Doe-het-zelf grote portaal CNC-freesmachine. Zelfgemaakte CNC-freesmachine: wij assembleren met onze eigen handen een CNC-machine uit een aluminium profielbuis

En dus wil ik, als onderdeel van dit instructieartikel, dat jij, samen met de auteur van het project, een 21-jarige monteur en ontwerper, je eigen project maakt. Het verhaal zal plaatsvinden in de ik-persoon, maar weet dat ik, tot mijn grote spijt, mijn ervaring niet deel, maar alleen vrijuit de auteur van dit project vertel.

Er zullen nogal wat tekeningen in dit artikel staan., er worden aantekeningen bij gemaakt Engels, maar ik weet zeker dat een echte techneut alles zonder meer zal begrijpen. Voor een beter begrip zal ik het verhaal in “stappen” opdelen.

Voorwoord van de auteur

Al op 12-jarige leeftijd droomde ik ervan een machine te bouwen die verschillende dingen zou kunnen creëren. Een machine waarmee ik elk huishoudelijk artikel kan maken. Twee jaar later kwam ik de term tegen CNC of preciezer gezegd: de zin "CNC-freesmachine". Nadat ik erachter kwam dat er mensen zijn die zelf zo'n machine kunnen maken voor hun eigen behoeften, in hun eigen garage, besefte ik dat ik het ook kon. Ik moet dit doen! Drie maanden lang heb ik geprobeerd geschikte onderdelen te verzamelen, maar ik gaf geen krimp. Dus mijn obsessie vervaagde geleidelijk.

In augustus 2013 sprak het idee om een ​​CNC-freesmachine te bouwen mij weer aan. Ik was net afgestudeerd aan een bachelordiploma in industrieel ontwerp aan de universiteit, dus ik had alle vertrouwen in mijn capaciteiten. Nu begreep ik duidelijk het verschil tussen mij vandaag en mij vijf jaar geleden. Ik leerde met metaal werken, beheerste technieken voor het werken met handmatige metaalbewerkingsmachines, maar het allerbelangrijkste: ik leerde ontwikkelingstools gebruiken. Ik hoop dat deze tutorial je inspireert om je eigen CNC-machine te bouwen!

Stap 1: Ontwerp en CAD-model

Het begint allemaal met een doordacht ontwerp. Ik heb verschillende schetsen gemaakt om een ​​beter gevoel te krijgen voor de grootte en vorm van de toekomstige machine. Daarna heb ik een CAD-model gemaakt met SolidWorks. Nadat ik alle onderdelen en componenten van de machine had gemodelleerd, maakte ik technische tekeningen. Ik heb deze tekeningen gebruikt om onderdelen te maken op handmatige metaalbewerkingsmachines: en.

Ik beken eerlijk: ik hou van het goede handig gereedschap. Dat is de reden waarom ik probeerde ervoor te zorgen dat de operaties onderhoud en het afstellen van de machine werden zo eenvoudig mogelijk uitgevoerd. De lagers heb ik in speciale blokken geplaatst om ze snel te kunnen vervangen. De gidsen zijn toegankelijk voor onderhoud, zodat mijn auto altijd schoon is als de werkzaamheden klaar zijn.

Bestanden om te downloaden “Stap 1”

Afmetingen

Stap 2: Bed

Het bed geeft de machine de nodige stijfheid. Een beweegbaar portaal, stappenmotoren, een Z-as en een spindel, en later wordt er een werkoppervlak op geïnstalleerd. Voor het draagframe heb ik twee Maytec aluminium profielen van 40x80 mm en twee aluminium eindplaten van 10 mm dik gebruikt. Ik heb alle elementen met elkaar verbonden door middel van aluminium hoeken. Om de structuur binnen het hoofdframe te versterken, heb ik een extra vierkant frame gemaakt van profielen met een kleinere doorsnede.

Om te voorkomen dat er in de toekomst stof op de geleiders komt, heb ik beschermende aluminium hoeken gemonteerd. De hoek wordt gemonteerd met behulp van T-moeren, die in een van de profielgroeven worden geïnstalleerd.

Beide eindplaten zijn voorzien van lagerblokken voor montage van de aandrijfschroef.

Montage steunframe

Hoeken ter bescherming van geleiders

Bestanden om te downloaden “Stap 2”

Tekeningen van de belangrijkste elementen van het frame

Stap 3: Portaal

Het beweegbare portaal is het uitvoerende orgaan van uw machine; het beweegt langs de X-as en draagt frees spindel en een Z-asondersteuning. Hoe hoger het portaal, hoe dikker het werkstuk dat u kunt bewerken. Een hoog portaal is echter minder bestand tegen de belastingen die ontstaan ​​tijdens de verwerking. De hoge zijstijlen van het portaal fungeren als hefbomen ten opzichte van de lineaire wentellagers.

De belangrijkste taak die ik op mijn CNC-freesmachine wilde oplossen, was het bewerken van aluminium onderdelen. Omdat de maximale dikte van aluminium plano's die voor mij geschikt zijn 60 mm is, heb ik besloten om de portaalafstand (de afstand van het werkoppervlak tot de bovenste dwarsbalk) gelijk te maken aan 125 mm. Al mijn metingen heb ik omgezet in een model en technische tekeningen in SolidWorks. Vanwege de complexiteit van de onderdelen bewerkte ik ze op een industrieel CNC-bewerkingscentrum; hierdoor kon ik bovendien afschuiningen verwerken, wat erg moeilijk zou zijn op een handmatige metaalfreesmachine.

Bestanden om te downloaden “Stap 3”

Stap 4: Z-as remklauw

Voor het ontwerp van de Z-as heb ik een voorpaneel gebruikt dat aan de bewegingslagers van de Y-as wordt bevestigd, twee platen om het geheel te versterken, een plaat om de stappenmotor te monteren en een paneel om de freesspindel te monteren. Op het voorpaneel heb ik twee profielgeleiders geïnstalleerd waarlangs de spindel langs de Z-as beweegt. Houd er rekening mee dat de Z-asschroef aan de onderkant geen tegensteun heeft.

