След като разгледахме вариантите за проектиране на дългата ос - X - можем да преминем към разглеждането на оста Y под формата на портал е най-популярното решение в общността на конструкторите на хоби машини и има защо. Това е просто и доста работещо, добре доказано решение. Въпреки това, той също има клопки и точки, които трябва да бъдат разбрани преди проектирането. Стабилността и правилният баланс са изключително важни за портала - това ще намали износването на водачите и зъбните колела, ще намали отклонението на гредата под товар и ще намали вероятността от заклинване по време на движение. За да определим правилното оформление, нека разгледаме силите, приложени към портала по време на работа на машината.
Погледнете добре диаграмата. На него са отбелязани следните размери:
- D1 - разстояние от зоната на рязане до центъра на разстоянието между водачите на порталната греда
- D2 - разстояние между задвижващия винт на оста X до долната водеща греда
- D3 - разстояние между водачите на оста Y
- D4 - разстояние между линейните лагери на ос X
Сега нека да разгледаме действителните усилия. На снимката порталът се движи отляво надясно поради въртенето на задвижващия винт на X-ос (разположен в долната част), който задвижва гайката, фиксирана в долната част на портала. Шпинделът се спуска и фрезова детайла, като се появява противодействие, насочено към движението на портала. Тази сила зависи от порталното ускорение, скоростта на подаване, въртенето на шпиндела и силата на отката от фрезата. Последното зависи от самия нож (вид, острота, наличие на смазка и т.н.), скорост на въртене, материал и други фактори. Много литература за избора на режими на рязане е посветена на определянето на величината на отката от фреза, за нас е достатъчно да знаем, че когато порталът се движи, възниква сложна противодействаща сила F, приложена към неподвижен шпиндел се прилага по протежение на структурните елементи към порталната греда под формата на момент A = D1 * F. Този момент може да бъде разложен на двойка равни по големина, но противоположно насочени сили A и B, приложени към водачи #1 и #2 на порталния лъч. Модул сила A = сила B = момент A / D3. Както може да се види от тук, силите, действащи върху водещите греди, намаляват, ако D3, разстоянието между тях, се увеличава. Намаляването на силите намалява износването на водачите и деформацията при усукване на гредата. Също така, с намаляване на силата A, моментът B, приложен към страничните стени на портала, също намалява: Момент B = D2 * Сила A. Поради големия момент B, страничните стени, неспособни да се огъват строго в равнината, ще започват да се извиват и огъват. Моментът B също трябва да бъде намален, тъй като е необходимо да се стремим да гарантираме, че товарът винаги се разпределя равномерно във всички линейни лагери - това ще намали еластичните деформации и вибрациите на машината и следователно ще увеличи точността.
Момент B, както вече беше споменато, може да бъде намален по няколко начина -
- намалете силата А.
- намаляване на ливъриджа D3
Целта е силите D и C да бъдат възможно най-равни. Тези сили се състоят от двойка сили на момент B и теглото на портала. За правилното разпределение на теглото е необходимо да се изчисли центърът на масата на портала и да се постави точно между линейните лагери. Това обяснява обичайния зигзагообразен дизайн на страничните стени на портала - това се прави, за да се преместят водачите назад и да се приближи тежкият шпиндел към лагерите на оста X.
В обобщение, когато проектирате оста Y, вземете предвид следните принципи:
- Опитайте се да сведете до минимум разстоянието от задвижващия винт/релси на оста X до водачите на оста Y - т.е. минимизирайте D2.
- Ако е възможно, намалете надвеса на шпиндела спрямо гредата, минимизирайте разстоянието D1 от зоната на рязане до водачите. Оптималният Z ход обикновено се счита за 80-150 mm.
- Намалете височината на целия портал, ако е възможно - високият портал е податлив на резонанс.
- Изчислете предварително центъра на масата на целия портал, включително шпиндела, и проектирайте подпорите на портала така, че центърът на масата да е разположен точно между направляващите колички на оста X и възможно най-близо до водещия винт на оста X.
- Разнесете водещите лъчи на портала по-далеч - увеличете максимално D3, за да намалите момента, приложен към лъча.
ДИЗАЙН НА Z ОС
Следващата стъпка е да изберете структурата на най-важната част от машината - оста Z. По-долу са дадени 2 примера за дизайн.
Както вече споменахме, при изграждането на машина с ЦПУ е необходимо да се вземат предвид силите, генерирани по време на работа. И първата стъпка по този път е ясното разбиране на природата, величината и посоката на тези сили. Разгледайте диаграмата по-долу:
Сили, действащи по оста Z
На диаграмата са отбелязани следните размери:
- D1 = разстояние между водачите на оста Y
- D2 = разстояние по дължината на водачите между линейните лагери по ос Z
- D3 = дължина на подвижната платформа (основна плоча), върху която е монтиран самият шпиндел
- D4 = ширина на цялата конструкция
- D5 = разстояние между водачите на оста Z
- D6 = дебелина на основната плоча
- D7 = вертикално разстояние от точката на прилагане на силите на рязане до средата между шейните по оста Z
Нека да погледнем изгледа отпред и да отбележим, че цялата конструкция се движи надясно по протежение на водачите на оста Y. Основната плоча е удължена възможно най-надолу, фрезата е вдлъбната в материала и по време на фрезоването възниква противоположна сила F, насочена. , естествено, обратно на посоката на движение. Големината на тази сила зависи от скоростта на шпиндела, броя на срезовете на фрезата, скоростта на подаване, материала, остротата на фрезата и т.н. на силите на рязане, трябва да се направи преди началото на проектирането на машината). Как тази сила влияе на оста Z? Когато се прилага на разстояние от мястото, където е фиксирана основната плоча, тази сила създава въртящ момент A = D7 * F. Моментът, приложен към основната плоча, се предава през линейните лагери на Z-ос под формата на двойки напречни сили към водачите. Силата, преобразувана от момента, е обратно пропорционална на разстоянието между точките на приложение - следователно, за да се намалят силите, огъващи водачите, е необходимо да се увеличат разстоянията D5 и D2.
