Nakon razmatranja mogućnosti dizajna za dugu os - X - možemo prijeći na razmatranje osi Y u obliku portala najpopularnije je rješenje u zajednici proizvođača alatnih strojeva hobija, i to s dobrim razlogom. Ovo je jednostavno i prilično radno, dobro dokazano rješenje. Međutim, on također ima zamke i točke koje treba razumjeti prije dizajna. Stabilnost i točna ravnoteža iznimno su važni za portal - to će smanjiti trošenje vodilica i zupčanika, smanjiti otklon grede pod opterećenjem i smanjiti vjerojatnost zaklinjavanja tijekom kretanja. Kako bismo odredili ispravan raspored, pogledajmo sile koje djeluju na portal tijekom rada stroja.
Dobro pogledajte dijagram. Na njemu su označene sljedeće dimenzije:
- D1 - udaljenost od područja rezanja do središta udaljenosti između vodilica portalne grede
- D2 - udaljenost između pogonskog vijka X-osi i donje vodilice
- D3 - udaljenost između vodilica Y-osi
- D4 - razmak između linearnih ležajeva X-osi
Sada pogledajmo stvarne napore. Na slici se portal pomiče slijeva nadesno zbog rotacije pogonskog vijka X-osi (koji se nalazi na dnu), koji pokreće maticu pričvršćenu na dnu portala. Vreteno se spušta i gloda obradak, a javlja se protusila usmjerena prema kretanju portala. Ova sila ovisi o ubrzanju portala, brzini posmaka, rotaciji vretena i sili povratnog udarca rezača. Ovo posljednje ovisi o samom rezaču (vrsta, oštrina, prisutnost podmazivanja itd.), Brzini rotacije, materijalu i drugim čimbenicima. Puno literature o odabiru načina rezanja posvećeno je određivanju veličine povratnog udarca od rezača, dovoljno nam je znati da kada se portal pomiče, nastaje složena protusila F fiksno vreteno primjenjuje se duž konstrukcijskih elemenata na portalnu gredu u obliku momenta A = D1 * F. Taj se moment može rastaviti na par jednakih po veličini, ali suprotno usmjerenih sila A i B, primijenjenih na vodilice #1 i #2 portalne grede. Modulo sila A = Sila B = Moment A / D3. Kao što se može vidjeti odavde, sile koje djeluju na vodeće grede se smanjuju ako se D3, udaljenost između njih, povećava. Smanjenjem sila smanjuje se trošenje vodilica i torzijska deformacija grede. Također, sa smanjenjem sile A, smanjuje se i moment B primijenjen na bočne stijenke portala: Moment B = D2 * Sila A. Zbog velikog momenta B, bočne stijenke, budući da se ne mogu saviti striktno u ravnini, će početi se kovrčati i savijati. Moment B također se mora smanjiti jer je potrebno težiti da se opterećenje uvijek ravnomjerno raspoređuje na sve linearne ležajeve - to će smanjiti elastične deformacije i vibracije stroja, a time i povećati točnost.
Moment B, kao što je već spomenuto, može se smanjiti na nekoliko načina -
- smanjiti silu A.
- smanjiti polugu D3
Cilj je da sile D i C budu što izjednačenije. Te sile se sastoje od para sila momenta B i težine portala. Za pravilnu raspodjelu težine potrebno je izračunati središte mase portala i postaviti ga točno između linearnih ležajeva. Ovo objašnjava uobičajeni cik-cak dizajn bočnih stijenki portala - to je učinjeno kako bi se vodilice pomaknule natrag i teško vreteno približilo ležajevima X-osi.
Ukratko, prilikom projektiranja Y osi, razmotrite sljedeća načela:
- Pokušajte minimizirati udaljenost od pogonskog vijka/tračnica X-osi do vodilica Y-osi - tj. minimizirati D2.
- Ako je moguće, smanjite prevjes vretena u odnosu na gredu, smanjite udaljenost D1 od područja rezanja do vodilica. Optimalni Z hod obično se smatra 80-150 mm.
- Smanjite visinu cijelog portala ako je moguće - visoki portal je sklon rezonanciji.
- Unaprijed izračunajte središte mase cijelog portala, uključujući vreteno, i dizajnirajte potpornje portala tako da se središte mase nalazi točno između nosača vodilica X-osi i što je moguće bliže vijku za vođenje X-osi.
- Odmaknite grede portalne vodilice dalje - povećajte D3 kako biste smanjili moment primijenjen na gredu.
DIZAJN Z OSOVINE
Sljedeći korak je odabir strukture najvažnijeg dijela stroja - osi Z. Ispod su 2 primjera dizajna.
Kao što je već spomenuto, prilikom izgradnje CNC stroja potrebno je uzeti u obzir sile koje nastaju tijekom rada. A prvi korak na tom putu je jasno razumijevanje prirode, veličine i smjera tih sila. Razmotrite dijagram u nastavku:
Sile koje djeluju na Z os
Na dijagramu su označene sljedeće dimenzije:
- D1 = razmak između vodilica Y osi
- D2 = udaljenost duž vodilica između linearnih ležajeva Z-osi
- D3 = duljina pomične platforme (bazna ploča) na koju je montirano samo vreteno
- D4 = širina cijele strukture
- D5 = razmak između vodilica Z osi
- D6 = debljina temeljne ploče
- D7 = okomita udaljenost od točke primjene sila rezanja do sredine između kolica duž Z osi
Pogledajmo pogled sprijeda i primijetimo da se cijela konstrukcija pomiče udesno duž vodilica osi Y. Osnovna ploča je produžena što je moguće više prema dolje, rezač je udubljen u materijal i tijekom glodanja nastaje protusila F, usmjerena. , naravno, suprotno od smjera kretanja. Veličina ove sile ovisi o brzini vretena, broju rezova glodala, brzini posmaka, materijalu, oštrini glodala itd. (podsjećamo vas da postoje neki preliminarni proračuni koji će se materijali glodati, a samim tim i procjena sila rezanja, moraju se napraviti prije početka projektiranja stroja). Kako ta sila djeluje na os Z? Kada se primjenjuje na udaljenosti od mjesta na kojem je osnovna ploča fiksirana, ova sila stvara zakretni moment A = D7 * F. Moment primijenjen na temeljnu ploču prenosi se kroz linearne ležajeve Z-osi u obliku parova poprečnih sila vodičima. Sila pretvorena iz trenutka obrnuto je proporcionalna udaljenosti između točaka primjene - stoga je za smanjenje sila koje savijaju vodilice potrebno povećati udaljenosti D5 i D2.
