E quindi, come parte di questo articolo didattico, voglio che tu, insieme all'autore del progetto, un meccanico e designer di 21 anni, crei il tuo. La narrazione sarà condotta in prima persona, ma sappi che, con mio grande rammarico, non condivido la mia esperienza, ma sto solo raccontando liberamente l'autore di questo progetto.
Ci saranno molti disegni in questo articolo., vengono prese delle note su di essi Inglese, ma sono sicuro che un vero tecnico capirà tutto senza ulteriori indugi. Per facilitare la comprensione, dividerò la storia in “passi”.
Prefazione dell'autore
Già all'età di 12 anni sognavo di costruire una macchina in grado di creare varie cose. Una macchina che mi darà la possibilità di realizzare qualsiasi oggetto domestico. Due anni dopo mi sono imbattuto in questa frase CNC o per essere più precisi, la frase "Fresatrice CNC". Dopo aver scoperto che ci sono persone che possono realizzare una macchina del genere da sole per le proprie esigenze, nel proprio garage, ho capito che potevo farlo anch'io. Devo farlo! Per tre mesi ho provato a raccogliere parti adatte, ma non mi sono mosso. Quindi la mia ossessione è gradualmente svanita.
Nell'agosto 2013 l'idea di costruire una fresatrice CNC mi ha catturato nuovamente. Mi ero appena laureato in disegno industriale all'università, quindi ero abbastanza fiducioso nelle mie capacità. Ora ho capito chiaramente la differenza tra me oggi e me cinque anni fa. Ho imparato a lavorare con il metallo, ho imparato le tecniche per lavorare con macchine manuali per la lavorazione dei metalli, ma, soprattutto, ho imparato a utilizzare gli strumenti di sviluppo. Spero che questo tutorial ti ispiri a costruire la tua macchina CNC!
Passaggio 1: progettazione e modello CAD
Tutto inizia con un design accurato. Ho realizzato diversi schizzi per avere un'idea migliore delle dimensioni e della forma della futura macchina. Successivamente ho creato un modello CAD utilizzando SolidWorks. Dopo aver modellato tutte le parti e i componenti della macchina, ho preparato i disegni tecnici. Ho utilizzato questi disegni per realizzare parti su macchine manuali per la lavorazione dei metalli: e.
Lo confesso onestamente, amo il bene strumenti convenienti. Ecco perché ho cercato di assicurarmi che le operazioni manutenzione e la regolazione della macchina sono state eseguite nel modo più semplice possibile. Ho posizionato i cuscinetti in appositi blocchi per poterli sostituire velocemente. Le guide sono accessibili per la manutenzione, così la mia auto sarà sempre pulita una volta terminato il lavoro.
File da scaricare “Step 1”
Dimensioni
Passaggio 2: letto
Il basamento fornisce alla macchina la rigidità necessaria. Su di esso verranno installati un portale mobile, motori passo-passo, un asse Z e un mandrino e successivamente una superficie di lavoro. Per realizzare la struttura portante ho utilizzato due profili in alluminio Maytec da 40x80mm e due piastre terminali in alluminio da 10mm di spessore. Ho collegato tutti gli elementi insieme utilizzando gli angoli in alluminio. Per rafforzare la struttura all'interno del telaio principale, ho realizzato un ulteriore telaio quadrato con profili di sezione più piccola.
Per evitare che in futuro la polvere si depositi sulle guide, ho installato degli angoli protettivi in alluminio. L'angolo viene montato mediante dadi a T, che vengono installati in una delle scanalature del profilo.
Entrambe le piastre terminali sono dotate di cuscinetti per il montaggio della vite di azionamento.
Montaggio del telaio di supporto
Angoli per proteggere le guide
File per il download “Passaggio 2”
Disegni degli elementi principali del telaio
Passaggio 3: portale
Il portale mobile è il corpo esecutivo della vostra macchina; si muove lungo l'asse X e trasporta mandrino di fresatura e un supporto dell'asse Z. Più alto è il portale, più spesso è il pezzo che puoi lavorare. Tuttavia un portale alto è meno resistente ai carichi che si generano durante la lavorazione. I montanti laterali alti del portale fungono da leve rispetto ai cuscinetti volventi lineari.
Il compito principale che intendevo risolvere sulla mia fresatrice CNC era la lavorazione di parti in alluminio. Poiché lo spessore massimo dei grezzi in alluminio adatti a me è di 60 mm, ho deciso di rendere la distanza del portale (la distanza dal piano di lavoro alla traversa superiore) pari a 125 mm. Ho convertito tutte le mie misurazioni in un modello e disegni tecnici in SolidWorks. A causa della complessità dei pezzi, li ho lavorati su un centro di lavoro CNC industriale, questo mi ha permesso inoltre di realizzare smussi, cosa che sarebbe molto difficile da fare su una fresatrice manuale per metalli;
File per il download “Passaggio 3”
Passaggio 4: pinza dell'asse Z
Per la progettazione dell'asse Z, ho utilizzato un pannello frontale che si collega ai cuscinetti di movimento dell'asse Y, due piastre per rinforzare il gruppo, una piastra per montare il motore passo-passo e un pannello per montare il mandrino di fresatura. Sul pannello frontale ho installato due guide del profilo lungo le quali il mandrino si muoverà lungo l'asse Z. Si prega di notare che la vite dell'asse Z non ha un controsupporto nella parte inferiore.
