La pregunta de cómo fabricar una máquina CNC puede responderse brevemente. Sabiendo que una fresadora CNC casera, en general, es un dispositivo complejo con una estructura compleja, al diseñador le gustaría:
- adquirir dibujos;
- comprar componentes y sujetadores confiables;
- preparar una buena herramienta;
- tener un torno a mano y máquinas perforadoras Mecanizado CNC para producir rápidamente.
No estaría de más ver el vídeo, una especie de guía instructiva sobre por dónde empezar. Empezaré con la preparación, compraré todo lo que necesito, resolveré el dibujo - aquí solución correcta diseñador novato. Es por eso etapa preparatoria, montaje anterior, es muy importante.
Trabajo de etapa preparatoria.
Para hacer una fresadora CNC casera, existen dos opciones:
- Usted toma un conjunto de piezas ya preparado (componentes especialmente seleccionados), a partir del cual nosotros mismos ensamblamos el equipo.
- Encuentre (fabrica) todos los componentes y comience a ensamblar una máquina CNC con sus propias manos que cumpla con todos los requisitos.
Es importante decidir el propósito, el tamaño y el diseño (cómo prescindir de un dibujo maquina casera CNC), buscar esquemas para su fabricación, adquirir o fabricar algunas piezas que se necesitan para ello, adquirir tornillos guía.
Si decide crear una máquina CNC con sus propias manos y prescindir de conjuntos de componentes, mecanismos y sujetadores ya preparados, necesita un diagrama ensamblado según el cual funcionará la máquina.
Generalmente, habiendo encontrado diagrama esquemático Primero modelan todas las piezas de la máquina, preparan dibujos técnicos y luego con ellos fabrican componentes de madera contrachapada o aluminio en tornos y fresadoras (a veces es necesario utilizar una perforadora). La mayoría de las veces, las superficies de trabajo (también llamadas mesa de trabajo) son de madera contrachapada con un espesor de 18 mm.
Montaje de algunos componentes importantes de la máquina.
En la máquina que comenzó a ensamblar con sus propias manos, debe proporcionar una serie de componentes críticos que aseguren el movimiento vertical de la herramienta de trabajo. En esta lista:
- Engranaje helicoidal: la rotación se transmite mediante una correa dentada. Es bueno porque las poleas no se deslizan, transfiriendo fuerzas de manera uniforme al eje del equipo de fresado;
- si utiliza un motor paso a paso (SM) para una minimáquina, es recomendable adquirir un carro de un modelo de impresora más grande, más potente; las antiguas impresoras matriciales tenían motores eléctricos bastante potentes;
- para un dispositivo de tres coordenadas, necesitará tres SD. Es bueno que cada uno tenga 5 cables de control, la funcionalidad de la mini máquina aumentará. Vale la pena evaluar la magnitud de los parámetros: tensión de alimentación, resistencia del devanado y ángulo de rotación del motor en un solo paso. Para conectar cada motor paso a paso necesita un controlador independiente;
- Con la ayuda de tornillos, el movimiento de rotación del motor se convierte en lineal. Por logros alta precisión, mucha gente considera necesario disponer de husillos de bolas (husillos de bolas), pero este componente no es barato. Al seleccionar un juego de tuercas y tornillos de montaje para bloques de montaje, elíjalos con inserciones de plástico, esto reduce la fricción y elimina el juego;
- en lugar de un motor paso a paso, puede utilizar un motor eléctrico normal, después de una pequeña modificación;
- un eje vertical que permite que la herramienta se mueva en 3D, cubriendo todo el tabla de coordenadas. Está fabricado en placa de aluminio. Es importante que las dimensiones del eje se ajusten a las dimensiones del dispositivo. En la presencia de horno de mufla, el eje se puede fundir según las dimensiones de los dibujos.
A continuación se muestra un dibujo realizado en tres proyecciones: vista lateral, vista posterior y vista superior.
Máxima atención a la cama
La rigidez necesaria de la máquina la proporciona la bancada. Sobre él se instalan un pórtico móvil, un sistema de guía de carriles, un motor, una superficie de trabajo, un eje Z y un husillo.
Por ejemplo, uno de los creadores de una máquina CNC casera hizo un marco de soporte a partir del perfil de aluminio Maytec: dos partes (sección 40x80 mm) y dos placas finales de 10 mm de espesor del mismo material, conectando los elementos con esquinas de aluminio. La estructura está reforzada; en el interior del marco hay un marco formado por perfiles más pequeños en forma de cuadrado.
El marco se monta sin el uso de conexiones soldadas ( soldaduras poco capaz de soportar cargas de vibración). Es mejor utilizar tuercas en T como fijación. Las placas finales están provistas de un bloque de soporte para el montaje. tornillo de avance. Necesitará un cojinete liso y un cojinete de husillo.
El artesano determinó que la tarea principal de la máquina CNC de fabricación propia era la producción de piezas de aluminio. Como le convenían piezas de trabajo con un espesor máximo de 60 mm, hizo que la distancia del portal fuera de 125 mm (esta es la distancia desde la viga transversal superior hasta la superficie de trabajo).