Udaljenost D2 također je uključena u slučaju glodanja duž osi X - u ovom slučaju nastaje slična slika, samo što se rezultirajući moment primjenjuje na osjetno veću polugu. Taj moment pokušava zakrenuti vreteno i temeljnu ploču, a nastale sile su okomite na ravninu ploče. U ovom slučaju, moment je jednak sili rezanja F, pomnoženoj s udaljenosti od točke rezanja do prvog kolica - tj. što je D2 veći, to je moment manji (uz konstantnu duljinu Z osi).
Stoga slijedi pravilo: ako su sve ostale stvari jednake, svakako biste trebali pokušati razmaknuti kolica Z-osi dalje jedan od drugog, posebno okomito - to će značajno povećati krutost. Uzmite pravilo da udaljenost D2 nikada ne bude manja od 1/2 duljine osnovne ploče. Također provjerite je li platforma D6 dovoljno debela kako bi osigurala željenu krutost izračunavanjem maksimalnih radnih sila na rezaču i modeliranjem otklona pločice u CAD-u.
Ukupno, pridržavajte se sljedećih pravila pri projektiranju Z osi portalnog stroja:
- maksimizirajte D1 - ovo će smanjiti moment (a time i silu) koji djeluje na nosače portala
- maksimizirajte D2 - ovo će smanjiti moment koji djeluje na portalnu gredu i Z os
- minimizirajte D3 (unutar zadanog Z poteza) - ovo će smanjiti moment koji djeluje na gredu i stupove portala.
- maksimizirajte D4 (udaljenost između nosača Y-osi) - to će smanjiti moment koji djeluje na portalnu gredu.
I tako, u sklopu ovog poučnog članka, želim da zajedno s autorom projekta, 21-godišnjim mehaničarom i dizajnerom, napravite svoj vlastiti. Pripovijedanje će se voditi u prvom licu, ali znajte da, na moju veliku žalost, ne dijelim svoje iskustvo, već samo slobodno prepričavam autora ovog projekta.
U ovom će članku biti dosta crteža., bilješke za njih su napravljene na engleskom, ali siguran sam da će pravi tehničar sve razumjeti bez daljnjeg. Radi lakšeg razumijevanja, podijelit ću priču u "korake".
Predgovor autora
Već u dobi od 12 godina sanjao sam o izgradnji stroja koji bi bio sposoban stvarati razne stvari. Stroj koji će mi dati mogućnost izrade bilo kojeg predmeta za kućanstvo. Dvije godine kasnije naišao sam na taj izraz CNC ili da budemo precizniji, izraz "CNC glodalica". Nakon što sam saznao da postoje ljudi koji mogu sami napraviti takav stroj za svoje potrebe, u svojoj garaži, shvatio sam da to mogu i ja. Moram to učiniti! Tri sam mjeseca pokušavao prikupiti odgovarajuće dijelove, ali nisam posustao. Tako je moja opsesija postupno nestala.
U kolovozu 2013. ponovno me zaokupila ideja o izradi CNC glodalice. Upravo sam završio preddiplomski studij industrijskog dizajna na sveučilištu, tako da sam bio prilično siguran u svoje sposobnosti. Sada sam jasno shvatio razliku između mene danas i mene prije pet godina. Naučio sam raditi s metalom, savladao tehnike rada na ručnim strojevima za obradu metala, ali što je najvažnije, naučio sam koristiti razvojne alate. Nadam se da će vas ovaj vodič nadahnuti da napravite vlastiti CNC stroj!
Korak 1: Dizajn i CAD model
Sve počinje promišljenim dizajnom. Napravio sam nekoliko skica kako bih dobio bolji osjećaj o veličini i obliku budućeg stroja. Nakon toga sam izradio CAD model koristeći SolidWorks. Nakon što sam modelirao sve dijelove i komponente stroja, pripremio sam tehničke nacrte. Koristio sam ove crteže za izradu dijelova na ručnim strojevima za obradu metala: i.
Iskreno govoreći, volim dobre, praktične alate. Zato sam nastojao održavanje i podešavanje stroja učiniti što jednostavnijim. Ležajeve sam smjestio u posebne blokove kako bih ih mogao brzo zamijeniti. Vodilice su dostupne za održavanje, tako da će moj automobil uvijek biti čist kada posao bude gotov.
Datoteke za preuzimanje “Korak 1”
dimenzije
Korak 2: Krevet
Krevet daje stroju potrebnu krutost. Na njega će se ugraditi pokretni portal, koračni motori, Z os i vreteno, a kasnije i radna površina. Za izradu potpornog okvira koristio sam dva Maytec aluminijska profila 40x80 mm i dvije aluminijske završne ploče debljine 10 mm. Sve sam elemente spojio aluminijskim uglovima. Kako bih ojačao strukturu unutar glavnog okvira, napravio sam dodatni kvadratni okvir od profila manjeg presjeka.
