- Нежданно большое количество читателей, прочитавших мою статью, посвященную некоторым нюансам проектирования механики самодельного гравировально-фрезерного станка ЧПУ, высказали в собственных откликах, как бы это помягче…, удивление тем событием, что о линейных шариковых подшипниках качения я упомянул вскользь и без восхищения. Вправду, восхищений я не расточал.
К линейным шариковым направляющим я отношусь нормально, как к одному из вероятных вариантов построения координатного стола. Как и у любого другого варианта, у этого имеется недостатки и свои достоинства, из которых основное преимущество — относительная технологическая простота успехи заданных точностей при рабочих ходах больше метра, а основной недочёт — большая цена комплектующих.
Я так же, как и прежде считаю, что маленький станок, к примеру, с рабочим полем 500х300 мм, несложнее, технологичнее и дешевле сделать, применив круглые направляющие с медными втулками скольжения. Но, чем больше по размеру рабочее поле, тем сложнее обеспечить заданную точность за приемлемые деньги. Наконец, наступает момент, в то время, когда технологические трудности монтажа и изготовления направляющих скольжения, соответственно и их цена выясняется сопоставимой со ценой блоков шариковых линейных подшипников на рельсах.
Вот и получается, что небольшой гравировально-фрезерный станок дешевле сделать на круглых направляющих скольжения с простой винтовой передачей. Но, в случае если рабочий движение хотя бы по одной из осей превысит некое значение, при котором удачнее приобрести шариковые направляющие, то само собой разумеется, несложнее приобрести.
Само собой, упомянутое некое значение — вещь относительная. Цена изготовления механики в Москве и, к примеру, на Урале отличается в разы.
По моим расчетам, для Москвы размер рабочего хода, при котором стоит поразмыслить о шариковых линейных направляющих, образовывает 10001200 мм и более.
Статья планировалась из двух частей. Первая часть должна была быть посвящена выбору направляющих, изюминкам конструирования и проектирования механики с применением шариковых линейных направляющих, а вторая — практической реализации станка. Известно, теорию просматривать никто не обожает, все сами теоретики. Исходя из этого предвосхищая возгласы: Все, что вы пишете, в далеком прошлом известно из книжек!
К практике поближе!!, я решил ограничиться практической реализацией. По большому счету, цель статьи не научить строить станки ЧПУ, а увеличить горизонты интересующихся аналогичной техникой и продемонстрировать, что станок ЧПУ в производстве (но не по цене!) не такая уж крутая вещь, как принято о ней думать.
Задача
По большому счету говоря, на скорую руку делаются салаты и бутерброды, романтический ужин возможно соорудить на скорую руку, но не станок. Однако, я вынес эта идиома в заголовок статьи. Из-за чего?
Попытаюсь растолковать.
На скорую руку это значит технологично для домашнего производства. Т.е. станок должен быть сконструирован так, дабы его возможно было изготовить, применяя минимальный комплект самых простых слесарных инструментов. Практически, в случае если у вас в арсенале имеется электролобзик с пилкой по металлу, сверлильный станок, плашки-напильник и метчики, то этого должно быть достаточно.
На худой конец, сгодится несложная ножовка по металлу и дрель.
Кое-кто сообщит: Ну, ты загнул, товарищ! Так не бывает, и будет прав. Так вправду не бывает.
По причине того, что, в случае если фрезерные работы возможно исключить всецело, то без элементарных токарных работ нам не обойтись, значит, работ этих должно быть совсем не большое количество, все другоеручками, на кухне.
Ставя перед собой такую задачу, нужно прекрасно осознавать, что осуществить задуманное возможно лишь при условии широкого применения покупных комплектующих и стандартных алюминиевых профилей. Направляющиеэтакие краеугольные камни портального гравировально-фрезерного станка — также нужно будет купить, а они дорогие. Так что, на скорую руку не означает дешево!
И последнее мысль. На скорую руку ассоциируется с понятиями легко и скоро. В случае если с определением легко возможно дать согласие, то скоро вряд ли окажется. Изготовление кроме того несложных подробностей может затянуться на неизвестный срок, но как говорится, труд и терпениевсе перетрут.