Este difícil proceso de instalación
Es mejor montar máquinas CNC caseras, después de preparar los componentes, estrictamente según el dibujo para que funcionen. El proceso de montaje mediante husillos debe realizarse en la siguiente secuencia:
- Un artesano experto comienza fijando los dos primeros motores al cuerpo, detrás del eje vertical del equipo. Uno es responsable del movimiento horizontal. cabezal de fresado(guías de carril), y el segundo para movimiento en el plano vertical;
- un portal móvil que se mueve a lo largo del eje X lleva el husillo de fresado y el soporte (eje z). Cuanto más alto sea el pórtico, mayor será el tamaño de la pieza a procesar. Pero en un portal alto, durante el procesamiento, la resistencia a las cargas emergentes disminuye;
- Para la fijación del motor del eje Z y las guías lineales se utilizan placas delantera, trasera, superior, media e inferior. Haga allí un soporte para el husillo de fresado;
- La unidad se ensambla a partir de tuercas y espárragos cuidadosamente seleccionados. Para fijar el eje del motor y fijarlo al perno, utilice una envoltura de goma de un cable eléctrico grueso. La fijación puede ser mediante tornillos insertados en una funda de nailon.
Luego comienza el montaje del resto de componentes y conjuntos del producto casero.
Instalamos el llenado electrónico de la máquina.
Para hacer una máquina CNC con sus propias manos y operarla, debe operar con un control numérico correctamente seleccionado, placas de circuito impreso de alta calidad y componentes electrónicos (especialmente si son chinos), lo que le permitirá implementar todo en un CNC. máquina funcionalidad, procesando una parte de una configuración compleja.
Para evitar problemas de gestión, las máquinas CNC caseras cuentan entre los componentes necesarios con los siguientes componentes:
- motores paso a paso, algunos parados por ejemplo Nema;
- Puerto LPT, a través del cual se puede conectar la unidad de control CNC a la máquina;
- controladores para controladores, se instalan en una minifresadora y se conectan de acuerdo con el diagrama;
- tableros de conmutación (controladores);
- Unidad de fuente de alimentación de 36 V con transformador reductor que se convierte a 5 V para alimentar el circuito de control;
- computadora portátil o PC;
- Botón responsable de la parada de emergencia.
Sólo después de esto, se prueban las máquinas CNC (en este caso, el artesano realizará una prueba de funcionamiento, cargando todos los programas), y se identifican y eliminan las deficiencias existentes.
En lugar de una conclusión
Como puede ver, es posible fabricar un CNC que no sea inferior a los modelos chinos. Habiendo realizado un juego de repuestos con el tamaño adecuado, al tener rodamientos de alta calidad y suficientes sujetadores para el montaje, esta tarea está al alcance de quienes estén interesados en la tecnología de software. No tendrás que buscar un ejemplo por mucho tiempo.
La foto de abajo muestra algunos ejemplos de máquinas con control numerico, que fueron hechos por los mismos artesanos, no profesionales. No se hizo ninguna pieza apresuradamente, de tamaño arbitrario, sino que se fijó en el bloque con gran precisión, con una cuidadosa alineación de los ejes, el uso de husillos de alta calidad y rodamientos confiables. La afirmación es cierta: a medida que os reunáis, así trabajaréis.
Una pieza en bruto de duraluminio se procesa mediante CNC. Con una máquina de este tipo, que fue ensamblada por un artesano, se pueden realizar muchos trabajos de fresado.
Ahora un poco más de detalle sobre el montaje principal.
Entonces, para ensamblar el marco necesitarás los siguientes componentes:
- Secciones de perfil 2020 (dos longitudinales, 5 transversales, 2 verticales)
- Esquinas para perfil 16 piezas
- Tuercas en T M3 o M4 para ranura - 6mm
- Tornillos para instalación con tuercas en T (M3 o M4, respectivamente, 8...10 mm, más M3x12 para montaje de motores)
- Espaciador (ángulo de 45°)
- Herramienta (destornillador)
Ya que empecé a hablar del perfil, por si acaso repito sobre la compra y corte del perfil en Soberizavod.
Esto es estructural.
Inmediatamente compré un kit de perfil para 2418 cortado a medida.
Hay dos opciones: un perfil sin recubrir (más barato) y un perfil revestido (anodizado). La diferencia de coste es pequeña, recomiendo recubiertas, sobre todo si se utilizan como guías para rodillos. 
Seleccione el tipo de perfil deseado 2020, luego ingrese "cortar a medida". En caso contrario, puedes comprar una pieza (látigo) por 4 metros. A la hora de calcular, tenga en cuenta que el coste de un corte varía según el perfil. Y esos 4 mm están permitidos para el corte. 
Introduzca los tamaños de los segmentos. Hice la máquina 2418 un poco más grande, son siete tramos de 260 mm y dos tramos verticales de 300 mm. El vertical se puede hacer más pequeño. Si necesita una máquina más larga, entonces dos secciones longitudinales son más grandes, por ejemplo, 350 mm, y las secciones transversales también miden 260 mm (5 piezas). 
Confirmamos (debe agregarse al mapa de corte) 
revisando el carrito 
El perfil se consigue por 667 rublos junto con el servicio de corte. 
La entrega la realiza TK, puedes calcular el costo usando una calculadora, ya que conoces las dimensiones del perfil, el peso está muy bien calculado en la tabla de corte. Para el cálculo se necesita la opción “recogida de carga del proveedor”. La entrega a través de líneas comerciales costará menos, alrededor de 1000 rublos.
Puedes recogerlo en Moscú. 
En un mismo lugar hay una oficina, un almacén y un taller donde se cortan los perfiles a medida. Hay un escaparate con muestras, puedes seleccionar un perfil en el acto.
Entonces, comencemos a ensamblar el marco. maquina de escritorio 2418.