Downloaden “Stap 4”

Stap 5: Gidsen

Gidsen bieden de mogelijkheid om in alle richtingen te bewegen, wat zorgt voor soepele en nauwkeurige bewegingen. Elke speling in één richting kan onnauwkeurigheden veroorzaken in de verwerking van uw producten. Ik koos voor de duurste optie: geprofileerde rails van gehard staal. Hierdoor kan de constructie hoge belastingen weerstaan ​​en de positioneringsnauwkeurigheid bieden die ik nodig heb. Om er zeker van te zijn dat de geleiders parallel waren, heb ik bij het installeren een speciale indicator gebruikt. De maximale afwijking ten opzichte van elkaar bedroeg niet meer dan 0,01 mm.

Stap 6: Schroeven en katrollen

Schroeven zetten roterende beweging van stappenmotoren om in lineaire beweging. Bij het ontwerpen van uw machine kunt u voor dit toestel verschillende opties kiezen: een schroef-moerpaar of een kogelomloopspindelpaar (kogelomloopspindel). De schroefmoer wordt tijdens bedrijf in de regel aan meer wrijvingskrachten blootgesteld en is ook minder nauwkeurig ten opzichte van de kogelomloopspindel. Als u meer nauwkeurigheid nodig heeft, moet u zeker voor een kogelomloopspindel kiezen. Maar je moet weten dat kogelomloopspindels behoorlijk duur zijn.

Wetende dat dit een complex technisch en elektronisch apparaat is, denken veel vakmensen dat het simpelweg onmogelijk is om het met hun eigen handen te maken. Deze mening is echter verkeerd: doe het zelf soortgelijke apparatuur het is mogelijk, maar hiervoor moet je het niet alleen hebben gedetailleerde tekening, maar ook een set noodzakelijke hulpmiddelen en aanverwante componenten.

Een duraluminium plano verwerken op een zelfgemaakte desktopfreesmachine

Wanneer u besluit uw eigen CNC-machine te maken, houd er dan rekening mee dat dit een aanzienlijke hoeveelheid tijd kan duren. Bovendien zijn bepaalde financiële kosten vereist. Door echter niet bang te zijn voor dergelijke moeilijkheden en door alle problemen correct aan te pakken, kunt u eigenaar worden van betaalbare, efficiënte en productieve apparatuur waarmee u werkstukken kunt verwerken van diverse materialen met een hoge mate van nauwkeurigheid.

Om een ​​​​freesmachine uit te rusten met een CNC-systeem, kunt u twee opties gebruiken: koop een kant-en-klare kit, waaruit dergelijke apparatuur is samengesteld uit speciaal geselecteerde elementen, of zoek alle componenten en monteer met uw eigen handen een apparaat dat volledig is voldoet aan al uw eisen.

Instructies voor het monteren van een zelfgemaakte CNC-freesmachine

Hieronder op de foto zie je het gemaakte met mijn eigen handen, waaraan is gehecht gedetailleerde instructies over productie en montage, met vermelding van de gebruikte materialen en componenten, exacte “patronen” van machineonderdelen en geschatte kosten. Het enige negatieve is dat de instructies in het Engels zijn, maar het is heel goed mogelijk om de gedetailleerde tekeningen te begrijpen zonder de taal te kennen.

Download gratis instructies voor het maken van de machine:

De CNC-freesmachine is gemonteerd en klaar voor gebruik. Hieronder vindt u enkele illustraties uit de montage-instructies voor deze machine.

“Patronen” van machineonderdelen (verkleinde weergave) Begin van de machinemontage Tussenfase Laatste fase assemblages

Voorbereidende werkzaamheden

Als u besluit dat u met uw eigen handen een CNC-machine gaat bouwen, zonder gebruik te maken van een kant-en-klare kit, dan is het eerste wat u moet doen het schakelschema kiezen volgens welke dergelijke mini-apparatuur zal werken.

Als basis voor CNC-freesapparatuur kunt u een oude boormachine nemen, waarbij de werkkop met een boor wordt vervangen door een freesmachine. Het moeilijkste dat in dergelijke apparatuur moet worden ontworpen, is het mechanisme dat de beweging van het gereedschap in drie onafhankelijke vlakken garandeert. Dit mechanisme kan worden gemonteerd met behulp van wagens van een niet-werkende printer; het zorgt voor de beweging van het gereedschap in twee vlakken.

Het is eenvoudig om softwarebesturing aan te sluiten op een apparaat dat volgens dit concept is samengesteld. Het grootste nadeel is echter dat op een dergelijke CNC-machine alleen werkstukken van kunststof, hout en dunne materialen kunnen worden verwerkt. plaatwerk. Dit wordt verklaard door het feit dat de wagens uit de oude drukker komen, die voor beweging zullen zorgen snijgereedschap, beschikken niet over voldoende stijfheid.

Om ervoor te zorgen dat uw zelfgemaakte CNC-machine volwaardige freesbewerkingen kan uitvoeren met werkstukken van verschillende materialen, moet een voldoende krachtige stappenmotor verantwoordelijk zijn voor het verplaatsen van het werkgereedschap. Het is absoluut niet nodig om naar een stappenmotor te zoeken; deze kan worden gemaakt van een conventionele elektromotor, met kleine aanpassingen.

Als u een stappenmotor in de uwe gebruikt, kunt u het gebruik van een schroefaandrijving vermijden functionaliteit en de kenmerken van zelfgemaakte apparatuur zullen hierdoor niet slechter worden. Als u toch besluit om voor uw minimachine wagens van een printer te gebruiken, is het raadzaam deze uit een groter model van het afdrukapparaat te selecteren. Om kracht over te brengen op de as van freesapparatuur, is het beter om geen gewone, maar tandriemen te gebruiken die niet op de poelies glijden.