Разстоянието D2 също е включено в случая на фрезоване по оста X - в този случай възниква подобна картина, само че полученият момент се прилага върху значително по-голям лост. Този момент се опитва да завърти шпиндела и основната плоча, а получените сили са перпендикулярни на равнината на плочата. В този случай моментът е равен на силата на рязане F, умножена по разстоянието от точката на рязане до първата шейна - т.е. колкото по-голям е D2, толкова по-малък е моментът (при постоянна дължина на оста Z).
Оттук следва правилото: при равни други условия определено трябва да се опитате да раздалечите каретките на Z-ос една от друга, особено вертикално - това значително ще увеличи твърдостта. Вземете правило никога да не правите разстоянието D2 по-малко от 1/2 от дължината на основната плоча. Също така се уверете, че дебелината на платформата D6 е достатъчна, за да осигури желаната твърдост - това изисква изчисляване на максималните работни сили върху фрезата и симулиране на деформацията на вложката в CAD.
Обща сума, се придържайте към следните правила, когато проектирате оста Z на портална машина:
- максимизиране на D1 - това ще намали момента (и следователно силата), действащ върху подпорите на портала
- максимизиране на D2 - това ще намали момента, действащ върху порталния лъч и оста Z
- минимизирайте D3 (в рамките на даден ход Z) - това ще намали момента, действащ върху гредата и стълбовете на портала.
- увеличете максимално D4 (разстоянието между каретките на оста Y) - това ще намали момента, действащ върху порталната греда.
И така, като част от тази статия с инструкции, искам вие, заедно с автора на проекта, 21-годишен механик и дизайнер, да направите своя собствена. Разказът ще се води от първо лице, но знайте, че за мое голямо съжаление не споделям своя опит, а само свободно преразказвам автора на този проект.
В тази статия ще има доста рисунки., бележките към тях са направени на английски, но съм сигурен, че един истински техничар ще разбере всичко без повече шум. За по-лесно разбиране ще разделя историята на „стъпки“.
Предговор от автора
Още на 12-годишна възраст мечтаех да построя машина, която да може да създава различни неща. Машина, която ще ми даде възможност да направя всякакъв предмет за бита. Две години по-късно попаднах на фразата ЦПУили по-точно фразата "CNC фреза". След като разбрах, че има хора, които сами могат да направят такава машина за собствени нужди, в собствения си гараж, разбрах, че и аз мога да го направя. Трябва да го направя! Три месеца се опитвах да събера подходящи части, но не помръдвах. Така манията ми постепенно избледня.
През август 2013 г. идеята за изграждане на CNC фреза отново ме завладя. Току-що бях завършил бакалавърската си степен по индустриален дизайн в университета, така че бях доста уверен в способностите си. Сега ясно разбрах разликата между мен днес и мен преди пет години. Научих се да работя с метал, усвоих техники за работа с ръчни металообработващи машини, но най-важното се научих да използвам инструменти за разработка. Надявам се тази инструкция да ви вдъхнови да създадете своя собствена CNC машина!
Стъпка 1: Дизайн и CAD модел
Всичко започва с обмислен дизайн. Направих няколко скици, за да усетя по-добре размера и формата на бъдещата машина. След това създадох CAD модел с помощта на SolidWorks. След като моделирах всички части и компоненти на машината, подготвих технически чертежи. Използвах тези чертежи, за да направя части на ръчни металообработващи машини: и.
Честно казано, обичам добрите, удобни инструменти. Ето защо се опитах да направя операциите по поддръжката и настройката на машината възможно най-лесни. Поставих лагерите в специални блокове, за да мога бързо да ги сменям. Водачите са достъпни за поддръжка, така че колата ми винаги ще бъде чиста, когато работата приключи.
Файлове за изтегляне на „Стъпка 1“
размери
Стъпка 2: Легло
Леглото осигурява на машината необходимата твърдост. На него ще бъдат монтирани подвижен портал, стъпкови двигатели, ос Z и шпиндел, а по-късно и работна повърхност. За да създам носещата рамка, използвах два алуминиеви профила Maytec с размери 40x80 mm и две крайни алуминиеви плочи с дебелина 10 mm. Свързах всички елементи заедно с помощта на алуминиеви ъгли. За да укрепя конструкцията вътре в основната рамка, направих допълнителна квадратна рамка от профили с по-малка секция.
За да избегна попадането на прах върху водачите в бъдеще, монтирах защитни алуминиеви ъгли. Ъгълът се монтира с помощта на T-гайки, които се монтират в един от каналите на профила.