Aquí está el perfil ya cortado.
En este diseño, aumenté el eje Z (un poco más en un par de cm que los demás) para poder utilizar la máquina como taladro CNC.
En el original, el eje Z es el más corto. Esto ya lo decides tú según tus objetivos. Para ampliar el campo de trabajo, debe comprar dos secciones del perfil (par longitudinal) más grandes en la longitud requerida (por ejemplo, +10 cm), las guías se alargan en consecuencia (+10 cm para un par de ejes de 8 mm) y el tornillo (+10 cm para un tornillo T8). En términos económicos, el +10 cm indicado sale muy barato: el coste de un perfil de 10+10 cm es de unos 40 rublos, las guías y el tornillo costarán más 6 dólares (consultar).
Aquí tenéis los rincones preparados para el montaje. 
Así es como se deben instalar las tuercas en T en la ranura. No se puede enroscar desde el extremo, sino instalarlo directamente en la ranura del perfil de lado, pero luego controlar la rotación e instalación de la tuerca, ya que esto no siempre sucede, se requiere cierta habilidad. 
El corte del perfil es limpio, no hay rebabas. 
El perfil es veinte, es decir, de la serie 2020, con unas dimensiones correspondientes de 20 mm x 20 mm, una ranura de 6 mm. 
Entonces, primero ensamblamos la parte en forma de U del marco, unimos dos partes longitudinales del perfil y un travesaño exterior. Gran valor No hay duda de qué lado ensamblar, pero tenga en cuenta que hay un travesaño central que se acerca a la parte trasera. Es parte del plano vertical y el tamaño del desplazamiento depende del desplazamiento del eje Z y del husillo. Colóquelo de manera que el eje de rotación del husillo quede en el centro de la máquina (eje Y).
A continuación montamos el travesaño medio. Es más conveniente instalar primero ambas esquinas en una sección del perfil y fijarlas, y luego instalarlas en el marco.
Aplicamos un tramo del perfil, medimos la misma distancia con una regla y apretamos los tornillos. Los tornillos deben apretarse lentamente, dejando tiempo para que la tuerca en T gire y tome su posición en la ranura. Si no funciona la primera vez, afloja la tuerca nuevamente y repite. 
Instalamos la última parte del marco horizontal. Es más fácil acceder con un destornillador largo. No seas perezoso y comprueba los ángulos rectos de la estructura resultante con un cuadrado y las diagonales con una regla. 
Dado que las esquinas de la estructura están dirigidas entre sí, no importa en qué orden se monten. hice como en diseño básico CNC2418. Pero la intuición sugiere que tiene sentido aumentar la distancia entre los perfiles, especialmente cuando la altura del portal es mayor. Bien, podemos hacerlo más tarde. 
A continuación comenzamos a montar el soporte del portal vertical. 
Instalamos el portal ensamblado en la parte horizontal, lo fijamos con 6 esquinas (instaladas en tres direcciones desde el perfil vertical). 
Establecemos y mantenemos la perpendicularidad de los segmentos (a lo largo del cuadrado). Luego apreté todos los tornillos uno por uno. 
En el original, se utiliza un ángulo de extrusión especial de 45° para reforzar la vertical. No pude encontrar uno similar a la venta, así que lo reemplacé por uno impreso en 3D. El enlace al modelo está al final del tema.
Actualizar: Resultó que el original también fue impreso en 3D.
En todo caso, puede reemplazarlo con sujetadores perforados de tiendas o esquinas de muebles. Esto no afectará la calidad de ninguna manera. 
A primera vista, la estructura resultó sólida, no inestable. Se puede observar que la placa con el motor es más corta que el juego de pinzas KP08+SK8. Lo extenderé más. 
De hecho, este marco es una copia de un diseño similar de la máquina CNC2418, excepto que no copié directamente las dimensiones, lo hice un poco más grande para tener menos restos de guías y tornillos.
El montaje del bastidor está completo, ahora puede comenzar a instalar los motores. Utilizo bridas impresas en 3D para montar los motores. Es recomendable montar los superiores con soportes guía, los inferiores sin soportes, ya que el eje Y debe ser más ancho. Se aconseja instalar el eje Y sobre soportes SK8 y KP08, como en la máquina original. Los calibradores en sí se pueden imprimir en una impresora o comprar (los enlaces se encuentran al final del tema y también en la primera publicación).
Para uno de los ejes (los ejes X e Y tienen la misma longitud), tomé uno de “avistamiento”. Todavía no conocía mis "deseos" en cuanto al tamaño de la máquina. Como resultado, los restos del tornillo irán al eje Z; solo necesitarás comprar una tuerca de latón T8. 
Estaba empaquetado en una caja de cartón, dentro de cada pieza estaba en una bolsa por separado. 
El kit se ve así: un motor con un cable corto, un tornillo de avance T8, dos pinzas KP08 y dos acoplamientos 5x8. 
Hay uno similar, y además sin motor (con pinzas y tuerca).
Si lo tomas sin gran stock, entonces la opción de 400 mm funcionará bien para la "versión ampliada" de la máquina
Información adicional: fotos del kit por separado.
Marcado del motor Motor paso a paso RB 42SHDC3025-24B-500, asiento Nema17 
Se incluye un cable corto para la conexión. Convenientemente, simplemente puede aumentar la longitud sin tocar los conectores. 
Tornillo T8, tuerca 
Pinzas KR08. 
