Маленький самодельный ЧПУ фрезерный станок

Года полтора назад родилась идея создать маленький ЧПУ станок для домашнего использования. Изначльно было две литых чугунных станины с направляющими, ходовыми винтами, каретками и направляющая с кареткой - привод через реечную передачу. Электронику не считал. Из этого всего я хотел сделать токарный станочек, но после просмотра сайтов по станка определися с конечной идеей делать надо фрезерный станок. В процессе изготовления было испро-бовано несколько вариантов шпинделя-пока остановился на дремеле. Этим летом был первый запуск уже с платой управления, который выявил несколько важных проблем механики: Оси Z и Y работали нормально(разрешение сотка), но ходовым винтам надо создать опору(облегчить работу для двигателя); но главная проблема выросла с оью Х - мало передаточное отношение в связи с чем каретка носилась как ненормальная. Было много предложений по переделке, но основные: поставить ходовой винт, из-за чего пришлось бы делать новую каретку или сделать редуктор. Остановился на редукторе- выброли планетарный так как нужно было получить больщое передаточное отношение. И вот в пятницу был запуск уже с редуктором - просто класс работает, ось X стала работать плавно, без бешеного перемещения. Конечно еще предстоит сделать нормальный шпиндель(уголок с дремелем времянка, но тоже обрежу в размер, поставлю хомут - сделать шпиндель для обработки мелких деталей), поставить датчики обратной связи(думаю сделать из китайских штангелей)- короче процесс облагораживания может длиться вечно. Поэтому решил выложить фотки на форму. Чтобы подсказали, что еще нужно сделать. Интерсно мнение других людей, чтобы поправить не до четы которые я пропустил.

Прошу прощение за качество фоток- делал мобильньником.

Поздравляю! По моему, очень приличный получился фрезер. Достаточно жесткий для работы даже по стали. Стол, конечно, коротковат, но ведь всегда можно будет заменить, если подвернется подходящий. Единственное, Вы проверяли, насколько большой люфт у редуктора? Мне пока не попадался ни один планетаринк, который можно было бы со спокойной душой поставить на станок. Всегда какой-то люфт присутствует. Подшипники на винт со стороны мотора обязательны, иначе рискуете двигателем (на фотках никак не разберешь, есть они или нет). Если же вы имели в виду поставить подшипники на оба конца винта, то это лучше не делать, если только у вас не ОЧЕНЬ прецизионные винты. И еще, по поводу линеек - а есть ли смысл?

Единственное, Вы проверяли, насколько большой люфт у редуктора?

Люфт конечно есть хоть и не большой. Для того чтобы убрать все люфты - я как раз и хочу поставить

линейки на обратную связь.

Подшипники на винт со стороны мотора обязательны.

Они стоят только закрыты пластинами крепления моторов.

Если же вы имели в виду поставить подшипники на оба конца винта, то это лучше не делать, если только у вас не ОЧЕНЬ прецизионные винты.

Я хочу поставить упоры с обратной стороны винта, чтобы винт не болтался. А винты сняты с прибора для проверки резьбы вроде точные должы быть.

Я хочу поставить упоры с обратной стороны винта, чтобы винт не болтался. А винты сняты с прибора для проверки резьбы вроде точные должы быть. ...ходовым винтам надо создать опору(облегчить работу для двигателя)...

Обычно такие конструкции (подшипники с двух концов винта) ставят на тяжелонагруженные передачи с большими люфтами. При этом основной смысл в разгрузке винта, на двигатель это не влияет никак.

На прецизионных винтах я тоже видел опору на два конца, но при этом гайка сконструирована "плавающей" в перпендикулярной оси винта плоскости (например, она просто прижимается к каретке пружиной). Причем это не самопал, а заводские конструкции. Еще иногда этот вариант с двумя опорами используется при монтаже нагруженных транспортных ШВП (это ШВП с большими зазорами, используются там, где важна скорость перемещения, а точность не играет особой роли). В остальных случаях используется фиксация за один конец двумя радиально-упорными подшипниками по Х-схеме.

Просто крепление за два конца в случае прецизионного винта резко повышет требования к точности и качеству изготовления ВСЕХ узлов передачи, и, как правило, экономически невыгодно. Для примера возьмите хотя-бы необходимось встроить узел компенсации изменения длины винта от нагрева при работе, иначе плотно поджатые подшипники просто заклинит.

И моя любимая тема: применение ОС в шаговых приводах, и в частности, линеек :)

Для начала не буду касаться того, нужна ли ОС вообще. Допустим, нужна, попробую доказать, что линейки мало подходят для этого. Начнем с того, что линейки, в отличие от энкодеров, работают немного по другому принципу. Энкодер выдает импульс в реальном времени при смене положения на дискрету измерения, а линейка накапливает эти перемещения и выдает их сумму через определенные промежутки времени. В штатном режиме она выдает координату 3-4 раза в секунду. Некоторые линейки имеют недокументированную возможность перевода в быстрый режим, когда они выдают координату около 50-80 раз в секунду. Допустим, у Вас такие. Т.е. фактически вы должны шагать движком на скорости 80 шагов/сек, чтобы отследить ошибку. Предвижу возражение: зачем нам отслеживать каждый шаг, если можно в конце перемещения выявить ошибку и скомпенсировать ее? Но подобный финт пройдет на быстром перемещении, когда нужно просто переместить фрезу в новую позицию, а во время реза он бессымсленен. Зачем Вам компенсация, когда деталь уже зарезана?

