Halo pembaca yang budiman, dalam artikel ini saya ingin membagikan pengalaman saya dalam membangun mesin portal milling kontrol numerik.
Ada banyak kisah serupa di internet, dan saya mungkin tidak akan mengejutkan siapa pun, tetapi mungkin artikel ini akan bermanfaat bagi seseorang. Kisah ini dimulai pada akhir 2016, ketika saya mengumpulkan sejumlah uang dengan teman saya, seorang mitra dalam pengembangan dan produksi peralatan pengujian. Agar tidak melewatkan uang (itu masalah muda), kami memutuskan untuk menginvestasikannya dalam bisnis, setelah itu ide pembuatan mesin CNC muncul dengan ide itu. Saya sudah memiliki pengalaman dalam membangun dan bekerja dengan peralatan semacam ini, dan bidang utama kegiatan kami adalah desain dan pemrosesan logam, yang disertai dengan gagasan membangun mesin CNC.
Dan kemudian gerakan dimulai, yang berlanjut hingga hari ini ...
Semuanya berlanjut dengan studi tentang forum-forum yang membahas topik-topik CNC dan pilihan konsep dasar desain mesin. Setelah sebelumnya memutuskan bahan yang akan diproses di mesin masa depan dan bidang kerjanya, sketsa kertas pertama kali muncul, yang kemudian ditransfer ke komputer. Di lingkungan pemodelan tiga dimensi KOMPAS 3D, mesin itu divisualisasikan dan mulai tumbuh menjadi detail dan nuansa yang lebih kecil, yang ternyata lebih dari yang kita inginkan, beberapa masih diselesaikan.
Salah satu keputusan awal adalah untuk menentukan bahan yang diproses pada mesin dan dimensi bidang kerja mesin. Adapun bahan, solusinya cukup sederhana - itu adalah kayu, plastik, bahan komposit dan logam non-ferro (terutama duralumin). Karena kami memiliki sebagian besar mesin pengerjaan logam dalam produksi, kadang-kadang Anda memerlukan mesin yang dapat dengan cepat memproses bahan yang cukup mudah diproses di sepanjang jalur lengkung, dan ini selanjutnya akan mengurangi biaya pembuatan komponen yang dipesan. Berdasarkan bahan yang dipilih, terutama dipasok oleh pengepakan lembaran, dengan ukuran standar 2,44x1,22 meter (GOST 30427-96 untuk kayu lapis). Dengan membulatkan ukuran ini, kami mencapai nilai-nilai berikut: 2,5x1,5 meter, ruang kerja jelas, dengan pengecualian ketinggian alat, kami memilih nilai ini untuk alasan pemasangan catok dan menyarankan agar kami tidak memiliki lebih dari 200 mm benda kerja. Kami juga memperhitungkan saat itu jika perlu untuk memproses permukaan ujung dari setiap bagian lembaran logam yang lebih panjang dari 200 mm, untuk ini pahat bergerak melampaui dimensi dasar mesin, dan bagian / benda kerja itu sendiri melekat pada sisi ujung alas, dengan demikian memproses permukaan ujung bagian tersebut.
Desain mesin adalah basis bingkai prefabrikasi dari pipa profil ke-80 dengan dinding 4mm. Di kedua sisi pangkalan panjang, panduan linting profil ukuran 25 diperbaiki, di mana portal dipasang, dibuat dalam bentuk tiga tabung profil yang dilas bersama dalam ukuran yang sama dengan pangkalan.
Mesin memiliki empat aksial dan masing-masing sumbu menggerakkan bola sekrup. Dua sumbu terletak sejajar dengan sisi panjang alat berat, perangkat lunak berpasangan dan terikat pada koordinat X. Dengan demikian, dua sumbu yang tersisa adalah koordinat Y dan Z.