Een van de belangrijkste componenten van een dergelijke machine is het freesmechanisme. Het is de productie die gegeven moet worden speciale aandacht. Om zo'n mechanisme goed te kunnen maken, heb je gedetailleerde tekeningen nodig, die strikt moeten worden gevolgd.

CNC-freesmachinetekeningen

Laten we beginnen met het monteren van de apparatuur

De basis van zelfgemaakte CNC-freesapparatuur kan een rechthoekige balk zijn, die stevig op geleiders moet worden bevestigd.

De ondersteunende structuur van de machine moet een hoge stijfheid hebben; bij installatie is het beter om deze niet te gebruiken gelaste verbindingen en alle elementen hoeven alleen met schroeven te worden verbonden.

Deze eis wordt verklaard door het feit dat lasnaden zeer slecht bestand zijn tegen trillingsbelastingen, waaraan ze noodzakelijkerwijs zullen worden blootgesteld dragende structuur apparatuur. Dergelijke belastingen zullen er uiteindelijk toe leiden dat het machineframe in de loop van de tijd begint te verslechteren, en er zullen veranderingen in de geometrische afmetingen optreden, die de nauwkeurigheid van de instellingen van de apparatuur en de prestaties ervan zullen beïnvloeden.

Lassen bij het installeren van het frame van een zelfgemaakte freesmachine veroorzaken vaak de ontwikkeling van speling in de componenten, evenals doorbuiging van de geleiders, die optreedt bij zware belastingen.

De freesmachine die u met uw eigen handen gaat monteren, moet een mechanisme hebben dat de beweging van het werkgereedschap in verticale richting garandeert. Hiervoor kunt u het beste een schroefoverbrenging gebruiken, waarvan de rotatie wordt overgebracht met behulp van een tandriem.

Een belangrijk onderdeel van een freesmachine is de verticale as zelfgemaakt apparaat van gemaakt kan worden aluminium plaat. Het is van groot belang dat de afmetingen van deze as nauwkeurig zijn afgestemd op de afmetingen van het geassembleerde apparaat. Als u over een moffeloven beschikt, kunt u zelf de verticale as van de machine maken door deze uit aluminium te gieten volgens de afmetingen aangegeven in de voltooide tekening.

Zodra alle componenten van uw zelfgemaakte freesmachine zijn voorbereid, kunt u beginnen met de montage ervan. Dit proces begint met de installatie van twee stappenmotoren, die achter de verticale as op de behuizing van de apparatuur zijn gemonteerd. Eén van deze elektromotoren zal verantwoordelijk zijn voor het verplaatsen van de freeskop in het horizontale vlak, en de tweede zal verantwoordelijk zijn voor het verplaatsen van de kop in het verticale vlak. Hierna worden de resterende componenten en samenstellingen van zelfgemaakte apparatuur geïnstalleerd.

Rotatie naar alle componenten van zelfgemaakte CNC-apparatuur mag alleen via riemaandrijvingen worden overgebracht. Voordat u verbinding maakt met gemonteerde machine programmabesturingssysteem, moet u de functionaliteit ervan controleren handmatige modus en onmiddellijk alle geïdentificeerde tekortkomingen in zijn werk elimineren.

Je kunt het montageproces bekijken in de video, die gemakkelijk op internet te vinden is.

Stappenmotoren

Het ontwerp van elke CNC-freesmachine bevat noodzakelijkerwijs stappenmotoren die ervoor zorgen dat het gereedschap in drie vlakken beweegt: 3D. Bij het ontwerpen zelfgemaakte machine Voor dit doel kunt u elektromotoren gebruiken die in een matrixprinter zijn geïnstalleerd. De meeste oudere modellen van dot-matrixprinters waren uitgerust met elektromotoren met een redelijk hoog vermogen. Naast stappenmotoren is het de moeite waard om sterke stalen staven van een oude printer te nemen, die ook kunnen worden gebruikt bij het ontwerp van uw zelfgemaakte machine.

Om je eigen CNC-freesmachine te maken, heb je drie stappenmotoren nodig. Omdat er maar twee in de matrixprinter zitten, zal het nodig zijn om een ​​ander oud afdrukapparaat te vinden en te demonteren.

Het zal een groot pluspunt zijn als de motoren die je vindt vijf besturingsdraden hebben: dit zal de functionaliteit van je toekomstige minimachine aanzienlijk vergroten. Het is ook belangrijk om de volgende parameters te achterhalen van de stappenmotoren die je hebt gevonden: hoeveel graden worden er in één stap gedraaid, wat is de voedingsspanning en de waarde van de wikkelingsweerstand.

Het aandrijfontwerp van een zelfgemaakte CNC-freesmachine is samengesteld uit een moer en een tapeind, waarvan de afmetingen vooraf moeten worden geselecteerd op basis van de tekening van uw apparatuur. Om de motoras te bevestigen en aan de tapeind te bevestigen, is het handig om een ​​dikke rubberen wikkeling te gebruiken elektrische kabel. Elementen van uw CNC-machine, zoals klemmen, kunnen worden gemaakt in de vorm van een nylon huls waarin een schroef wordt gestoken. Om het zo eenvoudig te maken structurele elementen, je hebt een normaal vijl en een oefening nodig.

Elektronische apparatuur

Uw doe-het-zelf-CNC-machine wordt softwarematig bestuurd en moet correct worden geselecteerd. Bij het kiezen van dergelijke software (je kunt het zelf schrijven), is het belangrijk om aandacht te besteden aan het feit dat deze operationeel is en de machine in staat stelt al zijn functionaliteit te realiseren. Dergelijke software moet stuurprogramma's bevatten voor de controllers die op uw minifreesmachine worden geïnstalleerd.

