Olá caro leitor, neste artigo, quero compartilhar minha experiência na construção de uma máquina de portal de fresagem de controle numérico.
Existem muitas histórias semelhantes na rede e provavelmente não vou surpreender ninguém, mas talvez este artigo seja útil para alguém. Essa história começou no final de 2016, quando acumulei uma certa quantia de dinheiro com meu amigo, parceiro no desenvolvimento e produção de equipamentos de teste. Para não pular o dinheiro (é uma questão jovem), decidimos investi-lo no negócio, após o qual a ideia de fabricar uma máquina CNC surgiu com a idéia. Eu já tinha experiência na construção e no trabalho com esse tipo de equipamento, e a principal área de nossa atividade é o design e o processamento de metais, o que foi acompanhado pela ideia de construir uma máquina CNC.
E então o movimento começou, que continua até hoje ...
Tudo continuou com o estudo de fóruns dedicados aos tópicos do CNC e a escolha do conceito básico do design da máquina. Tendo decidido anteriormente sobre os materiais a serem processados na futura máquina e em seu campo de trabalho, apareceram os primeiros esboços em papel, que posteriormente foram transferidos para um computador. No ambiente da modelagem tridimensional KOMPAS 3D, a máquina foi visualizada e começou a crescer em detalhes e nuances menores, que acabaram sendo mais do que gostaríamos, alguns ainda estão sendo resolvidos.
Uma das decisões iniciais foi determinar os materiais processados na máquina e as dimensões do campo de trabalho da máquina. Quanto aos materiais, a solução era bastante simples: madeira, plástico, materiais compósitos e metais não ferrosos (principalmente duralumínio). Como temos principalmente máquinas para trabalhar metais em produção, às vezes você precisa de uma máquina que possa processar rapidamente materiais razoavelmente fáceis de processar por um caminho curvo, o que reduziria posteriormente o custo de fabricação de peças solicitadas. Com base nos materiais selecionados, fornecidos principalmente por embalagem em folha, com tamanhos padrão de 2,44 x 1,22 metros (GOST 30427-96 para madeira compensada). Ao arredondar esses tamanhos, chegamos aos seguintes valores: 2,5x1,5 metros, o espaço de trabalho era definitivamente, com exceção da altura da ferramenta, escolhemos esse valor por razões de instalação da morsa e sugerimos que não teríamos peças de trabalho superiores a 200 mm. Também levamos em consideração esse momento, se for necessário processar a face final de qualquer peça de chapa com mais de 200 mm, para isso a ferramenta se move além das dimensões da base da máquina e a própria peça / peça de trabalho é presa ao lado final da base, processando assim a face final da peça.
O design da máquina é uma base de estrutura pré-fabricada do tubo de perfil 80 com uma parede de 4 mm. Nos dois lados da base são longos, são fixadas guias de rolagem de perfil de tamanho 25, nas quais um portal é instalado, feito na forma de três tubos de perfil soldados juntos no mesmo tamanho da base.
A máquina possui quatro eixos axiais e cada eixo aciona uma unidade de fuso de esferas. Dois eixos estão localizados paralelamente ao lado mais comprido da máquina, emparelhados com o software e vinculados à coordenada X. Consequentemente, os dois eixos restantes são as coordenadas Y e Z.
Por que paramos na estrutura pré-fabricada: inicialmente queríamos fazer uma estrutura soldada com chapas soldadas embutidas para fresamento, instalação de guias e parafusos de esferas, mas não encontramos uma máquina de coordenadas de fresamento suficientemente grande para o fresamento. Eu tive que desenhar uma estrutura pré-fabricada para que fosse possível processar todas as peças por conta própria com as máquinas para trabalhar metais existentes. Cada peça que foi exposta à soldagem a arco elétrico foi recozida para aliviar as tensões internas. Além disso, todas as superfícies de contato foram fresadas e, como resultado do ajuste, elas tiveram que ser raspadas em alguns lugares.
