Ось z для чпу чертежи

Портал:100х230 2шт.100х420 1шт.

100х465 1шт.

Каретка «Z»100х215 1шт.95х210 1шь.

100х50 1шт.

Ось z для чпу чертежи

Корпус принтера будет из мебельной ДСП. Что бы улучшить эстетические характеристики нашего ЧПУ станка торцы ДСП с помощью утюга проклеим торцевой лентой. Купить ее как и ДСП можно в любом магазине мебельной фурнитуры.

Детали скрепляем между собой саморезами или конфирмантами.Для фрезерования отверстий под подшипники ходовых винтов я использовал перьевое сверло и дрель. Размер брал чуть меньше и доводил наждачкой для плотной посадки обоймы подшипника.

Направляющие у меня были диаметром 14 мм, подшипники 22 мм в диаметре.

Ось z для чпу чертежи

Направляющие я взял от принтера Epson с которого снял и сами валы. Сразу закреплять направляющие в корпусе не стал т.к.

сложно сохранить их правильную ориентацию относительно валов, нужно иметь возможность регулировать. По тому взял сантехническую ПВХ трубу на 1/4 дюйма и зажимы для крепления на стену.

Трубу разрезал на куски по 95 мм и тисками запрессовал в них направляющие. В таком виде их стало удобно регулировать и закреплять.

Ось z для чпу чертежи

Теперь можно собрать основание ЧПУ станка. Основание лучше поставить на регулируемых ножках. Конструкция хоть и жесткая, но при точной настройке размеры могут заметно гулять если станок сдвинуть. Возможность регулировать длину ножек позволит избежать таких проблем при калибровке.

Ось z для чпу чертежи

К нашим ПВХ трубкам с направляющим прикручиваем перекладину. Нужно добиться отсутствия перекосов, что бы при движении салазок по всей длине направляющих наша перекладина не подклинивала и двигался легко.

Ось z для чпу чертежи

Аналогичным способом собирается вторая ось — Y. Высоту портала выбираем таким образом, что бы хватало места для закрепления фрезерного инструмента.

Ось z для чпу чертежи

Не забываем, что хоть наш станок и деревянный, но есть детали установка которых требует высокой точности. Расстояние между установленными направляющими валами должно вымеряться штангенциркулем. Если непараллельность, то нужно растачивать отверстие шкуркой и ставить жестяные клинья. Добиваться максимальной параллельности.

Ходовые винты сделаны из обычной шпильки М8/М6. Соединение вала с шаговых двигателем выполнялось через самодельную трубчатую муфту, но лучше заказать специальные т.к. нельзя допускать жесткой фиксации валов — будут биения.

Ось z для чпу чертежи

Для оси Z решено было использовать мебельные направляющие для шкафов. Они достаточно жесткие и легко монтируются. Те, что были у меня — двигались без заметного люфта.

Ось z для чпу чертежи

Двигатель вертикальной оси закрепляем на втулках что бы был доступ к муфте.

Ось z для чпу чертежи

Собранная ось Z ЧПУ фрезера:

Ось z для чпу чертежи

В качестве шпинделя был использован гравер-дремель. Его мощность позволяет обрабатывать дерево на малых подачах. Для более твердых материалов потребуется шпиндель большей мощности, но тогда и направляющие оси Z придется сменить.

Гайки ходового винта были вытачены на токарном станке. Закреплены через строительный уголок.

Теперь нам остается отрегулировать ходовую гайку и ходовой винт. Положение винта вымеряется так же штангенциркулем относительно направляющих валов, затягиваются. Ходовая гайка фиксируется в последний момент когда мы убедимся, что нет перекосов.

Обращу внимание, что подшипники на шпильку сажаем через подложку из жести. Зажимать гайками ее следует не сильно, что бы шпильку не выгибало в сторону. Само резьбовое соединение проклеивается бакситной смолой. Она устранит люфты и не даст раскручиваться во время работы станка.

Далее нам предстоит размещение концевых выключателей (лимиты рабочего поля) подключение и настройка электроники.

Изначально планировалось собирать электронику самостоятельно, но изучив схемы, стоимость комплектующих и необходимое время на изготовление плат было принято решение покупать готовое.

Изучив предложения в интернете, сравнив цены были приобретены:интерфейсная плата с опторазвязкой BL-MACH-V1.1 $ 5.03драйверы шаговых двигателей BL-TB6560-V2.0 $ 4.84 за 1 штуку.

Начнем с доработки двигателей. Двигатели EM-181 униполярные, это значит, что они имеют 4 обмотки соединенные определенным образом. Драйверы, которые мы используем, работают с биполярными двигателями, в которых 2 обмотки. Откручиваем 4 болта и снимаем заднюю крышку двигателя. Необходимо перерезать дорожку в обозначенном месте. Контакты обмотки 1 обозначены буквами «А» обмотки 2 буквами «В».