In een zelfgemaakte CNC-machine is een LPT-poort vereist, waarmee het elektronische besturingssysteem op de machine is aangesloten. Het is erg belangrijk dat een dergelijke verbinding tot stand wordt gebracht via geïnstalleerde stappenmotoren.

Bij het kiezen van elektronische componenten voor uw zelfgemaakte machine is het belangrijk om aandacht te besteden aan hun kwaliteit, omdat de nauwkeurigheid hiervan afhangt technologische operaties, die erop zal worden uitgevoerd. Nadat u alle elektronische componenten van het CNC-systeem hebt geïnstalleerd en aangesloten, moet u de benodigde software en stuurprogramma's downloaden. Pas daarna wordt de machine getest, waarbij de juiste werking ervan wordt gecontroleerd onder controle van geladen programma's, tekortkomingen worden geïdentificeerd en deze onmiddellijk worden geëlimineerd.

De vraag hoe je een CNC-machine maakt, kan kort worden beantwoord. Wetende dat een zelfgemaakte CNC-freesmachine over het algemeen een complex apparaat is met een complexe structuur, is het voor de ontwerper raadzaam om:

• tekeningen verwerven;
• koop betrouwbare componenten en bevestigingsmiddelen;
• bereid een goed hulpmiddel voor;
• een draaibank bij de hand hebben en boormachines CNC-gefreesd om snel te produceren.

Het zou geen kwaad om de video te bekijken – een soort instructiegids over waar te beginnen. Ik begin met de voorbereiding, koop alles wat ik nodig heb, zoek de tekening uit - hier de juiste beslissing beginnende ontwerper. Dat is waarom voorbereidende fase, voorafgaand aan de montage, is erg belangrijk.

Voorbereidend toneelwerk

Om een ​​zelfgemaakte CNC-freesmachine te maken, zijn er twee opties:

1. U neemt een kant-en-klare loopset (speciaal geselecteerde componenten) mee, waaruit wij de apparatuur zelf samenstellen.
2. Zoek (maak) alle componenten en begin met het zelf samenstellen van een CNC-machine die aan alle eisen voldoet.

Het is belangrijk om te beslissen over het doel, de grootte en het ontwerp (hoe te doen zonder een tekening van een zelfgemaakte CNC-machine), diagrammen te vinden voor de vervaardiging ervan, enkele onderdelen aan te schaffen of te vervaardigen die hiervoor nodig zijn, en spindels aan te schaffen.

Als u besluit om met uw eigen handen een CNC-machine te maken en het zonder kant-en-klare sets componenten en mechanismen en bevestigingsmiddelen doet, heeft u een schema nodig dat is samengesteld volgens welke de machine zal werken.

Meestal, gevonden schematisch diagram apparaten, ze modelleren eerst alle machineonderdelen, maken technische tekeningen en gebruiken deze vervolgens om componenten uit multiplex of aluminium te produceren op draaibanken en freesmachines (soms is het nodig om een ​​​​boormachine te gebruiken). Meestal zijn werkoppervlakken (ook wel werktafel genoemd) multiplex met een dikte van 18 mm.

Assemblage van enkele belangrijke machineonderdelen

In de machine die u met uw eigen handen begon te monteren, moet u een aantal cruciale componenten leveren die zorgen voor de verticale beweging van het werkgereedschap. In deze lijst:

• spiraalvormig tandwiel – rotatie wordt overgebracht met behulp van een tandriem. Het is goed omdat de katrollen niet slippen, waardoor de krachten gelijkmatig worden overgebracht naar de as van de freesapparatuur;
• als u een stappenmotor (SM) voor een minimachine gebruikt, is het raadzaam een ​​wagen te nemen van een groter printermodel - krachtiger; oude matrixprinters hadden redelijk krachtige elektromotoren;

• voor een apparaat met drie coördinaten heb je drie SD's nodig. Het is goed als er elk 5 besturingsdraden zijn, de functionaliteit van de minimachine zal toenemen. Het is de moeite waard om in één stap de omvang van de parameters te beoordelen: voedingsspanning, wikkelingsweerstand en motorrotatiehoek. Om elke stappenmotor aan te sluiten heb je een aparte controller nodig;
• met behulp van schroeven wordt de rotatiebeweging van de motor omgezet in lineair. Om een ​​hoge nauwkeurigheid te bereiken, vinden velen het noodzakelijk om kogelomloopspindels (kogelomloopspindels) te hebben, maar dit onderdeel is niet goedkoop. Wanneer u een set moeren en montageschroeven voor montageblokken selecteert, kies deze dan met plastic inzetstukken, dit vermindert wrijving en elimineert speling;

• in plaats van een stappenmotor kun je, na een kleine aanpassing, een gewone elektromotor nemen;
• een verticale as waarmee het gereedschap in 3D kan bewegen en de hele röntgentafel bedekt. Het is gemaakt van aluminiumplaat. Het is belangrijk dat de afmetingen van de as worden aangepast aan de afmetingen van het apparaat. Als u een moffeloven heeft, kan de as worden gegoten volgens de afmetingen van de tekeningen.

Hieronder ziet u een tekening gemaakt in drie projecties: zijaanzicht, achteraanzicht en bovenaanzicht.

Maximale aandacht voor het bed

De noodzakelijke stijfheid van de machine wordt geleverd door het bed. Een beweegbaar portaal, een systeem van railgeleiders, een stappenmotor, werkoppervlak, Z-as en spindel.

Een van de makers van een zelfgemaakte CNC-machine heeft bijvoorbeeld het draagframe gemaakt aluminium profiel Maytec - twee delen (sectie 40x80 mm) en twee eindplaten van 10 mm dik van hetzelfde materiaal, die de elementen verbinden met aluminium hoeken. De structuur is versterkt; binnen het frame bevindt zich een frame gemaakt van kleinere profielen in de vorm van een vierkant.