И двете крайни плочи имат лагерни блокове за монтиране на задвижващия винт.
Монтаж на опорна рамка
Ъгли за защита на водачите
Файлове за изтегляне на „Стъпка 2“
Чертежи на основните елементи на рамката
Стъпка 3: Портал
Подвижният портал е изпълнителният елемент на вашата машина; той се движи по оста X и носи опората на оста Z. Колкото по-висок е порталът, толкова по-дебел е детайлът, който можете да обработвате. Високият портал обаче е по-малко устойчив на натоварванията, възникващи по време на обработката. Високите странични стълбове на портала действат като лостове спрямо линейните търкалящи лагери.
Основната задача, която планирах да реша на моята CNC фреза, беше обработката на алуминиеви части. Тъй като максималната дебелина на алуминиевите заготовки, които ми подхождат, е 60 mm, реших да направя хлабината на портала (разстоянието от работната повърхност до горната напречна греда) равна на 125 mm. Преобразувах всичките си измервания в модел и технически чертежи в SolidWorks. Поради сложността на детайлите ги обработих на индустриален обработващ център с ЦПУ;
Файлове за изтегляне на „Стъпка 3“
Стъпка 4: Шублер по ос Z
За дизайна на оста Z използвах преден панел, който се прикрепя към лагерите за движение на оста Y, две плочи за подсилване на модула, плоча за монтиране на стъпковия двигател и панел за монтиране на фрезовия шпиндел. На предния панел монтирах два профилни водача, по които шпинделът ще се движи по оста Z. Моля, обърнете внимание, че винтът на оста Z няма контра опора отдолу.
Изтегляния „Стъпка 4“
Стъпка 5: Ръководства
Водачите осигуряват възможност за движение във всички посоки, осигурявайки плавни и прецизни движения. Всяка игра в една посока може да причини неточност при обработката на вашите продукти. Избрах най-скъпия вариант - профилирани релси от закалена стомана. Това ще позволи на конструкцията да издържи на високи натоварвания и ще осигури точността на позициониране, от която се нуждая. За да се уверя, че водачите са успоредни, използвах специален индикатор, докато ги инсталирах. Максималното отклонение един спрямо друг е не повече от 0,01 mm.
Стъпка 6: Винтове и макари
Винтовете преобразуват въртеливото движение от стъпкови двигатели в линейно движение. Когато проектирате вашата машина, можете да изберете няколко опции за това устройство: двойка винт-гайка или двойка сачмено-винтова връзка (сферично-винтова връзка). Винтът-гайка, като правило, е подложен на повече сили на триене по време на работа и също е по-малко точен спрямо сферичния винт. Ако имате нужда от повишена точност, тогава определено трябва да изберете сферичен винт. Но трябва да знаете, че сферичните винтове са доста скъпи.
При избора на CNC рутерреши:
1. с какъв материал ще работите? От това зависят изискванията за твърдостта на структурата на фрезовата машина и нейния тип.
Например, CNC машина, изработена от шперплат, ще ви позволи да обработвате само дърво (включително шперплат) и пластмаси (включително композитни материали - пластмаса с фолио).
С помощта на алуминиева фреза можете също да обработвате заготовки от цветни метали, а скоростта на обработка на дървени продукти също ще се увеличи.
Алуминиеви фрезови машини не са подходящи за обработка на стомана, тук са необходими масивни машини с чугунена рамка, докато обработката на цветни метали на такива фрезови машини ще бъде по-ефективна.
2. с размера на заготовките и размера на работното поле на фрезовата машина. Това определя механичните изисквания на машината с ЦПУ.
Когато избирате машина, обърнете внимание на изучаването на механиката на машината; възможностите на машината зависят от нейния избор и е невъзможно да я замените без значителна промяна на дизайна!
Механиката на CNC фреза, изработена от шперплат и алуминий, често е една и съща. Прочетете повече по-долу в текста.
Но колкото по-голям е размерът на работното поле на машината, толкова по-твърди и скъпи линейни водачи за движение ще са необходими за нейното сглобяване.
При избора на машини за решаване на проблеми с производството на високи детайли, с големи разлики във височините, има често срещано погрешно схващане, че е достатъчно да изберете машина с голям работен ход по оста Z, но дори и с голям ход по оста Z , невъзможно е да се произведе част със стръмни наклони, ако височината на частта е по-голяма от работната дължина на фрезата, тоест повече от 50 mm.
Нека да разгледаме дизайна на фреза и опциите за избор, като използваме серията CNC машини Modelist като пример.
А) Избор на дизайн на CNC машина
Има два варианта за конструиране на CNC машини:
1) дизайни с подвижна маса, снимка 1.
2) дизайн с подвижен портал, фигура 2.
Снимка 1Фреза с подвижна маса
ПредимстваДизайнът на машина с подвижна маса е лекота на изпълнение, по-голяма твърдост на машината поради факта, че порталът е неподвижен и фиксиран към рамката (основата) на машината.
недостатък- големи размери в сравнение с дизайн с подвижен портал и невъзможност за обработка на тежки части поради факта, че подвижната маса носи частта. Този дизайн е доста подходящ за обработка на дърво и пластмаса, тоест леки материали.