Conveniente para adjuntar al perfil. Si utiliza una brida ancha para la instalación, es mejor utilizar la versión KFL08 de la pinza, que le permite fijar el tornillo no al perfil, sino a la brida; 
El acoplamiento 5x8 es un acoplamiento dividido para conectar el eje del motor a la hélice. 
Así está originalmente montado el motor en el eje X sobre una pequeña placa de aluminio.
Hice lo mismo, solo que con una plancha de imprimir. Al mismo tiempo será un apoyo para los guías.
Ya corté la longitud extra del tornillo para el eje Z (el eje Z todavía está en proceso, la información estará por separado, probablemente también impresa en 3D).
Es probable que necesite alargar los cables del motor para pasarlo con cuidado a lo largo del perfil en parte superior a la placa electrónica (lo más probable es que haya un escudo CNC). Y no estaría de más instalar finales de carrera para posiciones extremas.
La información básica sobre el montaje ya está ahí, puedes empezar a estimar costes))))
Costo
Ahora, como se solicitó en los comentarios de la primera parte, propongo discutir el costeo. Naturalmente gasté menos de lo indicado, ya que los motores y La mayoría de Tenía los componentes en stock. Fuertemente más económico lo será si utilizas esquinas impresas caseras para el perfil, pinzas, bridas, etc. Para operar una máquina perforadora placas de circuito impreso y por fresado materiales blandos es poco probable que esto tenga algún efecto. Otra buena opción es utilizar placas perforadas de ferreterías/construcciones. Indicado para reforzar esquinas, incluidas las verticales, y para instalar un motor, siempre que la parte central esté perforada para el eje. En lugar de los sujetadores perforados, puedes usar unos hechos en casa. hoja de aluminio o madera contrachapada.
Definitivamente una compra obligada perfil 2020, de lo contrario será un tipo de máquina completamente diferente. Puedes hacer lo mismo desde una esquina de aluminio o tubo rectangular, pero solo por amor al arte))) Hay diseños más óptimos en términos de rigidez para el montaje desde una esquina/tubo.
Definitivamente necesario para el perfil. Tuercas en T. Puede comprar pernos en T, pero las tuercas en T son más universales (ya que se puede usar cualquier longitud de tornillo).
Pero el resto lo puedes cambiar a tu discreción, incluso puedes sustituir el chasis. tornillo T8 usar horquilla fabricado en acero inoxidable. A menos que sea necesario volver a calcular el número de pasos por mm en el firmware.
motores Se puede retirar de dispositivos/equipos de oficina antiguos y planificar asientos ya para un tipo específico.
Electrónica casi cualquier controlador (Anduino UNO/Anduino Nano, CNCShield, Mega R3+Ramps, A4988/DRV8825), puede usar una placa adaptadora para controladores Mach3 y TB6600. Pero la elección de la electrónica está limitada por el software utilizado.
Para perforar, puede utilizar cualquier motor DC, que le permite instalar un portabrocas y tiene una velocidad decente. EN versión básica Hay un motor 775 de alta velocidad. Para fresar, puede utilizar husillos no reactivos de 300 vatios con una pinza ER11, pero esto aumenta considerablemente el costo de la máquina en su conjunto.
Cálculo de costo aproximado:
perfil 2020 (2,5 metros) = 667r
perfil 2080 (0,5 metros) en escritorio = 485 RUR
Dos 300 mm 2х$25
. Un lote de 20 piezas sale a $5.5 con entrega
alrededor de 4r/pieza si lo tomas paquete grande. Necesitas al menos 50 piezas (montaje de motores, pinzas). No cuento los tornillos, normalmente unos pocos kopeks por pieza, dependiendo de la calidad. En total unos 400...500 rublos.
Motores 3 piezas $8.25 cada uno
Electrónica $2
$3.5
A4988 tres piezas por 1 dólar
La máquina cuesta unos 111 dólares. Si agrega un eje:
$9
$7.78,
Eso costo total alrededor de $ 128
No evalúo piezas impresas en 3D. Se puede sustituir por placas/esquinas perforadas de mercados de crepes y tiendas similares. Tampoco calculo los cables, la cinta aislante ni el tiempo invertido.
Permítanme recordarles que no todas las opciones de configuración del CNC2418 tienen motores 775 tan buenos y, especialmente, una pinza ER11.
Opciones más económico.
Por eso, como parte de este artículo instructivo, quiero que tú, junto con el autor del proyecto, un mecánico y diseñador de 21 años, hagas el tuyo propio. La narración se realizará en primera persona, pero sepan que, muy a mi pesar, no estoy compartiendo mi experiencia, sino simplemente contándola libremente al autor de este proyecto.
Habrá muchos dibujos en este artículo., se toman notas en idioma en Inglés, pero estoy seguro de que un auténtico técnico lo entenderá todo sin más. Para facilitar la comprensión, dividiré la historia en "pasos".
Prefacio del autor
Ya a los 12 años soñaba con construir una máquina que fuera capaz de crear varias cosas. Una máquina que me dará la posibilidad de realizar cualquier artículo del hogar. Dos años después me encontré con la frase CNC o para ser más precisos, la frase "fresadora CNC". Después de que descubrí que hay personas capaces de fabricar una máquina de este tipo independientemente de sus necesidades, en su garaje propio, Me di cuenta de que yo también podía hacer esto. debo hacerlo! Durante tres meses intenté reunir piezas adecuadas, pero no cedí. Así que mi obsesión se fue desvaneciendo poco a poco.