Подробно описывать подключение всей электроники смысла нет, просто покажу фотографии из которых все предельно понятно. Одно только хочу заметить, что концевики не будут работать пока к плате опторазвязи кроме 5V от USB не будет подключено 12V. не знаю почему но нигде в описании я этого не нашел и долго не мог понять почему MACH не запускался.

В качестве кабелеукладчика в автомагазине были приобретена пластиковая гофра диаметром около 10 мм. Кабель канал сделан из алюминиевого уголка.

При пробных прогонах станка были неверно настроены драйверы, а точнее ток был выставлен на 3а что не понравилось двигателям и через 20 минут из них пошел дым. Для того чтобы это больше не повторилось, ток был ограничен на уровне 1.

2а и были установлены радиаторы и вентиляторы охлаждения. (Позже в процессе эксплуатации выяснилось, что двигатели разогреваются сильно на малой подаче, при правильно выставленном значении тока и подаче в 10-15 мм/с.

двигатели греются не сильно)

Электронику упаковываем в симпатичный корпус, нашел случайно на рынке, стоил 4$ подошел идеально.

НАСТРОЙКА MACH3Теперь пара слов о настройке программы управления MACH3.

В тонкости вдаваться не буду, опишу необходимый минимум, как заставить моторы вращаться в нужную сторону и на нужное расстояние. Скачиваем и устанавливаем программу mach3.

Установка порта:В меню «config»(«Конфигурации») выбираем «Port and Pins» (Порты и Пины) ставим галку на нужный порт.

Частоту ядра выбираем 25000Hz чтобы разогнать станок на нормальную скорость, на драйверах устанавливаем делитель 1:8

Настройка пинов управления двигателями:Выберите вкладку «Motor Outputs»(«Выходы двигателей») Ставим галочки напротив осей X,Y,Z. Тем самым мы делаем их активными.

Смотрим, к каким портам платы опторазвязки подключены наши драйверы и вписываем эти номера в поля «Step» (шаг) и «Dir» (направление) галочки «Step low active» отвечают за реверс вращения двигателей «step low active» шаг двигателя при положительном или отрицательном импульсе.

Концевые выключатели и кнопка экстренной остановки:Концевики установленные на осях работают как индикатор достижения крайнего положения рабочего поля. Это предотвращает поломку механики. При срабатывании выключателя в процессе работы станок просто остановится.В данном случае ось «X» подключена к 13 порту «Y» к 12 порту «Z» к 11 порту платы опторазвязки.

Кнопка E stop подключена к 15 порту и срабатывает при замыкании.

Теперь один очень важный момент. Даже если драйверы подключены правильно и пины управления подключены без ошибок двигатели не будут вращаться без команды включения.

Переходим на вкладку ''output signale'' и ставим, галочки напротив «enable'' номер порта прописываем тот, к которому подключен контакт ''EN-'' теоретически их можно подключить на один порт, но я все 3 драйвера подключен на порты 14-16-17

Вот и все, мы закончили настройки. Остался один маленький штрих. Ходовые гайки у нас без компенсации люфтов, и убрать их в таком исполнении убрать тяжело. Разработчики программы позаботились об этом и нам нужно всего лишь включить функцию компенсации и задать их величину. В меню «config»(«Конфигурации») выбираем «Backlash» Ставим галочку включить и прописываем значения для каждой оси.

Работа в ArtCAM Чтобы статья получилась полноценной расскажу в вкратце как работать в программе «ArtCAM pro». В качестве примера возьмем чертеж моторамы от самолета «MicroAngel» в формате *.dxf Открываем ArtCAM выбираем «файл» — «открыть» в поле тип файлов выбираем *.dxf

В меню «размер новой модели» задаем высоту и ширину нашей заготовки из фанеры, которую мы закрепили на рабочем столе. Чтобы не испортить стол станка заготовку я креплю прижимами на подложке из потолочной плитки или подложки для ламината. Задаем размер заготовки 300х300 и нажимаем 2 раза «ОК»

Компонуем элементы от нижнего левого угла, это по умолчанию нулевая точка.

Вначале необходимо вырезать внутренние элементы. Для этого в нижнем левом углу панели инструментов выбираем «УП» Выделяем часть внутренних элементов и в разделе «2D УП» выбираем «обработка по профилю»

В поле «сторона обработки» выбираем внутри начальный проход оставляем «0» это верх нашей заготовки. Финишный проход ставим чуть больше толщины фанеры. В данном случае фанера 3мм. значит, в поле финишный проход ставим 3.2мм.

Далее «плоскость безопасности» тут все понятно, это высота перемещения инструмента над заготовкой.
Следующий пункт выбор инструмента.