фигура 2 Фреза с подвижен портал (портална машина)
Предимствапроекти на фреза с подвижен портал:
Твърда маса, която може да издържи голямо тегло на детайла,
Неограничена дължина на детайла,
Компактност,
Възможност за изработване на машината без маса (например за инсталиране на въртяща се ос).
недостатъци:
По-малка структурна твърдост.
Необходимостта от използване на по-твърди (и скъпи) водачи (поради факта, че порталът „виси“ на водачите и не е фиксиран към твърдата рамка на машината, както при дизайн с подвижна маса).
B) Избор на механика на CNC рутер
Механиката е представена (виж номерата на Фиг. 1, Фиг. 2 и Фиг. 3):
3 - направляващи държачи
4 - линейни лагери или плъзгащи се втулки
5 - опорни лагери (за закрепване на водещите винтове)
6 - водещи винтове
10 - съединител, свързващ вала на водещия винт към вала на стъпкови двигатели (SM)
12 - ходова гайка
фигура 3
Избор на система за линейно движение на фреза (водачи - линейни лагери, ходов винт - водеща гайка).
Следното може да се използва като ръководства:
1) ролкови водачи, Фигура 4.5
Фигура 4 
Фигура 5
Този тип водачи намериха своето място в дизайна на аматьорски лазери и машини от мебелната промишленост, Фигура 6
Недостатъкът е ниската товароносимост и ниският експлоатационен живот, тъй като първоначално не са били предназначени за използване в машини с голям брой движения и високи натоварвания, ниската якост на алуминиевия профил на водачите води до срутване, Фигура 5 и, като резултат, непоправима игра, която прави по-нататъшното използване на машината неподходящо.
Друг вариант на ролкови водачи, фигура 7, също не е подходящ за високи натоварвания и поради това се използва само в лазерни машини.
Фигура 7
2) кръгли водачи, са стоманен вал, изработен от висококачествена износоустойчива лагерна стомана със шлифована повърхност, повърхностно закаляване и твърдо хромирано покритие, показани под номер 2 на фигура 2.
Това е оптималното решение за любителски дизайн, тъй като... цилиндричните водачи имат достатъчна твърдост за обработка на меки материали с малки размери на CNC машина при относително ниска цена. По-долу е дадена таблица за избор на диаметъра на цилиндричните водачи в зависимост от максималната дължина и минималното отклонение.
Някои китайци Производители на евтини машини монтирам водачи с недостатъчен диаметър, което води до намаляване на точността, например при използване на алуминиева машина с работна дължина 400 mm, водачи с диаметър 16 mm ще доведат до отклонение в центъра под собственото си тегло с 0,3. .0,5 mm (в зависимост от теглото на портала).
С правилния избор на диаметър на вала, конструкцията на машините, които ги използват, е доста здрава; голямото тегло на валовете дава на конструкцията добра стабилност и цялостна структурна твърдост. При машини, по-големи от метър, използването на кръгли водачи изисква значително увеличаване на диаметъра, за да се поддържа минимална деформация, което прави използването на кръгли водачи неоправдано скъпо и тежко решение.
| Аксиална дължина | Машина за шперплат | Алуминиева машина за дървообработване | Алуминиева машина за работа с алуминий | |
| 200 мм | 12 | 12 | 16 | 12 |
| 300 мм | 16 | 16 | 20 | 16 |
| 400 мм | 16 | 20 | 20 | 16 |
| 600 мм | 20 | 25 | 30 | 16 |
| 900 мм | 25 | 30 | 35 | 16 |
3) профилни релсови водачи
Полираните валове на големите машини се заменят с профилни водачи. Използването на опора по цялата дължина на водача позволява използването на водачи със значително по-малки диаметри. Но използването на този тип водачи налага високи изисквания към твърдостта на носещата рамка на машината, тъй като самите легла, изработени от лист дуралуминий или листова стомана, не са твърди. Малкият диаметър на релсовите водачи налага в конструкцията на машината да се използва дебелостенна стоманена професионална тръба или структурен алуминиев профил с голямо сечение, за да се получи необходимата твърдост и товароносимост на рамата на машината.
Използването на специална форма на профилната шина позволява по-добра устойчивост на износване в сравнение с други видове водачи.
Фигура 8
4) Цилиндрични водачи на опора
Цилиндричните водачи на опора са по-евтин аналог на профилните водачи.
Подобно на профилните, те изискват използването на професионални тръби с голямо сечение в рамата на машината, а не на листови материали.
Предимства - без деформация и пружинен ефект. Цената е два пъти по-висока от цилиндричните водачи. Използването им е оправдано за дължини на движение над 500 mm.
фигура 9 Цилиндрични водачи на опора
Движението може да се извърши по следния начин: втулки(триене при плъзгане) -Фиг. 10 отляво и използвайки линейни лагери(триене при търкаляне)- ориз. 10 вдясно.
фигура 10 Втулки и линейни лагери
Недостатъкът на плъзгащите се втулки е износването на втулките, което води до появата на луфтове и увеличените усилия за преодоляване на триенето при плъзгане, което изисква използването на по-мощни и скъпи стъпкови двигатели (SM). Предимството им е ниската цена.