Download “Passaggio 4”
Passaggio 5: guide
Le guide offrono la possibilità di muoversi in tutte le direzioni, garantendo movimenti fluidi e precisi. Qualsiasi gioco in una direzione può causare imprecisioni nella lavorazione dei vostri prodotti. Ho scelto l'opzione più costosa: binari profilati in acciaio temprato. Ciò consentirà alla struttura di sopportare carichi elevati e fornire la precisione di posizionamento di cui ho bisogno. Per garantire che le guide fossero parallele, ho utilizzato un indicatore speciale durante l'installazione. La deviazione massima reciproca non era superiore a 0,01 mm.
Passaggio 6: viti e pulegge
Le viti convertono il movimento rotatorio dei motori passo-passo in movimento lineare. Quando progettate la vostra macchina, potete scegliere diverse opzioni per questa unità: una coppia vite-chiocciola o una coppia vite a ricircolo di sfere (vite a ricircolo di sfere). La chiocciola, di regola, è soggetta a maggiori forze di attrito durante il funzionamento ed è anche meno precisa rispetto alla vite a ricircolo di sfere. Se hai bisogno di una maggiore precisione, allora devi assolutamente optare per una vite a ricircolo di sfere. Ma dovresti sapere che le viti a ricircolo di sfere sono piuttosto costose.
Sapendo che si tratta di un dispositivo tecnico ed elettronico complesso, molti artigiani pensano che sia semplicemente impossibile realizzarlo con le proprie mani. Tuttavia, questa opinione è sbagliata: fai da te apparecchiature similiè possibile, ma per questo è necessario averlo non solo disegno dettagliato, ma anche un insieme strumenti necessari e relativi componenti.
Elaborazione di un pezzo grezzo in duralluminio su una fresatrice desktop fatta in casa
Quando decidi di realizzare la tua macchina CNC, tieni presente che può richiedere molto tempo. Inoltre, saranno richiesti alcuni costi finanziari. Tuttavia, non avendo paura di tali difficoltà e affrontando correttamente tutte le questioni, puoi diventare proprietario di attrezzature convenienti, efficienti e produttive che ti consentono di elaborare pezzi da vari materiali con un alto grado di precisione.
Per realizzare una fresatrice dotata di un sistema CNC, è possibile utilizzare due opzioni: acquistare un kit già pronto, da cui tale attrezzatura viene assemblata da elementi appositamente selezionati, oppure trovare tutti i componenti e assemblare con le proprie mani un dispositivo che sia completamente soddisfa tutte le tue esigenze.
Istruzioni per assemblare una fresatrice CNC fatta in casa
Sotto nella foto potete vedere il realizzato con le mie stesse mani, al quale è allegato istruzioni dettagliate sulla produzione e sull'assemblaggio, indicando i materiali e i componenti utilizzati, gli “schemi” esatti delle parti della macchina e i costi approssimativi. L'unico aspetto negativo è che le istruzioni sono in inglese, ma è del tutto possibile comprendere i disegni dettagliati senza conoscere la lingua.
Scarica le istruzioni gratuite per realizzare la macchina:
La fresatrice CNC è assemblata e pronta all'uso. Di seguito sono riportate alcune illustrazioni tratte dalle istruzioni di montaggio di questa macchina.
“Schemi” di parti della macchina (vista ridotta) Inizio dell'assemblaggio della macchina Fase intermedia Fase finale assemblee
Lavoro preparatorio
Se decidi di costruire una macchina CNC con le tue mani, senza utilizzare un kit già pronto, la prima cosa che dovrai fare è scegliere lo schema elettrico in base al quale funzionerà tale mini-attrezzatura.
Come base per le attrezzature di fresatura CNC, è possibile prendere un vecchio trapano, in cui la testa di lavoro con trapano viene sostituita con una fresatrice. La cosa più difficile che dovrà essere progettata in tali apparecchiature è il meccanismo che garantisce il movimento dell'utensile su tre piani indipendenti. Questo meccanismo può essere assemblato utilizzando i carrelli di una stampante non funzionante; garantirà il movimento dello strumento su due piani.
È facile collegare il controllo software a un dispositivo assemblato secondo questo concetto. Tuttavia, il suo principale svantaggio è che su una macchina CNC di questo tipo è possibile lavorare solo pezzi in plastica, legno e materiali sottili. lamiera. Ciò è spiegato dal fatto che i carrelli della vecchia stampante, che forniranno il movimento strumento di taglio, non hanno un grado di rigidità sufficiente.
Affinché la tua macchina CNC fatta in casa possa eseguire operazioni di fresatura a tutti gli effetti con pezzi di vari materiali, un motore passo-passo sufficientemente potente deve essere responsabile del movimento dell'utensile di lavoro. Non è assolutamente necessario cercare un motore di tipo passo-passo; può essere realizzato partendo da un motore elettrico convenzionale, sottoponendo quest'ultimo a piccole modifiche.
L'utilizzo di un motore passo-passo consentirà di evitare l'uso di un azionamento a vite e funzionalità e le caratteristiche delle attrezzature fatte in casa non peggioreranno da questo. Se decidi comunque di utilizzare i carrelli della stampante per la tua mini-macchina, è consigliabile selezionarli da un modello più grande del dispositivo di stampa. Per trasferire la forza all'albero delle apparecchiature di fresatura, è meglio utilizzare cinghie non ordinarie, ma dentate che non scivolino sulle pulegge.
Uno dei componenti più importanti di qualsiasi macchina di questo tipo è il meccanismo di fresatura. È la sua produzione che deve essere data particolare attenzione. Per realizzare correttamente un tale meccanismo, avrai bisogno di disegni dettagliati, che dovranno essere seguiti rigorosamente.