Mengapa kami berhenti di rangka prafabrik: awalnya kami ingin membuat struktur yang dilas secara bersih dengan lembar las yang tertanam untuk penggilingan, memasang pemandu dan sekrup bola, tetapi kami tidak menemukan mesin koordinat-penggilingan yang cukup besar untuk penggilingan. Saya harus menggambar bingkai prefabrikasi sehingga memungkinkan untuk memproses semua bagian kita sendiri dengan mesin pengerjaan logam yang ada. Setiap bagian yang terkena pengelasan busur listrik dianil untuk menghilangkan tekanan internal. Selanjutnya, semua permukaan kawin digiling, dan sebagai akibat dari kecocokan, mereka harus dikikis di beberapa tempat.
Memanjat ke depan, saya ingin segera mengatakan bahwa perakitan dan pembuatan bingkai ternyata merupakan acara yang paling memakan waktu dan mahal secara finansial dalam pembuatan mesin. Menurut pendapat kami, ide orisinal dengan kerangka yang dilas dengan mulus dalam segala hal memintas struktur prefabrikasi. Meskipun banyak yang mungkin tidak setuju dengan saya.
Banyak amatir dan tidak hanya merakit jenis dan ukuran ini (dan bahkan lebih besar) dari mesin di bengkel atau garasi mereka, membuat kerangka yang sepenuhnya dilas, tetapi tanpa anil dan pemesinan berikutnya, dengan pengecualian lubang pengeboran untuk pemasangan rel. Bahkan jika Anda beruntung dengan tukang las, dan dia melas struktur dengan geometri yang cukup baik, maka setelah pekerjaan mesin ini karena memantul dan getaran, geometrinya akan hilang, berubah. Tentu saja, saya bisa membuat banyak kesalahan, tetapi jika seseorang mengetahui masalah ini, maka silakan bagikan pengetahuan Anda di komentar.
Saya ingin membuat reservasi segera bahwa kami tidak akan mempertimbangkan mesin dari profil struktural aluminium di sini, ini lebih merupakan masalah dari artikel lain.
Melanjutkan perakitan mesin dan mendiskusikannya di forum, banyak yang mulai menyarankan membuat jibs baja diagonal di dalam bingkai dan di luar untuk menambah kekakuan bahkan lebih. Kami tidak mengabaikan saran ini, tetapi kami juga menambahkan jibs ke struktur, karena frame ternyata cukup besar (sekitar 400 kg). Dan pada akhir proyek, perimeter akan dilewati dengan baja lembaran, yang selanjutnya akan menghubungkan struktur.
Mari kita beralih ke pertanyaan mekanis dari proyek ini. Seperti disebutkan sebelumnya, pergerakan kapak mesin dilakukan melalui pasangan sekrup bola dengan diameter 25 mm dan pitch 10 mm, rotasi yang ditransmisikan dari motor stepper dengan 86 dan 57 flensa. Awalnya, itu seharusnya memutar sekrup itu sendiri untuk menyingkirkan kelebihan pukulan dan roda gigi tambahan, tetapi mereka tidak bisa melakukannya tanpa mereka, karena dengan koneksi langsung dari mesin dan sekrup, yang terakhir akan mulai bersantai dengan kecepatan tinggi, terutama ketika portal berada di posisi ekstrim. Mengingat fakta bahwa panjang sekrup di sepanjang sumbu X adalah hampir tiga meter, dan untuk sedikit mengendur sekrup dengan diameter 25 mm diletakkan, jika tidak, sekrup 16 mm sudah cukup.
Nuansa ini sudah ditemukan selama produksi suku cadang, dan kami harus dengan cepat menyelesaikan masalah ini dengan membuat mur yang berputar daripada sekrup, yang menambahkan rakitan bantalan tambahan dan penggerak sabuk ke desain. Solusi ini juga memungkinkan untuk mengencangkan sekrup di antara pendukung dengan baik.
Desain mur berputar cukup sederhana. Awalnya, dua bantalan bola meruncing dipilih, yang dicerminkan pada mur sekrup bola, setelah memotong benang dari ujungnya, untuk memperbaiki balapan bantalan pada mur. Bantalan dengan mur berdiri di perumahan, pada gilirannya, seluruh struktur dipasang di ujung rak portal. Di bagian depan sekrup bola, mur menahan lengan adaptor ke sekrup, yang kemudian dipasang pada mandrel dan diputar untuk meluruskan. Sebuah katrol diletakkan di atasnya dan dikencangkan dengan dua buah pengunci.
