Po zvážení konštrukčných možností pre dlhú os - X - môžeme prejsť k uvažovaniu o osi Y. Os Y vo forme portálu je najobľúbenejším riešením v komunite hobby konštruktérov obrábacích strojov, a to z dobrého dôvodu. Toto je jednoduché a celkom funkčné, osvedčené riešenie. Má však aj úskalia a body, ktoré je potrebné pochopiť pred návrhom. Stabilita a správna rovnováha sú pre portál mimoriadne dôležité - zníži sa tým opotrebovanie vodidiel a ozubených kolies, zníži sa vychýlenie nosníka pri zaťažení a zníži sa pravdepodobnosť zaklinenia pri pohybe. Aby sme určili správne rozloženie, pozrime sa na sily pôsobiace na portál počas prevádzky stroja.
Dobre si pozrite schému. Sú na ňom vyznačené tieto rozmery:
- D1 - vzdialenosť od oblasti rezu k stredu vzdialenosti medzi vedeniami portálového nosníka
- D2 - vzdialenosť medzi skrutkou pohonu osi X a spodným vodiacim nosníkom
- D3 - vzdialenosť medzi vodidlami osi Y
- D4 - vzdialenosť medzi lineárnymi ložiskami osi X
Teraz sa pozrime na skutočné úsilie. Na obrázku sa portál pohybuje zľava doprava v dôsledku otáčania skrutky pohonu osi X (umiestnenej dole), ktorá poháňa maticu upevnenú na spodnej časti portálu. Vreteno sa spustí a frézuje obrobok a objaví sa protisila smerujúca k pohybu portálu. Táto sila závisí od zrýchlenia portálu, rýchlosti posuvu, rotácie vretena a sily spätného rázu od frézy. Ten závisí od samotnej frézy (typ, ostrosť, prítomnosť mazania atď.), Rýchlosť otáčania, materiál a ďalšie faktory. Veľa literatúry o výbere rezných režimov je venované určovaniu veľkosti spätného rázu od frézy, v súčasnosti nám stačí vedieť, že pri pohybe portálu vzniká komplexná protisila F pôsobiaca na pevné vreteno sa aplikuje pozdĺž konštrukčných prvkov na portálový nosník vo forme momentu A = D1 * F. Tento moment možno rozložiť na dvojicu rovnako veľkých, ale opačne smerujúcich síl A a B, aplikovaných na vodidlá #1 a #2 portálového nosníka. Modulo sila A = sila B = moment A / D3. Ako je odtiaľto vidieť, sily pôsobiace na vodiace nosníky sa zmenšujú, ak sa vzdialenosť medzi nimi D3 zväčšuje. Zníženie síl znižuje opotrebovanie vodidiel a torznú deformáciu nosníka. S poklesom sily A tiež klesá moment B pôsobiaci na bočné steny portálu: Moment B = D2 * Sila A. Kvôli veľkému momentu B sa bočné steny, ktoré sa nemôžu ohýbať striktne v rovine, budú začnite sa krútiť a ohýbať. Moment B musí byť tiež znížený, pretože je potrebné usilovať sa o to, aby bolo zaťaženie vždy rozložené rovnomerne na všetky lineárne ložiská - tým sa znížia elastické deformácie a vibrácie stroja, a tým sa zvýši presnosť.
Moment B, ako už bolo spomenuté, možno znížiť niekoľkými spôsobmi -
- znížiť silu A.
- znížiť pákový efekt D3
Cieľom je, aby sily D a C boli čo najviac rovnaké. Tieto sily pozostávajú z dvojice síl momentu B a hmotnosti portálu. Pre správne rozloženie hmotnosti je potrebné vypočítať ťažisko portálu a umiestniť ho presne medzi lineárne ložiská. To vysvetľuje bežný cik-cak dizajn bočných stien portálu - to sa robí s cieľom posunúť vodidlá späť a priblížiť ťažké vreteno k ložiskám osi X.
Stručne povedané, pri navrhovaní osi Y zvážte nasledujúce zásady:
- Pokúste sa minimalizovať vzdialenosť od skrutky/koľajnice pohonu osi X k vodidlám osi Y - t.j. minimalizovať D2.
- Ak je to možné, zmenšite presah vretena voči lúču, minimalizujte vzdialenosť D1 od reznej plochy k vodidlám. Za optimálny Z zdvih sa zvyčajne považuje 80-150 mm.
- Ak je to možné, znížte výšku celého portálu - vysoký portál je náchylný na rezonanciu.
- Vopred vypočítajte ťažisko celého portálu vrátane vretena a navrhnite vzpery portálu tak, aby sa ťažisko nachádzalo presne medzi vodiacimi vozíkmi osi X a čo najbližšie k vodiacej skrutke osi X.
- Umiestnite vodiace lúče portálu ďalej – maximalizujte D3, aby ste znížili moment aplikovaný na lúč.
DIZAJN OSI Z
Ďalším krokom je výber štruktúry najdôležitejšej časti stroja - osi Z. Nižšie sú uvedené 2 príklady konštrukcie.
Ako už bolo spomenuté, pri stavbe CNC stroja je potrebné brať do úvahy sily vznikajúce pri prevádzke. A prvým krokom na tejto ceste je jasné pochopenie povahy, veľkosti a smeru týchto síl. Zvážte nasledujúci diagram:
Sily pôsobiace na os Z
Na obrázku sú vyznačené nasledujúce rozmery:
- D1 = vzdialenosť medzi vodidlami osi Y
- D2 = vzdialenosť pozdĺž vodidiel medzi lineárnymi ložiskami osi Z
- D3 = dĺžka pohyblivej plošiny (základnej dosky), na ktorej je namontované samotné vreteno
- D4 = šírka celej konštrukcie
- D5 = vzdialenosť medzi vodidlami osi Z
- D6 = hrúbka základnej dosky
- D7 = vertikálna vzdialenosť od bodu pôsobenia rezných síl do stredu medzi vozíkmi pozdĺž osi Z
Pozrime sa na pohľad spredu a všimnime si, že celá konštrukcia sa pohybuje doprava pozdĺž vodidiel osi Y. Základná doska je vysunutá čo najviac nadol, fréza je zapustená do materiálu a pri frézovaní vzniká protisila F smerujúca. , prirodzene, proti smeru pohybu. Veľkosť tejto sily závisí od otáčok vretena, počtu rezov frézy, rýchlosti posuvu, materiálu, ostrosti frézy atď. (pripomíname, že niektoré predbežné výpočty, aké materiály sa budú frézovať, a teda posúdenie rezných síl, je potrebné vykonať pred začiatkom konštrukcie stroja). Ako táto sila ovplyvňuje os Z? Pri pôsobení vo vzdialenosti od miesta, kde je upevnená základná doska, táto sila vytvára krútiaci moment A = D7 * F. Moment pôsobiaci na základovú dosku sa prenáša cez lineárne ložiská osi Z vo forme párov priečnych síl k sprievodcom. Sila prevedená z momentu je nepriamo úmerná vzdialenosti medzi bodmi aplikácie - preto, aby sa znížili sily ohýbajúce vedenia, je potrebné zväčšiť vzdialenosti D5 a D2.