Disegni della fresatrice CNC
Iniziamo a montare l'attrezzatura
La base delle attrezzature di fresatura CNC fatte in casa può essere una trave rettangolare, che deve essere fissata saldamente sulle guide.
La struttura portante della macchina deve avere elevata rigidità; durante l'installazione è meglio non utilizzarla giunti saldati e tutti gli elementi devono essere collegati solo con viti.
Questo requisito è spiegato dal fatto che le cuciture saldate resistono molto male ai carichi di vibrazione, a cui saranno necessariamente sottoposte struttura portante attrezzatura. Tali carichi alla fine porteranno al deterioramento del telaio della macchina nel tempo e si verificheranno cambiamenti nelle dimensioni geometriche, che influenzeranno la precisione delle impostazioni dell'attrezzatura e le sue prestazioni.
Le saldature durante l'installazione del telaio di una fresatrice fatta in casa spesso provocano lo sviluppo di giochi nei suoi componenti, nonché la deflessione delle guide, che si verifica sotto carichi pesanti.
La fresatrice che assemblerai con le tue mani deve avere un meccanismo che garantisca il movimento dell'utensile di lavoro in direzione verticale. È preferibile utilizzare un ingranaggio a vite, la cui rotazione verrà trasmessa tramite una cinghia dentata.
Una parte importante di una fresatrice è il suo asse verticale, che dispositivo fatto in casa può essere fatto da piastra in alluminio. È molto importante che le dimensioni di questo asse siano adattate esattamente alle dimensioni del dispositivo assemblato. Se disponi di un forno a muffola, puoi realizzare tu stesso l'asse verticale della macchina fondendolo in alluminio secondo le dimensioni indicate nel disegno finito.
Una volta preparati tutti i componenti della tua fresatrice fatta in casa, puoi iniziare ad assemblarla. Questo processo inizia con l'installazione di due motori passo-passo, montati sul corpo dell'apparecchiatura dietro il suo asse verticale. Uno di questi motori elettrici sarà responsabile del movimento della testa di fresatura sul piano orizzontale, mentre il secondo sarà responsabile del movimento della testa, rispettivamente, sul piano verticale. Successivamente, vengono installati i restanti componenti e assemblaggi di apparecchiature fatte in casa.
La rotazione a tutti i componenti delle apparecchiature CNC fatte in casa deve essere trasmessa solo tramite trasmissioni a cinghia. Prima di connettersi a macchina assemblata sistema di controllo del programma, è necessario verificarne la funzionalità modalità manuale ed eliminare immediatamente tutte le carenze identificate nel suo lavoro.
Puoi guardare il processo di assemblaggio nel video, che è facile da trovare su Internet.
Motori passo-passo
Il design di qualsiasi fresatrice dotata di CNC contiene necessariamente motori passo-passo che garantiscono il movimento dell'utensile su tre piani: 3D. Durante la progettazione macchina fatta in casa A questo scopo è possibile utilizzare i motori elettrici installati in una stampante ad aghi. La maggior parte dei modelli più vecchi di dispositivi di stampa a matrice di punti erano dotati di motori elettrici di potenza piuttosto elevata. Oltre ai motori passo-passo, vale la pena prendere robuste barre di acciaio da una vecchia stampante, che possono essere utilizzate anche nella progettazione della tua macchina fatta in casa.
Per realizzare la tua fresatrice CNC, avrai bisogno di tre motori passo-passo. Poiché nella stampante ad aghi ce ne sono solo due, sarà necessario trovare e smontare un altro vecchio dispositivo di stampa.
Sarà un grande vantaggio se i motori che troverai avranno cinque fili di controllo: questo aumenterà notevolmente la funzionalità della tua futura mini-macchina. È anche importante scoprire i seguenti parametri dei motori passo-passo che hai trovato: quanti gradi vengono ruotati in un passo, qual è la tensione di alimentazione, nonché il valore della resistenza dell'avvolgimento.
Il design dell'azionamento di una fresatrice CNC fatta in casa è assemblato da un dado e un perno, le cui dimensioni devono essere preselezionate in base al disegno della vostra attrezzatura. Per fissare l'albero motore e fissarlo al perno, è conveniente utilizzare uno spesso avvolgimento in gomma cavo elettrico. Gli elementi della tua macchina CNC, come i morsetti, possono essere realizzati sotto forma di un manicotto in nylon in cui è inserita una vite. Per renderlo così semplice elementi strutturali, avrai bisogno di una lima normale e di un trapano.
Apparecchiature elettroniche
La tua macchina CNC fai-da-te sarà controllata da un software e dovrà essere selezionata correttamente. Quando si sceglie tale software (puoi scriverlo tu stesso), è importante prestare attenzione al fatto che sia operativo e consenta alla macchina di realizzare tutte le sue funzionalità. Tale software deve contenere i driver per i controller che verranno installati sulla tua mini-fresatrice.
In una macchina CNC fatta in casa è necessaria una porta LPT, attraverso la quale il sistema di controllo elettronico è collegato alla macchina. È molto importante che tale connessione venga effettuata tramite motori passo-passo installati.
Quando si scelgono componenti elettronici per la propria macchina fatta in casa, è importante prestare attenzione alla loro qualità, poiché la precisione dipenderà da questo operazioni tecnologiche, che verrà eseguito su di esso. Dopo aver installato e collegato tutti i componenti elettronici del sistema CNC, è necessario scaricare il software e i driver necessari. Solo dopo viene eseguito un test di prova della macchina, verificandone il corretto funzionamento sotto il controllo dei programmi caricati, identificando le carenze ed eliminandole tempestivamente.