Выбираем из библиотеки инструмент, при необходимости корректируем скорость подачи, скорость заглубления инструмента и максимальная глубина за проход. В данном случае фреза кукуруза диаметром 1мм.

Читайте также:  Как обозначаются сварные швы на чертежах

Подача инструмента 10 мм/с Заглубление 3мм/с Максимальная глубина за проход 1.1мм. При такой глубине заготовка будет прорезана за 3 прохода. Нажимаем «выбрать»

В поле «заготовка» нажимаем определить. Нулевую плоскость заготовки выбираем вверху, смещение вниз, высота заготовки 7мм. это толщина подложки 4мм. и 3мм. толщина фанеры.

Далее пишем имя данного участка «УП» например №1 и нажимаем «сейчас» На чертеже по внутренней стороне обрисовывается вектор движения инструмента.

Выделяем остальные элементы внутри, а параметры обработки менять не будем. Каждому новому элементу задаем новое название.. Для обработки внешнего контура выбираем обработку по внешнему контуру, присваиваем имя и нажимаем «сейчас».

После завершения фрезировки деталь не должна вываливаться и для этого выделяем внешний вектор и выбираем функцию «создания переходов». Высоту и ширину переходов задаем 1 мм, а в поле «постоянное количество» ставим 3-4 шт.

Осталось только кликнуть «создать переходы».

По завершению необходимо сохранить «УП» вверху нажимаем «УП» — «Сохранить УП»

Слевой стороны список подпрограмм, которые сгенерировались для обработки детали под фрезу. В какой последовательности мы перенесем их в правое окно в такой, и будет, производится обработка. Переносим все вправо и нажимаем сохранить и присваиваем нашей программе имя. Все, наша программа готова к загрузке в «mach3»

Программа для нашего станка готова. Крепим нашу заготовку из фанеры. Включаем станок, стрелками на клавиатуре перемещаем шпиндель в нулевую точку (у нас это левый нижний угол) кнопками «PgUp» «PgDn» опускаем фрезу так, чтобы она коснулась заготовки. Затем в меню «MACH3» устанавливаем нулевое положение по всем осям и загружаем нашу программу нажатием кнопки «Load G-Code».

Включаем шпиндель, нажимаем кнопу «Cycle Start» и идем пить кофе.Есть один важный момент. Фанера может быть кривая или при фиксации к столу ее может слегка выгнуть. На большой площади этот перепад может быть до 1мм. Станочек не сильно мощный и фрезы тонкие.

Глубина обработки у нас выставлена 1мм за проход, а при изгибе фанеры заглубление может оказаться 1.5-2 мм. фреза начнет гореть или даже может сломаться. Поэтому я прогоняю фрезу над заготовкой и смотрю максимальную высоту и при обработке учитываю эту погрешность.

После того как фрезер закончит свою работу наслаждаемся результатом.

В качестве пробной детали была профрезирована рамка для фотографии.

Компания 3Dtool — комплексные 3D решения

Ось z для чпу чертежи

Всем привет друзья, С Вами 3DTool!

В этом материале мы хотим во-первых, рассказать Вам о том, как устроена механика фрезерных станков с ЧПУ. Во-вторых, раскрыть принцип ее работы и подбора комплектующих. И в-третьих, немного подробнее описать каждый из отдельно взятых узлов в рамках их применения в общей конструкции. Статья будет полезна новичкам и совсем не знакомым с архитектурой ЧПУ-станков читателям.

Ось z для чпу чертежи

Оси фрезерного станка с ЧПУ как правило крепятся к раме станка. Их роль заключается в обеспечении точного передвижения портала со шпинделем, в соответствии с командой от панели управления или программой G-кода через контроллер.

  • Каталог фрезерных станков с ЧПУ 5 осей
  • Каталог фрезерных станков с ЧПУ 4 оси
  • Каталог фрезерных станков с ЧПУ 3 оси

1. Устройство 3-х осевого станка с ЧПУ

Типовую схему движения на 3-х осевом станке с ЧПУ вы можете видеть на картинке ниже:

Ось z для чпу чертежи

3-х осевая координатная система станка с ЧПУ

2. Компоненты осей ЧПУ

Каждая ось станка содержит следующие компоненты:

  • Направляющие оси
  • Вал винтовой передачи
  • Мотор оси
  • Концевой датчик

3. Направляющие фрезерного станка с ЧПУ

Направляющие фрезерного станка с ЧПУ должны выполнять три основных задачи:

  1. Движение в направлении заданной оси. Тут основную роль играет низкий коэффициент трения.

  2. Обеспечить точное перемещение, исключая вибрации и люфты. Основное требование — качество направляющих и каретки.