Het frame wordt gemonteerd zonder gebruik van aansluitingen gelaste soort(lasnaden zijn slecht bestand tegen trillingsbelastingen). Het is beter om T-moeren als bevestigingen te gebruiken. De eindplaten voorzien in de installatie van een lagerblok voor het monteren van de spindel. Je hebt een glijlager en een spindellager nodig.

De vakman stelde vast dat de hoofdtaak van de zelfgemaakte CNC-machine de productie van aluminium onderdelen was. Sinds spaties met maximale dikte 60 mm, hij maakte de portaalafstand 125 mm (dit is de afstand van de bovenste dwarsbalk tot het werkoppervlak).

Dit moeilijke installatieproces

Verzamelen zelfgemaakte CNC-machine machines, na het voorbereiden van de componenten, is het beter om strikt volgens de tekening te werken, zodat ze werken. Het montageproces met behulp van spindels moet in de volgende volgorde worden uitgevoerd:

• een deskundige vakman begint met het bevestigen van de eerste twee motoren aan de carrosserie - achter de verticale as van de apparatuur. De ene is verantwoordelijk voor de horizontale beweging van de freeskop (railgeleiders) en de tweede is verantwoordelijk voor de beweging in het verticale vlak;
• een beweegbaar portaal dat langs de X-as beweegt, draagt ​​de freesspindel en steun (z-as). Hoe hoger het portaal is, hoe groter het werkstuk kan worden bewerkt. Maar hoog portaal tijdens de verwerking neemt de weerstand tegen opkomende belastingen af;

• Voor het bevestigen van de Z-asmotor en lineaire geleidingen worden voor-, achter-, boven-, midden- en onderplaten gebruikt. Maak daar een houder voor de freesspindel;
• De aandrijving is samengesteld uit zorgvuldig geselecteerde moeren en tapeinden. Om de motoras te bevestigen en aan het tapeind te bevestigen, gebruikt u een rubberen wikkeling van een dikke elektrische kabel. De bevestiging kan bestaan ​​uit schroeven die in een nylon hoes worden gestoken.

Vervolgens begint de montage van de resterende componenten en assemblages van het zelfgemaakte product.

Wij installeren de elektronische vulling van de machine

Om met uw eigen handen een CNC-machine te maken en te besturen, moet u werken met een correct geselecteerd numeriek getal programma gecontroleerd, hoge kwaliteit printplaten en elektronische componenten (vooral als ze Chinees zijn), waarmee u alle functionaliteit op een CNC-machine kunt implementeren en een onderdeel met een complexe configuratie kunt verwerken.

Om managementproblemen te voorkomen, hebben zelfgemaakte CNC-machines de volgende componenten:

• stappenmotoren, sommige stopten bijvoorbeeld Nema;
• LPT-poort waarmee de CNC-besturingseenheid op de machine kan worden aangesloten;
• stuurprogramma's voor controllers, ze worden geïnstalleerd op een mini-freesmachine, aangesloten volgens het diagram;

• schakelborden (controllers);
• 36V-voedingseenheid met een step-down-transformator die wordt omgezet naar 5V om het stuurcircuit van stroom te voorzien;
• laptop of pc;
• knop verantwoordelijk voor noodstop.

Pas daarna worden CNC-machines getest (in dit geval zal de vakman er een proefrit van maken en alle programma's laden) en worden bestaande tekortkomingen geïdentificeerd en geëlimineerd.

In plaats van een conclusie

Zoals je ziet is het mogelijk om een ​​CNC te maken die niet onderdoet voor Chinese modellen. Ik heb er een set reserveonderdelen mee gemaakt de juiste maat, met lagers van hoge kwaliteit en voldoende bevestigingsmiddelen voor montage, ligt deze taak binnen de macht van degenen die geïnteresseerd zijn in softwaretechnologie. Je hoeft niet lang naar een voorbeeld te zoeken.

De onderstaande foto toont enkele voorbeelden van numeriek bestuurde machines, die door dezelfde vakmensen zijn gemaakt, en niet door professionals. Geen enkel onderdeel is haastig gemaakt, met een willekeurige maat, maar met grote precisie op het blok gemonteerd, met zorgvuldige uitlijning van de assen en het gebruik van hoogwaardige loodschroeven en met betrouwbare lagers. De stelling is waar: zoals u assembleert, zult u ook werken.

Een duraluminium plano wordt verwerkt met behulp van CNC. Met zo’n machine, die door een vakman in elkaar is gezet, kun je veel freeswerk verrichten.

Er zijn veel soortgelijke verhalen op internet, en ik zal waarschijnlijk weinig mensen verrassen, maar misschien is dit artikel voor iemand nuttig. Dit verhaal begon eind 2016, toen ik en mijn vriend, een partner in de ontwikkeling en productie van testapparatuur, een bepaald bedrag bijeenbrachten. Om niet zomaar geld te verspillen (dit is een jong bedrijf), besloten we het in het bedrijf te investeren, waarna het idee in ons opkwam om een ​​CNC-machine te maken. Ik had al ervaring met het bouwen en werken met dit soort apparatuur, en het belangrijkste gebied van onze activiteit is ontwerp en metaalbewerking, wat gepaard ging met het idee om een ​​CNC-machine te bouwen.

Toen begon de beweging, die tot op de dag van vandaag voortduurt...

Alles ging verder met het bestuderen van forums gewijd aan CNC-onderwerpen en het kiezen van het basisconcept van het machineontwerp. Nadat we eerder hadden besloten welke materialen op de toekomstige machine en het werkveld moesten worden verwerkt, verschenen de eerste papieren schetsen, die later naar de computer werden overgebracht. In de omgeving van driedimensionale modellering KOMPAS 3D werd de machine gevisualiseerd en begon kleinere details en nuances te verwerven, wat meer bleek te zijn dan we zouden willen, waarvan sommige tot op de dag van vandaag nog steeds worden opgelost.