Kako ubuduće ne bi došlo do pada prašine na vodilice, postavio sam zaštitne aluminijske uglove. Kut se montira pomoću T-matica, koje su ugrađene u jedan od utora profila.
Obje krajnje ploče imaju ležajne blokove za montažu pogonskog vijka.
Sklop potpornog okvira
Kutovi za zaštitu vodilica
Datoteke za preuzimanje “Korak 2”
Crteži glavnih elemenata okvira
Korak 3: Portal
Pomični portal je izvršni element vašeg stroja; pomiče se duž osi X i nosi vreteno za glodanje i oslonac Z osi. Što je portal viši, to je obradak deblji. Međutim, visoki portal manje je otporan na opterećenja koja nastaju tijekom obrade. Visoki bočni stupovi portala djeluju kao poluge u odnosu na linearne kotrljajuće ležajeve.
Glavni zadatak koji sam planirao riješiti na svojoj CNC glodalici bila je obrada aluminijskih dijelova. Budući da je maksimalna debljina aluminijskih ploča koje mi odgovaraju 60 mm, odlučio sam napraviti portalni razmak (udaljenost od radne površine do gornje poprečne grede) jednak 125 mm. Sve svoje mjere pretvorio sam u model i tehničke crteže u SolidWorksu. Zbog složenosti dijelova, obrađivao sam ih na industrijskom CNC obradnom centru; to mi je dodatno omogućilo obradu skošenja, što bi bilo vrlo teško izvesti na ručnoj glodalici za metal.
Datoteke za preuzimanje “Korak 3”
Korak 4: Čeljust osi Z
Za dizajn osi Z upotrijebio sam prednju ploču koja se pričvršćuje na ležajeve gibanja osi Y, dvije ploče za pojačanje sklopa, ploču za montiranje koračnog motora i ploču za montiranje vretena za glodanje. Na prednjoj ploči postavio sam dvije profilne vodilice duž kojih će se vreteno pomicati duž Z osi. Imajte na umu da vijak Z osi nema kontra oslonac na dnu.
Preuzimanja “Korak 4”
Korak 5: Vodiči
Vodilice omogućuju kretanje u svim smjerovima, osiguravajući glatke i precizne pokrete. Svako pomicanje u jednom smjeru može uzrokovati netočnost u obradi vaših proizvoda. Odabrao sam najskuplju opciju - profilirane tračnice od kaljenog čelika. To će omogućiti strukturi da izdrži velika opterećenja i pružiti točnost pozicioniranja koja mi je potrebna. Kako bih osigurao da su vodilice paralelne, koristio sam poseban indikator prilikom njihove instalacije. Maksimalno odstupanje u odnosu jedno na drugo nije bilo veće od 0,01 mm.
Korak 6: Vijci i remenice
Vijci pretvaraju rotacijsko gibanje koračnih motora u linearno gibanje. Prilikom projektiranja vašeg stroja, možete odabrati nekoliko opcija za ovu jedinicu: par vijak-matica ili par kuglični vijak (kuglični vijak). Vijak-matica, u pravilu, podvrgnuta je većim silama trenja tijekom rada, a također je manje precizna u odnosu na kuglični vijak. Ako vam je potrebna veća točnost, onda se svakako trebate odlučiti za kuglični vijak. Ali trebali biste znati da su kuglični vijci prilično skupi.
Prilikom odabira CNC glodalice odlučiti:
1. s kojim materijalom ćeš raditi? O tome ovise zahtjevi za krutost konstrukcije glodalice i njen tip.
Na primjer, CNC stroj izrađen od šperploče omogućit će vam obradu samo drva (uključujući šperploču) i plastike (uključujući kompozitne materijale - plastiku s folijom).
Pomoću stroja za glodanje aluminija možete obrađivati i komade od obojenih metala, a također će se povećati brzina obrade proizvoda od drva.
Strojevi za mljevenje aluminija nisu prikladni za obradu čelika, ovdje su potrebni masivni strojevi s okvirom od lijevanog željeza, dok će obrada obojenih metala na takvim strojevima za mljevenje biti učinkovitija.
2. s veličinom izradaka i veličinom radnog polja glodalice. Ovo određuje mehaničke zahtjeve CNC stroja.
Prilikom odabira stroja obratite pažnju na proučavanje mehanike stroja, o njegovom izboru ovise mogućnosti stroja, a zamijeniti ga je nemoguće bez značajne izmjene dizajna!
Mehanika CNC glodalice izrađene od šperploče i aluminija često je ista. Više pročitajte u nastavku teksta.
Ali što je veća veličina radnog polja stroja, bit će potrebne strožije i skuplje linearne vodilice za kretanje za njegovu montažu.
Pri odabiru strojeva za rješavanje problema izrade visokih dijelova, s velikim razlikama u visini, uvriježeno je pogrešno mišljenje da je dovoljno odabrati stroj s velikim radnim hodom po Z osi, ali čak i s velikim hodom po Z osi , nemoguće je proizvesti dio sa strmim padinama ako je visina dijela veća od radne duljine rezača, odnosno više od 50 mm.
Pogledajmo dizajn glodalice i opcije odabira na primjeru CNC strojeva serije Modelist.
A) Izbor izvedbe CNC stroja
Postoje dvije mogućnosti za izradu CNC strojeva:
1) dizajni s pokretnim stolom, slika 1.
2) dizajn s pomičnim portalom, slika 2.
Slika 1Glodalica s pomičnim stolom
Prednosti Dizajn stroja s pomičnim stolom je jednostavnost implementacije, veća krutost stroja zbog činjenice da je portal nepomičan i fiksiran na okvir (bazu) stroja.
