Фрезерный станок 3х2м с чпу своими руками, планы, мысли, хотелки, чертежи.

После сборки и запуска первого фрезерного станка с чпу я начал изготавливать различные светильники из фанеры, которые реализовывал в местном строительном магазине, делал на заказ несложные элементы мебели, буквы для рекламных вывесок и чем дольше я этим занимался, тем больше понимал, что на таком станке не заработать - это было как хобби, не приносящее ничего кроме удовольствия, которое к тому же забирало огромное количество времени. Самое главное, что стало ясно какой станок мне нужен, его технические характеристики. и я принялся к проектированию станка на основе доступных в моем регионе металло-обрабатывающих станков.

Концепция фрезерного станка с чпу своими руками

Поискав организации специализирующихся на металлообработке решил, что детали будут изготавливаться лазерной резкой с последующей фрезеровкой поверхностей для установки рельсовых направляющих, детали вращения будут изготавливаться на токарных станках. (ну как обычно задумки не всегда совпадают с возможностями, об этом позже , но это не точно).

Как всегда хочется универсальный станок для обработки всего и вся. И так что хотелось реализовать в станке:

  • Конструкцию с двумя независимыми шпинделями, один для черновой второй для чистовой обработки. Либо одновременной работы шпинделей для сокращения времени раскроя. Вариант с автосменой инструмента не рассматривал из-за высокой стоимости шпинделя.
  • Обработка высоких заготовок.
  • Токарная обработка, возможность использования как 4-й оси станка. Два варианта установки для обработки «коротких» заготовок диаметром до 200мм и длиной до 1м включительно, а так же предусмотреть место для более крупных заготовок большего диаметра и большей длины(к примеру колонны, резные столбы)
  • Разборная, сварная конструкция рамы. Такое решение для возможности перевезти станок по частям на легковой автомашине. В итоге это добавит огромный объем работ.

Основные элементы фрезерного станка с чпу

Линейные перемещения

На рынке представлено множество вариантов линейных перемещений, остановился на профильных направляющих от компании HIWIN.

Линейные направляющие Hiwin используются в станках и механизмах для линейного перемещения узлов и деталей станков и механизмов. Направляющие Hiwin представлены в нескольких видах направляющего профиля рельса – серии направляющих HG, RG, EG, MG, WE, а также их модификации.

Выбор пал на рельсовые направляющие HIWIN серии HG - это универсальные направляющие высокой грузоподъемности для задач, требующих плавность хода и высокие характеристики по грузоподъемности. Специально разработанная конструкция с полукруглым профилем и углом контакта шариков 45 градусов обеспечивают устранение ошибок при установке рельсов даже на шероховатой поверхности. Каретка имеет четыре ряда шариков, вследствие этого обеспечивается жесткость конструкции и способность воспринимать нагрузки во всех направлениях, благодаря четырех-точечному контакту каретки и рельса.

Особенностями серии HG следует выделить:

  • Самоустановку
  • Взаимозаменяемость
  • Высокую жесткость конструкции во всех направлениях
Маркировка серии HG

Серия HG подразделяется на взаимозаменяемые и невзаимозаменяемые модели. Их размер идентичен. Единственным различием между двумя типами является то, что сменный тип каретки и рельса могут свободно меняться и их точность ограничивается P- классом.

Классы точности

Классы точности серии HG классифицируются на: нормальный (C), высокий (H), прецизионный (P), супер прецизионный (SP), ультра прецизионный (UP). Выбор зависит от требований оборудования.

Натяг

Для каждой профильной рельсовой направляющей можно установить преднатяг. Для этого используются негабаритные шарики. Обычно в профильных рельсовых направляющих используют отрицательный зазор между поверхностью качения и шариками, чтобы повысить жёсткость и точность. Кривая показывает, что при сильном преднатяге жёсткость удваивается. Чтобы избежать преждевременного износа системы, для профильных направляющих, типоразмер которых менее 20, не рекомендуется преднатяг свыше ZA.

HIWIN предлагает три класса стандартного натяга для различных условий применения

  • Легкий натяг - Z0: Транспортние системы, автоматические упаковочные машины, оси X-Y в промышленных машинах, сварочные автоматы
  • Средний натяг - ZA: Обрабатывающие центры, оси Z в промышленных машинах, токарные станки с ЧПУ, высокоточные X-Y столы, измерительные системы и др.
  • Сильный натяг - ZB: Обрабатывающие центры, оси Z в промышленных машинах, токарные станки с ЧПУ, горизонтальные ивертикальные фрезерные станки и др.

Точность базовой поверхности, отклонения параллельности наружной поверхности и поверхности по высоте, а также дополнительную необходимую информацию вы без труда найдете в интернете.

Я выбрал 20,25 типоразмер и взимозаменяемый тип

На Оси Х и Y установлю 25 типоразмер на ось Z 20-й.

Передачи

Зубчатая (зубчато-реечная) передача – это широко распространенный вид механической передачи которая преобразует вращательное движение в поступательное. Зубчатая передача бывает прямозубая, косозубая и шевронная, еще Новикова (круговой зуб). Косозубая помимо передачи большего услилия и возможности воспринимать большие нагрузки создает осевую нагрузка на валы и опоры, для ее компенсации нужно использовать упорные подшипники на оси.