Alla domanda su come realizzare una macchina CNC si può rispondere brevemente. Sapendo che una fresatrice CNC fatta in casa, in generale, è un dispositivo complesso con una struttura complessa, è consigliabile che il progettista:
- acquisire disegni;
- acquistare componenti e elementi di fissaggio affidabili;
- preparare un buon strumento;
- avere un tornio a portata di mano e macchine perforatrici Lavorato a CNC per produrre rapidamente.
Non sarebbe male guardare il video, una sorta di guida didattica su da dove iniziare. Inizierò con la preparazione, comprerò tutto ciò di cui ho bisogno, capirò il disegno - qui la decisione giusta progettista alle prime armi. Ecco perché fase preparatoria, che precede l'assemblaggio, è molto importante.
Lavoro di fase preparatoria
Per realizzare una fresatrice CNC fatta in casa, ci sono due opzioni:
- Prendi un set di parti funzionanti già pronto (componenti appositamente selezionati), da cui assembliamo tu stesso l'attrezzatura.
- Trova (realizza) tutti i componenti e inizia ad assemblare con le tue mani una macchina CNC che soddisfi tutti i requisiti.
È importante decidere lo scopo, le dimensioni e il design (come fare a meno del disegno di una macchina CNC fatta in casa), trovare schemi per la sua fabbricazione, acquistare o produrre alcune parti necessarie per questo e acquisire viti di comando.
Se decidi di creare una macchina CNC con le tue mani e di fare a meno di set già pronti di componenti e meccanismi, elementi di fissaggio, avrai bisogno di uno schema assemblato in base al quale funzionerà la macchina.
Di solito, avendo trovato diagramma schematico dispositivi, modellano prima tutte le parti della macchina, preparano i disegni tecnici e poi li utilizzano per produrre componenti in compensato o alluminio su torni e fresatrici (a volte è necessario utilizzare un trapano). Molto spesso, le superfici di lavoro (chiamate anche tavolo da lavoro) sono in compensato con uno spessore di 18 mm.
Assemblaggio di alcuni componenti importanti della macchina
Nella macchina che hai iniziato a montare con le tue mani, devi fornire una serie di componenti critici che garantiscano il movimento verticale dello strumento di lavoro. In questo elenco:
- ingranaggio elicoidale – la rotazione viene trasmessa tramite cinghia dentata. È buono perché le pulegge non scivolano, trasferendo uniformemente le forze all'albero dell'attrezzatura di fresatura;
- se si utilizza un motore passo-passo (SM) per una mini-macchina, è consigliabile prendere un carrello da un modello di stampante più grande, più potente; le vecchie stampanti ad aghi avevano motori elettrici abbastanza potenti;
- per un dispositivo a tre coordinate, avrai bisogno di tre SD. Va bene se ci sono 5 fili di controllo in ciascuno, la funzionalità della mini-macchina aumenterà. Vale la pena valutare l'entità dei parametri: tensione di alimentazione, resistenza dell'avvolgimento e angolo di rotazione del motore in un unico passaggio. Per collegare ciascun motore passo-passo è necessario un controller separato;
- con l'aiuto delle viti, il movimento rotatorio del motore viene convertito in lineare. Per ottenere un'elevata precisione, molti ritengono necessario disporre di viti a ricircolo di sfere (viti a ricircolo di sfere), ma questo componente non è economico. Quando si seleziona un set di dadi e viti di montaggio per i blocchi di montaggio, sceglierli con inserti in plastica, questo riduce l'attrito ed elimina il gioco;
- invece di un motore passo-passo, puoi prendere un normale motore elettrico, dopo una piccola modifica;
- un asse verticale che permette allo strumento di muoversi in 3D, coprendo l'intero tavolo radiografico. È realizzato in lamiera di alluminio. È importante che le dimensioni dell'asse siano adeguate alle dimensioni del dispositivo. Se si dispone di un forno a muffola, l'asse può essere fuso secondo le dimensioni dei disegni.
Di seguito è riportato un disegno realizzato in tre proiezioni: vista laterale, vista posteriore e vista dall'alto.
Massima attenzione al letto
La rigidità necessaria della macchina è fornita dal basamento. Un portale mobile, un sistema di guide ferroviarie, un motore passo-passo, superficie di lavoro, asse Z e mandrino.
Ad esempio, uno dei creatori di una macchina CNC fatta in casa ha realizzato il telaio di supporto profilo in alluminio Maytec - due parti (sezione 40x80 mm) e due piastre terminali spesse 10 mm dello stesso materiale, che collegano gli elementi con angoli in alluminio. La struttura è rinforzata; all'interno del telaio è presente un telaio realizzato con profili più piccoli a forma di quadrato.
Il telaio viene montato senza l'utilizzo di collegamenti tipo saldato(le cuciture saldate sono scarsamente in grado di sopportare i carichi di vibrazioni). È meglio usare i dadi a T come elementi di fissaggio. Le piastre terminali prevedono l'installazione di un blocco cuscinetto per il montaggio della madrevite. Avrai bisogno di un cuscinetto a strisciamento e di un cuscinetto del mandrino.
L'artigiano ha stabilito che il compito principale della macchina CNC autocostruita era la produzione di parti in alluminio. Dal momento che gli spazi vuoti con spessore massimo 60 mm, ha realizzato la luce del portale di 125 mm (questa è la distanza dalla traversa superiore al piano di lavoro).