Eén van de eerste beslissingen was het bepalen van de op de machine verwerkte materialen en de afmetingen van het werkveld van de machine. Wat de materialen betreft, was de oplossing vrij eenvoudig: hout, plastic, composiet materialen en non-ferrometalen (voornamelijk duraluminium). Omdat we in onze productie voornamelijk metaalbewerkingsmachines gebruiken, hebben we soms een machine nodig die materialen die vrij eenvoudig te verwerken zijn snel langs een gebogen pad kan verwerken, en dit zou vervolgens de productiekosten van de bestelde onderdelen verlagen. Op basis van de geselecteerde materialen, voornamelijk geleverd in platenverpakkingen, met standaard maten 2,44x1,22 meter (GOST 30427-96 voor multiplex). Na het afronden van deze afmetingen kwamen we op de volgende waarden: 2,5x1,5 meter, de werkruimte is definitief, met uitzondering van de hefhoogte van het gereedschap, deze waarde is gekozen uit de overweging van de mogelijkheid om een ​​bankschroef te installeren en we gingen ervan uit dat we zouden geen werkstukken hebben die dikker zijn dan 200 mm. We hebben ook rekening gehouden met het feit dat als het nodig is om het uiteinde van een plaatonderdeel met een lengte van meer dan 200 mm te bewerken, het gereedschap hiervoor voorbij de afmetingen van de basis van de machine beweegt en het onderdeel/werkstuk zelf wordt aan de kopse kant van de basis bevestigd, waardoor bewerking van het uiteinde van het onderdeel kan plaatsvinden.

Machine-ontwerp is een geprefabriceerde framebasis uit de 80e profiel pijp met een wand van 4 mm. Aan beide zijden van de lengte van de basis zijn profielrolgeleiders van de 25e standaardmaat bevestigd, waarop een portaal is geïnstalleerd, gemaakt in de vorm van drie aan elkaar gelaste profielbuizen van dezelfde standaardmaat als de basis.

De machine heeft vier assen en elke as wordt aangedreven door een kogelomloopspindel. Twee assen bevinden zich parallel langs de lange zijde van de machine, gekoppeld door software en gekoppeld aan de X-coördinaat. Dienovereenkomstig zijn de overige twee assen Y- en Z-coördinaten.

Waarom heb je precies voor een geprefabriceerd frame gekozen: aanvankelijk wilden ze een puur gelaste structuur maken met ingebedde gelaste platen voor het frezen, installatie van geleidingen en kogelomloopspindelsteunen, maar ze vonden geen voldoende grote coördinatenfreesmachine om te frezen. Ik moest een geprefabriceerd frame tekenen, zodat ik alle onderdelen zelf kon bewerken met behulp van de metaalbewerkingsmachines die beschikbaar waren in de productie. Elk deel dat is blootgesteld elektrisch booglassen, werd gegloeid om interne spanningen te verlichten. Vervolgens werden alle pasvlakken gefreesd en moesten vervolgens de aanpassingen plaatselijk worden geschraapt.

Vooruitlopend zou ik meteen willen zeggen dat de montage en vervaardiging van het frame de meest arbeidsintensieve en financieel dure gebeurtenis in de constructie van de machine bleek te zijn. Het oorspronkelijke idee met een volledig gelast frame is wat ons betreft in alle opzichten superieur aan een geprefabriceerde constructie. Hoewel velen het misschien niet met mij eens zijn.

Ik wil meteen een voorbehoud maken dat we hier voorlopig geen rekening zullen houden met machines gemaakt van aluminium structurele profielen; dit is eerder een kwestie voor een ander artikel.

Terwijl we doorgingen met het monteren van de machine en deze op forums bespraken, begonnen velen te adviseren om diagonale stalen jibs binnen en buiten het frame te maken om nog meer stijfheid toe te voegen. We hebben dit advies niet verwaarloosd, maar we hebben ook jibs aan de constructie toegevoegd, omdat het frame behoorlijk massief bleek te zijn (ongeveer 400 kg). En na voltooiing van het project wordt de omtrek bedekt met plaatstaal, dat de constructie verder zal verbinden.

Laten we nu verder gaan met de mechanische kwestie van dit project. Zoals eerder gezegd, werd de beweging van de machine-assen uitgevoerd via een paar kogelomloopspindels met een diameter van 25 mm en een steek van 10 mm, waarvan de rotatie werd overgebracht door stappenmotoren met 86 en 57 flenzen. Aanvankelijk was het de bedoeling om de schroef zelf rechtstreeks te draaien om onnodige speling en extra tandwielen te verwijderen, maar dit kon niet zonder deze worden gedaan vanwege het feit dat wanneer directe verbinding motor en propeller, deze laatste zouden met hoge snelheden beginnen af ​​te wikkelen, vooral wanneer het portaal zich in bevindt extreme posities. Gezien het feit dat de lengte van de schroeven langs de X-as bijna drie meter was, werd een schroef met een diameter van 25 mm geïnstalleerd om minder doorbuiging te voorkomen, anders was een schroef van 16 mm voldoende geweest.

Deze nuance werd al ontdekt tijdens de productie van onderdelen, en het was nodig om dit probleem snel op te lossen door een roterende moer te vervaardigen in plaats van een schroef, waardoor een extra lagersamenstel en riemaandrijving aan het ontwerp werden toegevoegd. Deze oplossing maakte het ook mogelijk om de schroef goed vast te draaien tussen de steunen.

Het ontwerp van de roterende moer is vrij eenvoudig. In eerste instantie hebben we twee taps toelopende kogellagers geselecteerd, die gespiegeld zijn op de kogelomloopmoer, nadat we eerder een draad uit het uiteinde hadden gesneden om de lagerring op de moer te bevestigen. De lagers passen samen met de moer in de behuizing en de hele constructie is op zijn beurt aan het uiteinde van de portaalstijl bevestigd. Aan de voorkant van de kogelomloopspindel bevestigden moeren een adapterhuls aan de schroeven, die vervolgens werd bevestigd samengestelde vorm draaide de doorn aan om uitlijning te verkrijgen. Ze hebben er een katrol op gezet en deze vastgezet met twee borgmoeren.