Mana- velike dimenzije u odnosu na dizajn s pomičnim portalom, te nemogućnost obrade teških dijelova zbog činjenice da pomični stol nosi dio. Ovaj dizajn je sasvim prikladan za obradu drva i plastike, odnosno laganih materijala.
slika 2 Glodalica s pomičnim portalom (portalni stroj)
Prednosti izvedbe glodalice s pomičnim portalom:
Kruti stol koji može izdržati veliku težinu obratka,
Neograničena dužina obratka,
Kompaktnost,
Mogućnost izrade stroja bez stola (npr. za ugradnju rotacijske osi).
Mane:
Manja krutost strukture.
Potreba za korištenjem krućih (i skupih) vodilica (zbog činjenice da portal "visi" na vodilicama, a nije fiksiran na kruti okvir stroja, kao u dizajnu s pomičnim stolom).
B) Odabir mehanike CNC glodala
Predstavljena je mehanika (vidi brojeve na sl. 1, sl. 2 i sl. 3):
3 - držači vodilica
4 - linearni ležajevi ili klizne čahure
5 - potporni ležajevi (za pričvršćivanje vodećih vijaka)
6 - vodeći vijci
10 - spojka koja povezuje osovinu glavnog vijka s osovinom koračnih motora (SM)
12 - matica za trčanje
slika 3
Odabir sustava linearnog kretanja glodalice (vodilice - linearni ležajevi, vodeći vijak - vodeći matica).
Sljedeće se može koristiti kao smjernice:
1) valjkaste vodilice, slika 4.5
Slika 4 
Slika 5
Ova vrsta vodilica pronašla je svoj put u dizajn amaterskih lasera i strojeva iz industrije namještaja, slika 6.
Nedostatak je mala nosivost i nizak vijek trajanja, budući da izvorno nisu bili namijenjeni za uporabu u strojevima s velikim brojem pokreta i velikim opterećenjima, mala čvrstoća aluminijskog profila vodilica dovodi do kolapsa, slika 5 i, kao rezultat, nepopravljiva igra, koja daljnju upotrebu stroja čini neprikladnom.
Druga verzija valjkastih vodilica, slika 7, također nije prikladna za velika opterećenja i stoga se koristi samo u laserskim strojevima.
Slika 7
2) okrugle vodilice, su čelična osovina izrađena od visokokvalitetnog nosivog čelika otpornog na habanje s brušenom površinom, površinskim kaljenjem i tvrdim kromom, prikazana pod brojem 2 na slici 2.
Ovo je optimalno rješenje za amaterski dizajn, jer... cilindrične vodilice imaju dovoljnu krutost za obradu mekih materijala s malim veličinama CNC strojeva uz relativno nisku cijenu. Ispod je tablica za odabir promjera cilindričnih vodilica ovisno o maksimalnoj duljini i minimalnom otklonu.
Neki Kinez Proizvođači jeftinih strojeva ugrađujem vodilice nedovoljnog promjera, što dovodi do smanjenja točnosti, na primjer, kada koristite aluminijski stroj na radnoj duljini od 400 mm, vodilice promjera 16 mm dovest će do otklona u središtu pod vlastitom težinom za 0,3. .0,5 mm (ovisno o težini portala).
Uz točan izbor promjera osovine, dizajn strojeva koji ih koriste je prilično jak; velika težina osovine daje konstrukciji dobru stabilnost i ukupnu strukturnu krutost. Na strojevima većim od jednog metra, korištenje okruglih vodilica zahtijeva značajno povećanje promjera kako bi se održao minimalni otklon, što upotrebu okruglih vodilica čini nerazumno skupim i teškim rješenjem.
| Aksijalna duljina | Stroj za šperploču | Aluminijski stroj za obradu drva | Aluminijski stroj za obradu aluminija | |
| 200 mm | 12 | 12 | 16 | 12 |
| 300 mm | 16 | 16 | 20 | 16 |
| 400 mm | 16 | 20 | 20 | 16 |
| 600 mm | 20 | 25 | 30 | 16 |
| 900 mm | 25 | 30 | 35 | 16 |
3) profilne vodilice
Polirane osovine na velikim strojevima zamjenjuju se profilnim vodilicama. Korištenje nosača duž cijele duljine vodilice omogućuje korištenje vodilica znatno manjih promjera. Ali upotreba ove vrste vodilica nameće visoke zahtjeve za krutost nosivog okvira stroja, budući da kreveti od duraluminijskog lima ili čeličnog lima sami po sebi nisu kruti. Mali promjer vodilica tračnica zahtijeva upotrebu čelične profesionalne cijevi debelih stijenki ili konstrukcijskog aluminijskog profila velikog presjeka u dizajnu stroja kako bi se postigla potrebna krutost i nosivost okvira stroja.
Upotreba posebnog oblika profilne šine omogućuje bolju otpornost na habanje u usporedbi s drugim vrstama vodilica.
Slika 8
4) Cilindrične vodilice na nosaču
Cilindrične vodilice na nosaču su jeftiniji analog profilnih vodilica.
Baš kao i profilne, zahtijevaju korištenje profesionalnih cijevi velikog presjeka u okviru stroja, a ne pločastih materijala.
Prednosti - nema otklona i nema efekta opruge. Cijena je dvostruko veća od cilindričnih vodilica. Njihova je uporaba opravdana za duljine putovanja iznad 500 mm.
slika 9 Cilindrične vodilice na nosaču
Pokret se može izvesti na sljedeći način: čahure(trenje klizanja) - Slika 10 s lijeve strane i pomoću linearni ležajevi(trenje kotrljanja)- riža. 10 na desnoj strani.
slika 10 Čahure i linearni ležajevi
Nedostatak kliznih čahura je trošenje čahura, što dovodi do pojave zazora, te povećani napor za svladavanje trenja klizanja, što zahtijeva upotrebu snažnijih i skupljih koračnih motora (SM). Njihova prednost je niska cijena.
