Едем вниз — растём вверх, или ось Z за недорого

Фрезерный

В статье приведено два примера сборки оси Z ЧПУ с балкой Y в фрезерном станке, созданных при помощи компьютерной программы. Легко и просто!

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

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

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.

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.

Читайте также:  Особенности и самостоятельная сборка трехкоординатного фрезерного станка с ЧПУ

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.

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.

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.

Читайте также:  Технические характеристики и эксплуатация фрезерного станка ВМ127, схемы

Ось Z станка для ЧПУ. Конструкция.

На ось Z станка для ЧПУ используются: Линейные направляющие для чпу диаметром 8 мм, линейные подшипники SCS 8 UU -4штуки. SBR 10 U-4 штуки. Фланцевые подшипники — KFL08, KFL00. Двигатель Nema 23. Предусмотрена возможность крепления двигателя Nema 17 .

Ось Z для чпу начинаю делать с платформы. Платформа сделана из дюраля толщиной 10 мм. Торцевые части верхняя и нижняя сделаны из того же материала. На платформе будут установлены линейные подшипники чпу SBR 10U для движения по оси Y. С другой стороны устанавливаются торцевые части верхняя и нижняя. Торцевые части нужны для установки линейных направляющих и подшипников для ШВП. На чертеже ниже приведены размеры платформы.

На платформу устанавливаю торцевые части. Верхняя и нижняя одинаковые. Разница в размере по высоте. Фото  я привёл на рисунке. Размеры смотрите ниже.

Фото платформы с установленными подшипниками.  движение по оси X.

Устанавливаю линейные направляющие с подшипниками.

Для крепления шагового двигателя я изготовил крепёж. Деталь  крепления я сделал из листовой стали толщиной 2мм. Чертёж ниже. Шаговый двигатель крепление.

Фото крепления на шаговый двигатель.

Крепление шагового двигателя крепится через подкладку, сделанную из дюраля толщиной 4 мм.

Фото  установленного крепления шагового двигателя. Вид с тыльной стороны.

Фото с стороны ШВП и линейных направляющих.

Установка шпинделя на ось Z станка с ЧПУ

Как я уже говорил, некоторые детали размечаются, сверлятся, или изготавливаются по месту. Одно из таких мест это крепёж для шагового двигателя. Делается сначала деталь крепежа, сверлятся все отверстия по приведённому чертежу. Но отверстия, через которые деталь прикрепляется, к платформе делаются сначала меньшим диаметром 2-2,5 мм. После деталь прикладывается к корпусу платформы. Намечается и сверлится одно отверстие. И если всё подходит, отверстие увеличивается до нужного диаметра, и деталь крепится на одном болте. Далее, когда я закрепил деталь, я буду через отверстия в креплении детали просверливать остальные отверстия в платформе. Таким образом я обеспечил полную сносность отверстий.

Платформу для крепления шпинделя я сделал из дюраля толщиной 5 мм.

Все размеры я привожу ниже. Отверстия для крепления шпинделя я не сделал. Потому что на момент изготовления детали я ещё не купил шпиндель. Поэтому я не знал, как я буду  делать крепление  шпинделя. Точнее я не знал, какое крепление для шпинделя мне вышлет китаец. Я на этом изготовление оси Z заканчиваю. На фото видно, что все детали окрашены. Но я бы советовал молотковую эмаль. Потому что я использовал молотковую эмаль серого цвета. И это красиво. Но что не маловажно,эмаль хорошо держится на дюрале.

Подвижная платформа для установки шпинделя.

P.S.  Шпиндель будет использоваться Китайского производства на 1,5 кВт. Охлаждение воздушное. Можно применить и менее мощный. А также возможна установка 2,2 кВт шпинделя. Отверстия для крепления шпинделя не делал. Я буду делать по месту. Но я буду исходить из того, какой шпиндель я куплю.