Jelas, beberapa dari Anda akan bertanya-tanya, "Mengapa tidak menggunakan rak gigi sebagai mekanisme untuk mentransmisikan gerakan?" Jawabannya cukup sederhana: ballscrew akan memberikan akurasi posisi, kekuatan pendorong yang lebih besar, dan karena itu torsi yang lebih kecil pada poros motor (inilah yang saya ingat saat bepergian). Tetapi ada juga kelemahan - kecepatan gerakan yang lebih rendah dan jika Anda mengambil sekrup dengan kualitas normal, maka harganya masing-masing.
Ngomong-ngomong, kami mengambil sekrup bola dan mur dari TBI, opsi yang agak murah, tapi kualitasnya sesuai, karena sekrup 9 meter yang diambil, kami harus melempar 3 meter, karena ketidakcocokan dalam dimensi geometris, tidak satu pun mur yang rusak ...
Sebagai panduan geser, panduan profil dari ukuran standar rel 25 mm, perusahaan HIWIN digunakan. Untuk pemasangannya, alur pemasangan digiling untuk menjaga paralelisme antara rel.
Mereka memutuskan untuk membuat sekrup bola sendiri, mereka ternyata terdiri dari dua jenis: penopang sekrup putar (sumbu Y dan Z) dan penopang sekrup sekrup yang tidak berputar (sumbu X). Dukungan untuk sekrup putar dapat dibeli, karena ada sedikit penghematan karena pembuatan 4 bagian in-house. Hal lain adalah dengan dukungan untuk sekrup yang tidak berputar - pendukung seperti itu tidak dapat ditemukan dijual.
Dari hal tersebut di atas, sumbu X digerakkan dengan memutar mur dan melalui sabuk gigi. Kami juga memutuskan untuk membuat dua sumbu Y dan Z lainnya melalui sabuk gigi, ini akan menambah lebih banyak mobilitas dalam mengubah momen yang ditransmisikan, menambah estetika mengingat menginstal mesin tidak sepanjang sumbu sekrup bola, tetapi di sisi itu, tanpa meningkatkan dimensi mesin.
Sekarang mari kita bergerak dengan lancar ke bagian
listrik , dan kita akan mulai dengan drive, motor langkah dipilih karena mereka, tentu saja, karena alasan harga yang lebih rendah dibandingkan dengan motor umpan balik. Dua mesin dengan flensa ke-86 dipasang pada sumbu X, pada mesin dengan flensa ke-56 pada sumbu Y dan Z, hanya dengan torsi maksimum yang berbeda. Di bawah ini saya akan mencoba memberikan daftar lengkap suku cadang yang dibeli ...
Sirkuit listrik dari mesin ini cukup sederhana, motor stepper terhubung ke driver, yang pada gilirannya terhubung ke papan antarmuka, juga terhubung melalui port LPT paralel ke komputer pribadi. Pengemudi menggunakan 4 buah, masing-masing, satu buah untuk masing-masing mesin. Semua driver diatur sama, untuk menyederhanakan instalasi dan koneksi, dengan arus maksimum 4A dan tegangan 50V. Sebagai papan antarmuka untuk mesin CNC, saya menggunakan opsi yang relatif murah, dari produsen domestik, seperti yang ditunjukkan di situs web sebagai pilihan terbaik. Tapi saya tidak akan mengkonfirmasi atau membantahnya, papan ini mudah digunakan dan yang paling penting, ini berfungsi. Dalam proyek-proyek masa lalu saya, saya menggunakan papan dari produsen Cina, mereka juga bekerja, dan pada periferal mereka sedikit berbeda dari apa yang saya gunakan dalam proyek ini. Saya perhatikan di semua papan ini, satu mungkin tidak signifikan, tetapi minus, Anda hanya dapat menginstal hingga 3 limit switch pada mereka, tetapi setidaknya dua dari switch ini diperlukan pada setiap sumbu. Atau bukankah saya baru saja memahaminya? Jika kita memiliki mesin 3-sumbu, maka dengan demikian kita perlu mengatur sakelar batas pada koordinat nol mesin (ini juga disebut "posisi rumah") dan dalam koordinat paling ekstrem sehingga jika terjadi kegagalan atau kekurangan lapangan kerja, sumbu ini atau itu sama sekali tidak rusak (tidak rusak). Dalam skema saya, saya menggunakan: 3 tanpa ujung tanpa sensor induktif kontak dan tombol darurat "E-STOP" dalam bentuk jamur. Unit daya ini ditenagai oleh dua catu daya switching 48V. dan 8A. 2.2kW spindel berpendingin air, masing-masing terhubung melalui konverter frekuensi. Pergantian diatur dari komputer pribadi, karena konverter frekuensi terhubung melalui papan antarmuka. Putaran diatur dengan perubahan tegangan (0-10 volt) pada output yang sesuai dari konverter frekuensi.