Vzdialenosť D2 je zahrnutá aj v prípade frézovania pozdĺž osi X - v tomto prípade vzniká podobný obraz, len výsledný moment sa aplikuje na výrazne väčšiu páku. Tento moment sa snaží otočiť vreteno a základnú dosku a výsledné sily sú kolmé na rovinu dosky. V tomto prípade sa moment rovná reznej sile F, vynásobenej vzdialenosťou od bodu rezu k prvému vozíku - t.j. čím väčší D2, tým menší moment (s konštantnou dĺžkou osi Z).
Z toho vyplýva pravidlo: ak sú všetky ostatné veci rovnaké, určite by ste sa mali pokúsiť umiestniť vozíky osi Z ďalej od seba, najmä vertikálne - to výrazne zvýši tuhosť. Dbajte na pravidlo, že vzdialenosť D2 nikdy nebude menšia ako 1/2 dĺžky základnej dosky. Tiež sa uistite, že platforma D6 je dostatočne hrubá na to, aby poskytovala požadovanú tuhosť výpočtom maximálnych prevádzkových síl na fréze a modelovaním vychýlenia doštičky v CAD.
Celkom, dodržujte pri navrhovaní osi Z portálového stroja nasledujúce pravidlá:
- maximalizovať D1 - tým sa zníži moment (a teda aj sila) pôsobiaci na portálové vzpery
- maximalizovať D2 - tým sa zníži moment pôsobiaci na portálový nosník a os Z
- minimalizovať D3 (v rámci daného zdvihu Z) - tým sa zníži moment pôsobiaci na nosník a stĺpiky portálu.
- maximalizovať D4 (vzdialenosť medzi vozíkmi osi Y) - tým sa zníži moment pôsobiaci na nosník portálu.
A tak v rámci tohto inštruktážneho článku chcem, aby ste si spolu s autorom projektu, 21-ročným mechanikom a dizajnérom, vyrobili svoj vlastný. Rozprávanie bude vedené v prvej osobe, ale vedzte, že na moju veľkú ľútosť nezdieľam svoje skúsenosti, ale len voľne prerozprávam autora tohto projektu.
V tomto článku bude pomerne veľa kresieb., poznámky k nim sú písané v angličtine, no som si istý, že skutočný technik bez ďalších okolkov všetko pochopí. Pre ľahšie pochopenie rozdelím príbeh na „kroky“.
Predslov od autora
Už v 12 rokoch som sníval o tom, že postavím stroj, ktorý by bol schopný vytvárať rôzne veci. Stroj, ktorý mi dá možnosť vyrobiť akýkoľvek predmet do domácnosti. O dva roky neskôr som natrafil na túto frázu CNC alebo presnejšie slovné spojenie "CNC frézka". Po tom, čo som zistil, že existujú ľudia, ktorí si takýto stroj dokážu vyrobiť svojpomocne pre svoju potrebu, vo vlastnej garáži, som si uvedomil, že to zvládnem aj ja. Musím to urobiť! Tri mesiace som sa snažil zbierať vhodné časti, ale nepohol som sa. Takže moja posadnutosť postupne vyprchala.
V auguste 2013 ma opäť chytila myšlienka postaviť CNC frézu. Práve som ukončil bakalárske štúdium priemyselného dizajnu na univerzite, takže som si bol celkom istý svojimi schopnosťami. Teraz som jasne pochopil rozdiel medzi mnou dnes a mnou pred piatimi rokmi. Naučil som sa pracovať s kovom, osvojil som si techniky práce s ručnými kovoobrábacími strojmi, ale hlavne som sa naučil používať vývojové nástroje. Dúfam, že vás tento tutoriál inšpiruje k vytvoreniu vlastného CNC stroja!
Krok 1: Návrh a model CAD
Všetko to začína premysleným dizajnom. Urobil som niekoľko náčrtov, aby som získal lepší pocit z veľkosti a tvaru budúceho stroja. Potom som vytvoril CAD model pomocou SolidWorks. Po vymodelovaní všetkých častí a komponentov stroja som pripravil technické výkresy. Tieto výkresy som použil na výrobu dielov na ručných kovoobrábacích strojoch: a.
Úprimne povedané, milujem dobré a pohodlné nástroje. Preto som sa snažil čo najviac zjednodušiť údržbu a nastavovanie stroja. Ložiská som umiestnil do špeciálnych blokov, aby som ich mohol rýchlo vymeniť. Vodiace lišty sú prístupné pre údržbu, takže moje auto bude po dokončení práce vždy čisté.
Súbory na stiahnutie „Krok 1“
rozmery
Krok 2: Posteľ
Lôžko dodáva stroju potrebnú tuhosť. Na ňom bude inštalovaný pohyblivý portál, krokové motory, os Z a vreteno a neskôr aj pracovná plocha. Na vytvorenie nosného rámu som použil dva hliníkové profily Maytec 40x80mm a dve hliníkové koncovky hrúbky 10mm. Všetky prvky som spojil dohromady pomocou hliníkových rohov. Na spevnenie konštrukcie vo vnútri hlavného rámu som vyrobil dodatočný štvorcový rám z profilov menšieho prierezu.