  3. Направляющая должна воспринимать и гасить вторичные нагрузки. Основное требование — жесткость.

В зависимости от формы профиля различают несколько видов линейных направляющий, в их числе:  

Цилиндрические направляющие

Ось z для чпу чертежи

По своей сути это — шлифованный цилиндрический вал, по которому движутся каретки с литыми втулками, либо линейными подшипниками. Сами рельсы крепятся на несущую конструкцию корпуса. Точность станка с такими направляющими будет ниже, нежели с линейными направляющими за счет повышенных люфтов и меньшего сопротивления вторичным нагрузкам.  

Коробчатые направляющие и ласточкин хвост

Ось z для чпу чертежи

Направляющие данного вида отличаются лишь профилем сечения, принцип работы же у них одинаков. После точной подгонки данные направляющие крепятся к станине станка, становясь её непосредственной частью. Движение осуществляет каретка, точно подогнанная по размеру к профилю рельсы. Минусом данных типов направляющих является сложность замены рельсы  и подгонки к ней размеров каретки в случае износа.

Данные направляющие чаще всего изготавливаются из чугуна, потому что он обладает хорошими свойствами с точки зрения скользящего контакта металл-металл.

Профильные рельсовые направляющие

Ось z для чпу чертежи

Профильные рельсовые направляющие по принципу работы похожи на предыдущий тип направляющих, но все же имеет несколько ключевых от него отличий:

  • Скольжение осуществляется по заранее определенным профилям дорожек рельсы, с очень тонкой подгонкой зазоров между кареткой и рельсом.
  • Минимальное трение в данном случае обеспечивают шарики внутри каретки
  • С боков каретки обычно стоят сальники и пыльники, что исключает попадание пыли и стружки внутрь подвижных элементов

Обычно, на одну ось используется 2 рельсы, а на одной рельсе находятся 2 каретки, но конструкция позволяет разместить на рельсе сколько угодно кареток в зависимости от её длинны и конструктивных особенностей станка.

4. Вал винтовой передачи

Ось z для чпу чертежи

Задача данного вала-преобразовывать вращательное движение в  поступательное вдоль оси с как можно меньшим трением и как можно меньшим люфтом.

Люфт

Когда станок меняет направление движения винтовой передачей, требуется небольшой поворот винта, прежде чем направление изменится на противоположное. В этот момент винт и гайка смещаются друг относительно друга без взаимного вращения.

Станки с ЧПУ очень нетерпимы к люфту.  Минимизация люфта критически важна для качественной работы станка.

Люфт нельзя полностью устранить, но хорошим значением для любого станка с ЧПУ является люфт менее двадцати пяти тысячной сантиметра (0,0025 сантиметра), но в промышленных станках с ЧПУ это значение гораздо меньше.

Передача винт-гайка

Ось z для чпу чертежи

Данный вид передачи был наиболее распространен до появления ШВП, но всё же до сих пор используется на некоторых видах станков в силу простоты конструкции и её дешевизны. Для уменьшения люфта на таком соединении может применяться разрезная гайка, которая позволяет путем сжатия регулировать натяг, устраняя тем самым увеличивающийся со временем люфт. Минусом и одновременно плюсом такой пары является повышенное трение в передаче, что с одной стороны ведет к досрочному износу винта, и требует более мощного мотора, но с другой стороны компенсирует вращательные колебания винта при использовании шагового двигателя.

Шарико-винтовые передачи (ШВП)

Шарико-винтовые передачи — идеальный вариант для ЧПУ, по причине максимальной минимизации люфта и трения. Называются шариков-винтовой передачей из за шариковой гайки, в которой вращаются шарико-подшипнкики. Шарики движутся по канавкам на винте, тем самым передавая вращательное усилие на корпус гайки. В настоящее время данный вид передачи является стандартом в станках с ЧПУ.

  1. Каталог фрезерных станков с ЧПУ 5 осей
  2. Каталог фрезерных станков с ЧПУ 4 оси
  3. Каталог фрезерных станков с ЧПУ 3 оси

5. Двигатели осей ЧПУ

Ось z для чпу чертежи

Шаговый двигатель для фрезерного станка с ЧПУ.

На фотографии выше показан типичный шаговый двигатель для фрезерного станка с ЧПУ. Шаговые Двигатели называются так потому, что они предназначены для перемещения по дискретным шагам . В зависимости от типа шагового двигателя, количество шагов на один оборот варьируется от 100 до 400, а угол одного шага — от 0.9 до 3.6 градусов.

Как правило двигатель имеет водонепроницаемый корпус, поэтому в случае протекания, например, охлаждающей жидкости двигатель не выходит из строя.

Шаговые двигатели очень распространены как в проектах DIY с ЧПУ, так и в большинстве коммерческих станков ЧПУ. Однако, в станках промышленного качества чаще всего используются так называемые сервомоторы.