Semua komponen listrik, kecuali motor, spindel dan sakelar batas, dipasang di kabinet logam listrik. Semua kontrol mesin dilakukan dari komputer pribadi, kami menemukan PC lama pada motherboard dari form factor ATX. Akan lebih baik jika mereka sedikit lusuh dan membeli mini-ITX kecil dengan prosesor dan kartu video terintegrasi. Dengan dimensi kotak listrik yang tidak kecil, semua komponen hampir tidak ditempatkan di dalamnya, mereka harus ditempatkan cukup dekat satu sama lain. Di bagian bawah kotak saya menempatkan tiga kipas pendingin paksa, karena udara di dalam kotak sangat panas. Di sisi depan, pelat logam terpasang, berlubang untuk tombol daya dan tombol berhenti darurat. Juga pada pad ini ada soket untuk menyalakan PC, saya lepaskan dari kasing komputer mini lama, sayang sekali ternyata tidak berfungsi. Overlay juga diperbaiki dari bagian belakang kotak, lubang untuk konektor untuk menghubungkan daya 220V, motor stepper, spindle dan konektor VGA ditempatkan di dalamnya.
Semua kabel dari motor, spindle, serta selang air untuk mendinginkannya, meletakkan saluran ulat lebar 50mm di kabel fleksibel.
Sedangkan untuk perangkat lunak, Windows XP diinstal pada PC yang terletak di kotak listrik, dan salah satu program Mach3 yang paling umum digunakan untuk mengendalikan mesin. Program ini dikonfigurasi sesuai dengan dokumentasi untuk papan antarmuka, semuanya dijelaskan di sana dengan cukup jelas dan dalam gambar. Mengapa tepatnya Mach3, dan semuanya sama, memiliki pengalaman kerja, saya mendengar tentang program lain, tetapi tidak mempertimbangkannya.
Spesifikasi:Ruang kerja, mm: 27001670200;
Kecepatan perjalanan sumbu, mm / mnt: 3000;
Spindle Power, kW: 2.2;
Dimensi, mm: 280020701570;
Berat, kg: 1430.
Daftar Bagian:Pipa profil 80x80 mm.
Strip logam 10x80mm.
Ballscrew TBI 2510, 9 meter.
Ballscrew nuts TBI 2510, 4 pcs.
Panduan profil kereta HIWIN HGH25-CA, 12 pcs.
Rail HGH25, 10 meter.
Motor stepper:
NEMA34-8801: 3 pcs.
NEMA 23_2430: 1pc.
Pulley BLA-25-5M-15-A-N14: 4 pcs.
Pulley BLA-40-T5-20-AN 19: 2 buah.
Pulley BLA-30-T5-20-A-N14: 2 pcs.
Papan antarmuka StepMaster v2.5: 1 pc.
DM542 driver motor stepper: 4 pcs (Cina)
Switching power supply 48V, 8A: 2 pcs. (Cina)
2.2 kW inverter. (Cina)
2.2 kW spindle. (Cina)
Saya sudah mencantumkan detail dan komponen utama, jika ada sesuatu yang tidak dimasukkan, kemudian menulis di komentar, saya akan menambahkan.