Aby sa v budúcnosti na vodidlá nedostal prach, nainštaloval som ochranné hliníkové rohy. Uholník sa montuje pomocou T-matic, ktoré sú inštalované v jednej z profilových drážok.
Obidve koncové dosky majú ložiskové bloky na montáž hnacej skrutky.
Zostava nosného rámu
Rohy na ochranu vodidiel
Súbory na stiahnutie „Krok 2“
Výkresy hlavných prvkov rámu
Krok 3: Portál
Pohyblivý portál je výkonným prvkom vášho stroja, pohybuje sa pozdĺž osi X a nesie frézovacie vreteno a podperu osi Z. Čím vyšší je portál, tým je obrobok hrubší. Vysoký portál je však menej odolný voči zaťaženiam, ktoré vznikajú pri spracovaní. Vysoké bočné stĺpiky portálu pôsobia ako páky vzhľadom na lineárne valivé ložiská.
Hlavnou úlohou, ktorú som plánoval riešiť na svojej CNC fréze bolo opracovanie hliníkových dielov. Keďže maximálna hrúbka hliníkových prírezov, ktoré mi vyhovujú, je 60 mm, rozhodol som sa, že vôľa portálu (vzdialenosť od pracovnej plochy k hornému priečnemu nosníku) bude rovná 125 mm. Všetky moje merania som previedol do modelu a technických výkresov v SolidWorks. Vzhľadom na zložitosť dielov som ich opracoval na priemyselnom CNC obrábacom centre, čo mi navyše umožnilo opracovať fazety, ktoré by sa na ručnej fréze na kovy robili len veľmi ťažko.
Súbory na stiahnutie „Krok 3“
Krok 4: Strmeň osi Z
Pre návrh osi Z som použil predný panel, ktorý sa pripája k pohybovým ložiskám osi Y, dve dosky na vystuženie zostavy, dosku na montáž krokového motora a panel na montáž frézovacieho vretena. Na prednom paneli som nainštaloval dve profilové vodidlá, pozdĺž ktorých sa bude vreteno pohybovať pozdĺž osi Z. Upozorňujeme, že skrutka osi Z nemá v spodnej časti oporu.
Stiahnutie „Krok 4“
Krok 5: Sprievodcovia
Vodidlá poskytujú možnosť pohybu vo všetkých smeroch, čím zaisťujú hladké a presné pohyby. Akákoľvek vôľa jedným smerom môže spôsobiť nepresnosť pri spracovaní vašich produktov. Vybral som si najdrahšiu možnosť - profilované koľajnice z kalenej ocele. To umožní, aby konštrukcia vydržala vysoké zaťaženie a poskytla presnosť polohovania, ktorú potrebujem. Aby boli vodidlá rovnobežné, pri inštalácii som použil špeciálny indikátor. Maximálna vzájomná odchýlka nebola väčšia ako 0,01 mm.
Krok 6: Skrutky a kladky
Skrutky premieňajú rotačný pohyb z krokových motorov na lineárny pohyb. Pri navrhovaní vášho stroja si môžete vybrať niekoľko možností pre túto jednotku: pár skrutka-matica alebo pár guľôčkových skrutiek (guľôčková skrutka). Skrutka-matica je spravidla počas prevádzky vystavená väčším trecím silám a je tiež menej presná v porovnaní s guľôčkovou skrutkou. Ak potrebujete zvýšenú presnosť, potom sa určite musíte rozhodnúť pre guľôčkovú skrutku. Mali by ste však vedieť, že guľôčkové skrutky sú dosť drahé.
Pri výbere CNC routera rozhodnúť sa:
1. s akým materiálom budete pracovať? Od toho závisia požiadavky na tuhosť konštrukcie frézky a jej typ.
Napríklad CNC stroj vyrobený z preglejky vám umožní spracovať iba drevo (vrátane preglejky) a plasty (vrátane kompozitných materiálov - plast s fóliou).
Pomocou frézky na hliník môžete opracovať aj prírezy z farebných kovov a zvýši sa aj rýchlosť spracovania výrobkov z dreva.
Hliníkové frézky nie sú vhodné na spracovanie ocele, tu sú potrebné masívne stroje s liatinovým rámom, pričom spracovanie neželezných kovov na takýchto frézkach bude efektívnejšie.
2. s veľkosťou obrobkov a veľkosťou pracovného poľa frézky. To určuje mechanické požiadavky CNC stroja.
Pri výbere stroja venujte pozornosť štúdiu mechaniky stroja, schopnosti stroja závisia od jeho výberu a nie je možné ho vymeniť bez výraznej zmeny konštrukcie!
Mechanika CNC frézky z preglejky a hliníka je často rovnaká. Viac sa dočítate nižšie v texte.
Ale čím väčšia je veľkosť pracovného poľa stroja, tým tuhšie a drahšie lineárne vedenia pohybu budú potrebné na jeho montáž.
Pri výbere strojov na riešenie problémov výroby vysokých dielov s veľkými rozdielmi vo výškach je zaužívaná mylná predstava, že stačí zvoliť stroj s veľkým pracovným zdvihom pozdĺž osi Z, ale aj s veľkým zdvihom pozdĺž osi Z , nie je možné vyrobiť dielec so strmými sklonmi, ak je výška dielca väčšia ako pracovná dĺžka frézy, teda viac ako 50 mm.
Pozrime sa na návrh frézky a možnosti výberu na príklade CNC strojov série Modelist.
A) Výber konštrukcie CNC stroja
Existujú dve možnosti konštrukcie CNC strojov:
1) dizajny s pohyblivým stolíkom, obrázok 1.
2) dizajn s pohyblivým portálom, Obrázok 2.
Obrázok 1Frézka s pohyblivým stolom
Výhody Konštrukcia stroja s pohyblivým stolom je jednoduchá na realizáciu, väčšia tuhosť stroja vďaka tomu, že portál je stacionárny a upevnený na ráme (základni) stroja.