Nedavno je cijena linearnih ležajeva toliko pala da je njihov izbor ekonomski izvediv čak iu jeftinim hobi izvedbama. Prednost linearnih ležajeva je niži koeficijent trenja u odnosu na klizne čahure, pa prema tome najveći dio snage koračnih motora odlazi na korisna kretanja, a ne na borbu protiv trenja, što omogućuje korištenje motora manje snage.
Za pretvaranje rotacijskog gibanja u translatorno gibanje na CNC stroju potrebno je koristiti vijčani pogon ( vodeći vijak ). Zbog rotacije vijka, matica se pomiče prema naprijed. Može se koristiti u strojevima za glodanje i graviranje spiralni klizni zupčanici I spiralno kotrljajući zupčanici .
Nedostatak kliznog vijčanog prijenosa je prilično veliko trenje, što ograničava njegovu upotrebu pri velikim brzinama i dovodi do trošenja matice.
Klizni spiralni zupčanici:
1) metrički vijak. Prednost metričkog vijka je niska cijena. Nedostaci - niska točnost, mali korak i mala brzina kretanja. Maksimalna brzina kretanja propelera (brzina mm`s po minuti) na temelju maksimalne brzine motora (600 o/min). Najbolji vozači će zadržati okretni moment do 900 o/min. Pri ovoj brzini rotacije može se postići linearno kretanje:
Za vijak M8 (razmak navoja 1,25 mm) - ne više od 750 mm/min,
Za vijak M10 (razmak navoja 1,5 mm) - 900 mm/min,
Za vijak M12 (uspon navoja 1,75 mm) - 1050 mm/min,
Za vijak M14 (korak navoja 2,00 mm) - 1200 mm/min.
Pri maksimalnoj brzini, motor će imati oko 30-40% svog inicijalno specificiranog momenta, a ovaj način se koristi isključivo za prazno hod.
Pri radu s tako niskim posmakom, potrošnja rezača se povećava nakon samo nekoliko sati rada, stvaraju se naslage ugljika na rezačima.
2) trapezni vijak. U dvadesetom stoljeću je zauzimao vodeće mjesto u strojevima za obradu metala, prije pojave kugličnih vijaka. Prednost je velika točnost, veliki korak navoja, a time i velika brzina kretanja. Trebate obratiti pozornost na vrstu obrade; što je površina vijka glatkija i ravnomjernija, to je dulji radni vijek prijenosa vijak-matica. Valjani vijci imaju prednost u odnosu na navojne vijke. Nedostaci trapeznog prijenosa vijak-matica su prilično visoka cijena u usporedbi s metričkim kliznim trenjem, zahtijeva korištenje koračnih motora prilično velike snage. Najčešće korišteni vijci su TR10x2 (promjer 10 mm, korak navoja 2 mm), TR12x3 (promjer 12 mm, korak navoja 3 mm) i TR16x4 (promjer 16 mm, korak navoja 4 mm). U strojevima je oznaka takvog zupčanika TR10x2,TR12x3,TR12x4,TR16x4
Spiralni kotrljajući zupčanici:
Kuglični vijak (kuglični vijak). U kuglastom vretenu trenje klizanja zamijenjeno je trenjem kotrljanja. Da bi se to postiglo, u kuglastom vijku, vijak i matica su odvojeni kuglicama koje se kotrljaju u udubljenjima navoja vijka. Recirkulacija kuglica osigurana je pomoću povratnih kanala koji idu paralelno s osi vijka.
Slika 12
Kuglični vijak pruža mogućnost rada pod velikim opterećenjem, dobar miran rad, značajno povećan radni vijek (trajnost) zbog smanjenog trenja i podmazivanja, povećanu učinkovitost (do 90%) zbog manjeg trenja. Sposoban je za rad pri velikim brzinama, pruža visoku točnost pozicioniranja, veliku krutost i nema zazora. Odnosno, strojevi s kuglastim vijcima imaju značajno dulji radni vijek, ali imaju višu cijenu. Strojevi imaju oznake SFU1605, SFU1610, SFU2005, SFU2010, gdje je SFU jednostruka matica, DFU dvostruka matica, prva dva broja su promjer vijka, druga dva su korak navoja.
Vodeći vijak Glodalica se može montirati na sljedeći način:
1) Dizajn ležaja s jednom potporom. Pričvršćivanje se vrši s jedne strane vijka s maticom na potporni ležaj. Druga strana vijka pričvršćena je na osovinu koračnog motora pomoću krute spojke. Prednosti - jednostavnost dizajna, nedostatak - povećano opterećenje na ležaju koračnog motora.
2) Dizajn s dva potisna ležaja. Dizajn koristi dva potporna ležaja na unutarnjim stranama portala. Nedostatak dizajna je što je implementacija složenija u odnosu na opciju 1). Prednost je manje vibracija ako vijak nije savršeno ravan.
3) Dizajn s dva potporna ležaja u napetosti. Dizajn koristi dva potporna ležaja na vanjskim stranama portala. Prednosti - vijak se ne deformira, za razliku od druge opcije. Nedostatak je što je implementacija dizajna složenija u usporedbi s prvom i drugom opcijom.
Orasi za trčanje tamo su:
Bronca bez zazora. Prednost takvih matica je trajnost. Nedostaci - teško ih je proizvesti (kao rezultat - visoka cijena) i imaju visok koeficijent trenja u usporedbi s kaprolonskim maticama.