Questo difficile processo di installazione
Raccogliere CNC fatto in casa macchine, dopo aver preparato i componenti, è meglio seguire rigorosamente il disegno affinché funzionino. Il processo di assemblaggio utilizzando viti di comando deve essere eseguito nella seguente sequenza:
- un artigiano esperto inizia collegando i primi due motori al corpo, dietro l'asse verticale dell'attrezzatura. Uno è responsabile del movimento orizzontale della testa di fresatura (guide ferroviarie) e il secondo è responsabile del movimento sul piano verticale;
- un portale mobile che si muove lungo l'asse X porta il mandrino di fresatura e il supporto (asse z). Quanto più alto è il portale, tanto più grande è il pezzo che può essere lavorato. Ma portale alto, durante la lavorazione, diminuisce la resistenza ai carichi emergenti;
- Per il fissaggio del motore dell'asse Z e delle guide lineari vengono utilizzate piastre anteriore, posteriore, superiore, centrale e inferiore. Farai lì una culla per il mandrino della fresatrice;
- La trasmissione è assemblata con dadi e prigionieri accuratamente selezionati. Per fissare l'albero motore e fissarlo al perno, utilizzare un avvolgimento in gomma di un cavo elettrico spesso. Il fissaggio può essere effettuato con viti inserite in un manicotto di nylon.
Quindi inizia l'assemblaggio dei restanti componenti e assemblaggi del prodotto fatto in casa.
Installiamo il riempimento elettronico della macchina
Per realizzare una macchina CNC con le tue mani e controllarla, devi operare con un numero selezionato correttamente controllato dal programma, alta qualità circuiti stampati e componenti elettronici (soprattutto se cinesi), che ti permetteranno di implementare tutte le funzionalità su una macchina CNC, elaborando un pezzo con una configurazione complessa.
Per evitare problemi di gestione, le macchine CNC artigianali hanno tra i componenti i seguenti componenti:
- motori passo-passo, alcuni fermi ad esempio Nema;
- Porta LPT attraverso la quale è possibile collegare l'unità di controllo CNC alla macchina;
- driver per controller, sono installati su una mini-fresatrice, collegandosi secondo lo schema;
- quadri di commutazione (controllori);
- Alimentatore da 36 V con trasformatore step-down che converte in 5 V per alimentare il circuito di controllo;
- portatile o PC;
- pulsante responsabile dell'arresto di emergenza.
Solo dopo vengono testate le macchine CNC (in questo caso l'artigiano ne farà una prova, caricando tutti i programmi) e vengono individuate ed eliminate le carenze esistenti.
Invece di una conclusione
Come puoi vedere, è possibile realizzare un CNC non inferiore ai modelli cinesi. Avendo realizzato un set di pezzi di ricambio con la giusta dimensione, avendo cuscinetti di alta qualità e elementi di fissaggio sufficienti per l'assemblaggio, questo compito è alla portata di coloro che sono interessati alla tecnologia software. Non dovrai cercare un esempio a lungo.
La foto sotto mostra alcuni esempi di macchine a controllo numerico, realizzate dagli stessi artigiani, non professionisti. Non un singolo pezzo è stato realizzato frettolosamente, di dimensioni arbitrarie, ma montato sul blocco con grande precisione, con un accurato allineamento degli assi, utilizzando materiali di alta qualità. viti di comando e con cuscinetti affidabili. L'affermazione è vera: come ti assembli, così lavorerai.
Un pezzo grezzo in duralluminio viene elaborato utilizzando CNC. Con una macchina del genere, assemblata da un artigiano, è possibile eseguire molti lavori di fresatura.
Ci sono molte storie simili su Internet e probabilmente sorprenderò poche persone, ma forse questo articolo sarà utile a qualcuno. Questa storia è iniziata alla fine del 2016, quando io e il mio amico, partner nello sviluppo e nella produzione di apparecchiature di prova, abbiamo accumulato una certa somma di denaro. Per non sprecare semplicemente denaro (si tratta di un'azienda giovane), abbiamo deciso di investirlo nell'attività, dopodiché ci è venuta in mente l'idea di produrre una macchina CNC. Avevo già esperienza nella costruzione e nell'utilizzo di questo tipo di attrezzature, e l'area principale della nostra attività è la progettazione e la lavorazione dei metalli, che hanno accompagnato l'idea di costruire una macchina CNC.
Fu allora che ebbe inizio il movimento, che continua ancora oggi...
Il tutto è proseguito con lo studio dei forum dedicati ai temi CNC e la scelta del concetto base del progetto della macchina. Avendo precedentemente deciso i materiali da lavorare sulla futura macchina e il suo campo di lavoro, sono comparsi i primi schizzi su carta, che sono stati successivamente trasferiti al computer. Nell'ambiente della modellazione tridimensionale KOMPAS 3D, la macchina è stata visualizzata e ha iniziato ad acquisire dettagli e sfumature più piccoli, che si sono rivelati più di quanto vorremmo, alcuni dei quali sono ancora in fase di risoluzione fino ad oggi.