Chyba- veľké rozmery v porovnaní s prevedením s pohyblivým portálom a nemožnosť spracovania ťažkých dielov z dôvodu, že diel nesie pohyblivý stôl. Tento dizajn je celkom vhodný na spracovanie dreva a plastov, to znamená ľahkých materiálov.
obrázok 2 Fréza s pohyblivým portálom (portálový stroj)
Výhody návrhy frézky s pohyblivým portálom:
Pevný stôl, ktorý odolá veľkej hmotnosti obrobku,
Neobmedzená dĺžka obrobku,
kompaktnosť,
Možnosť vyhotovenia stroja bez stola (napr. namontovať rotačnú os).
nedostatky:
Menšia tuhosť konštrukcie.
Potreba použiť tuhšie (a drahšie) vodidlá (kvôli tomu, že portál „visí“ na vodidlách a nie je pripevnený k pevnému rámu stroja, ako v dizajne s pohyblivým stolom).
B) Výber mechaniky CNC smerovača
Mechanika je uvedená (pozri čísla na obr. 1, obr. 2 a obr. 3):
3 - vodiace držiaky
4 - lineárne ložiská alebo klzné puzdrá
5 - nosné ložiská (na upevnenie vodiacich skrutiek)
6 - vodiace skrutky
10 - spojka spájajúca hriadeľ vodiacej skrutky s hriadeľom krokových motorov (SM)
12 - bežiaca matica
obrázok 3
Výber systému lineárneho pohybu pre frézku (vodidlá - lineárne ložiská, vodiaca skrutka - vodiaca matica).
Ako sprievodca možno použiť nasledovné:
1) valčekové vodidlá, Obrázok 4.5
Obrázok 4 
Obrázok 5
Tento typ vodidiel sa dostal do návrhov amatérskych laserov a strojov z nábytkárskeho priemyslu, obrázok 6
Nevýhodou je nízka nosnosť a nízka životnosť, keďže pôvodne neboli určené na použitie v strojoch s veľkým počtom pohybov a vysokým zaťažením, nízka pevnosť hliníkového profilu vodidiel vedie k zrúteniu, obrázok 5 a napr. výsledkom je neopraviteľná vôľa, ktorá znemožňuje ďalšie používanie stroja.
Ďalšia verzia valčekových vedení, obrázok 7, tiež nie je vhodná pre vysoké zaťaženie, a preto sa používa iba v laserových strojoch.
Obrázok 7
2) okrúhle vodidlá, sú oceľový hriadeľ vyrobený z vysoko kvalitnej ložiskovej ocele odolnej voči opotrebovaniu s brúseným povrchom, povrchovým kalením a tvrdochrómovaním, znázornený pod číslom 2 na obrázku 2.
Toto je optimálne riešenie pre amatérske návrhy, pretože... valcové vedenia majú dostatočnú tuhosť na spracovanie mäkkých materiálov s malými rozmermi CNC strojov pri relatívne nízkych nákladoch. Nižšie je uvedená tabuľka pre výber priemeru valcových vedení v závislosti od maximálnej dĺžky a minimálneho vychýlenia.
Nejaký Číňan Výrobcovia lacných strojov inštalujem vodidlá s nedostatočným priemerom, čo vedie k zníženiu presnosti, napríklad pri použití hliníkového stroja s pracovnou dĺžkou 400 mm, vodidlá s priemerom 16 mm povedú k vychýleniu v strede pod vlastnou hmotnosťou o 0,3. .0,5 mm (v závislosti od hmotnosti portálu).
Pri správnom výbere priemeru hriadeľa je konštrukcia strojov, ktoré ich používajú, pomerne silná, veľká hmotnosť hriadeľov dáva konštrukcii dobrú stabilitu a celkovú tuhosť konštrukcie. Na strojoch väčších ako meter vyžaduje použitie kruhových vodidiel výrazné zväčšenie priemeru, aby sa zachovala minimálna výchylka, čo robí z používania kruhových vodidiel neprimerane drahé a ťažké riešenie.
| Axiálna dĺžka | Stroj na preglejku | Hliníkový stroj na obrábanie dreva | Hliníkový stroj na prácu s hliníkom | |
| 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) vodidlá profilových koľajníc
Leštené hriadele na veľkých strojoch sú nahradené profilovými vedeniami. Použitie podpery po celej dĺžke vedenia umožňuje použitie vedení podstatne menších priemerov. Použitie tohto typu vodidiel však kladie vysoké nároky na tuhosť nosného rámu stroja, pretože samotné lôžka vyrobené z duralového plechu alebo oceľového plechu nie sú tuhé. Malý priemer koľajnicových vedení vyžaduje pri konštrukcii stroja použitie hrubostennej oceľovej profesionálnej rúry alebo veľkopriestorového konštrukčného hliníkového profilu pre získanie potrebnej tuhosti a nosnosti rámu stroja.
Použitie špeciálneho tvaru profilovej lišty umožňuje lepšiu odolnosť proti opotrebovaniu v porovnaní s inými typmi vodidiel.
Obrázok 8
4) Valcové vodidlá na podpere
Valcové vodidlá na podpere sú lacnejším analógom profilových vodidiel.
Rovnako ako profilové, vyžadujú použitie profesionálnych rúr s veľkým prierezom v ráme stroja a nie plošných materiálov.
Výhody - žiadne vychýlenie a žiadny pružinový efekt. Cena je dvakrát vyššia ako u cylindrických vodidiel. Ich použitie je opodstatnené pri dĺžke pojazdu nad 500 mm.
obrázok 9 Valcové vodidlá na podpere
Pohyb je možné vykonať nasledovne: priechodky(klzné trenie) - Obr. 10 vľavo a pomocou lineárne ložiská(valivé trenie)- ryža. 10 vpravo.
obrázok 10 Puzdrá a lineárne ložiská
Nevýhodou klzných puzdier je opotrebovanie puzdier, čo vedie k vzniku vôle a zvýšená snaha prekonať klzné trenie, čo si vyžaduje použitie výkonnejších a drahších krokových motorov (SM). Ich výhodou je nízka cena.