Сервомотор

Ось z для чпу чертежи

Недостатком шагового двигателя является то, что он не отслеживает текущую позицию вала и количество сделанных оборотов, что в некоторых ситуациях может вести к пропуску шагов. Поэтому в промышленных станках используется другой тип моторов — сервомоторы.

Читайте также:  Какое давление в кеге с пивом

В чем разница между сервомотором и шаговым двигателем?

Основное различие состоит в том, что сервомоторы имеют замкнутый контур, а шаговые двигатели — разомкнутый

К сервомотору прикреплено устройство, называемое энкодером.

Энкодер — это датчик, который сообщает сервомотору, сколько шагов он совершил. Этот сигнал обеспечивает обратную связь с контроллером, что дает ряд преимуществ и увеличивает производительность. Благодаря обратной связи он называется «замкнутый цикл».

В случае шагового двигателя контроллер сообщает ему, что нужно переместить шаг, и он просто должен предположить, что так и произошло.  

В большинстве случаев так и происходит, но изредка, обычно из за превышения нагрузки на валу, двигатель теряет шаги. Потерянные шаги влияют на точность станка с ЧПУ. Энкодер сервопривода отслеживает подобные потери и корректирует положение вала, пока оно не будет соответствовать заданному.

Сервомоторы также работают лучше в том смысле, что они производят мощность в более широком диапазоне и часто на более высоких оборотах. В результате имеем лучшую точность позиционирования, динамику разгона и отсутствие снижения момента при высоких скоростях.

Тогда как обычный шаговый двигатель обеспечивает точность перемещения рабочей оси в районе 0.01 мм, сервомотор дает 0.002 мкм.

Энкодер сервопривода обычно имеет 1024 положения, которые он может измерять, и даже больше. Принимая во внимание, что обычный шаговый двигатель дает 200 шагов на оборот, мы получаем пятикратное увеличение точности при использовании сервопривода.

У сервомоторов есть и минусы. В первую очередь — необходимость регулярно обслуживать и менять узлы. Так же сервомоторы станка должны быть оснащены дополнительной защитой при экстренной остановке. Цена на сервопривод гораздо выше, чем на шаговый двигатель.

6. Концевой датчик или «концевик» Оси

  •  Концевой датчик для фрезерного станка с ЧПУ
  • Концевой датчик, или «концевик» сообщают фрезерному станку с ЧПУ, когда он достигает предела перемещения по оси. Обычно он нужен для двух целей:
  • Положение «дом»: это нулевая координата, точка отсчета «0» для текущей оси.
  • Лимит оси: противоположное от нулевой координаты положение инструмента на заданной оси

В большинстве станков используется один концевик на ось, и это датчик нулевого положения. Лимиты движения по осям задаются программно.

Первое, что нужно сделать, когда мы включаем станок — это отправить его в «дом» или позицию нуль. Моторы приводят в движение каретки станка по координатам до концевиков, и встает в так называемое домашнее положение. 

У концевиков есть погрешность повторяемости, которая обычно определяется конструкцией датчика и используемыми компонентами.

Это значит, что каждый раз отправляя станок в «дом», оси останавливаются с некоторым отклонением, предположим с погрешностью в 0.1 мм.

Если нам нужно поставить станок на паузу, или вообще выключить его, а потом продолжить работу, то данная погрешность может в последствии сказаться на качестве изготавливаемого изделия.

Допустим, мы выключили станок на ночь, и включили утром, что бы продолжить работу. Отправив станок в дом, мы получили отклонение по оси 0.1 мм. Единственный возможный вариант — вручную перенастраивать станок с помощью щупа, что отнимает значительное время.

Единственный способ свести на нет большую погрешность — использовать более дорогие датчики. Наименее точными считаются механические концевики, открытые оптические — поточнее. Так же возможно использование в качестве концевика датчика Холла, который дает погрешность порядка 0.01мм. 

  1. Каталог фрезерных станков с ЧПУ 5 осей
  2. Каталог фрезерных станков с ЧПУ 4 оси
  3. Каталог фрезерных станков с ЧПУ 3 оси

Что ж, а на этом у нас все! Надеемся статья была Вам полезна.

  • Приобрести станки с ЧПУ, 3D принтеры, расходные материалы к ним и другое оборудование, задать свой вопрос, или сделать предложение, вы можете, связавшись с нами:
  • Не забывайте подписываться на наш YouTube канал :
  • И на наши группы в соц.сетях:
  • INSTAGRAM
  • ВКонтакте

Ось Z ЧПУ: примеры сборки, силы, моменты, плунжерная рука

Ниже можно увидеть два примера сборки оси Z ЧПУ с балкой Y в фрезерном станке, созданных при помощи компьютерной программы.