Una delle decisioni iniziali è stata quella di determinare i materiali lavorati sulla macchina e le dimensioni del campo di lavoro della macchina. Per quanto riguarda i materiali, la soluzione era abbastanza semplice: legno, plastica, materiali compositi e metalli non ferrosi (principalmente duralluminio). Poiché nella nostra produzione utilizziamo principalmente macchine per la lavorazione dei metalli, a volte abbiamo bisogno di una macchina che elabori rapidamente materiali che sono abbastanza facili da lavorare lungo un percorso curvo, e ciò ridurrebbe successivamente i costi di produzione delle parti ordinate. Sulla base dei materiali selezionati, forniti principalmente in imballaggi in lamiera, con dimensioni standard 2,44x1,22 metri (GOST 30427-96 per compensato). Arrotondando queste dimensioni siamo arrivati ai seguenti valori: 2,5x1,5 metri, lo spazio di lavoro è definito, ad eccezione dell'altezza di sollevamento dell'utensile, questo valore è stato scelto considerando la possibilità di installazione di una morsa ed è stato ipotizzato che non avremmo pezzi più spessi di 200 mm. Abbiamo anche tenuto conto del fatto che se è necessario lavorare l'estremità di una parte di lamiera con una lunghezza superiore a 200 mm, per questo l'utensile si sposta oltre le dimensioni della base della macchina e la parte/pezzo stesso è fissato al lato finale della base, in modo che possa avvenire la lavorazione dell'estremità del pezzo.
Progettazione della macchinaè un basamento a telaio prefabbricato degli anni '80 tubo profilato con una parete di 4 mm. Su entrambi i lati della lunghezza della base sono fissate le guide profilate della 25a dimensione standard, su cui è installato un portale, realizzato sotto forma di tre tubi profilati saldati insieme della stessa dimensione standard della base.
La macchina è a quattro assi e ciascun asse è azionato da una vite a ricircolo di sfere. Due assi sono posizionati parallelamente lungo il lato lungo della macchina, accoppiati tramite software e legati alla coordinata X. Di conseguenza, i restanti due assi sono coordinate Y e Z.
Perché esattamente abbiamo optato per un telaio prefabbricato: inizialmente volevamo realizzare una struttura puramente saldata con lamiere saldate incastonate per la fresatura, installazione di guide e supporti per viti a ricircolo di sfere, ma non abbiamo trovato una fresatrice a coordinate sufficientemente grande per la fresatura. Ho dovuto disegnare un telaio prefabbricato in modo da poter lavorare personalmente tutte le parti utilizzando le macchine per la lavorazione dei metalli disponibili nella produzione. Ogni parte che è stata esposta saldatura ad arco elettrico, è stato ricotto per alleviare le tensioni interne. Successivamente sono state fresate tutte le superfici di accoppiamento e successivamente è stato necessario raschiare gli aggiustamenti in alcuni punti.
Andando avanti, vorrei dire subito che l'assemblaggio e la fabbricazione del telaio si sono rivelati l'evento più laborioso ed economicamente costoso nella costruzione della macchina. A nostro avviso, l'idea originale con un telaio interamente saldato supera la struttura prefabbricata in tutto e per tutto. Anche se molti potrebbero non essere d’accordo con me.
Vorrei fare subito una riserva sul fatto che per ora non prenderemo in considerazione qui le macchine realizzate con profili strutturali in alluminio, questa è piuttosto una questione per un altro articolo;
Continuando ad assemblare la macchina e discutendone sui forum, molti hanno iniziato a consigliare di realizzare bracci diagonali in acciaio all'interno e all'esterno del telaio per aggiungere ancora più rigidità. Non abbiamo trascurato questo consiglio, ma abbiamo aggiunto anche dei fiocchi alla struttura, poiché il telaio si è rivelato piuttosto massiccio (circa 400 kg). E una volta completato il progetto, il perimetro sarà rivestito in lamiera d'acciaio, che collegherà ulteriormente la struttura.
Passiamo ora alla questione meccanica di questo progetto. Come accennato in precedenza, la movimentazione degli assi della macchina veniva effettuata tramite una coppia di viti a ricircolo di sfere di diametro 25 mm e passo di 10 mm, la cui rotazione era trasmessa da motori passo-passo con flange 86 e 57. Inizialmente, si prevedeva di ruotare direttamente la vite stessa per eliminare giochi inutili e ingranaggi aggiuntivi, ma senza di essi non sarebbe stato possibile farlo a causa del fatto che quando collegamento diretto motore ed elica, quest'ultima inizierebbe a svolgersi ad alta velocità, soprattutto quando il portale è dentro posizioni estreme. Considerando che la lunghezza delle viti lungo l'asse X era di quasi tre metri, per ridurre il cedimento è stata installata una vite con un diametro di 25 mm, altrimenti sarebbe bastata una vite da 16 mm.
Questa sfumatura è stata scoperta già durante la produzione delle parti ed è stato necessario risolvere rapidamente questo problema producendo un dado rotante, anziché una vite, che ha aggiunto al progetto un ulteriore gruppo di cuscinetti e una trasmissione a cinghia. Questa soluzione permetteva anche di serrare bene la vite tra i supporti.
Il design del dado rotante è abbastanza semplice. Inizialmente, abbiamo selezionato due cuscinetti a sfere conici, che si specchiano sulla chiocciola della vite a ricircolo di sfere, dopo aver precedentemente tagliato una filettatura dalla sua estremità per fissare la pista del cuscinetto sulla chiocciola. I cuscinetti, insieme al dado, si inseriscono nell'alloggiamento, a sua volta l'intera struttura è fissata all'estremità del montante del portale. Nella parte anteriore della vite a ricircolo di sfere i dadi fissavano alle viti una bussola adattatrice, che successivamente veniva fissata forma assemblata acceso il mandrino per dare l'allineamento. Ci hanno messo sopra una puleggia e l'hanno stretta con due dadi di bloccaggio.