Подытожим:
- Для фрезерования бальзы, фанеры, дерева, пластиков и узких (до 2 мм) алюминиевых сплавов.
- На линейных шариковых направляющих и зубчатых ремнях.
- Рабочее поле не меньше 1000х300х90.
- Разрешение позиционирования не хуже 0,1 мм.
- Скорость позиционирования не менее двух метров/мин.
Икс
Начнем с несложногосо стола-основания. Элементарный геометрический расчет говорит о том, что при ходе по Х равному 1000 мм протяженность стола должна быть 1300 мм. По крайней мере, у меня так оказалось.
При ходе по Y больше 300 мм ширина стола должна быть не меньше 460 мм.
Изучив сортамент стандартных прессованных прямоугольных труб (боксов) из алюминиевого сплава Преисподняя31 (вторых промышленность, к сожалению, не производит) выбираем бокс 80х40х4 мм. Нарезаем из него пара балок (1300 мм — 2 шт. и 460 мм -4шт.). Еще нам пригодятся два швеллера 50х30х4 длиной 1300 мм. В них превосходно вписываются шариковые направляющие SBS15SL, каковые я решил применить.
В качестве ножек используем подходящие круглые ножки от дивана, приобретённые в магазине ОБИ. Сверлим во всем этом дырочки, кое-что красим, в случае если имеется такая возможность, и собираем каркас основания.
Оказалось очень прочно. Под нагрузкой швеллеры, в каковые буду уложены рельсы легко прогибаются, но ничего, поставим столешницубудет совсем другое дело, основание по жёсткости и прочности купит необыкновенную дубовость.
Привинчиваем рельсы.
Они находятся под столом и, как видите, довольно прекрасно защищены от стружек и пыли. Без оглядки на то, что шариковые блоки SBS снабжены скребками, предусмотреть дополнительную (пассивную) защиту рельс и блоков от прямого попадания стружек ни при каких обстоятельствах не вредно.
Привинчиваем к шариковым блокам площадки, на каковые потом будет ставиться портал. Площадки эти — легко прямоугольные пластинки из сплава Д16Т с отверстиями для кронштейна и крепления портала под шаговый мотор.
О кронштейне шагового мотора, и по большому счету о проводке зубчатого ремня поболтаем раздельно.
Проводка зубчатого ремня
Да, шаговые моторы для движения портала по оси Х будут крепиться на самом портале! Почему-то в то время, когда говорят о приводе зубчатым ремнем, в мозгах рисуется ремень в виде кольца с мотором, установленным на раму, а натяжение ремня организуется на портале либо каретке. Так делать возможно, но лучший ли это метод? Не уверен. Мы отправимся вторым методом.
Устроим из ремня псевдо зубчатую рейку.
Финиши ремня закрепим на раме. Одну прижимную планку зафиксируем жестко, а вторая будет иметь возможность перемещаться для натяжения ремня в пределах расстояния между соседними зубьями, т.е. в пределах 5 мм. Зубчатое колесо, как в большинстве случаев, насаживается на вал мотора. Ролики устанавливаются на том же кронштейне, что и мотор.
В общем, все разумеетсямотор крутится и перемещает сам себя.
Чем же таковой метод лучше кольцевого ремня? Да, хотя бы тем, что расход ремня вдвое меньше, натягивать несложнее, экономия на зубчатых колесах, каковые дорогие и их нужно брать вместе с ремнем. Ролики с осями возможно подобрать готовые. В общем имеется в таком ответе плюсы.
А минусы? Не знаю. Кабели от моторов таскать за порталом?
Так их все равно таскать от осей Y и Z, плюс-минус пара проводовне принципиально. Вес портала увеличится? Увеличится. И это, предположительно, единственный минус, о котором стоит сказать. Цена вопроса 1,52 кг (вес моторов) и/либо 100 долларов (долгий ремень и дополнительные шестеренки). Я выбрал экономию, а не веса. При таких размерах портала экономия двух килограммов его массы значительного выигрыша не дает.
В итоге, при применении зубчатых реек моторы стоят именно на каретках.
Ремень нужно брать с довольно небольшим зубом. Я выбрал любезный моему сердцу ремень от хвостовой балки модели вертолета Раптор 50. Он имеет ход зубьев 5 мм. Зубчатое колесо также от этого вертолета.