Ao avançar, quero dizer imediatamente que a montagem e a fabricação da estrutura foram os eventos mais demorados e financeiramente mais caros na construção da máquina. A ideia original, com uma estrutura soldada perfeitamente em todos os aspectos, ignora a estrutura pré-fabricada, em nossa opinião. Embora muitos possam discordar de mim.
Muitos amadores e não apenas montam esse tipo e tamanho (e até maiores) de máquinas em sua oficina ou garagem, formando uma estrutura completamente soldada, mas sem subsequente recozimento e usinagem, com exceção dos furos para a montagem de trilhos. Mesmo que você tenha tido sorte com o soldador e ele tenha soldado a estrutura com uma geometria suficientemente boa, depois do trabalho desta máquina devido a quedas e vibrações, sua geometria desaparecerá, mudará. É claro que posso cometer muitos erros, mas se alguém souber desse problema, compartilhe seu conhecimento nos comentários.
Quero fazer uma reserva imediatamente de que não consideraremos máquinas de um perfil estrutural de alumínio aqui, isso é uma questão de outro artigo.
Continuando a montagem da máquina e discutindo-a nos fóruns, muitos começaram a aconselhar a fabricação de patíbulos de aço diagonais dentro da estrutura e fora para adicionar ainda mais rigidez. Não negligenciamos esse conselho, mas também adicionamos os jibs à estrutura, já que o chassi era bastante maciço (cerca de 400 kg). E no final do projeto, o perímetro será contornado com chapa de aço, que conectará ainda mais a estrutura.
Vamos agora abordar a questão mecânica deste projeto. Como mencionado anteriormente, o movimento dos eixos da máquina era realizado através de um par de fusos de esferas com diâmetro de 25 mm e passo de 10 mm, cuja rotação é transmitida a partir de motores de passo com flanges 86 e 57. Inicialmente, ele deveria girar o próprio parafuso para se livrar de folgas desnecessárias e engrenagens adicionais, mas não poderia ter acontecido sem elas, uma vez que, com uma conexão direta do motor e do parafuso, o último começaria a desenrolar em alta velocidade, especialmente quando o portal estivesse em posições extremas. Dado que o comprimento dos parafusos ao longo do eixo X era de quase três metros e, para menos flacidez, era colocado um parafuso com um diâmetro de 25 mm, caso contrário, um parafuso de 16 mm seria suficiente.
Essa nuance já foi descoberta durante a produção de peças e tivemos que resolver rapidamente esse problema fabricando uma porca rotativa em vez de um parafuso, o que adicionou um conjunto adicional de rolamentos e uma transmissão de correia ao projeto. Essa solução também tornou possível apertar o parafuso entre os suportes.
O design da porca rotativa é bastante simples. Inicialmente, foram selecionados dois rolamentos de esferas cônicos, que são espelhados em uma porca de parafuso esférico, após o corte da rosca da extremidade, para fixar a pista do rolamento na porca. Rolamentos com uma porca estavam na carcaça, por sua vez, toda a estrutura é montada na extremidade do rack do portal. Na parte frontal do parafuso esférico, as porcas prenderam a bucha do adaptador aos parafusos, que foram montados no mandril e girados para alinhar. Uma polia foi colocada sobre ele e apertada com duas porcas.
Obviamente, alguns de vocês se perguntam: "Por que não usar uma cremalheira como mecanismo para transmitir movimento?" A resposta é bem simples: o parafuso de esferas fornecerá precisão de posicionamento, maior força motriz e, portanto, menos torque no eixo do motor (foi o que eu lembrei em movimento). Mas também há desvantagens - uma velocidade de movimento mais baixa e, se você usar parafusos de qualidade normal, então o preço, respectivamente.
A propósito, pegamos parafusos e porcas de esferas da TBI, uma opção bastante barata, mas a qualidade é adequada, por causa dos 9 metros de parafuso, 3 metros tiveram que ser jogados fora, devido à incompatibilidade nas dimensões geométricas, nenhuma das porcas simplesmente aparafusou ...
Como guias deslizantes, foram utilizadas guias de perfil de trilho padrão tamanho 25 mm, empresa HIWIN. Para sua instalação, ranhuras de instalação foram fresadas para manter o paralelismo entre os trilhos.