En agosto de 2013, la idea de construir una fresadora CNC volvió a capturarme. Me acababa de graduar de una licenciatura en diseño industrial en la universidad, por lo que tenía bastante confianza en mis habilidades. Ahora entendí claramente la diferencia entre yo hoy y hace cinco años. Aprendí a trabajar con metal, dominé las técnicas para trabajar con máquinas manuales para trabajar metales, pero lo más importante es que aprendí a utilizar herramientas de desarrollo. ¡Espero que este tutorial te inspire a construir tu propia máquina CNC!
Paso 1: Diseño y modelo CAD
Todo comienza con un diseño bien pensado. Hice varios bocetos para tener una mejor idea del tamaño y la forma de la futura máquina. Después de eso creé un modelo CAD usando SolidWorks. Después de modelar todas las piezas y componentes de la máquina, preparé dibujos técnicos. Utilicé estos dibujos para fabricar piezas en máquinas manuales para trabajar metales: y.
Lo confieso honestamente, amo el bien. herramientas convenientes. Por eso traté de asegurarme de que las operaciones en mantenimiento y el ajuste de la máquina se realizó de la forma más sencilla posible. Coloqué los rodamientos en bloques especiales para poder sustituirlo rápidamente. Las guías son accesibles para el mantenimiento, por lo que mi auto estará siempre limpio al finalizar el trabajo.
Archivos para descargar “Paso 1”
dimensiones
Paso 2: cama
La bancada proporciona a la máquina la rigidez necesaria. Sobre él se instalará un portal móvil, motores paso a paso, un eje Z y un husillo, y posteriormente una superficie de trabajo. Para crear el marco de soporte utilicé dos perfiles de aluminio Maytec de 40x80 mm y dos placas finales de aluminio de 10 mm de espesor. Conecté todos los elementos usando esquinas de aluminio. Para fortalecer la estructura dentro del marco principal, hice un marco cuadrado adicional a partir de perfiles de sección más pequeña.
Para evitar que entre polvo en las guías en el futuro, instalé esquinas protectoras de aluminio. La esquina se fija mediante tuercas en T, que se instalan en una de las ranuras del perfil.
Ambas placas finales tienen soportes de soporte para montar el tornillo de accionamiento.
Conjunto de marco de soporte
Esquinas para proteger guías.
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Dibujos de los elementos principales del marco.
Paso 3: portal
El portal móvil es el elemento ejecutivo de su máquina; se mueve a lo largo del eje X y lleva el husillo de fresado y el soporte del eje Z. Cuanto más alto sea el portal, más gruesa será la pieza que podrá procesar. Sin embargo, un portal alto es menos resistente a las cargas que surgen durante el procesamiento. Los pilares laterales altos del portal actúan como palancas en relación con rodamientos lineales laminación.
La tarea principal que planeaba resolver en mi fresadora CNC era el procesamiento de piezas de aluminio. Dado que el espesor máximo de las piezas de aluminio adecuadas para mí es de 60 mm, decidí hacer que el espacio libre del portal (la distancia desde la superficie de trabajo hasta la viga transversal superior) sea igual a 125 mm. Convertí todas mis medidas en modelo y dibujos técnicos en SolidWorks. Debido a la complejidad de las piezas, las procesé en un centro de mecanizado CNC industrial; esto además me permitió procesar chaflanes, lo que sería muy difícil de hacer en una fresadora de metal manual.
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Paso 4: Calibrador del eje Z
Para el diseño del eje Z, utilicé un panel frontal que se fija a los cojinetes de movimiento del eje Y, dos placas para reforzar el conjunto, una placa para montar el motor paso a paso y un panel para montar el husillo de fresado. En el panel frontal instalé dos guías de perfil a lo largo de las cuales se moverá el eje a lo largo del eje Z. Tenga en cuenta que el tornillo del eje Z no tiene un contrasoporte en la parte inferior.
Descargas “Paso 4”
Paso 5: Guías
Las guías brindan la capacidad de moverse en todas direcciones, asegurando movimientos suaves y precisos. Cualquier juego en una dirección puede provocar imprecisiones en el procesamiento de sus productos. Elegí la opción más cara: rieles perfilados de acero endurecido. Esto permitirá que la estructura soporte cargas elevadas y proporcione la precisión de posicionamiento que necesito. Para asegurarme de que las guías estuvieran paralelas, utilicé un indicador especial mientras las instalaba. La desviación máxima entre sí no fue más de 0,01 mm.
Paso 6: tornillos y poleas
Los tornillos convierten el movimiento giratorio de los motores paso a paso en movimiento lineal. A la hora de diseñar su máquina, puede elegir varias opciones para esta unidad: un par tornillo-tuerca o un par de husillo de bolas (husillo de bolas). El husillo-tuerca suele estar expuesto a más fuerzas de fricción durante el funcionamiento y, además, es menos preciso que el husillo de bolas. Si necesita una mayor precisión, definitivamente debe optar por un husillo de bolas. Pero debes saber que los husillos de bolas son bastante caros.
Hay muchas historias similares en Internet y probablemente sorprenderé a pocas personas, pero tal vez este artículo sea útil para alguien. Esta historia comenzó a finales de 2016, cuando mi amigo y yo, socio en el desarrollo y producción de equipos de prueba, acumulamos una cierta cantidad de dinero. Para no simplemente desperdiciar dinero (este es un negocio joven), decidimos invertirlo en el negocio, después de lo cual se nos ocurrió la idea de fabricar una máquina CNC. Ya tenía experiencia en la construcción y trabajo con este tipo de equipos, y el área principal de nuestra actividad es el diseño y la metalurgia, lo que acompañó la idea de construir una máquina CNC.