Напоследък цената на линейните лагери падна толкова много, че изборът им е икономически осъществим дори при евтини хоби дизайни. Предимството на линейните лагери е по-нисък коефициент на триене в сравнение с плъзгащите се втулки и съответно по-голямата част от мощността на стъпковите двигатели отива за полезни движения, а не за борба с триенето, което прави възможно използването на двигатели с по-ниска мощност.
За да преобразувате въртеливото движение в транслационно движение на CNC машина, е необходимо да използвате винтово задвижване ( водещ винт ). Поради въртенето на винта, гайката се движи напред. Може да се използва в фрезови и гравиращи машини винтови плъзгащи зъбни колела И винтови търкалящи зъбни колела .
Недостатъкът на плъзгащата се винтова трансмисия е доста високото триене, което ограничава използването му при високи скорости и води до износване на гайката.
Плъзгащи спирални зъбни колела:
1) метричен винт.Предимството на метричния винт е ниската му цена. Недостатъци - ниска точност, малка стъпка и ниска скорост на движение. Максимална скорост на движение на витлото (скорост mm`s за минута) въз основа на максималната скорост на двигателя (600 rpm). Най-добрите шофьори ще поддържат въртящ момент до 900 об./мин. При тази скорост на въртене може да се получи линейно движение:
За винт M8 (стъпка на резбата 1,25 мм) - не повече от 750 мм/мин,
За винт M10 (стъпка на резбата 1,5 мм) - 900 мм/мин,
За винт M12 (стъпка на резбата 1,75 мм) - 1050 мм/мин,
За винт М14 (стъпка на резбата 2.00мм) - 1200мм/мин.
При максимална скорост двигателят ще има около 30-40% от първоначално зададения въртящ момент и този режим се използва изключително за празни движения.
При работа с такава ниска скорост на подаване, консумацията на фрези се увеличава само след няколко часа работа, върху фрезите се образуват въглеродни отлагания.
2) трапецовиден винт. През двадесети век той заема водеща позиция в металообработващите машини, преди появата на сферичните винтове. Предимството е висока точност, голяма стъпка на резбата и следователно висока скорост на движение. Трябва да обърнете внимание на вида на обработката; колкото по-гладка и равномерна е повърхността на винта, толкова по-дълъг е експлоатационният живот на трансмисията винт-гайка. Ролцовите винтове имат предимство пред винтовете с резба. Недостатъците на трансмисията с трапецовидна винтова гайка са, че цената е доста висока в сравнение с метричния винт при плъзгане, което изисква използването на стъпкови двигатели с доста висока мощност. Най-широко използваните винтове са TR10x2 (диаметър 10 mm, стъпка на резбата 2 mm), TR12x3 (диаметър 12 mm, стъпка на резбата 3 mm) и TR16x4 (диаметър 16 mm, стъпка на резбата 4 mm). В машините маркировката на такова зъбно колело е TR10x2,TR12x3,TR12x4,TR16x4
Спирално търкалящи се предавки:
Сачмено-винтово задвижване (сферичен винт).В сачмено-винтовия винт триенето при плъзгане се заменя с триене при търкаляне. За да се постигне това, в сачмен винт винтът и гайката са разделени от топки, които се търкалят във вдлъбнатините на резбата на винта. Рециркулацията на топките се осигурява чрез връщащи канали, които вървят успоредно на оста на винта.
Фигура 12
Сферично-винтовият винт осигурява възможност за работа при големи натоварвания, добро гладко движение, значително увеличен експлоатационен живот (издръжливост) поради намалено триене и смазване, повишена ефективност (до 90%) поради по-малко триене. Той може да работи при високи скорости, осигурява висока точност на позициониране, висока твърдост и липса на луфт. Тоест машините със сферични винтове имат значително по-дълъг експлоатационен живот, но имат по-висока цена.Машините са обозначени с SFU1605, SFU1610, SFU2005, SFU2010, където SFU е единична гайка, DFU е двойна гайка, първите две числа са диаметърът на винта, вторите две са стъпката на резбата.
Водещ винт Фрезата може да се монтира, както следва:
1) Дизайн на единичен опорен лагер. Закрепването се извършва от едната страна на винта с гайка към опорния лагер. Втората страна на винта е прикрепена към вала на стъпковия двигател чрез твърд съединител. Предимства - простота на дизайна, недостатък - повишено натоварване върху лагера на стъпковия двигател.
2) Конструкция с два аксиални лагера. Дизайнът използва два опорни лагера във вътрешните страни на портала. Недостатъкът на дизайна е, че изпълнението е по-сложно в сравнение с вариант 1). Предимството е по-малко вибрации, ако винтът не е идеално прав.
3) Дизайн с два опорни лагера в напрежение. Дизайнът използва два опорни лагера от външните страни на портала. Предимства - винтът не се деформира, за разлика от втория вариант. Недостатъкът е, че изпълнението на дизайна е по-сложно в сравнение с първия и втория вариант.
Бягащи ядкиима:
Бронзов без луфт. Предимството на такива ядки е издръжливостта. Недостатъци - те са трудни за производство (като резултат - висока цена) и имат висок коефициент на триене в сравнение с капролоновите гайки.
Caprolon без луфт. В момента капролонът е широко разпространен и все повече замества метала в професионалните конструкции. Ходова гайка, изработена от напълнен с графит капролон, има значително по-нисък коефициент на триене в сравнение със същия бронз.