Ovviamente alcuni di voi si chiederanno: “Perché non utilizzare una cremagliera come meccanismo di trasmissione?” La risposta è abbastanza semplice: una vite a ricircolo di sfere fornirà precisione di posizionamento, maggiore forza motrice e, di conseguenza, minore coppia sull'albero motore (questo è quello che mi sono subito ricordato). Ma ci sono anche degli svantaggi: altro ancora bassa velocità movimento e se prendi viti di qualità normale, il prezzo andrà di conseguenza.
A proposito, abbiamo preso abbastanza viti a ricircolo di sfere e dadi da TBI opzione di bilancio, ma anche la qualità è adeguata, poiché dei 9 metri di vite presi, abbiamo dovuto buttarne 3 metri, a causa della discrepanza tra le dimensioni geometriche, nessun dado si è semplicemente avvitato...
Come guide di scorrimento sono state utilizzate guide profilate da 25 mm di HIWIN. Per la loro installazione sono state fresate le scanalature di installazione per mantenere il parallelismo tra le guide.
Abbiamo deciso di realizzare supporti per viti a ricircolo di sfere da soli, essi risultarono essere di due tipologie: supporti per viti rotanti (assi Y e Z) e supporti per viti non rotanti (asse X). Potrebbero essere acquistati supporti per viti rotanti, visto il risparmio dovuto Fai da te 4 parti non erano sufficienti. Un'altra cosa è con i supporti per viti non rotanti: tali supporti non possono essere trovati in vendita.
Da quanto detto in precedenza, l'asse X è azionato tramite dadi rotanti e tramite trasmissione a cinghia. Hanno deciso anche di realizzare gli altri due assi Y e Z tramite una trasmissione a cinghia, questo aggiungerà maggiore mobilità nel variare il momento trasmesso, aggiungerà estetica in vista dell'installazione del motore non lungo l'asse della vite a ricircolo di sfere, ma sul lato della stessa, senza aumentare le dimensioni della macchina.
Ora passiamo senza intoppi a parte elettrica, e inizieremo con gli azionamenti; i motori passo-passo sono stati scelti come questi, ovviamente, per ragioni di prezzo più basso rispetto ai motori con retroazione. Sull'asse X installarono due motori con flangia 86, sugli assi Y e Z c'era un motore con flangia 56, solo con diversa coppia massima. Proverò ad immaginare di seguito elenco completo pezzi acquistati...
Il circuito elettrico della macchina è abbastanza semplice: i motori passo-passo sono collegati ai driver, che a loro volta sono collegati alla scheda di interfaccia, che è anche collegata tramite una porta LPT parallela ad un personal computer. Ho utilizzato 4 driver, uno per ogni motore. Ho installato tutti gli stessi driver per semplificare l'installazione e il collegamento, con una corrente massima di 4A e una tensione di 50V. Come scheda di interfaccia per macchine CNC ho utilizzato un'opzione relativamente economica, da produttore nazionale come indicato sul sito migliore opzione. Ma non lo confermo né lo smentisco, la scheda è facile da usare e la cosa più importante è che funzioni. Nei miei progetti passati ho utilizzato schede di produttori cinesi, funzionano anche loro e nelle loro periferiche differiscono poco da quella che ho utilizzato in questo progetto. Ho notato che in tutte queste schede una potrebbe non essere significativa, ma lo svantaggio è che su di esse puoi installare solo fino a 3 finecorsa, ma sono necessari almeno due di questi interruttori per ciascun asse. O semplicemente non ho capito? Se disponiamo di una macchina a 3 assi, allora dobbiamo installare dei finecorsa nelle coordinate zero della macchina (detta anche “posizione iniziale”) e nelle coordinate più esterne in modo che in caso di guasto o mancanza di campo di lavoro, l'uno o l'altro asse semplicemente non si è guastato (semplicemente non si è rotto). Il mio circuito utilizza: 3 terminali senza contatti sensore induttivo e un pulsante di emergenza “E-STOP” a forma di fungo. La sezione di potenza è alimentata da due alimentatori switching da 48V. e 8A. Il mandrino è raffreddato ad acqua a 2,2 kW, collegato tramite un convertitore di frequenza. La velocità è impostata da personal computer, poiché il convertitore di frequenza è collegato tramite una scheda di interfaccia. La velocità viene regolata modificando la tensione (0-10 volt) sull'uscita corrispondente del convertitore di frequenza.
Tutti i componenti elettrici, ad eccezione dei motori, del mandrino e dei finecorsa, sono stati montati in un armadio elettrico metallico. Tutto il controllo della macchina viene effettuato da un personal computer; abbiamo trovato un vecchio PC su una scheda madre con fattore di forma ATX. Sarebbe meglio rimpicciolirsi un po' e acquistare un piccolo mini-ITX con processore e scheda video integrati. Date le grandi dimensioni della scatola elettrica, era difficile inserire tutti i componenti al suo interno; questi dovevano essere posizionati abbastanza vicini tra loro; Sul fondo del box ho posizionato tre ventole di raffreddamento forzato, dato che l'aria all'interno del box era molto calda. Sulla parte anteriore è stata avvitata una piastra metallica, con fori per i pulsanti di accensione e quelli di arresto di emergenza. Anche su questo pannello c'era una presa per accendere il PC, l'ho tolta dal case di un vecchio mini computer, peccato che non funzionasse. Una piastra di copertura è stata inoltre fissata all'estremità posteriore della scatola; al suo interno sono stati posizionati dei fori per i connettori per il collegamento dell'alimentazione a 220 V, motori passo-passo, un mandrino e un connettore VGA.