• Цена: $22.65

Продолжаю предыдущие обзоры (часть 1, часть 2 и часть 3) на тему постройки станка CNC2418 из алюминиевого профиля своими руками. В прошлом обзоре писал про корректировку конструкцию в плане жесткости, сейчас более подробно про изменения: будет описание боковых пластин-держателей, новых кареток. Под катом подробности Прошлый раз я описал основные моменты сборки настольных ЧПУ станков CNC2417/2418. Часть первая: комплектующиеЧасть вторая: сборка рамыЧасть третья: сборка оси Y и рабочего столаЧасть четвертая: усиление жесткости рамы, комплект ходовой частиЧасть пятая: сборка кареток Х и Z Часть шестая: электроника станка В прошлой статье я затронул пересборку в CNC2417 с добавлением металлических держателей двигателя и усилением жесткости конструкции. Цель — добиться максимального сходства с китайским CNC2417 за минимальные деньги. Теперь продолжаю. Я уже говорил, что подготовил специальные крепежные пластины по фотографиям с описания китайского станка. Так как я поменял местами пару вертикальных профилей (они чуть длиннее, внешний вид можно посмотреть на фотографиях в первых частях эпопейной сборки), то потребовалось докупить более длинные направляющие цилиндрические валы 8мм и ходовой винт Т8. Также, обратите внимание на фотографию оригинала — по двум осям установлены винты Т8 примерно на 20 мм длиннее и предназначены для ручного перемещения кареток по осям станка с помощью ручки. Я использовал 3Д печатную крутилку-ручку(«knob», ссылки в конце текста). Так что прикупил комплект на 400мм, комплектом получается чуть дешевле, особенно с учетом периодических акций магазина и БГ-поинтов. Название лота: Machifit 15pcs 400mm CNC Parts Optical Axis Guide Bearing Housings Aluminum Rail Shaft Support Screws Set И содержит он: 2 шт. x Цилиндрический вал 8x400mm 2 шт. x Металлический суппорт-подшипник KP08 55x13x29mm 4 шт. x Алюминиевый суппорт для вала SK8 42x32x14mm 1 шт. x Ходовой винт Т8 с латунной гайкой 400x8mm 4 шт. x Линейные подшипники с корпусом SC8UU 8x34mm 2 шт. x Эластичная муфта D19L25 для двигателя 5x8mm Практически полный набор, чтобы собрать свою ось-слайдер для станка. Естественно, можно отрезать болгаркой/ножовкой длину в размер. Приведу размеры из описания лота — пригодятся для создания собственных чертежей и расчетов