фигура 14 Ходова гайка от капролон с пълнеж от графит
В гайката на сферичния винт триенето при плъзгане се заменя с триене при търкаляне. Предимства: ниско триене, възможност за работа при високи скорости на въртене. Недостатъкът е високата цена.
Избор на съединител
1) свързване с помощта на твърд съединител. Предимства: твърдите съединители предават повече въртящ момент от вал на вал, няма луфт при големи натоварвания. Недостатъци: изискват прецизна инсталация, тъй като този съединител не компенсира несъответствието и несъответствието на валовете.
2) свързване с помощта на силфонен (разделен) съединител. Предимството на използването на съединител със силфон е, че използването му ви позволява да компенсирате несъосност на задвижващия вал и оста на стъпковия двигател до 0,2 mm и несъосност до 2,5 градуса, което води до по-малко натоварване на лагера на стъпковия двигател и по-дълъг живот на стъпковия двигател. Освен това ви позволява да намалите произтичащите от това вибрации.
3) свързване с помощта на челюстен съединител. Предимства: позволява ви да намалите вибрациите, да предавате повече въртящ момент от вал на вал, в сравнение с разделен тип. Недостатъци: по-малко компенсиране на несъосност, несъосност на задвижващия вал и оста на стъпковия двигател до 0,1 мм и несъосност до 1,0 градуса.
В) Избор на електроника
Представена е електрониката (виж фиг. 1 и 2):
7 - контролер на стъпков двигател
8 - захранващ блок за SD контролера
11 - стъпкови двигатели
Има 4-жилен, 6-жилен и 8-жилен стъпкови двигатели . Всички те могат да се използват. В повечето съвременни контролери връзката се осъществява с помощта на четирипроводна верига. Останалите проводници не се използват.
При избора на машина е важно стъпковият двигател да има достатъчна мощност, за да движи работния инструмент без загуба на стъпки, тоест без прескачане. Колкото по-голяма е стъпката на резбата на винта, толкова по-мощни двигатели ще са необходими. Обикновено колкото по-голям е токът на двигателя, толкова по-голям е неговият въртящ момент (мощност).
Много двигатели имат 8 клеми за всяка полунамотка поотделно - това ви позволява да свържете двигател с намотки, свързани последователно или паралелно. При паралелно свързани намотки ще ви трябва драйвер с два пъти по-голям ток, отколкото при последователно свързани намотки, но половината напрежение ще бъде достатъчно.
В случай на серия, напротив, за постигане на номиналния въртящ момент ще е необходим половината от тока, но за постигане на максимална скорост ще е необходимо двойно напрежение.
Количеството движение на стъпка обикновено е 1,8 градуса.
За 1.8 излиза 200 стъпки на пълен оборот. Съответно, за да се изчисли стойността, броят стъпки на mm ( „Стъпки на мм“ (Стъпка на мм)) използваме формулата: брой стъпки на оборот / стъпка на винта. За винт със стъпка 2 мм получаваме: 200/2=100 стъпки/мм.
Избор на контролер
1) DSP контролери. Предимства - възможност за избор на портове (LPT, USB, Ethernet) и независимост на честотите на STEP и DIR сигналите от работата на операционната система. Недостатъци - висока цена (от 10 000 рубли).
2) Контролери от китайски производители за любителски машини. Предимства - ниска цена (от 2500 рубли). Недостатък - повишени изисквания за стабилност на операционната система, изисква спазване на определени правила за конфигурация, за предпочитане е да се използва специален компютър, налични са само LPT версии.
3) Любителски проекти на контролери, базирани на дискретни елементи. Ниската цена на китайските контролери измества аматьорските дизайни.
Китайските контролери са най-широко използвани в дизайна на аматьорски машини.
Избор на захранване
Двигателите Nema17 изискват захранване от поне 150 W
Двигателите Nema23 изискват захранване от поне 200 W
Знаейки, че това е сложно техническо и електронно устройство, много занаятчии смятат, че е просто невъзможно да го направят със собствените си ръце. Това мнение обаче е погрешно: можете сами да направите такова оборудване, но за да направите това, трябва да имате не само неговия подробен чертеж, но и набор от необходими инструменти и подходящи компоненти.
Обработка на заготовка от дуралуминий на домашна настолна фреза
Когато решавате да направите своя собствена CNC машина, имайте предвид, че това може да отнеме значително време. Освен това ще са необходими определени финансови разходи. Въпреки това, като не се страхувате от подобни трудности и правилно подхождате към всички въпроси, можете да станете собственик на достъпно, ефективно и продуктивно оборудване, което ви позволява да обработвате детайли от различни материали с висока степен на точност.
За да направите фреза, оборудвана с CNC система, можете да използвате две възможности: закупете готов комплект, от който такова оборудване е сглобено от специално подбрани елементи, или намерете всички компоненти и сглобете устройство със собствените си ръце, което напълно отговаря на всички ваши изисквания.
Инструкции за сглобяване на домашна CNC фреза
По-долу на снимката можете да видите направена със собствените си ръце, която е придружена от подробни инструкции за производство и монтаж, посочващи използваните материали и компоненти, точните „модели“ на машинните части и приблизителните разходи. Единственият минус е, че инструкциите са на английски, но е напълно възможно да разберете подробните чертежи, без да знаете езика.