Есть еще несколько возражений против линеек в качестве датчиков ОС, но просто слишком много писать.

Теперь вопрос - нужна ли ОС вообще. Допустим, мы обзавелись какими-то датчиками, теми-же энкодерами, ввели обратную связь. Простым "померил отклонение-выдал нужное число шагов" вы не обойдетесь - при этом привод будет ползать как черепаха. Нужно ПИД-регулирование, подгонка коэффиентов под характеристики привода и тд, и как следствие, DSP, чтобы все это обработать на нужной скорости. В результате получается сервопривод, почему-то нагруженный не на нормальный серводвигатель, а на уступающий ему по динамике шаговик. Шаговые двигатели и их драйвера специально были разработаны для того, чтобы уйти от сложных и дорогих сервоприводов, обратных связей и тд. там, где это не критично. При этом пришлось пойти на компромиссы, в частности пожертвовать глубиной регулировки скорости, динамикой. А теперь вы хотите на этот шаговик навесить все обратно при заведомо худших его характеристиках?

Для того чтобы убрать все люфты - я как раз и хочу поставить

линейки на обратную связь.

Никогда и ни в одном приводе на обратную связь не возлагалась задача компенсации люфтов. Это потребует такого быстродействия и мощности привода, что в десятки, если не сотни раз дешевле механически устранить люфт. Давайте для примера предположим, что у Вас имеется люфт 0,2мм по оси У. Это значит, что каретка свободно болтается на эти 0,2мм вне зависимости от управляющего воздействия привода. Теперь допустим, мы режем паз поперек оси У. при этом каретка болтается влево -вправо на эти 0,2мм под ударами перьев фрезы с ее частотой вращения, раздраконивая паз. Представляете, какая мощность и быстродействие нужны приводу, чтобы компенсировать эти колебания, колотя по каретке с двух сторон в противофазе с фрезой?

Кстати, в качестве предложения - может, реализуете редуктор оси У на упорно-радиальном подшипнике? Штука получается очень прецизионная, а если опасаетесь проскальзывания - у меня заводская мультипликаторная головка для фрезера на этом принципе передает киловатт на фрезу и не проскальзывает.

И еще - трудно судить по фотографии (слишком нечеткая), но, похоже, стоят униполярные драйвера. Если не хватает мощности движков, поменяйте драйвера на биполярники, мощность возрастет примерно на 40%,

Давид Спасибо за констультацию по поводу линеек. Я хотел их поставить только для позициорования, а штангеля как один из вариантов энкодера.По поводу винта, гайка как раз перемещается перпенди-кулярно оси винта. Винты имеют центра, вопрос можно ли просто за этот центр поджать(сделать винт, зацентровать и вставить между центрами шарик)? Глупый вопрос что такое ШВП? В целом станочек

заточен под изготовление деталей для моделей вертолетов, то есть погрешности до 3 соток терпимы,

если учесть, что славные ребята азиаты даже подшипники выпускают просто высоко точные: 2 подшипника у которых ладно бы только наружные диаметры отличались, так у них и внутренние -разные.

Возник еще вопрос, как сделать шпиндель? Сделать его с Морзе, тогда какой выбрать 1 или 2? Или сразу сделать под цанги?

Здравствуйте. Эта тема мне знакома. Пробный станок с ЧПУ сделал. Недостатков хватает, один из них низкая скорость*момент ШД. Прорабатывал возможность использования сервопривода - самодельный двигатель постоянного тока+драйвер+энкодер - большие сложности в настройке, временно отказался от этой идеи. О люфтах: по осям Х и У они не так мешают(компенсирует ЧПУ), а вот Z не закомпенсируешь - или ШВП(шарико-винтовая) или компенсационная гайка. Еще недостаток малая жесткость станка - но это устраняется.

А линейки никчему.

2mikki2

ШВП = шарико-винтовая пара. В ней трение скольжения заменено трением качения. Можно еще поискать в гугле на "ballscrew".

По поводу упора винта на шарик - Если некуда больше деваться, то можно и так, но лучше так не делать по следующим соображениям:

1.Трудно будет изготовить узел регулировочного винта так, чтобы ось этого винта находилась на точно определенном расстоянии от опоры и при этом не гуляла при провороте винта. Нужно будет резьбу нарезать на точном оборудовании.

2. При этом в одну сторону винт будет упираться в 8-10 шариков, катающихся по шлифованной каленой поверхности подшипника, а в другую - на один шарик, лежащий на относительно мягком винте. Все это будет быстро разбалтываться и требовать постоянной регулировки.

Почему вы все-таки не хотите применить два встречных радиально-упорных подшипника с одного конца винта? Проверенная и надежная конструкция, и регулируется легко.