Fue entonces cuando comenzó el movimiento, que continúa hasta el día de hoy...
Todo continuó estudiando foros dedicados a temas de CNC y eligiendo el concepto básico del diseño de la máquina. Una vez decididos los materiales a procesar en la futura máquina y su campo de trabajo, aparecieron los primeros bocetos en papel, que luego fueron transferidos al ordenador. En el entorno de modelado tridimensional KOMPAS 3D, la máquina se visualizó y comenzó a adquirir más pequeños detalles y matices, que resultaron ser más de los que nos gustaría, algunos de los cuales todavía estamos resolviendo a día de hoy.
Una de las decisiones iniciales fue determinar los materiales a procesar en la máquina y las dimensiones del campo de trabajo de la máquina. En cuanto a los materiales, la solución fue bastante sencilla: madera, plástico, materiales compuestos y metales no ferrosos (principalmente duraluminio). Dado que en nuestra producción utilizamos principalmente máquinas para trabajar metales, a veces necesitamos una máquina que pueda procesar rápidamente materiales que son bastante fáciles de procesar a lo largo de una trayectoria curva, y esto posteriormente reduciría el costo de producción de las piezas solicitadas. Basado en los materiales seleccionados, suministrados principalmente en embalajes de láminas, con tamaños estándar 2,44x1,22 metros (GOST 30427-96 para madera contrachapada). Redondeando estas dimensiones llegamos a los siguientes valores: 2,5x1,5 metros, espacio de trabajo Definitivamente, a excepción de la altura de elevación de la herramienta, este valor se eligió considerando la posibilidad de instalar un tornillo de banco y se asumió que no tendríamos piezas con un espesor superior a 200 mm. También tuvimos en cuenta el hecho de que si es necesario mecanizar el extremo de cualquier pieza de chapa con una longitud superior a 200 mm, para ello la herramienta se mueve más allá de las dimensiones de la base de la máquina y de la pieza/pieza en sí. está fijado en el lado final de la base, con lo que se puede procesar el extremo de la pieza.
Diseno de la maquina es una base de marco prefabricada del 80. tubo perfilado con una pared de 4 mm. A ambos lados de la longitud de la base se fijan guías rodantes de perfil del tamaño estándar 25, sobre las cuales se instala un portal, realizado en forma de tres tubos perfilados soldados entre sí del mismo tamaño estándar que la base.
La máquina tiene cuatro ejes y cada eje es accionado por un husillo de bolas. Dos ejes están ubicados paralelos a lo largo del lado largo de la máquina, emparejados por software y vinculados a la coordenada X. En consecuencia, los dos ejes restantes son coordenadas Y y Z.
¿Por qué exactamente nos decidimos por un marco prefabricado? Al principio queríamos hacer una estructura puramente soldada con chapas soldadas integradas para el fresado, la instalación de guías y soportes de husillos de bolas, pero no encontramos una fresadora de coordenadas lo suficientemente grande para el fresado. Tuve que dibujar un marco prefabricado para poder procesar todas las piezas yo mismo utilizando las máquinas para trabajar metales disponibles en la producción. Cada pieza que estuvo expuesta a la soldadura por arco eléctrico fue recocida para aliviar la tensión interna. A continuación, se fresaron todas las superficies de contacto y, posteriormente, hubo que raspar los ajustes en algunos lugares.
Avanzando, me gustaría decir de inmediato que el montaje y la fabricación del marco resultó ser el evento más laborioso y económicamente costoso en la construcción de la máquina. En nuestra opinión, la idea original con un marco completamente soldado es superior en todos los aspectos a una estructura prefabricada. Aunque puede que muchos no estén de acuerdo conmigo.
Me gustaría hacer una reserva de inmediato: por ahora no consideraremos máquinas hechas de perfiles estructurales de aluminio; esto es más bien un tema para otro artículo;
Al continuar ensamblando la máquina y discutiéndola en foros, muchos comenzaron a aconsejar hacer brazos de acero diagonales dentro y fuera del marco para agregar aún más rigidez. No descuidamos este consejo, pero también agregamos foques a la estructura, ya que el marco resultó bastante macizo (unos 400 kg). Y una vez finalizado el proyecto, el perímetro se cubrirá con chapa de acero, que conectará aún más la estructura.
Pasemos ahora al tema mecánico de este proyecto. Como se mencionó anteriormente, el movimiento de los ejes de la máquina se realizaba a través de un par de husillos de bolas de 25 mm de diámetro y 10 mm de paso, cuya rotación se transmitía desde motores paso a paso con 86 y 57 bridas. Inicialmente, se pretendía girar la propia hélice directamente para eliminar el juego innecesario y los engranajes adicionales, pero sin ellos no se podría hacer debido a que con una conexión directa entre el motor y la hélice, esta última comenzaría a desenrollarse a altas velocidades, especialmente cuando el portal está en posiciones extremas. Teniendo en cuenta que la longitud de los tornillos a lo largo del eje X era de casi tres metros, se instaló un tornillo con un diámetro de 25 mm para reducir la flacidez; de lo contrario, un tornillo de 16 mm habría sido suficiente.
Este matiz ya se descubrió durante la producción de piezas, y fue necesario resolver rápidamente este problema fabricando una tuerca giratoria, en lugar de un tornillo, lo que añadió al diseño un conjunto de rodamiento adicional y una transmisión por correa. Esta solución también permitió apretar bien el tornillo entre los soportes.