V poslednej dobe cena lineárnych ložísk klesla natoľko, že ich výber je ekonomicky realizovateľný aj v lacných hobby prevedeniach. Výhodou lineárnych ložísk je nižší koeficient trenia v porovnaní s klznými puzdrami, a preto väčšina výkonu krokových motorov ide na užitočné pohyby, a nie na boj proti treniu, čo umožňuje použitie motorov s nižším výkonom.
Na premenu rotačného pohybu na translačný pohyb na CNC stroji je potrebné použiť skrutkový pohon ( vodiaca skrutka ). V dôsledku otáčania skrutky sa matica pohybuje dopredu. Môže byť použitý vo frézovacích a gravírovacích strojoch špirálové posuvné ozubené kolesá A špirálové valivé kolesá .
Nevýhodou posuvného skrutkového prevodu je pomerne veľké trenie, ktoré obmedzuje jeho použitie pri vysokých rýchlostiach a vedie k opotrebovaniu matice.
Klzné špirálové ozubené kolesá:
1) metrická skrutka. Výhodou metrickej skrutky je jej nízka cena. Nevýhody - nízka presnosť, malý rozstup a nízka rýchlosť pohybu. Maximálna rýchlosť pohybu vrtule (rýchlosť mm`s/min) na základe maximálnej rýchlosti motora (600 ot./min.). Najlepší vodiči si udržia krútiaci moment až do 900 otáčok. Pri tejto rýchlosti otáčania je možné dosiahnuť lineárny pohyb:
Pre skrutku M8 (rozstup závitu 1,25 mm) - nie viac ako 750 mm/min,
Pre skrutku M10 (rozstup závitu 1,5 mm) - 900 mm/min,
Pre skrutku M12 (rozstup závitu 1,75 mm) - 1050 mm/min,
Pre skrutku M14 (rozstup závitu 2,00mm) - 1200mm/min.
Pri maximálnej rýchlosti bude mať motor približne 30-40% svojho pôvodne špecifikovaného krútiaceho momentu a tento režim sa používa výlučne na voľnobeh.
Pri práci s takouto nízkou rýchlosťou posuvu stúpa spotreba fréz už po niekoľkých hodinách prevádzky, na frézach sa tvoria karbónové usadeniny.
2) trapézová skrutka. V dvadsiatom storočí zaujímala vedúcu pozíciu v kovoobrábacích strojoch, pred príchodom guľôčkových skrutiek. Výhodou je vysoká presnosť, veľké stúpanie závitu, a teda vysoká rýchlosť pohybu. Mali by ste venovať pozornosť typu spracovania, čím hladší a rovnomernejší je povrch skrutky, tým dlhšia je životnosť prevodovky skrutka-matica. Valcované skrutky majú výhodu oproti skrutkám so závitom. Nevýhody lichobežníkového prevodu skrutka-matica spočívajú v tom, že cena je pomerne vysoká v porovnaní s metrickým posuvným trením vyžaduje použitie krokových motorov s pomerne vysokým výkonom. Najpoužívanejšie skrutky sú TR10x2 (priemer 10mm, stúpanie závitu 2mm), TR12x3 (priemer 12mm, stúpanie závitu 3mm) a TR16x4 (priemer 16mm, stúpanie závitu 4mm). V strojoch je označenie takéhoto prevodu TR10x2,TR12x3,TR12x4,TR16x4
Špirálové valivé kolesá:
Pohon guľôčkovou skrutkou (guličková skrutka). V guľôčkovej skrutke je klzné trenie nahradené valivým trením. Aby sa to dosiahlo, v guľôčkovej skrutke sú skrutka a matica oddelené guľôčkami, ktoré sa odvaľujú vo vybraniach skrutkového závitu. Recirkulácia guľôčok je zabezpečená pomocou spätných kanálov, ktoré prebiehajú paralelne s osou skrutky.
Obrázok 12
Guličková skrutka poskytuje schopnosť prevádzky pri veľkom zaťažení, dobrý plynulý chod, výrazne zvýšenú životnosť (trvanlivosť) vďaka zníženému treniu a mazaniu, zvýšenú účinnosť (až 90%) vďaka menšiemu treniu. Je schopný pracovať pri vysokých rýchlostiach, poskytuje vysokú presnosť polohovania, vysokú tuhosť a žiadnu vôľu. To znamená, že stroje využívajúce guľôčkové skrutky majú podstatne dlhšiu životnosť, no majú vyššiu cenu. Stroje sú označené SFU1605, SFU1610, SFU2005, SFU2010, kde SFU je jednoduchá matica, DFU je dvojitá matica, prvé dve čísla sú priemer skrutky, druhé dve sú stúpanie závitu.
Vodiaca skrutka Frézku je možné namontovať nasledovne:
1) Dizajn ložísk s jednou oporou. Upevnenie sa vykonáva na jednej strane skrutky pomocou matice k nosnému ložisku. Druhá strana skrutky je pripevnená k hriadeľu krokového motora pomocou tuhej spojky. Výhody - jednoduchosť konštrukcie, nevýhoda - zvýšené zaťaženie ložiska krokového motora.
2) Dizajn s dvoma axiálnymi ložiskami. Konštrukcia využíva dve nosné ložiská vo vnútorných stranách portálu. Nevýhodou návrhu je zložitejšia realizácia v porovnaní s variantom 1). Výhodou sú menšie vibrácie, ak skrutka nie je dokonale rovná.
3) Dizajn s dvoma nosnými ložiskami v ťahu. Návrh využíva dve nosné ložiská na vonkajších stranách portálu. Výhody - skrutka sa nedeformuje, na rozdiel od druhej možnosti. Nevýhodou je, že realizácia návrhu je zložitejšia v porovnaní s prvou a druhou možnosťou.
Bežecké matice existujú:
Bez bronzovej vôle. Výhodou takýchto orechov je trvanlivosť. Nevýhody - sú náročné na výrobu (v dôsledku toho - vysoká cena) a majú vysoký koeficient trenia v porovnaní s kaprolonovými orechmi.