Caprolon bez zazora. Trenutno je kaprolon postao široko rasprostranjen i sve više zamjenjuje metal u profesionalnim strukturama. Matica izrađena od kaprolona punjenog grafitom ima znatno niži koeficijent trenja u usporedbi s istom broncom.
slika 14 Pokretna matica od kaprolona punjenog grafitom
U matici s kugličnim navojem trenje klizanja zamijenjeno je trenjem kotrljanja. Prednosti: nisko trenje, sposobnost rada pri velikim brzinama vrtnje. Nedostatak je visoka cijena.
Izbor spojnice
1) veza pomoću krute spojke. Prednosti: krute spojke prenose više okretnog momenta s osovine na osovinu, nema zazora pri velikim opterećenjima. Nedostaci: zahtijevaju preciznu ugradnju, jer ova spojnica ne kompenzira neusklađenost i neusklađenost osovina.
2) spajanje pomoću spojke s mijehom (split). Prednost korištenja spojke s mijehom je u tome što vam njezina upotreba omogućuje kompenziranje neusklađenosti pogonske osovine i osi koračnog motora do 0,2 mm i neusklađenosti do 2,5 stupnjeva, što rezultira manjim opterećenjem ležaja koračnog motora i dulji vijek trajanja koračnog motora. Također vam omogućuje prigušivanje nastalih vibracija.
3) veza pomoću čeljusne spojke. Prednosti: omogućuje prigušivanje vibracija, prijenos više okretnog momenta s osovine na osovinu, u usporedbi s razdijeljenim tipom. Nedostaci: manja kompenzacija neusklađenosti, neusklađenost pogonske osovine i osi koračnog motora do 0,1 mm i neusklađenost do 1,0 stupnjeva.
C) Izbor elektronike
Prikazana je elektronika (vidi sl. 1 i 2):
7 - regulator koračnog motora
8 - jedinica napajanja za SD kontroler
11 - koračni motori
Postoje 4-žilni, 6-žilni i 8-žilni koračni motori . Svi se mogu koristiti. U većini modernih regulatora, veza se izvodi pomoću četverožilnog kruga. Preostali vodiči se ne koriste.
Kod odabira stroja važno je da koračni motor ima dovoljnu snagu za pomicanje radnog alata bez gubljenja koraka, odnosno bez preskakanja. Što je veći korak navoja vijka, bit će potrebni snažniji motori. Tipično, što je veća struja motora, veći je njegov moment (snaga).
Mnogi motori imaju 8 priključaka za svaki polunamotaj zasebno - to vam omogućuje spajanje motora s namotima spojenim serijski ili paralelno. Kod paralelno spojenih namota trebat će vam pokretač s duplo većom strujom nego kod serijski spojenih namota, ali bit će dovoljan pola napona.
U slučaju serije, naprotiv, za postizanje nazivnog momenta bit će potrebna polovica struje, ali za postizanje maksimalne brzine bit će potreban dvostruko veći napon.
Količina kretanja po koraku obično je 1,8 stupnjeva.
Za 1.8 ispada 200 koraka po punom okretaju. U skladu s tim, za izračunavanje vrijednosti, broj koraka po mm ( “Koraci po mm” (Korak po mm)) koristimo formulu: broj koraka po okretaju / korak vijka. Za vijak s korakom od 2mm dobivamo: 200/2=100 koraka/mm.
Izbor kontrolera
1) DSP kontroleri. Prednosti - mogućnost odabira priključaka (LPT, USB, Ethernet) i neovisnost frekvencija STEP i DIR signala o radu operativnog sustava. Nedostaci - visoka cijena (od 10.000 rubalja).
2) Kontroleri kineskih proizvođača za amaterske strojeve. Prednosti - niska cijena (od 2500 rubalja). Nedostatak - povećani zahtjevi za stabilnošću operativnog sustava, zahtijeva usklađenost s određenim pravilima konfiguracije, poželjno je koristiti namjensko računalo, dostupne su samo LPT verzije.
3) Amaterski dizajni regulatora baziranih na diskretnim elementima. Niska cijena kineskih kontrolera istiskuje amaterske dizajne.
Kineski kontroleri najčešće se koriste u dizajnu amaterskih strojeva.
Odabir napajanja
Nema17 motori zahtijevaju napajanje od najmanje 150W
Nema23 motori zahtijevaju napajanje od najmanje 200W
Znajući da je ovo složen tehnički i elektronički uređaj, mnogi obrtnici misle da ga je jednostavno nemoguće napraviti vlastitim rukama. Međutim, ovo je mišljenje pogrešno: takvu opremu možete napraviti sami, ali da biste to učinili, morate imati ne samo detaljan crtež, već i skup potrebnih alata i relevantnih komponenti.
Obrada duraluminijskog obrasca na kućnoj stolnoj glodalici
Kada se odlučite za izradu vlastitog CNC stroja, imajte na umu da to može potrajati dosta vremena. Osim toga, bit će potrebni određeni financijski troškovi. Međutim, ne bojeći se takvih poteškoća i ispravno pristupajući svim pitanjima, možete postati vlasnik pristupačne, učinkovite i produktivne opreme koja vam omogućuje obradu izradaka iz različitih materijala s visokim stupnjem točnosti.
Da biste napravili glodalicu opremljenu CNC sustavom, možete koristiti dvije mogućnosti: kupiti gotov komplet, od kojeg je takva oprema sastavljena od posebno odabranih elemenata, ili pronaći sve komponente i sastaviti uređaj vlastitim rukama koji u potpunosti ispunjava sve vaše zahtjeve.
Upute za sastavljanje domaće CNC glodalice
Ispod na fotografiji možete vidjeti jedan izrađen vlastitim rukama, koji je popraćen detaljnim uputama za proizvodnju i montažu s naznakom upotrijebljenih materijala i komponenti, točnim "obrascima" dijelova stroja i približnim troškovima. Jedina mana je to što su upute na engleskom, ali sasvim je moguće razumjeti detaljne crteže bez poznavanja jezika.