Винт с гайкой самые обычные, если требуется, можно докупить гайку с компенсацией люфта Ну и отдельный плюс — это линейные подшипники сразу в корпусе, так как их проще устанавливать на самодельные конструкции. Простые LM08UU дешевле, но под них требуется сделать держатель (можно напечатать на принтере) — это отдельный разговор. Итак, несколько слов про сам набор комплектующих для новой оси Y, затем про доработку. Получил посылку спустя 3 недели после заказа, в почтовом пакете и картонной узкой коробке для прочности. Это плюс, просто из пакета у меня цилиндрические валы выпадают, на Али почему то об этом продавцы не задумываются. А зря. Каждая номенклатура из комплекта упакована отдельно в пакетик. В подшипниках присутствуют следы масла Для оценки масштаба приложил к направляющим и винту линейку. Линейка на 30 см, железо на 40 см Торцы винта и валов без заусенцев. Такое ощущение, что валы нарезают в стандартные размеры от большого хлыста, так как заметно чуть чуть нагара на торце. Но обработано после отрезки. В принципе, ту же самую операцию я могу провести самостоятельно, поэтому стараюсь брать как можно длиннее отрезки. На торцах сделана фаска. Если отрезаете самостоятельно (а я подрезаю немного в размер), то фаску можно снять на точиле/вручную. Она в основном декоративная, чтобы не было заусенцев и при установке подшипников не задевало за шарики. Микроны не ловил, диаметр вала вполне 8 мм. К точности изготовления цилиндрических валов вопросов нет, главное чтобы не погнули при доставке. У меня больше претензии к подшипникам. Взял на Али несколько лотов дешевых LM08UU, так вот некоторые сидят внатяг, а некоторые слегка люфтят. На подшипниках это заметно сильно, особенно если на один и тот же вал установить. Суппорты SK8 удобная штука. Устанавливаются сразу на профиль (любой), и зажимается вал. При желании, можно использовать в любительских конструкциях, для зажима чего угодно с диаметром 8мм (например, центра для станка). Габаритные и установочные размеры найти не проблема, они стандартные. Если требуется — пишите в личку или смотрите в первых двух темах, там были чертежи. Первоначально при примерке конструкции и до заказа использовал 3Д печатные суппорты. Сейчас удалил из за ненадобность. С металлическими получается гораздо жёстче конструкция Суппорты-подшипники KP08 для фиксации ходового винта. Для зажима есть два винта под шестигранник на 1,5. Данные суппорты очень удобно использовать в любительских конструкциях: их применяют в 3Д принтерах для оси Z, а также можно сделать самодельные ременные передачи, зажав отрезок вала 8мм в этом подшипнике и установив на вал шестерню. Обратите внимание: для установки установки винта Т8 на пластину на оси X в данной копии CNC2417 используются подшипники KFL08, в виде фланца. Ну и последнее — корпусной линейный подшипник SC08UU. Стоит чуть дороже(раза в два) простого LM08UU, но в нем присутствует резьба М4 для установки крепежный винтов. Также очень удобно использовать в любительских конструкциях из-за простоты установки. Есть вариант SC08LUU, удлиненный, который у меня используется в слайдере оси Z. Про комплект все, теперь про доработку. Начал сборку с осей X и Y, ну и кареток соответственно. Для начала собираем ось Y: двигатель, суппорт, винт с гайкой и муфта. Устанавливаем двигатель на держатель. Все просто: четыре винта М3. Длина небольшая, в основном зависит от используемой пластины (толщина) и шайб. Двигатель с пластиной перед установкой на профиль. Далее устанавливаем KP08 напротив, выдерживая расстояние от центра оси двигателя и от центра оси суппорта одинаковым Далее устанавливаем суппорты вала SK8, четыре штуки, по паре на один вал. При установке валов не забываем про подшипники. Далее собираем пластину с двигателем X, а также пластину с суппортом KFL08 Пластины сделаны симметричными, причем можно собрать с обоих сторон винт на KFL08, предварительно установив двигатель на стойку М3 (M3 Brass Spacer — удобно брать наборами). Изначально был 3Д печатный KFL08, но пока собирал и тестировал успел заказать и получить нормальный))) Собираем дальше ось Х. Устанавливаем пластины на раму Устанавливаем вторую пластину. Пластины обеспечивают дополнительную жесткость конструкции, одновременно являются держателем оси Х. Для усиления использовано 3 цилиндрических вала 8 мм. Далее в отверстия пластин устанавливаем валы (три штуки) плюс подшипники SC08UU (три пары соответственно) Фотография поближе. По 10 мм цилиндрического вала с каждой стороны зажимаются в суппорт SHF08. И желательно оставить около 20 мм ходового винта для установки ручки (ручное перемещение каретки). Устанавливаем пластину-каретку Х на подшипники. Не забываем про гайку. Я использовал 3Д печатный держатель гайки. Купить держатель достаточно проблематично. Из вариантов купить есть T8 Screw seat/block Nut или сразу плоскую пластиковую гайку (POM) с отверстиями для крепления (варианты раз и два). Видел в продаже «кубики»-держатели, но деньгам стоят дорого. Так что пока печатный держатель… Проверяем свободный ход каретки от начала до конца оси, затягиваем винты. На пластину уже крепится слайдер оси Z. Можно сделать их отрезка профиля 2080 и суппортов SK8, можно изготовить самостоятельно, можно купить и не заморачиваться Вот заготовка, но оставлю это для отдельного обзора, так как все таки ось Z сложновата в сборке (компактная) Собственно говоря, сборка рамы и осей XY окончена. Сейчас результат выглядит вот таким образом.Комплект очень удобный и можно рекомендовать для сборки/апгрейда конструкций ЧПУ станочков, граверов, принтеров. На днях опубликую отчет о сборке оси Z. Ссылка на комплект чертежей пластин для CNC2417 Ручки для вращения осей можно найти в моделях на thingiverse по ключевому слову «knob». Вот неплохой вариант, и еще один Спасибо за внимание! Используемые источники:

• https://vseochpu.ru/os-z-chpu/
• https://worksam.ru/os-z-stanka-dlja-chpu/
• https://mysku.ru/blog/china-stores/54840.html