Het is duidelijk dat sommigen van jullie de vraag zullen stellen: "Waarom gebruiken we geen tandheugel als transmissiemechanisme?" Het antwoord is vrij simpel: een kogelomloopspindel zorgt voor positioneringsnauwkeurigheid, een grotere aandrijfkracht en dienovereenkomstig minder koppel op de motoras (dit is wat ik me meteen herinnerde). Maar er zijn ook nadelen - meer lage snelheid beweging en als je schroeven van normale kwaliteit neemt, dan zal de prijs dienovereenkomstig gaan.
We hebben trouwens kogelomloopspindels en moeren van TBI genomen, genoeg budget optie, maar de kwaliteit is ook passend, aangezien we van de 9 meter genomen schroef 3 meter moesten weggooien, vanwege de discrepantie tussen de geometrische afmetingen, geen van de moeren eenvoudigweg vastgeschroefd...

Als schuifgeleiders werden 25 mm profielrailgeleiders van HIWIN gebruikt. Voor hun installatie werden installatiegroeven gefreesd om de parallelliteit tussen de geleiders te behouden.

We besloten om kogelomloopspindelsteunen te maken op onszelf, ze bleken van twee soorten te zijn: steunen voor roterende schroeven (Y- en Z-assen) en steunen voor niet-roterende schroeven (X-as). Steunen voor roterende schroeven kunnen worden aangeschaft, omdat de besparing hierdoor ontstaat zelfgemaakt 4 delen waren niet genoeg. Een ander ding is met steunen voor niet-roterende schroeven - dergelijke steunen zijn niet in de uitverkoop te vinden.

Zoals eerder gezegd, wordt de X-as aangedreven door roterende moeren en via een riemaandrijving. Ze hebben ook besloten om de andere twee assen Y en Z via een riemtandwielaandrijving te maken, dit zal een grotere mobiliteit toevoegen bij het veranderen van het overgedragen moment, zal esthetiek toevoegen met het oog op het installeren van de motor niet langs de as van de kogelomloopspindel, maar op de as van de kogelomloopspindel. kant ervan, zonder de afmetingen van de machine te vergroten.

Laten we nu soepel verder gaan elektrisch gedeelte, en we zullen beginnen met de stappenmotoren, omdat deze uiteraard zijn gekozen vanwege de lagere prijs in vergelijking met motoren met feedback. Op de X-as installeerden ze twee motoren met een 86e flens, op de Y- en Z-as stond een motor met een 56e flens, alleen met verschillende maximaal koppel. Ik zal het hieronder proberen voor te stellen volledige lijst gekochte onderdelen...

Het elektrische circuit van de machine is vrij eenvoudig: stappenmotoren zijn aangesloten op drivers, die op hun beurt zijn aangesloten op de interfacekaart, die ook via een parallelle LPT-poort is aangesloten op een personal computer. Ik heb 4 drivers gebruikt, één voor elke motor. Ik heb allemaal dezelfde stuurprogramma's geïnstalleerd om de installatie en aansluiting te vereenvoudigen, met een maximale stroomsterkte van 4A en een spanning van 50V. Als interfacebord voor CNC-machines heb ik een relatief goedkope optie gebruikt, van binnenlandse fabrikant zoals aangegeven op de website beste optie. Maar ik zal dit niet bevestigen of ontkennen, het bord is gemakkelijk te gebruiken en het belangrijkste is dat het werkt. In mijn eerdere projecten heb ik borden van Chinese fabrikanten gebruikt, ze werken ook, en qua randapparatuur verschillen ze weinig van degene die ik in dit project heb gebruikt. Ik heb gemerkt dat bij al deze borden er één misschien niet significant is, maar het nadeel is dat je er maar maximaal 3 eindschakelaars op kunt installeren, maar dat er voor elke as minstens twee van dergelijke schakelaars nodig zijn. Of heb ik het gewoon niet begrepen? Als we een 3-assige machine hebben, moeten we dienovereenkomstig eindschakelaars installeren in de nulcoördinaten van de machine (dit wordt ook wel de “thuispositie” genoemd) en in de buitenste coördinaten, zodat in geval van een storing of gebrek aan werkveld, de ene of de andere as faalt eenvoudigweg niet (breekt gewoon niet). Mijn circuit gebruikt: 3 aansluitingen zonder contacten inductieve sensor en een noodknop “E-STOP” in de vorm van een paddestoel. Het voedingsgedeelte wordt gevoed door twee 48V schakelende voedingen. en 8A. De spindel is watergekoeld op 2,2 kW, aangesloten via een frequentieomvormer. De snelheid wordt ingesteld vanaf persoonlijke computer, aangezien de frequentieomvormer is aangesloten via een interfacekaart. Het toerental wordt geregeld door de spanning (0-10 volt) aan de overeenkomstige uitgang van de frequentieomvormer te veranderen.

Alle elektrische componenten behalve motoren, spindel en eindschakelaars werden in een metalen elektrische kast gemonteerd. Alle besturing van de machine wordt uitgevoerd vanaf een personal computer; we vonden een oude pc op een ATX-formfactor-moederbord. Het is beter om een ​​beetje te verkleinen en een kleine mini-ITX te kopen met een ingebouwde processor en videokaart. Gezien de grote omvang van de elektriciteitskast was het moeilijk om alle componenten erin te plaatsen; ze moesten vrij dicht bij elkaar worden geplaatst. Onderaan de doos plaatste ik drie geforceerde koelventilatoren, omdat de lucht in de doos erg heet was. Aan de voorkant werd een metalen plaat vastgeschroefd, met gaten voor de aan/uit-knoppen en noodstopknoppen. Ook op dit paneel zat een aansluiting om de pc aan te zetten, ik heb deze uit de behuizing van een oude minicomputer gehaald, jammer dat deze niet werkte. Aan de achterkant van de doos werd ook een afdekplaat bevestigd; daarin werden gaten geplaatst voor connectoren voor 220V-voeding, stappenmotoren, spindel en VGA-connector.