Preuzmite besplatne upute za izradu stroja:
CNC glodalica je sastavljena i spremna za rad. Ispod su neke ilustracije iz uputa za sastavljanje ovog stroja.
“Šablone” dijelova stroja (smanjeni prikaz) Početak montaže stroja Međufaza Završna faza montaže
Pripremni rad
Ako odlučite da ćete vlastitim rukama konstruirati CNC stroj, bez upotrebe gotovog kompleta, prvo što ćete morati učiniti je odabrati dijagram strujnog kruga prema kojem će takva mini oprema raditi.
Kao osnovu za CNC opremu za glodanje možete uzeti stari stroj za bušenje, u kojem je radna glava s bušilicom zamijenjena glodalicom. Najteža stvar koja će se morati dizajnirati u takvoj opremi je mehanizam koji osigurava kretanje alata u tri neovisne ravnine. Ovaj mehanizam se može sastaviti pomoću kolica iz neradnog pisača; osigurat će kretanje alata u dvije ravnine.
Jednostavno je povezati softversku kontrolu s uređajem sastavljenim prema ovom konceptu. No, glavni mu je nedostatak što se na ovakvom CNC stroju mogu obrađivati samo obradci od plastike, drva i tankog lima. To se objašnjava činjenicom da kolica iz starog pisača, koja će osigurati kretanje alata za rezanje, nemaju dovoljan stupanj krutosti.
Da bi vaš domaći CNC stroj mogao izvoditi punopravne operacije glodanja s obradcima izrađenim od različitih materijala, dovoljno snažan koračni motor mora biti odgovoran za pomicanje radnog alata. Apsolutno nije potrebno tražiti koračni motor, može se napraviti od uobičajenog elektromotora, podvrgavajući ga manjim izmjenama.
Upotreba koračnog motora u vašem će omogućiti da se izbjegne upotreba vijka, a funkcionalnost i karakteristike domaće opreme neće se pogoršati. Ako se ipak odlučite koristiti kolica iz pisača za svoj mini-stroj, onda je poželjno da ih odaberete iz većeg modela uređaja za ispis. Za prijenos sile na osovinu opreme za mljevenje, bolje je koristiti ne obične, već zupčaste remene koji neće kliziti na remenicama.
Jedna od najvažnijih komponenti svakog takvog stroja je mehanizam za mljevenje. Njegovoj proizvodnji treba posvetiti posebnu pozornost. Da biste pravilno izradili takav mehanizam, trebat će vam detaljni crteži, koji će se morati strogo pridržavati.
Crteži CNC glodalice
Počnimo sastavljati opremu
Osnova domaće CNC opreme za glodanje može biti pravokutna greda, koja mora biti sigurno pričvršćena na vodilice.
Noseća konstrukcija stroja mora imati visoku krutost, pri ugradnji je bolje ne koristiti zavarene spojeve, a sve elemente treba spojiti samo vijcima.
Ovaj se zahtjev objašnjava činjenicom da zavareni spojevi vrlo slabo podnose vibracijska opterećenja, kojima će potporna konstrukcija opreme nužno biti izložena. Takva će opterećenja u konačnici dovesti do toga da se okvir stroja s vremenom počne pogoršavati, au njemu će se dogoditi promjene geometrijskih dimenzija, što će utjecati na točnost postavki opreme i njezine performanse.
Varovi prilikom ugradnje okvira kućne glodalice često izazivaju razvoj zračnosti u njegovim komponentama, kao i otklon vodilica, što se događa pri velikim opterećenjima.
Glodalica koju ćete sastaviti vlastitim rukama mora imati mehanizam koji osigurava kretanje radnog alata u okomitom smjeru. Za to je najbolje koristiti vijčani zupčanik, čija će se rotacija prenositi pomoću zupčastog remena.
Važan dio glodalice je njegova okomita os, koja za domaći uređaj može biti izrađena od aluminijske ploče. Vrlo je važno da dimenzije ove osi budu precizno prilagođene dimenzijama montiranog uređaja. Ako imate na raspolaganju prigušnu peć, tada možete sami izraditi okomitu os stroja lijevanjem od aluminija prema dimenzijama navedenim u gotovom crtežu.
Nakon što su sve komponente vaše domaće glodalice pripremljene, možete je početi sastavljati. Ovaj proces počinje ugradnjom dvaju koračnih motora koji su montirani na tijelo opreme iza njegove okomite osi. Jedan od ovih elektromotora bit će odgovoran za pomicanje glave za mljevenje u vodoravnoj ravnini, a drugi će biti odgovoran za pomicanje glave, odnosno, u okomitoj ravnini. Nakon toga ugrađuju se preostale komponente i sklopovi domaće opreme.
Rotacija na sve komponente domaće CNC opreme treba se prenositi samo putem remenskih pogona. Prije spajanja sustava programske kontrole na montirani stroj, trebali biste provjeriti njegovu funkcionalnost u ručnom načinu rada i odmah ukloniti sve utvrđene nedostatke u njegovom radu.
Proces montaže možete pogledati u videu koji je lako pronaći na internetu.
Koračni motori
Dizajn bilo koje glodalice opremljene CNC-om nužno sadrži koračne motore koji osiguravaju kretanje alata u tri ravnine: 3D. Prilikom dizajniranja domaćeg stroja za ovu svrhu, možete koristiti električne motore instalirane u matrični pisač. Većina starijih modela uređaja za matrični ispis bili su opremljeni elektromotorima prilično velike snage. Osim koračnih motora, vrijedi uzeti jake čelične šipke iz starog pisača, koje se također mogu koristiti u dizajnu vašeg domaćeg stroja.
Za izradu vlastite CNC glodalice trebat će vam tri koračna motora. Budući da su u matričnom pisaču samo dva, bit će potrebno pronaći i rastaviti još jedan stari ispisni uređaj.
