1. ЧПУ верстат своїми руками. Частина 1
2. Компонування типового портального DIY верстата з ЧПУ

Покрокова інструкція по створенню верстата з ЧПУ своїми руками - докладний опис етапів зборки. Частина 1.

ЧПУ верстат своїми руками. Частина 1

Портальний верстат з ЧПУ багато в чому схожий з будь-якими іншими верстатами з ЧПУ. ЧПУ верстат (станок з числовим програмним управлінням) - це верстат, який оснащений спеціалізованим програмно-апаратним забезпеченням для управління механічною частиною. Використання ЧПУ систем робить виробництво більш передбачуваним, збільшує повторюваність результату механообработки і знижує потребу в робочих руках висококваліфікованих робітників-верстатників і операторів. Якщо в разі звичайного верстата переміщенням робочого інструмента (різця, шпинделя, робочого столу) або заготовки вручну керує робітник-верстатник, то в верстаті ЧПУ вся траєкторія розраховується заздалегідь в спеціальних програмах - CAM-системах, і зберігається в придатному до виконання формате.Как правило , таким форматом є сервоприводи . У програмі управління задаються координати траєкторії, а точніше - синхронізовані в часі інструкції по переміщенню кожної осі верстата. Безпосередньо верстатом керує спеціалізований пристрій - контролер, в завдання якого стоїть інтерпретація програми, і перетворення інструкцій в послідовність керуючих імпульсів. Керуючі імпульси надходять на спеціалізовані приводи, підключені до осей, крокові або сервоприводи, які і перетворюють їх в рух осі шляхом, наприклад, обертання валу двигуна. Програмна частина систем ЧПУ відокремлена від власне верстата - верстатом з ЧПУ можна управляти різними контролерами і навіть просто з персонального комп'ютера, якщо приводи осей підтримують протокол STEP / DIR. Тому ми розглянемо найбільш складну частину - механіку і мехатроніки верстата.

Найбільш поширена конструкція портального верстата може переміщатися в 3х напрямках (координатах). Такі верстати називаються 3-хкоордінатнимі, але з їх допомогою можна виконати повністю 3-вимірної деталь, так як конструкція не дозволяє фрезерувати поднутренія. Тому кажуть, що обробка відбувається в 2.5 координатах (2.5D-фрезерування). Осі верстата зазвичай позначають X, Y і Z, де X і Y - осі, що лежать в горизонтальній площині, а Z - вертикальна вісь. Говорячи "вісь Z", також часто під цим розуміють власне конструкцію осі з її напрямними, передачею та робочим блоком (шпинделем, плазморезом і т.п.). Вибір осей X і Y - питання неоднозначне, в його рішенні немає усталеного стандарту. Найчастіше під віссю X розуміють найдовшу з осей. Однак, це не завжди зручно при роботі з пультом верстата з ЧПУ. Оператору, який стоїть обличчям до робочого полю, звичніше під віссю X розуміти (і управляти з пульта, відповідно) вісь, що йде зліва направо - як правило, це більш коротка вісь, яка проходить через балку порталу. Схожа дилема стоїть при виборі позитивного напрямку кожної з осей.

Компонування типового портального DIY верстата з ЧПУ

Переважна частина портальних верстатів з ЧПУ має досить схожу структуру. Фрезерний портальний станокможно умовно поділити на такі частини:

• Станина.
  
  Станина - скелет верстата, його несуча конструкція, в якомусь сенсі станина і є верстат. Від її правильного проектування і виконання (зварювання, складання) залежить найважливіший параметр верстата - жорсткість, а отже, і точність обробки верстата. Станини портальних верстатів виготовляються з різноманітних матеріалів, проте найбільшого поширення набули станини, виготовлені з алюмінієвого конструкційного профілю, фрезерованих алюмінієвих деталей і зварні станини зі сталі (прокат або листова сталь). Все більше набирають обертів також литі станини з полімерних матеріалів, але завдання лиття такої станини не під силу початківцям. Детальніше питання виготовлення станини для верстата будуть висвітлені в точність обробки верстата
  
• Робочий стіл
  Робочий стіл - це власне поверхню, над якою переміщається робочий інструмент верстата (фреза, гравер і т.д.). Стіл служить для закріплення оброблюваної заготовки, і це накладає певні вимоги на його конструктивне виконання. Стіл саморобного ЧПУ станкадолжен бути досить рівним, і забезпечувати можливість закріпити заготовку в будь-якому місці. Основними рішеннями для цього є використання столу з Т-пазами ( "Т-стіл") і вакуумних столів. Стіл з Т-пазами дозволяє закріпити практично будь-яку заготівлю за допомогою спеціальних затискачів. Вакуумні столи притискають заготовку до себе за рахунок створення розрідження під сіткою на поверхні, тому вони здатні фіксувати тільки заготовки з плоскою нижньою частиною (різноманітні листові матеріали), а також вони істотно дорожче. Однак вакуумні столи дозволяють рівномірно притиснути заготовку по всій її площі, тоді як при фіксації великою плоскою заготовки на Т-столі заготовка в центральній своїй частині може прогнутися вгору, що призведе до зниження відповідності розмірів у кінцевій деталі.
  