Alle draden van de motoren, de spil en de waterslangen voor de koeling ervan werden in flexibele kabelrupskanalen van 50 mm breed gelegd.

Met betrekking tot software Vervolgens werd Windows XP geïnstalleerd op een pc die zich in een elektriciteitskast bevond, en werd een van de meest voorkomende Mach3-programma's gebruikt om de machine te besturen. Het programma is geconfigureerd in overeenstemming met de documentatie op het interfacebord, alles wordt daar duidelijk en in afbeeldingen beschreven. Waarom precies Mach3, en dat allemaal omdat ik werkervaring had, ik hoorde over andere programma's, maar dacht er niet over na.

Specificaties:

Werkruimte, mm: 2700x1670x200;
Bewegingssnelheid van de assen, mm/min: 3000;
Spilvermogen, kW: 2,2;
Afmetingen, mm: 2800x2070x1570;
Gewicht, kg: 1430.

Onderdelenlijst:

Profielbuis 80x80 mm.
Metalen strip 10x80mm.
Kogelomloopspindel TBI 2510, 9 meter.
Kogelomloopmoeren TBI 2510, 4 st.
Profielgeleiders HIWIN wagen HGH25-CA, 12 st.
Spoor HGH25, 10 meter.
Stappenmotoren:
NEMA34-8801: 3 st.
NEMA 23_2430: 1 st.
Katrol BLA-25-5M-15-A-N14: 4 st.
Katrol BLA-40-T5-20-A-N 19: 2 st.
Katrol BLA-30-T5-20-A-N14: 2 st.

Interfacekaart StepMaster v2.5: 1 st.
Stappenmotor driver DM542: 4 stuks. (China)
Schakelende voeding 48V, 8A: 2 st. (China)
Frequentieomvormer 2,2 kW. (China)
2,2 kW spindel. (China)

Het lijkt erop dat ik de belangrijkste onderdelen en componenten heb opgesomd. Als ik iets niet heb toegevoegd, schrijf het dan in de reacties en ik zal het toevoegen.

Ervaring met machinebediening: Uiteindelijk hebben we na bijna anderhalf jaar eindelijk de machine gelanceerd. Eerst hebben we de positioneringsnauwkeurigheid van de assen en hun maximale snelheid aangepast. Volgens meer ervaren collega's is de maximale snelheid van 3 m/min niet hoog en zou deze drie keer hoger moeten zijn (voor het verwerken van hout, multiplex, enz.). Met de snelheid die we hebben bereikt, zijn het portaal en andere assen bijna niet meer te stoppen door je handen (met je hele lichaam) erop te laten rusten - het snelt als een tank. We zijn begonnen met testen met het bewerken van multiplex, de frees loopt als een uurwerk, er is geen trilling van de machine, maar we zijn ook in één keer maximaal 10 mm dieper gegaan. Hoewel ze daarna dieper begonnen te gaan.

Na met hout en plastic te hebben gespeeld, besloten we op duraluminium te knagen; ik was opgetogen, hoewel ik eerst verschillende messen met een diameter van 2 mm brak terwijl ik de snijmodi aan het selecteren was. Het duraluminium snijdt zeer zelfverzekerd en het resultaat is een redelijk zuivere snede langs de bewerkte rand.

We hebben nog niet geprobeerd staal te verwerken, maar ik denk dat de machine in ieder geval het graveren aankan, maar voor het frezen is de spil te zwak, het zou jammer zijn om hem te doden.

Anders kan de machine goed overweg met de taken die eraan zijn toegewezen.

Conclusie, mening over het verrichte werk: Er werd veel werk verzet, maar uiteindelijk waren we behoorlijk moe, omdat niemand het hoofdwerk had afgezegd. En er is veel geld geïnvesteerd, ik zal het exacte bedrag niet zeggen, maar het is ongeveer 400 duizend roebel. Naast kitkosten is het grootste deel van de kosten en meest kracht, ging in het maken van de basis. Wauw, we hebben zoveel problemen met hem gehad. Wat de rest betreft, alles werd gedaan als geld, tijd en afgewerkte onderdelen om door te gaan met bouwen.

De machine bleek behoorlijk functioneel, behoorlijk stijf, massief en van hoge kwaliteit. Behoudt een goede positioneringsnauwkeurigheid. Bij het meten van een vierkant gemaakt van duraluminium, van 40x40, was de nauwkeurigheid +- 0,05 mm. De verwerkingsnauwkeurigheid van grotere onderdelen werd niet gemeten.

Wat is het volgende...: Er is nog voldoende werk aan de machine, in de vorm van het afdekken van de geleiders en kogelomloopspindels met stofbescherming, het afdekken van de machine rond de omtrek en het installeren van plafonds in het midden van de basis, die 4 grote planken zullen vormen voor de koeling van de machine. spindel, opslag van gereedschappen en apparatuur. Ze wilden een van de kwartalen van de basis uitrusten met een vierde as. Het is ook noodzakelijk om een ​​cycloon op de spil te installeren om stofspanen te verwijderen en op te vangen, vooral als u hout of tekstoliet verwerkt, waaruit stof overal heen vliegt en zich overal nestelt.

Wat het toekomstige lot van de machine betreft, is alles niet duidelijk, omdat ik een territoriaal probleem had (ik ben naar een andere stad verhuisd) en nu is er bijna niemand om aan de machine te werken. En het is niet gegarandeerd dat de bovenstaande plannen uitkomen. Niemand had dit twee jaar geleden kunnen bedenken.