Bit će veliki plus ako motori koje pronađete imaju pet upravljačkih žica: to će značajno povećati funkcionalnost vašeg budućeg mini-stroja. Također je važno saznati sljedeće parametre koračnih motora koje ste pronašli: koliko stupnjeva se okrene u jednom koraku, koliki je napon napajanja, kao i vrijednost otpora namota.
Pogonski dizajn domaće CNC glodalice sastavljen je od matice i klina, čije dimenzije treba unaprijed odabrati prema crtežu vaše opreme. Za pričvršćivanje osovine motora i spajanje na klin, prikladno je koristiti debeli gumeni namot iz električnog kabela. Dijelovi vašeg CNC stroja, poput stega, mogu biti izrađeni u obliku najlonske čahure u koju se umetne vijak. Da biste napravili tako jednostavne strukturne elemente, trebat će vam obična datoteka i bušilica.
Elektronička oprema
Vašim DIY CNC strojem upravljat će softver i potrebno ga je ispravno odabrati. Prilikom odabira takvog softvera (možete ga sami napisati), važno je obratiti pozornost na činjenicu da je operativan i omogućuje stroju da ostvari sve svoje funkcionalnosti. Takav softver mora sadržavati upravljačke programe za kontrolere koji će biti instalirani na vašoj mini-glodalici.
U domaćem CNC stroju potreban je LPT priključak, preko kojeg je elektronički upravljački sustav povezan sa strojem. Vrlo je bitno da se takvo spajanje ostvaruje putem instaliranih koračnih motora.
Prilikom odabira elektroničkih komponenti za vaš domaći stroj, važno je obratiti pozornost na njihovu kvalitetu, jer će o tome ovisiti točnost tehnoloških operacija koje će se na njemu izvoditi. Nakon instaliranja i povezivanja svih elektroničkih komponenti CNC sustava, potrebno je preuzeti potreban softver i upravljačke programe. Tek nakon toga slijedi probni rad stroja, provjera ispravnosti njegovog rada pod kontrolom učitanih programa, utvrđivanje nedostataka i njihovo brzo uklanjanje.
U pripremi za projektiranje tehnološkog procesa provodi se detaljna analiza crteža radi utvrđivanja nedostajućih dimenzija i projektno-tehnoloških podataka. Dimenzije koje nedostaju i drugi podaci mogu se dobiti od projektanta, iz sklopnih crteža ili geometrijskom konstrukcijom konture dijela.
Kako bi se olakšala priprema NC-a, dimenzije na crtežu dijela moraju zadovoljiti zahtjeve programiranja.
Budući da se obrada na CNC strojevima provodi pomoću naredbi koje određuju koordinate točaka putanje u pravokutnom koordinatnom sustavu, dimenzije na crtežima također moraju biti navedene u pravokutnom koordinatnom sustavu iz jedinstvenih projektnih osnova dijela. Da biste to učinili, morate odabrati ishodište i smjer osi. Poželjno je da se smjer osi relativnog koordinatnog sustava dijela podudara nakon njegove ugradnje na stroj sa smjerom koordinatnih osi stroja.
Prilikom crtanja dimenzija na crtežima, u nekim slučajevima, rupe, grupe rupa ili elementi dijelova mogu se specificirati u lokalnom koordinatnom sustavu, kao što je prikazano za rupu B (slika 11.8a). Prijelaz iz takvog sustava s početkom u točki A na glavni sustav ne uzrokuje poteškoće.
Rupe za pričvršćivanje koje se nalaze na jednom ili drugom radijusu od središta glavne rupe obično se određuju središnjim kutom luka između njihovih osi i radijusa. Za CNC strojeve takve informacije treba zamijeniti koordinatama osi svake rupe (slika 11.8, b). U primjeru koji razmatramo, preporučljivo je dodijeliti os velike rupe kao ishodište koordinata, jer osigurava minimalnu duljinu mirovanja (pozicioniranja) tijekom obrade.
Riža. 11.8. Dimenzije na crtežima dijelova za CNC strojeve:
a) u lokalnom koordinatnom sustavu; b) u koordinatnom sustavu glavnog otvora
Često dijelovi imaju veliki broj malih rupa za pričvršćivanje. Nepraktično je navesti koordinate osi svake od njih, jer to čini crtež teškim za čitanje. U takvim slučajevima, racionalno je koristiti tabelarnu metodu za označavanje dimenzija, što je također zgodno za programiranje (slika 11.9a).
Riža. 11.9. Dimenzije na crtežima dijelova tabelarnom metodom:
a) osi rupa za pričvršćivanje; b) zakrivljene konture
Prema općem pravilu za crtanje dimenzija u crtežima dijelova koji se obrađuju na tokarilici, područja s uskim tolerancijama (dimenzije a 1, a 2 i 3 na sl. 11.10a) i srednji presjeci sa širokim tolerancijama (dimenzije a 1, a 2 , u 3, u 4). To je sasvim opravdano za ručno upravljane strojeve, jer... radnik treba samo održavati točno ove dimenzije. Za CNC stroj to nije važno, jer je točnost brojanja pomaka ista, a referentna točka se u pravilu ne podudara s projektiranom bazom i nalazi se izvan dijela. Stoga se dimenzije za takve dijelove trebaju primijeniti u lancu (Sl. 11.10, b).
Riža. 11.10. Dimenzije na crtežima dijelova za tokarenje:
a) na ručno upravljanim strojevima; b) na CNC strojevima
Općenito, primjena dimenzija na crtežima dijelova koji se obrađuju na CNC strojevima treba biti takva da prilikom pripreme upravljačkog programa nema potrebe za njihovim ponovnim izračunavanjem.