Его диаметр (по средней линии зубьев) 14 мм. Значит при включении двигателя в полушаговом режиме (400 шагов на оборот) перемещение каретки на один ход будет 3,14*16/400 = 0,11 мм. Это больше, чем задумано. В микрошаге (1:6) перемещение на ход получается 0,042 мм. То, что нужно. И не смотря на то, что не тянущийся ремень все равно чуть-чуть тянется, но в ремне отсутствует накопленная неточность, которая постоянно присутствует в ходовом винте. В итоге, я думаю, мы уложимся в точность фрезерования 0,1 мм на длине 1000 мм.
По крайней мере, по бальзе и четырехмиллиметровой фанере.
Что касается кронштейна шагового мотора, то это, как видите, несложная пластина с дырками. Ничего особого, выпиливаем совершенно верно равно как и основание. До тех пор пока за рамки ножовки, напильника и дрели мы не вышли.
Будем продолжать в том же духе.
Устанавливаем все это дело на раму и контролируем, как ездит. Ездит прекрасно!
Фактически, это практически все с рамой. Осталось причесать, придать изделию товарный вид и установить столешницу.
Товарный вид
Made in дома — не обязательно сикось-накось, коряво и неаккуратно. Меня удручают, закрепленные на уродских курьих ножках и торчащие во все стороны двигатели, пучки неубранных проводов, вывороченные наизнанку контроллеры и тому подобные красоты самодельных конструкций.
Все бы ничего, в итоге, любой делает как может, пока создатель очередного для того чтобы уродца не начинает действительно рассуждать о серийном производстве собственного детища для продажи, оправдывая неказистый вид станка, тем что это, мол, опытный образец: Тут подправим, в том месте переделаем, кожухи понавесим, все покрасим, и будет это не станок, а конфетка. Не будет!
В случае если для себя, любимого, создатель не имеет возможности сделать как нужно, и ему не стыдно рекламировать собственный недоделанный товар то и для клиента он сделает тяп-ляп. Установлено, и неоднократно. Но это так, к слову.
Проложим несколько дохленьких швеллеров, в которых будут размещаться петли кабелей от концевых и двигателей выключателей. В случае если контроллер громадной и не лезет в подстольное пространство, то сделаем кронштейны для выходных соединителей. И, наконец, установим заглушки на торцы несущих профилей, дабы в них не скапливалась грязь.
Затраты труда на эти на первый взгляд необязательные мероприятия окупаются с лихвой.
Столешница
Станок планируется по большей части для пиления бальзы, фанеры, пластиков, исходя из этого столешница возможно сделана из ламинированной панели для кухонной мебели толщиной 40 мм, т.е. той же толщины, что и алюминиевые боксы. Столешница крепится к двум несущим балкам рамы. Швеллеры, в которых проложены рельсы, кроме этого направляться прикрепить саморезами к столешнице.
В целом, конструкция получается ровная, прочная и твёрдая. Возможно нормально подняться на оказавшееся основание станка и походить по нему пешкомничего не произойдёт.
Некоторым продвинутым экспертам может понравиться наборная столешница из алюминиевого станочного профиля. Прошу вас, принципиально ничего не изменится. Но станок на зубчатых ремнях может пилить лишь то, на что вычислен, в частности — фанеру, пластики и узкий алюминий, и не более того, исходя из этого ужесточать столешницубессмысленно.
Игрек
Пошли дальше.
Поперечная балка, на которую будут устанавливаться рельсы оси Y, получается длиной 510 мм. В целях унификации сделаем ее из того же алюминиевого бокса 80х40х4 мм. Рельсы поставим прямо на торцы балки.
В громадное прямоугольное отверстие на широкой грани профиля будет входить ось двигателя с насаженным на него зубчатым колесом. С противоположной стороны балки поместиться каретка Z. Т.е. балка обязана пройти как бы через каретку Y. Для этого на шариковые блоки наденем две однообразные подробности, сделанные из отрезков стандартного алюминиевого швеллера 60х40х5 мм.
Проводку зубчатого ремня выполним совершенно верно равно как и по оси Х, лишь устройства для натяжения и крепления ремня сделаем на уголках.