Изтеглете безплатни инструкции за направата на машината:
CNC фрезата е сглобена и готова за работа. По-долу има някои илюстрации от инструкциите за сглобяване на тази машина.
„Шаблони“ на машинни части (умален изглед) Начало на сглобяването на машината Междинен етап Краен етап на сглобяването
Подготвителна работа
Ако решите, че ще конструирате CNC машина със собствените си ръце, без да използвате готов комплект, тогава първото нещо, което трябва да направите, е да изберете електрическа схема, според която такова мини оборудване ще работи.
Като основа за фрезоване с ЦПУ можете да вземете стара пробивна машина, в която работната глава със свредло е заменена с фреза. Най-трудното нещо, което ще трябва да бъде проектирано в такова оборудване, е механизмът, който осигурява движението на инструмента в три независими равнини. Този механизъм може да бъде сглобен с помощта на каретки от неработещ принтер, той ще осигури движението на инструмента в две равнини.
Лесно е да свържете софтуерно управление към устройство, сглобено според тази концепция. Основният му недостатък обаче е, че на такава CNC машина могат да се обработват само детайли от пластмаса, дърво и тънка ламарина. Това се обяснява с факта, че каретките от стария принтер, които ще осигурят движението на режещия инструмент, нямат достатъчна степен на твърдост.
За да може вашата домашна CNC машина да извършва пълноценни фрезови операции с детайли, изработени от различни материали, достатъчно мощен стъпков двигател трябва да отговаря за движението на работния инструмент. Абсолютно не е необходимо да търсите стъпков тип двигател, той може да бъде направен от конвенционален електродвигател, подлагайки последния на незначителни модификации.
Използването на стъпков двигател във вашия ще позволи да се избегне използването на винтово задвижване, а функционалността и характеристиките на домашно приготвеното оборудване няма да се влошат. Ако все пак решите да използвате каретки от принтер за вашата мини машина, тогава е препоръчително да ги изберете от по-голям модел на печатащото устройство. За да прехвърлите сила върху вала на фрезовото оборудване, е по-добре да използвате не обикновени, а зъбни ремъци, които няма да се плъзгат върху шайбите.
Един от най-важните компоненти на всяка такава машина е фрезовият механизъм. Именно на неговото производство трябва да се обърне специално внимание. За да направите правилно такъв механизъм, ще ви трябват подробни чертежи, които трябва стриктно да се спазват.
Чертежи на CNC фреза
Нека започнем да сглобяваме оборудването
Основата на домашното фрезоване с ЦПУ може да бъде правоъгълна греда, която трябва да бъде надеждно фиксирана върху водачи.
Носещата конструкция на машината трябва да има висока твърдост, при монтажа е по-добре да не се използват заварени съединения и всички елементи трябва да бъдат свързани само с винтове.
Това изискване се обяснява с факта, че заваръчните шевове много слабо издържат на вибрационни натоварвания, на които непременно ще бъде подложена носещата конструкция на оборудването. Такива натоварвания в крайна сметка ще доведат до това, че рамката на машината ще започне да се влошава с времето и ще настъпят промени в геометричните размери в нея, което ще повлияе на точността на настройките на оборудването и неговата производителност.
Заваръчните шевове при монтиране на рамката на домашна фреза често провокират развитието на луфт в нейните компоненти, както и отклонението на водачите, което се случва при големи натоварвания.
Фрезата, която ще сглобите със собствените си ръце, трябва да има механизъм, който осигурява движението на работния инструмент във вертикална посока. Най-добре е да използвате винтова предавка за това, чието въртене ще се предава с помощта на зъбен ремък.
Важна част от фрезата е нейната вертикална ос, която за домашно устройство може да бъде направена от алуминиева плоча. Много е важно размерите на тази ос да са точно съобразени с размерите на сглобеното устройство. Ако имате на разположение муфелна пещ, тогава можете сами да направите вертикалната ос на машината, като я излеете от алуминий според размерите, посочени в готовия чертеж.
След като всички компоненти на вашата домашна фреза са подготвени, можете да започнете да я сглобявате. Този процес започва с инсталирането на два стъпкови двигателя, които се монтират на тялото на оборудването зад неговата вертикална ос. Един от тези електродвигатели ще отговаря за движението на фрезовата глава в хоризонталната равнина, а вторият ще отговаря за движението на главата съответно във вертикалната равнина. След това се монтират останалите компоненти и възли на домашно приготвено оборудване.
Въртенето към всички компоненти на домашно CNC оборудване трябва да се предава само чрез ремъчни задвижвания. Преди да свържете система за програмно управление към сглобената машина, трябва да проверите нейната работа в ръчен режим и незабавно да отстраните всички открити недостатъци в нейната работа.
Можете да гледате процеса на сглобяване във видеото, което е лесно за намиране в Интернет.
Стъпкови двигатели
Конструкцията на всяка фрезова машина, оборудвана с ЦПУ, задължително съдържа стъпкови двигатели, които осигуряват движението на инструмента в три равнини: 3D. Когато проектирате домашна машина за тази цел, можете да използвате електрически двигатели, инсталирани в матричен принтер. Повечето по-стари модели матрични печатащи устройства бяха оборудвани с електродвигатели с доста висока мощност. В допълнение към стъпковите двигатели си струва да вземете здрави стоманени пръти от стар принтер, които също могат да се използват в дизайна на вашата домашна машина.