Ось z для чпу чертежи

Как и с любым механическим устройством, при проектировании или создании машины с ЧПУ важно учитывать величины, которые развиваются в ходе работы. Таким образом, нужно учесть свои пожелания к дизайну и убедиться, что он будет соответствовать всем нагрузкам. Однако, чтобы спроектировать и построить станок в соответствии с требованиями, для начала нужно понять, какие силы будут развиты.

Силы

Ось z для чпу чертежи

Если интерпретировать приведенный выше рисунок, размеры можно описать следующим образом:

  • D1 = расстояние между направляющими по вертикали;
  • D2 = расстояние между наборами подшипников по вертикали;
  • D3 = высота рычага крепления шпинделя станка;
  • D4 = поперечный размер узла;
  • D5 = расстояние между направляющими по горизонтали;
  • D6 = толщина рычага крепления;
  • D7 = расстояние до места реза (край фрезы + половина D2).

Моменты

Построение фрезера с ЧПУ может быть как достаточно простым, так и трудоемким. Часть людей сначала подробно все изучают и рассчитывают, а некоторые сразу собирают его, корректируют всплывшие недочеты и наблюдают за его работой. На самом деле, лучший подход – это сочетание двух методов.

Ось z для чпу чертежи

Вышеприведенный рисунок показывает наглядный пример оси, который показан в двух измерениях. Изучив вид спереди, можно обнаружить, что узел движется вправо, пока идет движение по направляющим Y.

Погружной рычаг находится на расстоянии Zmax и режет материал при перемещении вправо. Это действие создает режущее усилие, которое приводит к перемещению узла Z.

Усилие резки постоянно изменяется, и зависит от таких факторов, как:

  1. Частота вращения шпинделя.
  2. Количество канавок на фрезе ЧПУ.
  3. Скорость подачи.
  4. Обрабатываемый материал.

На данном этапе также нужно понять, что присутствует и величина, направленная противоположно движению оси Z.

Усилие резания образует величину, которая изображена на рисунке выше как “А”. Момент – это сила, приложенная на расстоянии.

«A» = D6 x Режущее усилие.

Этот момент проворачивает рычаг крепления шпинделя против направления обработки, вращающего весь узел оси.

Ось z для чпу чертежи

Br> Данный момент способствует возникновению сил, прикладываемых к линейным опорным направляющим и самим линейным подшипникам. (Обозначено желтыми стрелками)

По мере увеличения длины D5 и D2 результирующие величины уменьшаются. Можно увидеть, что при проектировании или построении станка с ЧПУ необходимо сделать максимальным просвет между рельсами (D5) и между несущими блоками.

Плунжерная рука

D2 также оказывает влияние при обработке параллельно оси X.

Усилие резания вызывает еще один момент – “В”. Момент B создается из-за того, что усилие вращения при обработке умножается на расстояние между ею и 1⁄2 D2. Данный момент образует результирующие силы на самих подшипниках оси Z. Увеличивая просвет между ними (D2), данные силы будут уменьшаться.

Ось z для чпу чертежи

Как правило, при построении фрезера с ЧПУ, D2 никогда не должен быть меньше половины длины рычага крепления шпинделя. Кроме того, нужно учесть толщину, чтобы он не сгибался при максимальной силе резания.

Гибкость рычага будет зависеть от максимальной подачи, толщины материала (d6), длины погружного рычага (D3) и материала, из которого он сделан.

Заключение

Всегда необходимо помнить следующее при проектировании или сборке фрезера с ЧПУ:

  1. Возьмем крутящий момент за М.
  2. Максимизировать D1, уменьшить силы, образующие М, вызванный силой резания по X.
  3. Максимум D2 уменьшает силу, образующую М, вызванный силой резания по оси X.
  4. Минимизировать D3, но при этом сохранить желаемый диапазон перемещений по Z.
  5. Максимизировать D4, уменьшить силы, образующие М, вызванный усилием резания по Y.

Конструкция портала и вертикальной оси Z гравировально-фрезерного станка с ЧПУ

Ось z для чпу чертежи После рассмотрения вариантов конструкции длинной оси — X — можно перейти к рассмотрению оси Y. Ось Y в виде портала — наиболее популярное решение в сообществе хоббийных станкостроителей, и неспроста. Это простое и вполне рабочее, хорошо себя зарекомендовавшее, решение. Однако, и в нем есть подводные камни и моменты, которые надо уяснить перед проектированием. Для портала крайне важна устойчивость и правильный баланс — это снизит износ направляющих и передач, снизит прогиб балки под нагрузкой, уменьшит вероятность подклинивания при перемещении. Для определения правильной компоновки посмотрим на силы, приложенные к порталу во время работы станка. Ось z для чпу чертежи Рассмотрите схему хорошенько. На ней отмечены следующие размеры: 