Caprolon bez vôle. V súčasnosti sa kaprolón rozšíril a čoraz viac nahrádza kov v profesionálnych konštrukciách. Pojazdná matica vyrobená z grafitom plneného kaprolónu má výrazne nižší koeficient trenia v porovnaní s rovnakým bronzom.
obrázok 14 Pojazdná matica vyrobená z grafitom plneného kaprolónu
V matici s guľôčkovou skrutkou je klzné trenie nahradené valivým trením. Výhody: nízke trenie, schopnosť pracovať pri vysokých otáčkach. Nevýhodou je vysoká cena.
Výber spojky
1) spojenie pomocou pevnej spojky. Výhody: tuhé spojky prenášajú väčší krútiaci moment z hriadeľa na hriadeľ, nedochádza k vôli pri veľkom zaťažení. Nevýhody: vyžadujú presnú inštaláciu, pretože táto spojka nekompenzuje nesúosovosť a nesúosovosť hriadeľov.
2) spojenie pomocou vlnovcovej (delenej) spojky. Výhodou použitia vlnovcovej spojky je, že jej použitie umožňuje kompenzovať nesúososť hnacieho hriadeľa a osi krokového motora až do 0,2 mm a nesúosovosť až do 2,5 stupňa, čo má za následok menšie zaťaženie ložiska krokového motora a dlhšia životnosť krokového motora. Umožňuje tiež tlmiť výsledné vibrácie.
3) spojenie pomocou čeľusťovej spojky. Výhody: umožňuje tlmiť vibrácie, prenášať väčší krútiaci moment z hriadeľa na hriadeľ, v porovnaní s deleným typom. Nevýhody: menšia kompenzácia nesúosovosti, vychýlenie hnacieho hriadeľa a osi krokového motora do 0,1 mm a vyosenie do 1,0 stupňa.
C) Výber elektroniky
Prezentovaná je elektronika (pozri obr. 1 a 2):
7 - ovládač krokového motora
8 - napájací zdroj pre SD ovládač
11 - krokové motory
Existujú 4-drôtové, 6-drôtové a 8-drôtové krokové motory . Všetky sa dajú použiť. Vo väčšine moderných regulátorov sa pripojenie uskutočňuje pomocou štvorvodičového obvodu. Zvyšné vodiče sa nepoužívajú.
Pri výbere stroja je dôležité, aby mal krokový motor dostatočný výkon na pohyb pracovného nástroja bez straty krokov, teda bez preskakovania. Čím väčšie je stúpanie závitu skrutky, tým výkonnejšie motory budú potrebné. Typicky, čím väčší je prúd motora, tým väčší je jeho krútiaci moment (výkon).
Mnoho motorov má 8 svoriek pre každé polovičné vinutie samostatne - to umožňuje pripojiť motor s vinutiami zapojenými sériovo alebo paralelne. Pri paralelne zapojených vinutiach budete potrebovať budič s dvojnásobným prúdom ako pri sériovo zapojených vinutiach, ale bude stačiť polovičné napätie.
V prípade série naopak na dosiahnutie menovitého krútiaceho momentu bude potrebný polovičný prúd, ale na dosiahnutie maximálnej rýchlosti bude potrebné dvojnásobné napätie.
Množstvo pohybu na krok je zvyčajne 1,8 stupňa.
Pre 1,8 to vychádza 200 krokov na celú otáčku. V súlade s tým, na výpočet hodnoty, počet krokov na mm ( „Kroky na mm“ (Kroky na mm)) použijeme vzorec: počet krokov na otáčku / stúpanie skrutky. Pre skrutku s rozstupom 2mm dostaneme: 200/2=100 krokov/mm.
Výber ovládača
1) DSP ovládače. Výhody - možnosť voľby portov (LPT, USB, Ethernet) a nezávislosť frekvencií signálov STEP a DIR od prevádzky operačného systému. Nevýhody - vysoká cena (od 10 000 rubľov).
2) Ovládače od čínskych výrobcov pre amatérske stroje. Výhody - nízka cena (od 2500 rubľov). Nevýhoda - zvýšené požiadavky na stabilitu operačného systému, vyžaduje dodržiavanie určitých konfiguračných pravidiel, vhodnejšie je použiť dedikovaný počítač, dostupné sú len verzie LPT.
3) Amatérske návrhy ovládačov založené na diskrétnych prvkoch. Nízka cena čínskych ovládačov vytláča amatérske konštrukcie.
Čínske ovládače sú najpoužívanejšie v amatérskych konštrukciách strojov.
Výber napájacieho zdroja
Motory Nema17 vyžadujú napájanie minimálne 150W
Motory Nema23 vyžadujú napájanie minimálne 200W
S vedomím, že ide o zložité technické a elektronické zariadenie, si mnohí remeselníci myslia, že je jednoducho nemožné ho vyrobiť vlastnými rukami. Tento názor je však nesprávny: takéto zariadenie si môžete vyrobiť sami, ale na to musíte mať nielen jeho podrobný výkres, ale aj súbor potrebných nástrojov a príslušných komponentov.
Spracovanie duralového prírezu na domácej stolovej fréze
Pri rozhodovaní o výrobe vlastného CNC stroja majte na pamäti, že to môže trvať značné množstvo času. Okrem toho budú potrebné určité finančné náklady. Avšak tým, že sa nebojíte takýchto ťažkostí a správnym prístupom ku všetkým problémom, môžete sa stať majiteľom cenovo dostupného, efektívneho a produktívneho zariadenia, ktoré vám umožní spracovať obrobky z rôznych materiálov s vysokým stupňom presnosti.
Na výrobu frézky vybavenej CNC systémom môžete použiť dve možnosti: kúpiť hotovú súpravu, z ktorej je takéto zariadenie zostavené zo špeciálne vybraných prvkov, alebo nájsť všetky komponenty a zostaviť zariadenie vlastnými rukami, ktoré plne spĺňa všetky vaše požiadavky.
Návod na zostavenie domácej CNC frézky
Nižšie na fotografii vidíte výrobok vyrobený vlastnými rukami, ku ktorému sú priložené podrobné pokyny na výrobu a montáž s uvedením použitých materiálov a komponentov, presných „vzorov“ častí stroja a približných nákladov. Jediným negatívom je, že pokyny sú v angličtine, ale je celkom možné pochopiť podrobné výkresy bez znalosti jazyka.