А по поводу шпинделя с конусом морзе - вряд-ли ли там у Вас хватит места на разнесенные шпиндель и мотор. Если только навесить мотор перед шпинделем (дальше от колонны), но это не очень удобно в работе, Да и далеко отнесенный от колоннны большой вес не лучшим образом скажется на работе станка и шаговика Z оси. У очень многих производителей электроинструмента есть вполне приличные мотор-шпиндели в диапазоне мощностей 1-2квт. Я бы поставил один из них.

...О люфтах: по осям Х и У они не так мешают(компенсирует ЧПУ).....

...малая жесткость станка - но это устраняется....

Давид про расшифровку ШВП спросил для уточнения. На них у нас на предприятии делают штоковые механизмы для авиации. Поэтому вряд ли я узнаю больше в нете, да если честно то потребности такой пока не возникало. Есть и еще круче ролико-винтовая пара- момент много выше чем у ШВП.

Почему вы все-таки не хотите применить два встречных радиально-упорных подшипника с одного конца винта? Проверенная и надежная конструкция, и регулируется легко

Габариты у них великоваты, но надо еще поприкидывать. На счет изготовления первоначального варианта нет никаких проблем и точно просверлят и болт каленный сделают.

А по поводу шпинделя с конусом морзе - вряд-ли ли там у Вас хватит места на разнесенные шпиндель и мотор. Если только навесить мотор перед шпинделем (дальше от колонны), но это не очень удобно в работе, Да и далеко отнесенный от колоннны большой вес не лучшим образом скажется на работе станка и шаговика Z оси. У очень многих производителей электроинструмента есть вполне приличные мотор-шпиндели в диапазоне мощностей 1-2квт. Я бы поставил один из них.

Есть вот такой моторчик 260 Вт мощностью. Поставить к нему редуктор.

Шпиндель с морзе 1 я уже прикидывал. Корпус получился диаметром 56 мм .

Есть еще один вариант корпуса, но я его пока не рисовал. Есть ли продаже цанговые патроны с морзе 1?

Судя по диаметру вала мощность этого моторчика как минимум на порядок меньше.

Я сейчас тоже на счет шпинделя думаю, до 3мм подобрал 75 вт 6000 об а побольше

пока не найду подходящего.

Цанговые патроны с первым конусом мне попадались на рынке, но очень редко, один или два раза за последние пять лет. У производителей инструмента они есть у многих, но цены...

Вообще на первый-второй конус трудно найти хорошую оснастку, более или менее широкий выбор начинается с третьего. Если собираетесь ограничиваться только цангами, можно сделать шпиндель в стандарте R8 или ему подобном, когда цанги прямо вставляются в шпиндель. Это позволит уменьшить диаметр шпинделя.

По поводу двигателя - мне кажется, мощность движка маловата. По дюралю это позволит работать фрезой не больше 5-6мм. В принципе можно ограничиться и этим, конечно, но просто бросается в глаза явное несоответствие массивности станка и мощности двигателя - он спокойно может работать с движком под 750-1000 ватт.

Вообще на первый-второй конус трудно найти хорошую оснастку, более или менее широкий выбор начинается с третьего. Если собираетесь ограничиваться только цангами, можно сделать шпиндель в стандарте R8 или ему подобном, когда цанги прямо вставляются в шпиндель. Это позволит уменьшить диаметр шпинделя.

А ссылочки поклянчить мона где эти цанги купить. И есть ли где в России цанги ER8 или ER11

Патроны под морзе 2 я видел, а вот под морзе 1 мне его только в руках дали подержать.

По поводу двигателя - мне кажется, мощность движка маловата. По дюралю это позволит работать фрезой не больше 5-6мм. В принципе можно ограничиться и этим, конечно, но просто бросается в глаза явное несоответствие массивности станка и мощности двигателя - он спокойно может работать с движком под 750-1000 ватт.

В принцепе сделать бесколлекторный(BLDC) двигатель с внешним ротором 0,5 до 1 кВт нет проблем, денежные затраты только на магниты- все остальное можно сделать не хуже буржуйского. Или просто купить его, стоит он от 80- 120 баксов взависимости от мощности и производителя. Единственный трабл так это регулятор, но его можно сделать или купить цена такая же как на мотор или чуть дороже(на мощные). У меня лично он сделан.

Судя по диаметру вала мощность этого моторчика как минимум на порядок меньше.

На счет диаметра вала и мощности - этот движок поднимает вертолет полетный вес у которого 650-680г.

при этом выполняет 3D пилотаж(сам то 3D пилотажа пока не дорос). Я же говорю на мотор хочу поставить редуктор, чтобы понизить обороты и повысить момента. А в общее лежит дрель сделанная из авиационного механизма мотор в ней на 70Вт и вал всего 4мм, так эта дура если сверло заклинит руки оператору выворачивает(проверено лично и не только мной).

А в общее лежит дрель сделанная из авиационного механизма мотор в ней на 70Вт и вал всего 4мм, так эта дура если сверло заклинит руки оператору выворачивает(проверено лично и не только мной).

Если только через редуктор. :)