Ремень оказывается прекрасно защищен от грязи и стружек. В нижней части профиля (в) будет размещена петля кабеля от двигателей Y и Z. Осталось поставить заглушки на торцы балки и все.
С лицевой стороны (со стороны каретки Z) балка не имеет отверстий, что отлично, т.к. как раз тут летит стружка. Как видите, балка с кареткой Y оказалась весьма простой.
Зет
Движение по Z планируется сделать 90 мм. Из-за чего 90? По причине того, что мне достаточно 90, а возможно сделать и 150 мм.
Это не принципиально.
Каретка Z и все, что с ней связано, самая многодельная и трудоемкая часть отечественного станка. Оно и ясно, привод по оси Z нельзя сделать на ремне. При каждом выключении станка под действием веса шпинделя и своего веса каретка будет съезжать вниз, и терять 0.
Помимо этого, от двигателя требуется большой момент удержания, что обязан компенсировать не только упрочнение фрезерования, но и вес шпинделя. Лишь винт с шагом не более 5 мм (лучше 3 мм) выручает положение. Итак, вот подробности, каковые нужно изготовить.
Ходовой винт
Начнем с винта. Я уже писал детально о гайках и ходовых винтах в статье Механика самодельного станка ЧПУ, не буду повторяться. НО. Так ли уж нужен в этом случае на оси Z ходовой винт с гайкой, выполненный по всем правилам правильной механики? Вряд ли. Станок рекомендован для плоского фрезерования, по сути, это легко лобзик с ЧПУопустил фрезу на нужную глубину ипогнали выпиливать. Тут сгодится катаный винт. Да, чего в том месте катаный, несложный винт с метрической резьбой сгодится!
И гайка капроновая сгодится! Другое дело, в случае если планируется 3D фрезерование, к примеру медалей и барельефов, но такая задача не хорошо согласуется с ременным приводом остальных осей. Так что, винт возможно применить ЛЮБОЙ. Любой то любой, но я применил катаный винт Tr12х2 и медную гайку с компенсацией люфта. Т.к. сейчас у меня это легко лобзик, а на следующий день я, быть может, захочу поставить винты на все оси.
Конструкция разрешает.
Кстати, ходовой винт, переходная втулка для двигателя и опорные кольца подшипниковединственные подробности, для изготовления которых нам потребуется токарный станок. Кроме того если вы приобрели резьбовую шпильку на рынке, финиши для того чтобы винта необходимо разделать.
Конструкция подшипникового узла ходового винта обрисована в упомянутой выше статье. Она была успешной, исходя из этого в новом станке сделаем совершенно верно кроме этого.
Отверстие в стенке под подшипники растачивать по посадке не обязательно, достаточно . Рабочие нагрузки направлены по оси винта, и в случае если радиально-упорные подшипники будут легко елозить в поперечном направлении, то ничего ужасного, на точности работы оси это фактически не скажется.
Сборка
Устанавливаем ходовой винт вовнутрь основания-швеллера, сделанного из профиля 60х40х5 мм, какого именно же, как и тот, что мы применяли для каретки Y. К торцам основания привинчиваем рельсы.
Внимательный читатель сообщит: Ага! Подробность, на которую ставится двигатель, фрезерованная!!!. Необязательно. Ее возможно сделать из двух плоских подробностей и свинтить совместно.
К примеру, так.
Устанавливаем уголки на шариковые блоки. Уголки сделаны из профиля 50х50х5 мм. Это единственный дешёвый профиль из сплава Д16Т.
Спереди на уголки ставится панель, которая, по сути, и имеется каретка Z. Но перед этим установим перемычку, которая свяжет уголки с ходовой гайкой.
На первый взгляд эта подробность лишняя. Ходовую гайку возможно закрепить сходу на передней панели. Но в этом случае, значительно возрастают требования к точности изготовления подробностей, и монтаж гайки нужно будет производить вслепую. Т.к. станок у нас на скорую руку и делаем мы его на кухне, то в этом случае такая переходная деталька может оказаться нужной.
Но, кто в себе уверен, может ее и не ставить.
Последний штрих. Устанавливаем переднюю кронштейн и панель для шпинделя.