Stiahnite si bezplatný návod na výrobu stroja:
CNC frézka je zostavená a pripravená na použitie. Nižšie sú uvedené niektoré ilustrácie z montážneho návodu pre tento stroj.
„Vzorce“ častí stroja (zmenšený pohľad) Začiatok montáže stroja Medzistupeň Záverečná fáza montáže
Prípravné práce
Ak sa rozhodnete, že si postavíte CNC stroj vlastnými rukami, bez použitia hotovej súpravy, potom prvá vec, ktorú musíte urobiť, je vybrať schému zapojenia, podľa ktorej bude takéto mini-zariadenie fungovať.
Ako základ pre CNC frézovacie zariadenie si môžete vziať starú vŕtačku, v ktorej je pracovná hlava s vŕtačkou nahradená frézou. Najťažšia vec, ktorú bude potrebné v takomto zariadení navrhnúť, je mechanizmus, ktorý zabezpečuje pohyb nástroja v troch nezávislých rovinách. Tento mechanizmus je možné zostaviť pomocou vozíkov z nefunkčnej tlačiarne, ktorá zabezpečí pohyb nástroja v dvoch rovinách.
K zariadeniu zostavenému podľa tohto konceptu je jednoduché pripojiť softvérové ovládanie. Jeho hlavnou nevýhodou však je, že na takomto CNC stroji sa dajú opracovať len obrobky z plastu, dreva a tenkého plechu. Vysvetľuje to skutočnosť, že vozíky zo starej tlačiarne, ktoré zabezpečia pohyb rezacieho nástroja, nemajú dostatočný stupeň tuhosti.
Aby váš podomácky vyrobený CNC stroj mohol vykonávať plnohodnotné frézovacie operácie s obrobkami z rôznych materiálov, musí byť za pohyb pracovného nástroja zodpovedný dostatočne výkonný krokový motor. Absolútne nie je potrebné hľadať krokový motor, ktorý môže byť vyrobený z bežného elektromotora, ktorý je podrobený drobným úpravám.
Použitie krokového motora u vás umožní vyhnúť sa použitiu skrutkového pohonu a funkčnosť a vlastnosti domáceho zariadenia sa nezhoršia. Ak sa predsa len rozhodnete pre váš mini stroj použiť vozíky z tlačiarne, potom je vhodné vybrať ich z väčšieho modelu tlačového zariadenia. Na prenos sily na hriadeľ frézovacieho zariadenia je lepšie použiť nie obyčajné, ale ozubené remene, ktoré nekĺžu na kladkách.
Jednou z najdôležitejších súčastí každého takéhoto stroja je frézovací mechanizmus. Práve jeho výrobe je potrebné venovať osobitnú pozornosť. Na správne vytvorenie takéhoto mechanizmu budete potrebovať podrobné výkresy, ktoré bude potrebné prísne dodržiavať.
Výkresy CNC fréz
Začnime s montážou zariadenia
Základom domáceho CNC frézovacieho zariadenia môže byť obdĺžnikový nosník, ktorý musí byť bezpečne pripevnený na vodidlách.
Nosná konštrukcia stroja musí mať pri inštalácii vysokú tuhosť, je lepšie nepoužívať zvárané spoje a všetky prvky by mali byť spojené iba skrutkami.
Táto požiadavka sa vysvetľuje skutočnosťou, že zvary veľmi zle odolávajú zaťaženiu vibráciami, ktorým bude nevyhnutne vystavená nosná konštrukcia zariadenia. Takéto zaťaženie v konečnom dôsledku povedie k tomu, že rám stroja sa časom začne zhoršovať a nastanú v ňom zmeny geometrických rozmerov, čo ovplyvní presnosť nastavenia zariadenia a jeho výkon.
Zvary pri inštalácii rámu domácej frézky často vyvolávajú vývoj vôle v jej komponentoch, ako aj vychýlenie vodidiel, ku ktorému dochádza pri veľkom zaťažení.
Frézka, ktorú budete zostavovať vlastnými rukami, musí mať mechanizmus, ktorý zabezpečuje pohyb pracovného nástroja vo vertikálnom smere. Na to je najlepšie použiť skrutkový prevod, ktorého rotácia sa bude prenášať pomocou ozubeného remeňa.
Dôležitou súčasťou frézky je jej vertikálna os, ktorá môže byť pre domáce zariadenie vyrobená z hliníkovej platne. Je veľmi dôležité, aby rozmery tejto osi boli presne prispôsobené rozmerom montovaného zariadenia. Ak máte k dispozícii muflovú pec, môžete si zvislú os stroja vyrobiť sami odliatím z hliníka podľa rozmerov uvedených na hotovom výkrese.
Keď sú všetky komponenty vašej domácej frézky pripravené, môžete začať s jej montážou. Tento proces začína inštaláciou dvoch krokových motorov, ktoré sú namontované na tele zariadenia za jeho zvislou osou. Jeden z týchto elektromotorov bude zodpovedný za pohyb frézovacej hlavy v horizontálnej rovine a druhý bude zodpovedný za pohyb hlavy vo vertikálnej rovine. Potom sa nainštalujú zostávajúce komponenty a zostavy domáceho zariadenia.
Rotácia na všetky komponenty domáceho CNC zariadenia sa musí prenášať iba cez remeňové pohony. Pred pripojením programového riadiaceho systému k zostavenému stroju by ste mali skontrolovať jeho funkčnosť v manuálnom režime a okamžite odstrániť všetky zistené nedostatky v jeho prevádzke.
Postup montáže si môžete pozrieť na videu, ktoré ľahko nájdete na internete.
Krokové motory
Konštrukcia akejkoľvek CNC-vybavenej frézky nevyhnutne obsahuje krokové motory, ktoré zabezpečujú pohyb nástroja v troch rovinách: 3D. Pri navrhovaní domáceho stroja na tento účel môžete použiť elektromotory inštalované v ihličkovej tlačiarni. Väčšina starších modelov ihličkových tlačových zariadení bola vybavená elektromotormi s pomerne vysokým výkonom. Okrem krokových motorov sa oplatí vziať aj silné oceľové tyče zo starej tlačiarne, ktoré sa dajú použiť aj pri konštrukcii vášho domáceho stroja.