Tutti i cavi dei motori, del mandrino e dei tubi dell'acqua per il raffreddamento sono stati posati in canaline flessibili del tipo a binario largo 50 mm.
Per quanto riguarda software, poi Windows XP è stato installato su un PC situato in una scatola elettrica e per controllare la macchina è stato utilizzato uno dei programmi Mach3 più comuni. Il programma è configurato secondo la documentazione sulla scheda di interfaccia, lì tutto è descritto in modo abbastanza chiaro e tramite immagini. Perché esattamente Mach3, e tutto perché avevo esperienza lavorativa, ho sentito parlare di altri programmi, ma non li ho presi in considerazione.
Specifiche:
Spazio di lavoro, mm: 2700x1670x200;
Velocità movimento assi mm/min: 3000;
Potenza mandrino, kW: 2,2;
Dimensioni, mm: 2800x2070x1570;
Peso kg: 1430.
Elenco delle parti:
Tubo profilato 80x80 mm.
Striscia di metallo 10x80mm.
Vite a ricircolo di sfere TBI 2510, 9 metri.
Dadi per viti a ricircolo di sfere TBI 2510, 4 pz.
Guide profilate Carrello HIWIN HGH25-CA, 12 pz.
Binario HGH25, 10 metri.
Motori passo-passo:
NEMA34-8801: 3 pz.
NEMA 23_2430: 1 pz.
Puleggia BLA-25-5M-15-A-N14: 4 pz.
Puleggia BLA-40-T5-20-A-N 19: 2 pz.
Puleggia BLA-30-T5-20-A-N14: 2 pz.
Scheda di interfaccia StepMaster v2.5: 1 pz.
Driver motore passo-passo DM542: 4 pezzi. (Cina)
Alimentatore switching 48V, 8A: 2 pz. (Cina)
Convertitore di frequenza 2,2 kW. (Cina)
Mandrino 2,2 kW. (Cina)
Mi sembra di aver elencato le parti e i componenti principali, se non ho inserito qualcosa scrivetelo nei commenti e lo aggiungerò.
Esperienza operativa della macchina: Alla fine, dopo quasi un anno e mezzo, abbiamo finalmente lanciato la macchina. Per prima cosa abbiamo regolato la precisione di posizionamento degli assi e la loro velocità massima. Secondo i colleghi più esperti la velocità massima di 3 m/min non è elevata e dovrebbe essere tre volte superiore (per la lavorazione del legno, del compensato, ecc.). Alla velocità che abbiamo raggiunto, il portale e gli altri assi sono quasi inarrestabili appoggiandovi le mani (con tutto il corpo): si precipita come un carro armato. Abbiamo iniziato i test con la lavorazione del compensato, la taglierina funziona come un orologio, non c'è vibrazione della macchina, ma siamo anche andati più in profondità di un massimo di 10 mm in una sola passata. Anche se dopo hanno iniziato ad andare più in profondità.
Dopo aver giocato con legno e plastica, abbiamo deciso di rosicchiare il duralluminio. Sono rimasto contentissimo, anche se prima ho rotto diverse frese con un diametro di 2 mm mentre selezionavo le modalità di taglio; Il duralluminio taglia con molta sicurezza e il risultato è un taglio abbastanza netto lungo il bordo lavorato.
Non abbiamo ancora provato a lavorare l'acciaio, ma penso che almeno la macchina potrà incidere, ma per la fresatura il mandrino è troppo debole, sarebbe un peccato ucciderlo.
Per il resto, la macchina affronta bene i compiti ad essa assegnati.
Conclusione, opinione sul lavoro svolto:È stato svolto molto lavoro, ma alla fine eravamo piuttosto stanchi, poiché nessuno ha annullato il lavoro principale. E sono stati investiti molti soldi, non dirò l'importo esatto, ma sono circa 400mila rubli. Oltre ai costi di kitting, la maggior parte dei costi e maggior parte forza, è andato a creare la base. Wow, abbiamo avuto così tanti problemi con lui. Per il resto tutto è stato fatto in termini di fondi, tempo e parti finite per continuare la costruzione.
La macchina si è rivelata abbastanza funzionale, abbastanza rigida, massiccia e di alta qualità. Mantiene una buona precisione di posizionamento. Quando si misurava un quadrato di duralluminio, che misurava 40x40, la precisione era di +- 0,05 mm. La precisione di lavorazione di pezzi più grandi non è stata misurata.
Qual è il prossimo passo...: C'è ancora abbastanza lavoro sulla macchina, sotto forma di copertura delle guide e delle viti a ricircolo di sfere con protezione antipolvere, copertura della macchina attorno al perimetro e installazione di soffitti al centro della base, che formeranno 4 grandi ripiani per il raffreddamento della macchina. mandrino, deposito di utensili e attrezzature. Volevano dotare uno dei quartieri della base di un quarto asse. È inoltre necessario installare un ciclone sul mandrino per rimuovere e raccogliere i trucioli di polvere, soprattutto se si lavora legno o textolite, da cui la polvere vola ovunque e si deposita ovunque.
Per quanto riguarda il destino futuro della macchina, non tutto è chiaro, visto che ho avuto una questione territoriale (mi sono trasferito in un'altra città), e ora non c'è quasi nessuno che lavori sulla macchina. E non è garantito che i piani di cui sopra si realizzino. Nessuno avrebbe potuto immaginarlo due anni fa.
5 Stelle