Кронштейн возможно фрезерованный, а возможно и просто плоский. Это у кого как окажется. Ходовой винт по оси Z был прекрасно защищен от прямого попадания стружки.
В целом, каретка Z оказалась компактной, ее ширина 118 мм. Хороший итог, в случае если учесть, что главные подробности сделаны из стандартных профилей.
X-Y-Z
Устанавливаем Z на Y.
Устанавливаем боковые стены портала и клеммную коробочку для кабелей.
Устанавливаем портал на раму.
Вот и все. Станок оказался эргономичный, стройный, я бы кроме того сообщил поджарый, ничего не торчит, к рабочему полю хороший доступ со всех сторон, никаких кожухов, каковые чего-то в том месте закрывают, нет гусениц для проводов, все провода запрятаны. Кстати, в моем экземпляре контроллер также запрятан под стол, к станку подходит лишь кабель и шнур питания LPT порта от компьютера.
Кроме того если вы все кривовато выпилили и не весьма совершенно верно просверлили отверстия, вы все равно сможете доработать станок, довести его до ума и вынудить нормально трудиться. По причине того, что в данной конструкции все определяется заведомо правильными покупными направляющими и приемлемой геометрической точностью прессованных профилей (перпендикулярность и параллельность граней). Тут в принципе нет сложно жёстких допусков и выполнимых посадок на линейные размеры.
Но, само собой очевидно, чем правильнее вы сделаете подробности, тем лучше и для станка и для тех изделий, каковые вы станете на нем выпиливать.
А возможно?
Отвечаю сходу — Возможно! Все возможно! Лишь необходимо ли?
А возможно вместо четырех шариковых блоков поставить на каретку два? Будет практически вдвое дешевле — Возможно! Но я поставил четыре, и вам рекомендую.
А возможно заменить простые профили станочными? Будет лучше — Возможно! В каком-то смысле вправду будет лучше.
Скажем так, будет лучше ровно на столько, на какое количество, например, станут лучше Жигули, в случае если поставить на них семнадцатидюймовые колеса от Мерседеса, Но дороже будет, это совершенно верно!
А возможно для повышения прочности заменить не внушающие доверия алюминиевые профили хорошими металлическими? — Возможно! В случае если удастся подобрать подходящие по размеру, и при условии замены шариковых направляющих на 20-й типоразмер. Кстати и ремни необходимо забрать потолще, и двигатели замечательнее, и, чего в том месте мелочиться, лучше сходу на ШВП перейти.
А возможно таковой станок сделать размером 2х3 метра, и дабы 10 мм фанеру пилил со скоростью 600 мм/мин.? — Возможно! Лишь профили необходимо брать станочные и крепить их к металлическим сварным рамам, и ремни заменить зубчатыми рейками и моторы брать с редукторами, и другое по мелочам.
А возможно вместо дорогих шариковых направляющих применить простые шарикоподшипники, дабы все так же ездило? — Возможно! Ездить будет! Но я все-таки разорился на рельсы и дорогие линейные подшипники, сами додумайтесь из-за чего.
А возможно вместо импортных шариковых линейных направляющих применять отечественные, отечественные, мебельные, либо компьютерные? — Возможно! См. ответ на прошлый вопрос.
А вот у меня нет ни дрели, ни ножовки по металлу. Как быть? — Займите у соседа либо купите лучше сходу готовый станок.
Желаю выстроить такой же станок как у вас. Не могли бы вы: дать мне готовые чертежи, ткнуть носом, где продаются все комплектующие, отвести за руку к дяде, что выточит необходимые подробности, оказать помощь в изготовлении, настройке и сборке станка, консультировать, отвечать на вопросы, и по большому счету, всячески помогать? — Имел возможность бы, в случае если у вас хватит денег на все это содействие.
И последнее. Набор корейских направляющих SBS (рельсы — практически 3 м; шариковые блоки — 12 шт.) в Сервотехнике стоит на сегодня 27000 рублей. Профили, дюралевые пластины, винт, ремни, ролики, работа токаря и пр. обошлись примерно в 15000 рублей. И вдобавок двигатели, контроллеры, блоки питания, кабели, программа, и другое по мелочам тысяч на двадцать пять
Такие, вот, дела.