El diseño de la tuerca giratoria es bastante sencillo. Inicialmente, seleccionamos dos rodamientos de bolas cónicos, que se reflejan en la tuerca del husillo de bolas, habiendo cortado previamente una rosca en su extremo para fijar la pista del rodamiento a la tuerca. Los cojinetes, junto con la tuerca, encajan en la carcasa, a su vez, toda la estructura se fija al extremo del poste del portal. En la parte delantera del husillo de bolas, las tuercas fijaban un manguito adaptador a los tornillos, que posteriormente se giraba montado sobre un mandril para alinearlo. Le pusieron una polea y la apretaron con dos contratuercas.
Evidentemente, algunos de vosotros os haréis la pregunta: “¿Por qué no utilizar una cremallera como mecanismo de transmisión?” La respuesta es bastante simple: un husillo de bolas proporcionará precisión de posicionamiento, mayor fuerza motriz y, en consecuencia, menos par en el eje del motor (esto es lo que recordé de inmediato). Pero también hay desventajas: menor velocidad de movimiento y, si se toman tornillos de calidad normal, el precio varía en consecuencia.
Por cierto, tomamos tornillos de bolas y tuercas de TBI, suficientes una opción de presupuesto, pero la calidad también es adecuada, ya que de los 9 metros de tornillo tomados tuvimos que tirar 3 metros, debido a la discrepancia entre las dimensiones geométricas, ninguna de las tuercas simplemente se enroscó...
Como guías de deslizamiento se utilizaron guías de perfil de 25 mm de HIWIN. Para su instalación se fresaron ranuras de instalación para mantener el paralelismo entre las guías.
Decidimos hacer soportes para husillos de bolas. por nuestra cuenta, resultaron ser de dos tipos: soportes para tornillos giratorios (ejes Y y Z) y soportes para tornillos no giratorios (eje X). Se podrían adquirir soportes para tornillos giratorios, ya que el ahorro por salir adelante por sí mismo 4 partes no fueron suficientes. Otra cosa es con los soportes para tornillos no giratorios: estos soportes no se encuentran a la venta.
Por lo dicho anteriormente, el eje X es accionado por tuercas giratorias y mediante una correa. transmisión de engranajes. También decidieron hacer los otros dos ejes Y y Z a través de una transmisión por correa, esto agregará mayor movilidad al cambiar el momento transmitido, agregará estética en vista de instalar el motor no a lo largo del eje del husillo de bolas, sino en el lado del mismo, sin aumentar las dimensiones de la máquina.
Ahora pasemos suavemente a parte electrica, y comenzaremos con los accionamientos; se eligieron motores paso a paso, por supuesto, por razones de precio más bajo en comparación con los motores con retroalimentación. En el eje X instalaron dos motores con brida 86, en los ejes Y y Z había un motor con brida 56, solo que con diferente par máximo. A continuación intentaré imaginar Lista llena partes compradas...
El circuito eléctrico de la máquina es bastante simple: los motores paso a paso están conectados a controladores, que a su vez están conectados a la placa de interfaz, que también está conectada a través de un puerto LPT paralelo a una computadora personal. Utilicé 4 controladores, uno para cada motor. Instalé todos los mismos controladores para simplificar la instalación y conexión, con una corriente máxima de 4A y un voltaje de 50V. Como placa de interfaz para máquinas CNC utilicé una opción relativamente económica, desde fabricante nacional como se indica en el sitio web la mejor opción. Pero no lo confirmaré ni lo negaré, la placa es fácil de usar y lo más importante es que funciona. En mis proyectos pasados utilicé placas de fabricantes chinos, también funcionan, y en sus periféricos se diferencian poco de la que utilicé en este proyecto. Noté que en todos estos tableros uno puede no ser significativo, pero la desventaja es que solo se pueden instalar hasta 3 interruptores de límite, pero se requieren al menos dos de estos interruptores para cada eje. ¿O simplemente no entendí? si tenemos 3 máquina axial, entonces en consecuencia necesitamos configurar Finales de carrera en las coordenadas cero de la máquina (esto también se llama " situación del hogar") y en la mayoría coordenadas extremas de modo que en caso de fallo o falta de agarre en el campo de trabajo, uno u otro eje simplemente no falla (simplemente no se rompe). Mi circuito utiliza: sensores inductivos sin contacto de 3 extremos y un botón de parada de emergencia en forma de hongo. La sección de potencia se alimenta desde dos fuentes de alimentación conmutadas de 48 V. y 8A. El husillo refrigerado por agua de 2,2 kW está conectado a través de un convertidor de frecuencia. La velocidad se configura desde una computadora personal, ya que el convertidor de frecuencia se conecta a través de una placa de interfaz. La velocidad se regula cambiando el voltaje (0-10 voltios) en la salida correspondiente del convertidor de frecuencia.
Todos los componentes eléctricos, excepto los motores, el husillo y los interruptores de límite, se montaron en un gabinete metálico. Todo el control de la máquina se realiza desde una computadora personal; encontramos una PC antigua con una placa base de formato ATX. Sería mejor encogerse un poco y comprar un pequeño mini-ITX con procesador y tarjeta de video incorporados. Dado el gran tamaño de la caja eléctrica, era difícil encajar todos los componentes en su interior; tuvieron que colocarse muy cerca unos de otros. En la parte inferior de la caja coloqué tres ventiladores de refrigeración forzada, ya que el aire dentro de la caja estaba muy caliente. En la parte frontal se atornilló una placa de metal, con orificios para los botones de encendido y de parada de emergencia. También en este panel había un enchufe para encender la PC, lo saqué de la carcasa de una mini computadora vieja, es una lástima que no funcionó. También se colocó una placa de cubierta en el extremo posterior de la caja; en ella se colocaron orificios para conectores para fuente de alimentación de 220 V, motores paso a paso, husillo y conector VGA.