  • D1 — расстояние от области резания до цента расстояния между направляющими балки портала 
  • D2 — расстояние между приводным винтом оси X до нижней направляющей балки 
  • D3 — расстояние между направляющими оси Y 
  • D4 — расстояние между линейными подшипниками оси X 
Читайте также:  Приспособления для деревообрабатывающих станков своими руками

Теперь рассмотрим действующие усилия. На картинке портал перемещается слева направо за счет вращения приводного винта оси X(расположен внизу), который приводит в движение гайку, зафиксированную снизу на портале. Шпиндель опущен и фрезерует заготовку, при этом появляется сила противодействия, направленная навстречу движению портала. Эта сила зависит от ускорения портала, скорости подачи, вращения шпинделя и силы отдачи с фрезы. Последняя зависит от собственно фрезы(типа, остроты, наличия смазки и т.п.), скорости вращения, материала и прочих факторов. Определению величины отдачи с фрезы посвящено множество литературы по подбору режимов резания, в настоящее время нам достаточно знать, что при движении портала возникает сложносоставная сила противодействия F. Сила F, приложенная к зафиксированному шпинделю, по конструктивным элементам прикладывается к балке портала в виде момента A = D1 * F. Данный момент может быть разложен на пару равных по модулю, но разнонаправленных сил A и B, приложенных к направляющим #1 и #2 балки портала. По модулю Сила А = Сила B = Момент А / D3. Как отсюда видно, силы, действующие на направляющие балки уменьшаются, если увеличивать D3 — расстояние между ними. Уменьшение сил снижает износ направляющих и крутильную деформацию балки. Также, с уменьшением силы А, уменьшается и момент B, приложенный к боковинам портала: Момент B = D2 * Сила A. Из-за большого момента B боковины, будучи не способными согнуться строго в плоскости, начнут виться и изгибаться. Момент B необходимо уменьшать также потому, что необходимо стремиться к тому, чтобы нагрузка всегда распределялась по всем линейным подшипникам равномерно — это снизит упругие деформации и вибрации станка,а, значит, повысит точность. 

Момент B, как уже было сказано, можно уменьшить несколькими путями —

  1. уменьшить силу A.
  2. уменьшить плечо D3 

Задача — сделать силы D и C сделать как можно более равными. Эти силы складываются из пары сил момента B и веса портала.

Для правильного распределения веса надо рассчитать центр масс портала и разместить его точно между линейными подшипниками.

Именно этим объясняется распространенная зигзагообразная конструкция боковин портала — это сделано для того, чтобы сместить направляющие назад и приблизить тяжелый шпиндель к подшипникам оси X. 

Итого, при проектировании оси Y учитывайте следующие принципы:

  • Старайтесь минимизировать расстояние от приводного винта/рельсов оси X до направляющих оси Y — т.е. минимизируйте D2. 
  • Снижайте по возможности вылет шпинделя относительно балки, минимизируйте расстояние D1 от области реза до направляющих. Оптимальным ходом по Z обычно считается 80-150 мм.
  • Снижайте по возможности высоту всего портала — высокий портал склонен к резонансу.
  • Рассчитывайте заранее центр масс всего портала, включая шпиндель и разрабатывайте стойки портала таким образом, чтобы центр масс располагался точно между каретками направляющих оси X и как можно ближе к ходовому винту оси X.
  • Разносите направляющие балки портала подальше — максимизируйте D3 для снижения момента, приложенного к балке.

КОНСТРУКЦИЯ ОСИ Z

Следующим шагом является выбор структуры наиболее важной части станка — оси Z. Ниже приведены 2 примера конструктивного исполнения.

Ось z для чпу чертежи Как было уже упомянуто, при строительстве станка с ЧПУ необходимо учитывать силы, возникающие при работе. И первым шагом на этом пути является отчетливое понимание природа, величины и направления этих сил. Рассмотрим схему ниже:  

Силы, действующие на ось Z

Ось z для чпу чертежи

На схеме отмечены следующие размеры: 

  • D1 = расстояние между направляющими оси Y 
  • D2 = расстояние вдоль направляющих между линейными подшипниками оси Z 
  • D3 = длина подвижной платформы(базовой пластины), на которую собственно монтируется шпиндель 
  • D4 = ширина всей конструкции 
  • D5 = расстояние между направляющими оси Z 
  • D6 = толщина базовой пластины 
  • D7 = вертикальное расстояние от точки приложение сил реза до середины между каретками по оси Z 

Посмотрим на вид спереди и отметим, что все конструкция перемещается вправо по направляющим оси Y. Базовая пластина выдвинута максимально вниз, фреза заглублена в материал и и при фрезеровке возникает сила противодействия F, направленная, естественно, противоположно направлению движения.