Na výrobu vlastnej CNC frézky budete potrebovať tri krokové motory. Keďže v ihličkovej tlačiarni sú len dve, bude potrebné nájsť a rozobrať ďalšie staré tlačové zariadenie.
Veľkým plusom bude, ak budú mať motory, ktoré nájdete, päť ovládacích vodičov: to výrazne zvýši funkčnosť vášho budúceho mini-stroja. Dôležité je zistiť aj tieto parametre Vami nájdených krokových motorov: o koľko stupňov sa v jednom kroku pootočí, aké je napájacie napätie, ako aj hodnotu odporu vinutia.
Konštrukcia pohonu domácej CNC frézky je zostavená z matice a čapu, ktorých rozmery by mali byť vopred zvolené podľa výkresu vášho zariadenia. Na upevnenie hriadeľa motora a jeho pripojenie k čapu je vhodné použiť silné gumové vinutie z elektrického kábla. Prvky vášho CNC stroja, ako sú svorky, môžu byť vyrobené vo forme nylonového puzdra, do ktorého je vložená skrutka. Na výrobu takýchto jednoduchých konštrukčných prvkov budete potrebovať bežný pilník a vŕtačku.
Elektronické zariadenie
Váš DIY CNC stroj bude riadený softvérom a je potrebné ho správne vybrať. Pri výbere takéhoto softvéru (môžete si ho napísať sami) je dôležité venovať pozornosť skutočnosti, že je funkčný a umožňuje stroju realizovať všetky jeho funkcie. Takýto softvér musí obsahovať ovládače pre ovládače, ktoré budú nainštalované na vašej minifréze.
V domácom CNC stroji je potrebný port LPT, cez ktorý je elektronický riadiaci systém pripojený k stroju. Je veľmi dôležité, aby sa takéto spojenie uskutočnilo prostredníctvom nainštalovaných krokových motorov.
Pri výbere elektronických komponentov pre váš domáci stroj je dôležité venovať pozornosť ich kvalite, pretože od toho bude závisieť presnosť technologických operácií, ktoré sa na ňom budú vykonávať. Po inštalácii a pripojení všetkých elektronických komponentov CNC systému je potrebné stiahnuť potrebný softvér a ovládače. Až potom nasleduje skúšobná prevádzka stroja, kontrola správnosti jeho činnosti pod kontrolou načítaných programov, zisťovanie nedostatkov a ich promptné odstraňovanie.
Pri príprave návrhu technologického postupu sa vykonáva podrobný rozbor výkresu, aby sa zistili chýbajúce rozmery a konštrukčné a technologické údaje. Chýbajúce rozmery a ďalšie údaje je možné získať od konštruktéra, z montážnych výkresov alebo geometrickou konštrukciou obrysu dielca.
Aby sa uľahčila príprava NC, rozmery na výkrese dielu musia spĺňať požiadavky programovania.
Keďže spracovanie na CNC strojoch sa vykonáva pomocou príkazov, ktoré určujú súradnice bodov trajektórie v pravouhlom súradnicovom systéme, musia byť rozmery na výkresoch špecifikované aj v pravouhlom súradnicovom systéme z jednotných konštrukčných základov dielu. Aby ste to dosiahli, musíte vybrať počiatok a smer osí. Je žiaduce, aby sa smer osí relatívneho súradnicového systému dielca po jeho inštalácii na stroj zhodoval so smerom súradnicových osí stroja.
Pri kreslení rozmerov na výkresoch môžu byť v niektorých prípadoch otvory, skupiny otvorov alebo prvky častí špecifikované v lokálnom súradnicovom systéme, ako je znázornené pre otvor B (obr. 11.8a). Prechod z takéhoto systému so začiatkom v bode A do hlavného systému nespôsobuje ťažkosti.
Upevňovacie otvory umiestnené v jednom alebo druhom polomere od stredu hlavného otvoru sú zvyčajne určené stredovým uhlom oblúka medzi ich osami a polomermi. Pri CNC strojoch by sa takéto informácie mali nahradiť súradnicami osí každého otvoru (obr. 11.8, b). V uvažovanom príklade je vhodné priradiť ako počiatok súradníc os veľkého otvoru, pretože zaisťuje minimálnu dĺžku nečinných (polohovacích) zdvihov pri spracovaní.
Ryža. 11.8. Rozmery na výkresoch dielov pre CNC stroje:
a) v miestnom súradnicovom systéme; b) v súradnicovom systéme hlavného otvoru
Časti majú často veľké množstvo malých montážnych otvorov. Je nepraktické uvádzať súradnice osi každého z nich, pretože to sťažuje čítanie kresby. V takýchto prípadoch je racionálne použiť na označenie rozmerov tabuľkovú metódu, ktorá je vhodná aj na programovanie (obr. 11.9a).
Ryža. 11.9. Rozmery na výkresoch dielov pomocou tabuľkovej metódy:
a) osi montážnych otvorov; b) zakrivené obrysy
Podľa všeobecného pravidla pre kreslenie rozmerov na výkresoch dielov spracovaných na sústruhoch sú plochy s úzkymi toleranciami (rozmery a 1, a 2, a 3 na obr. 11.10a) a medzirezy so širokými toleranciami (rozmery a 1, a 2). , v 3, v 4). Pri ručne ovládaných strojoch je to celkom opodstatnené, pretože... pracovník potrebuje iba zachovať presne tieto rozmery. Pre CNC stroj na tom nezáleží, pretože presnosť počtu posunov je rovnaká a referenčný bod sa spravidla nezhoduje s konštrukčnou základňou a nachádza sa mimo dielu. Preto by sa rozmery pre takéto časti mali aplikovať v reťazci (obr. 11.10, b).
Ryža. 11.10. Rozmery na výkresoch dielov na sústruženie:
a) na ručne ovládaných strojoch; b) na CNC strojoch
Vo všeobecnosti by aplikácia rozmerov na výkresoch dielov spracovaných na CNC strojoch mala byť taká, aby pri príprave riadiaceho programu nebolo potrebné ich prepočítavať.