За да направите своя собствена CNC фреза, ще ви трябват три стъпкови двигателя. Тъй като в матричния принтер има само две от тях, ще е необходимо да се намери и разглоби друго старо печатащо устройство.
Ще бъде голям плюс, ако двигателите, които намерите, имат пет контролни проводника: това значително ще увеличи функционалността на вашата бъдеща мини машина. Също така е важно да разберете следните параметри на стъпковите двигатели, които сте намерили: колко градуса се завъртат на една стъпка, какво е захранващото напрежение, както и стойността на съпротивлението на намотката.
Дизайнът на задвижването на домашна фреза с ЦПУ е сглобен от гайка и шпилка, чиито размери трябва да бъдат предварително избрани според чертежа на вашето оборудване. За да фиксирате вала на двигателя и да го свържете към шпилката, е удобно да използвате дебела гумена намотка от електрически кабел. Части от вашата CNC машина, като например скоби, могат да бъдат направени под формата на найлонова втулка, в която е вкаран винт. За да направите такива прости структурни елементи, ще ви трябва обикновен файл и бормашина.
Електронно оборудване
Вашата DIY CNC машина ще се управлява от софтуер и трябва да бъде избрана правилно. Когато избирате такъв софтуер (можете да го напишете сами), е важно да обърнете внимание на факта, че той е работещ и позволява на машината да реализира цялата си функционалност. Този софтуер трябва да съдържа драйвери за контролерите, които ще бъдат инсталирани на вашата мини фреза.
В домашна CNC машина е необходим LPT порт, през който електронната система за управление е свързана към машината. Много е важно тази връзка да се осъществява чрез инсталирани стъпкови двигатели.
Когато избирате електронни компоненти за вашата домашна машина, е важно да обърнете внимание на тяхното качество, тъй като от това ще зависи точността на технологичните операции, които ще се извършват върху нея. След като инсталирате и свържете всички електронни компоненти на CNC системата, трябва да изтеглите необходимия софтуер и драйвери. Едва след това се извършва тестово пускане на машината, проверка на правилността на нейната работа под контрола на заредени програми, идентифициране на недостатъци и своевременното им отстраняване.
При подготовката за проектиране на технологичен процес се извършва подробен анализ на чертежа, за да се идентифицират липсващи размери и конструктивни и технологични данни. Липсващите размери и други данни могат да бъдат получени от дизайнера, от монтажни чертежи или чрез геометрично конструиране на контура на детайла.
За да се улесни подготовката на NC, размерите в чертежа на детайла трябва да отговарят на изискванията за програмиране.
Тъй като обработката на машини с ЦПУ се извършва с помощта на команди, които определят координатите на точките на траекторията в правоъгълна координатна система, размерите в чертежите също трябва да бъдат посочени в правоъгълна координатна система от унифицираните конструктивни основи на детайла. За да направите това, трябва да изберете началото и посоката на осите. Желателно е посоката на осите на относителната координатна система на детайла да съвпада след монтажа му на машината с посоката на координатните оси на машината.
Когато чертаете размери върху чертежи, в някои случаи отворите, групите отвори или елементите на частта могат да бъдат зададени в локална координатна система, както е показано за отвор B (фиг. 11.8a). Преходът от такава система с начало в точка А към основната система не създава затруднения.
Отворите за закрепване, разположени на един или друг радиус от центъра на основния отвор, обикновено се определят от централния ъгъл на дъгата между техните оси и радиуси. За CNC машини тази информация трябва да бъде заменена с координатите на осите на всеки отвор (фиг. 11.8, b). В разглеждания пример е препоръчително да зададете оста на големия отвор като начало на координатите, т.к. осигурява минимална дължина на ходовете на празен ход (позициониране) по време на обработка.
Ориз. 11.8. Размери на чертежи на части за CNC машини:
а) в местната координатна система; б) в координатната система на основния отвор
Често частите имат голям брой малки монтажни отвори. Непрактично е да се посочват координатите на оста на всеки от тях, т.к това прави чертежа труден за четене. В такива случаи е рационално да се използва табличен метод за посочване на размери, което също е удобно за програмиране (фиг. 11.9a).
Ориз. 11.9. Размери на чертежи на части по табличен метод:
а) оси на монтажни отвори; б) извити контури
Съгласно общото правило за чертане на размери в чертежите на детайли, обработвани на стругове, зони с тесни допуски (размери a 1, a 2 и 3 на фиг. 11.10a) и междинни секции с широки допуски (размери a 1, a 2 , в 3, в 4). Това е напълно оправдано за машини с ръчно управление, тъй като... работникът трябва само да поддържа точно тези размери. За CNC машина това няма значение, тъй като точността на преброяването на изместването е една и съща, а референтната точка по правило не съвпада с проектната основа и се намира извън детайла. Следователно размерите за такива части трябва да се прилагат във верига (фиг. 11.10, b).
Ориз. 11.10. Размери на чертежите на части за струговане:
а) на ръчно задвижвани машини; б) на машини с ЦПУ
Като цяло прилагането на размери върху чертежите на детайли, обработвани на машини с ЦПУ, трябва да бъде такова, че при изготвянето на управляващата програма да не е необходимо да ги преизчислявате.