Величина этой силы зависит от оборотов шпинделя, числа заходов фрезы, скорости подачи, материала, остроты фрезы и т.п.(напоминаем, что некоторые предварительные расчеты того, какие материалы будут фрезероваться, а значит, и оценка сил реза, должна быть сделана перед началом проектирования станка).

Как влияет данная сила на ось Z? Будучи приложена на расстоянии от места, где закреплена базовая пластина, эта сила создает крутящий момент А = D7 * F. Момент, приложенный к базовой пластине, через линейные подшипники оси Z передается в виде пар поперечных сил на направляющие.

Силы, преобразованная из момента, обратно пропорциональная расстоянию между точками приложения — следовательно, для снижения усилий, изгибающих направляющие, необходимо увеличивать расстояния D5 и D2.

Расстояние D2 также участвует в случае фрезерования вдоль оси X — при этом возникает аналогичная картина, только возникающий момент приложен на заметно большем рычаге.

Этот момент старается провернуть шпиндель и базовую пластину, а возникающие силы перпендикулярны плоскости пластины. При этом момент равен силе реза F, умноженной на расстояние от точки реза до первой каретки — т.е.

чем больше D2, тем меньше момент(при неизменной длине оси Z).

Отсюда следует правило: при прочих равных надо стараться обязательно разнести каретки оси Z подальше друг от друга, особенно по вертикали — это значительно увеличит жесткость.

Возьмите за правило никогда не делать расстояние D2 меньше 1/2 длины базовой пластины.

Также убедитесь, что толщина платформы D6 достаточна, чтобы обеспечить желаемую жесткость — для этого необходимо рассчитать максимальные рабочие усилия на фрезе и смоделировать прогиб пластины в САПР.

Итого, придерживайтесь следующих правил при конструировании оси Z портального станка: 

  • максимизируйте D1 — это снизит момент(а следовательно, силы), действующий на стойки портала 
  • максимизируйте D2 — это снизит момент, действующий на балку портала и ось Z 
  • минимизируйте D3(в пределах заданного хода по Z)- это снизит момент, действующий на балку и стойки портал. 
  • максимизируйте D4(расстояние между каретками оси Y) — это снизит момент, действующий на балку портала.

Как собрать фрезерный станок с ЧПУ своими руками: пошаговая инструкция

Если вы хорошо разбираетесь в технике, для вас не составит труда собрать фрезерный ЧПУ-станок у себя дома. Это выйдет значительно дешевле, чем приобретать новое устройство, и к тому же доставит вам удовольствие от самореализации. Все необходимые компоненты можно приобрести в магазинах электроники и стройматериалов. Ниже приведены детальные инструкции по сборке станка с фотографиями.

Подготовительные работы

Подготовка к построению станка предполагает такие фазы:

  • создание чертежей;
  • закупку надежных комплектующих и крепежа;
  • подготовку качественных инструментов;
  • ознакомление с текстовыми и видеоинструкциями.

Замечательно, если у вас найдется доступ к сверлильному и токарному станкам — это существенно облегчит конструирование фрезерного.

Ось z для чпу чертежи

Как сделать фрезерный станок ЧПУ своими руками: пошаговая инструкция

Устройство можно изготавливать двумя методами:

  1. Приобрести готовый комплект запчастей и самостоятельно смонтировать из него устройство.
  2. Изготовить или приобрести все комплектующие по отдельности.

Второй вариант более сложный и затратный по времени, зато более бюджетный.

Подбирая материал для устройства, надо учитывать, что он обязан быть прочнее тех материалов, которые будут на нем обрабатываться.

Модели с подвижными столами хороши только в том случае, если станок будет компактным, менее 30 × 30 см. Для более крупных моделей оптимальными станут двигающиеся порталы.

В большинстве случаев устройства домашней сборки оснащаются шаговыми двигателями, а промышленные модели — более сложными и дорогостоящими сервоприводами.

Если вас интересует затейливая многомерная резка, лучше приобрести шпиндель с водяным охлаждением. Он недешевый, но издает меньше шума, способен обрабатывать разнообразные материалы и не перегревается, работая на пониженных оборотах.

Станок, описанный в этой статье, обошелся ориентировочно в 1500 евро. Им можно обрабатывать фанеру, пластик, лиственную древесину и алюминий.

Как вариант: основой для фрезерной установки может послужить сверлильная, где головка со сверлом заменяется на фрезерную. Чтобы инструмент мог передвигаться по трем плоскостям, механизм следует оснастить подшипником. Удобнее всего собирать такие механизмы на основе принтерной каретки, потом останется только оснастить аппарат программным управлением.

Проектирование

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector