Leadshine обеспечивает предельную плавность перемещения инструмента и понижает вибрации мотора.
Источник постоянного напряжения 5 В подключают к главному входу питания. Для вентиляторов устанавливают розетку, электроэнергия к ним поступает через традиционный 12-вольтовый адаптер, размещенный на стене.
Компьютер контролирует реле на 25А через прерыватель. Входные клеммы реле подключаются к выходным клеммам прерывателя. Реле подключается к паре розеток, питающих электричеством Kress и пылесос для сбора стружек.
Если в конце G-кода стоит команда M05, шпиндель с пылесосом выключатся. Для их повторного включения потребуется нажатие кнопки F5 либо ввод команды M03.
Электронная начинка оборудования
Управлять вашим станком с ЧПУ, сделанным своими руками, будет программное обеспечение, а его необходимо правильно подобрать. Выбирая такое обеспечение (его можно написать и самостоятельно), важно обращать внимание на то, чтобы оно было работоспособным и позволяло станку реализовывать все свои функциональные возможности. Такое ПО должно содержать драйверы для контроллеров, которые будут установлены на ваш фрезерный мини-станок.
В самодельном станке с ЧПУ обязательным является порт LPT, через который электронная система управления и подключается к станку. Очень важно, чтобы такое подключение осуществлялось через установленные шаговые электродвигатели.
Схема подключения униполярных шаговых электродвигателей для 3-х координатного станка с ЧПУ (нажмите для увеличения)
После установки и подключения всех электронных компонентов системы ЧПУ нужно выполнить загрузку необходимого программного обеспечения и драйверов.
Только после этого следуют пробный запуск станка, проверка правильности его работы под управлением загруженных программ, выявление недостатков и их оперативное устранение.
Все вышеописанные действия и перечисленные комплектующие подходят для изготовления своими руками фрезерного станка не только координатно-расточной группы, но и ряда других типов. На таком оборудовании можно выполнять обработку деталей со сложной конфигурацией, так как рабочий орган станка может перемещаться в трех плоскостях: 3d.
Ваше желание своими руками собрать такой станок, управляемый системой ЧПУ, должно быть подкреплено наличием определенных навыков и подробных чертежей. Очень желательно также посмотреть ряд тематических обучающих видео, некоторые из которых представлены в данной статье.
(1 оценок, среднее: 4,00 из 5)
Загрузка...