• приводи осей
  Привід верстата з ЧПУ в свою чергу можна поділити на:
  
  • двигуни
    Двигуни - сполучна ланка між електронною частиною системи ЧПУ і механічною частиною, вони (точніше, їх керуючі модулі - драйвери) отримують сигнали з контролера ЧПУ (часто в цій ролі виступає персональний комп'ютер) і перетворять їх в обертальний руху власного вала. У верстатах з ЧПУ використовуються 2 види двигунів: серводвігателі і крокові двигуни (а також лінійні двигуни - різновид серводвигунів. Лінійні двигуни одночасно є і трансмісією для осі). Сказане далі буде ставитися до класичних кроковим і сервоприводи. крокові двигуни поширені в саморобних верстатах з ЧПУ і бюджетних моделях промислових гравіювання-фрезерних верстатів, а також верстатів лазерної, плазмової різки і т.п. Причина - в їх низької вартості і простоті управління. Драйвери крокових двигунів - досить бюджетні пристрої, широко представлені на ринку від найпростіших моделей до вельми просунутих цифрових драйверів. Платою за простоту і бюджет стає низький ККД крокових двигунів, їх низька питома потужність, слабка здатність до прискорення, високі вібрації, гул і резонанс, що в сумі сильно впливає на експлуатаційні характеристики верстата.
    Серводвигуни - двигуни з встановленим датчиком кута повороту. Це сімейство представлено досить широко, існують щіткові і бесщеточние двигуни, постійного і змінного струму. В цілому про серводвігателі можна сказати, що їх відрізняє висока плавність ходу, високий КДП, здатність переносити короткочасні перевантаження. Однак управління серводвигуном набагато складніше, серводрайвери (Див. серводрайвери Leadshine ) - пристрої істотно дорожчі і складні в налаштуванні. Існує також бюджетні варіанти щіткових серводвигунів, однак через наявність зношується частини (щіток) вони менш кращі, ніж бесщеточние.
    
  • драйвери двигунів
    Блоки управління двигунами відрізняються різним набором функцій, а також різними електротехнічними характеристиками. І якщо до серводвигунів блок як правило поставляється в парі, то крокові мотори йдуть зазвичай без драйверів, а спробувавши самостійно підібрати що-небудь, можна дуже надовго затриматися на цьому етапі, так як пропозицій на ринку дуже багато. Див. також: Як вибрати драйвер для крокової двигуна .
    
• передачі осей
  
  Завдання трансмісії, або передачі, - перетворити обертальний рух вала двигуна в поступальне переміщення по даній осі. Як правило, передача реалізується одним з 3 способів: передача гвинт-гайка, ШВП або левередж (шестерня-рейка або шків-ремінь). Як вибрати передачу для осей - тема окремої статті. Зараз досить лише вказати на те, що передача разом з видом двигуна (і його управління) визначає швидкість переміщення по осі, дозвіл завдання позиції, а також впливає на точність. Кожен вид передачі виготовляється з певною точністю. За допомогою зазначеного виробником класу точності для даного елемента трансмісії можна визначити, яка похибка буде вноситися їм в роботу верстата.
  
• напрямні
  Направляючі забезпечують переміщення робочого вузла верстата строго по заданій траєкторії. Якість самих направляючих і, що дуже важливо, якість їх установки на станину - другий за важливістю чинник (після станини), що визначає точність вашого верстата. До вибору напрямних варто підійти дуже відповідально.
  

• шпиндель
  
  Взагалі кажучи, замість шпинделя може бути встановлений інший вузол - лазерний гравер, установка плазмової або лазерного різання, екструдер. Ми розглянемо шпиндель, як найбільш навантажений вузол. Шпиндель - як правило, це електродвигун, особливістю якого є низька биття вала і можливість регулювати швидкість обертання в досить широких межах. Вал шпинделя закінчується конусом, в який встановлюється зажимная цанга , Яка тримає ріжучий інструмент - фрезу або гравер. Ключовими характеристиками шпинделя є: биття вала (як правило, вимірюється биття на конусі) і потужність шпинделя (вказується в ватах). Більшість шпинделів призначені для обробки дерева, пластика, каменю, металообробки. Швидкість обертання варіюється зазвичай від 6000 до 30000 обертів на хвилину. Для фрезерування і гравірування металів використовуються потужні шпинделі з низькими оборотами (2000-10000 об / хв). Багато портальні верстати, призначені для обробки дерева і пластика, можуть гравірувати метали, і навіть іноді фрезерувати кольорові метали, проте в цьому випадку верстат відчуває сильну вібрацію через віддачу на фрезу, яка не може бути погашена легкої станиною, і це різко знижує якість обробки і ресурс верстата. Фрезерування і гравірування металів і деяких видів пластику вимагає охолодження ріжучого інструменту. В даний час існує безліч способів охолодження робочої області, але основним залишається подача мастильно-охолоджувальної рідини на фрезу. деякі шпинделі , Керовані інвертором, дозволяють контролювати швидкість обертання з системи ЧПУ, шляхом подачі на вхід інвертора (Частотного перетворювача) аналогового сигналу 0 .. + 10 В. Як вибрати шпиндель.

далі:

ЧПУ верстат своїми руками 2. Вибираємо структуру, робоче поле, оброблювані матеріали, параметри точності.

конструкція порталу

DARXTON