Pengalaman kerja pada mesin: Pada akhirnya, setelah hampir satu setengah tahun, kami masih memulai mesin. Pertama, kami mengatur akurasi pemosisian sumbu dan kecepatan maksimumnya. Menurut rekan yang lebih berpengalaman, kecepatan maksimum 3m / mnt tidak tinggi dan harus tiga kali lebih tinggi (untuk pemrosesan kayu, kayu lapis, dll.). Dengan kecepatan yang telah kita capai, portal dan kapak-kapak lainnya, dengan tangan mereka (dengan seluruh tubuh mereka) bertumpu pada mereka, hampir tidak dapat dihentikan - bergegas seperti tank. Pengujian dimulai dengan pemrosesan kayu lapis, pemotong berjalan seperti jarum jam, tidak ada getaran mesin, tetapi juga diperdalam maksimal 10 mm dalam satu lintasan. Meskipun mereka mulai semakin dalam setelah lebih dalam.
Setelah bermain dengan kayu dan plastik, kami memutuskan untuk mengunyah duralumin, di sini saya senang, meskipun saya pertama kali mematahkan beberapa pabrik dengan diameter 2 mm, sementara saya memilih kondisi pemotongan. Duralumin memotong sangat percaya diri, dan potongan yang cukup bersih diperoleh, di sepanjang tepi mesin.
Kami belum mencoba memproses baja, tetapi saya pikir setidaknya mesin akan menarik ukiran, dan untuk menggiling spindel lemah, sangat disayangkan untuk membunuhnya.
Dan sisa mesin mengatasi tugasnya dengan sempurna.
Kesimpulan, pendapat tentang pekerjaan yang dilakukan: Pekerjaan tidak kecil, kami akhirnya cukup lelah, karena tidak ada yang membatalkan pekerjaan utama. Ya, dan tidak sedikit uang yang diinvestasikan, saya tidak akan mengatakan jumlah persisnya, tetapi ini sekitar 400t.r. Selain biaya pengemasan, sebagian besar biaya dan sebagian besar upaya masuk ke pembuatan yayasan. Wow, bagaimana kita mengatasinya. Dan sisanya, semuanya dilakukan ketika dana, waktu dan bagian selesai tiba untuk melanjutkan perakitan.
Mesin itu ternyata cukup bisa dikerjakan, cukup tangguh, masif, dan berkualitas tinggi. Mempertahankan akurasi posisi yang baik. Saat mengukur persegi dari duralumin, berukuran 40x40, akurasinya adalah + - 0,05mm. Akurasi pemrosesan bagian yang lebih besar tidak diukur.
Apa yang berikutnya ...: Masih ada cukup banyak pekerjaan pada mesin, dalam bentuk penutup debu - pemandu yang melindungi dan pemukul bola, menutupi mesin di sekitar perimeter dan memasang langit-langit di tengah pangkalan, yang akan membentuk 4 rak besar, di bawah volume pendingin gelendong, penyimpanan alat, dan aksesori. Mereka ingin melengkapi salah satu perempat pangkalan dengan sumbu keempat. Anda juga harus memasang siklon pada spindel untuk mengeluarkan dan mengumpulkan kepingan debu, terutama jika Anda memproses kayu atau textolite, dari mereka debu beterbangan di mana-mana dan disimpan di mana-mana.
Adapun nasib mesin di masa depan, semuanya tidak jelas di sini, karena saya memiliki masalah teritorial (saya pindah ke kota lain), dan sekarang hampir tidak ada orang yang berurusan dengan mesin tersebut. Dan rencana di atas bukanlah fakta yang akan terwujud. Tidak ada yang bisa membayangkan ini dua tahun lalu.
Dalam hal penjualan mesin dengan label harganya, semuanya tidak jelas. Karena sangat disayangkan untuk menjual dengan biaya, dan harga yang memadai belum terjadi.
Tentang ini saya mungkin akan mengakhiri cerita saya. Jika saya tidak menyoroti sesuatu, maka tulislah untuk saya, dan saya akan mencoba untuk menambah teks. Dan sisanya banyak ditunjukkan dalam video tentang pembuatan mesin di saluran YouTube saya.