Todos los cables de los motores, el husillo y las mangueras de agua para su refrigeración se colocaron en cable flexible Canales tipo oruga de 50mm de ancho.
Sobre software Luego se instaló Windows XP en una PC ubicada en una caja eléctrica y se utilizó uno de los programas Mach3 más comunes para controlar la máquina. El programa está configurado de acuerdo con la documentación en la placa de interfaz, todo se describe allí con bastante claridad y en imágenes. Por qué exactamente Mach3, y todo porque tenía experiencia laboral, escuché sobre otros programas, pero no los consideré.
Especificaciones:
Espacio de trabajo, mm: 2700x1670x200;
Velocidad de movimiento de los ejes, mm/min: 3000;
Potencia del husillo, kW: 2,2;
Dimensiones, mm: 2800x2070x1570;
Peso, kg: 1430.
Lista de partes:
Tubo perfilado 80x80 mm.
Regleta metálica 10x80mm.
Husillo de bolas TBI 2510, 9 metros.
Tuercas de husillo de bolas TBI 2510, 4 uds.
Guías de perfil carro HIWIN HGH25-CA, 12 uds.
Carril HGH25, 10 metros.
Motores paso a paso:
NEMA34-8801: 3 uds.
NEMA 23_2430: 1 ud.
Polea BLA-25-5M-15-A-N14: 4 uds.
Polea BLA-40-T5-20-A-N 19: 2 uds.
Polea BLA-30-T5-20-A-N14: 2 uds.
Placa de interfaz StepMaster v2.5: 1 ud.
Controlador de motor paso a paso DM542: 4 unidades. (Porcelana)
Fuente de alimentación conmutada 48V, 8A: 2 uds. (Porcelana)
Convertidor de frecuencia 2,2 kW. (Porcelana)
Husillo de 2,2 kW. (Porcelana)
Parece que he enumerado las piezas y componentes principales, si no he incluido algo, escribe en los comentarios y lo agregaré.
Experiencia operativa de la máquina: Finalmente, después de casi un año y medio, finalmente lanzamos la máquina. Primero, ajustamos la precisión de posicionamiento de los ejes y su velocidad máxima. Según colegas más experimentados velocidad máxima 3m/min no es alto y debería ser tres veces mayor (para procesar madera, contrachapado, etc.). A la velocidad que hemos alcanzado, el portal y otros ejes son casi imparables apoyando las manos (con todo el cuerpo) sobre ellos: corre como un tanque. Comenzamos las pruebas procesando madera contrachapada, el cortador funciona como un reloj, no hay vibración de la máquina, pero también profundizamos un máximo de 10 mm en una sola pasada. Aunque después empezaron a profundizar más.
Después de jugar con madera y plástico, decidimos roer duraluminio; quedé encantado, aunque primero rompí varios cortadores de 2 mm de diámetro mientras seleccionaba los modos de corte. El duraluminio corta con mucha confianza y el resultado es un corte bastante limpio a lo largo del borde mecanizado.
Aún no hemos intentado procesar acero, pero creo que la máquina al menos se encargará del grabado, pero para fresar el husillo es demasiado débil, sería una lástima matarlo.
Por lo demás, la máquina hace frente bien a las tareas que se le asignan.
Conclusión, opinión sobre el trabajo realizado: Se trabajó mucho, pero al final estábamos bastante cansados, ya que nadie canceló el trabajo principal. Y se invirtió mucho dinero, no diré la cantidad exacta, pero son unos 400 mil rublos. Además de los costos de equipo, la mayor parte de los costos y la mayor parte del esfuerzo se destinaron a fabricar la base. Vaya, hemos tenido muchos problemas con él. De lo contrario, todo se hizo a medida que se disponía de fondos, tiempo y piezas terminadas para continuar con el montaje.
La máquina resultó bastante funcional, bastante rígida, maciza y de gran calidad. Mantiene una buena precisión de posicionamiento. Al medir un cuadrado de duraluminio de 40x40, la precisión fue de +- 0,05 mm. No se midió la precisión del procesamiento de piezas más grandes.
Que sigue…: Aún queda mucho trabajo en la máquina, consistente en cubrir las guías y husillos de bolas con protección contra el polvo, cubrir la máquina en todo su perímetro e instalar techos en el centro de la base, que formarán 4 grandes estantes para la refrigeración de la máquina. husillo, almacenamiento de herramientas y equipos. Se quería dotar a uno de los cuartos de la base de un cuarto eje. También es necesario instalar un ciclón en el eje para eliminar y recolectar virutas de polvo, especialmente si está procesando madera o textolita, de donde el polvo vuela por todas partes y se deposita en todas partes.
En cuanto al destino futuro de la máquina, no todo está claro, ya que tuve un problema territorial (me mudé a otra ciudad) y ahora casi no hay nadie para trabajar en la máquina. Y no se garantiza que los planes anteriores se hagan realidad. Nadie podría haber imaginado esto hace dos años. Agregar etiquetas