Передачи бывают разными, в станке применим зубчатую и винтовую

Прямозубые колеса применяют преимущественно при невысоких и средних окружных скоростях, при большой твердости зубьев (когда динамические нагрузки от неточностей изготовления невелики по сравнению с полезными).

Косозубые колеса применяют для ответственных передач при средних и высоких скоростях, такие шестерни с твердыми поверхностями зубьев требуют повышенной защиты от загрязнений во избежание неравномерного износа по длине контактных линий и опасности выкрашивания.

Модуль

Еще один немаловажный параметр зубчатой передачи это - модуль, универсальная характеристика зубчатого колеса, связывающая воедино такие его важнейшие параметры, как шаг, высота зуба, число зубов и диаметр окружности выступов, если проще то это часть диаметра делительной окружности, приходящаяся на один зуб. Эта характеристика участвует во всех расчетах, связанных с конструированием систем передач. Более детальную информацию наййдете в интернете по запросу “расчет зубчатых передач”

Но тут мы остановимся на прямозубой передачи с модулем 1,5 как самой подходящей для реализации моей задумки.

Изначально я смотрел в сторону зубчатых реек с шестернями от Gudel. Так как хотелось собрать относительно точный станок, но моим мечтам не суждено было сбыться, во первых зубчатая рейка от Gudel стоит как крыло от боинга, во вторых их нужно устанавливать на отфрезерованные - выровненные места на раме, а возможность точной установки стояла под вопросом. Поэтому все больше склонялся к китайским рейкам.

Если кто задумает супер точный станок с возможностью его изготовить:

Производители реек : KUGEL, GUDEL, GAMBINI, HERION и т.п

Для каждого типа оборудования и при разных технических условиях применяются различные классы точности и исполнения зубчатых реек.

Основные параметры необходимые для расчетов зубчатой рейки:

  • Нагрузка на зуб
  • Передаваемый момент
  • Накопленная погрешность позиционирования на ша
  • Суммарная погрешность позиционирования на длину 1000 мм.

Для расчета набегающей точности можно посчитать по следующей формуле

где nR - количество стыкуемых реек, Gtf - погрешность шага рейки, nJ - количество стыков, FJ - погрешность установочной планки.

Зубчатые рейки установим на длинные оси а на ось Z поставим ШПВ винт.

ШВП

Что такое ШВП - это винтовая механическая передача, состоящая из винта и гайки и преобразующая вращательное движение в поступательное. Одной из разновидностей винтовой передачи качения является шарико-винтовая передача (ШВП), состоящая из направляющего винта и шариковой гайки, внутри которой вплотную друг к другу располагаются шарики.

Шарико-винтовая передача тоже имеет точность, схему установки, максимально допустимую частоту вращения, накопленную погрешность, динамическую и статическую нагрузочную способность винта и еще кучу параметров, а также предварительный натяг указывающий на эквивалентную нагрузку приложенную к гайке ШВП. Чем она больше, тем выше жесткость пары винт-гайка.

Двигатели, драйвера и блок питания

На осях установим шаговые моторы NEMA 34 различной мощности с драйверами GeckoDrive серии G213V, соберем трансформаторные блоки питания на максимальное напряжения для этих драйверов и сделаем дампера, которые будут гасить обратную ЭДС во время торможения.

Редуктор

Вариантов исполнения редукторов множество, но чаще в подобных станках применяют ременные передачи и планетарные редукторы. Кто-то говорит, что под шаговики лучше ременный редуктор, а под серву планетарный. На сервах ценник улетает в небо, а толку от них на самопальном станке, который будет собиратся в гараже я не вижу, поэтому будет ременный редуктор.

Сделаем одноступенчатый редуктор с максимально возможным передаточным отношением для габарита моего станка, это нужно для вывода моторов в оптимальный режим работы который прямо зависит от скорости подачи на фрезу. Если проще то это режим работы шагового двигателя при котором у него остается достаточный момент при отсутствии и/или низких вибрации на минимально допустимых подачах на фрезу при обработке материала.

Ременный редуктор будет на шкивах с профилем HTD-M5 и шириной ремня 20мм с натяжителями, корпус редуктора изготовим из металлической болванки.

Рама

Ну тут все по классике, сварная конструкция рамы, в идеале с отфрезерованными установочными плоскостями под рельсы и рейки. Ну это только мечтать можно.

Конструкцию рамы буду делать разборную из профильной трубы различного сечения.

При таких вводных, взялся за проектирование станка, забегая вперед скажу, что заняло это у меня около года. За это время конструкция претерпела много изменений.

Продолжение ->
   Личный блог 0    348 0

Комментарии ()

  1. Анатолий 31 января 2022, 01:40 # 0
    Ждем продолжения
    1. FilBe 24 марта 2022, 20:13 # 0
    2. Александр 16 марта 2022, 16:44 # 0
      Буду следить, интересно что выйдет, хочется верить что будет гуд, на данный момент времени ценники аховые! Но когда нас это останавливало!!! Удачи!!!
      1. FilBe 24 марта 2022, 20:13 # 0

      Вы должны авторизоваться, чтобы оставлять комментарии.