Eles decidiram fabricar parafusos de esferas por conta própria, resultaram em dois tipos: suportes para parafusos rotativos (eixos Y e Z) e suportes para parafusos não rotativos (eixo X). Poderiam ser comprados suportes para parafusos rotativos, uma vez que houve poucas economias devido à fabricação interna de 4 peças. Outra coisa é com suportes para parafusos não rotativos - esses suportes não podem ser encontrados à venda.
Pelo exposto, o eixo X é acionado por porcas rotativas e através de uma engrenagem de correia. Decidimos também fazer dois outros eixos Y e Z através de uma engrenagem de correia, isso aumentará a mobilidade na mudança do momento transmitido, acrescentará estética para instalar o motor não ao longo do eixo do fuso de esferas, mas ao lado dele, sem aumentar as dimensões da máquina.
Agora vamos passar sem problemas para a
parte elétrica , e começaremos com os inversores, os motores de passo foram escolhidos como eles, é claro, por razões de um preço mais baixo em comparação aos motores de realimentação. Dois motores com um 86º flange foram instalados no eixo X, em um motor com um 56º flange nos eixos Y e Z, apenas com diferentes torques máximos. Abaixo, tentarei fornecer uma lista completa de peças compradas ...
O circuito elétrico da máquina é bastante simples, os motores de passo são conectados aos drivers, os que, por sua vez, são conectados à placa de interface, e também são conectados através de uma porta LPT paralela a um computador pessoal. Os motoristas usaram 4 peças, respectivamente, uma peça para cada um dos motores. Todos os drivers são definidos da mesma forma, para simplificar a instalação e a conexão, com uma corrente máxima de 4A e uma tensão de 50V. Como placa de interface para máquinas CNC, usei uma opção relativamente econômica, de um fabricante nacional, conforme indicado no site a melhor opção. Mas não o confirmo ou refuto, o conselho é fácil de usar e, o mais importante, funciona. Nos meus projetos anteriores, usei placas de fabricantes chineses, elas também funcionam e, na periferia, são um pouco diferentes do que usei neste projeto. Notei que em todas essas placas, uma pode não ser significativa, mas, menos, você só pode instalar até 3 chaves de limite nelas, mas pelo menos duas dessas chaves são necessárias em cada eixo. Ou não acabei de descobrir? Se tivermos uma máquina de 3 eixos, então, precisamos definir os interruptores de limite nas coordenadas zero da máquina (isso também é chamado de "posição inicial") e nas coordenadas mais extremas, para que, no caso de uma falha ou falta de campo de trabalho, esse ou aquele eixo simplesmente não funcione. fora de ordem (simplesmente não quebrado). No meu esquema, usei: 3 intermináveis sem sensores indutivos de contato e um botão de emergência "E-STOP" na forma de um fungo. A unidade de energia é alimentada por duas fontes de alimentação comutadas de 48V. e 8A. Eixo refrigerado a água de 2,2kW, respectivamente conectado por meio de um conversor de frequência. As rotações são definidas a partir de um computador pessoal, pois o conversor de frequência é conectado através de uma placa de interface. As voltas são reguladas com uma mudança de tensão (0-10 volts) na saída correspondente do conversor de frequência.
Todos os componentes elétricos, exceto motores, eixo e interruptores de limite, foram montados em um gabinete de metal elétrico. Todo o controle da máquina é feito a partir de um computador pessoal; encontramos um PC antigo na placa-mãe do fator de forma ATX. Seria melhor se eles ficassem um pouco surrados e comprassem um pequeno mini-ITX com um processador e placa de vídeo integrados. Como as dimensões da caixa elétrica não são pequenas, todos os componentes foram mal colocados no interior, eles precisavam ser localizados perto o suficiente um do outro. No fundo da caixa, coloquei três ventiladores forçados, pois o ar dentro da caixa estava muito quente. Na parte frontal, uma placa de metal foi parafusada, com orifícios para o botão liga / desliga e o botão de parada de emergência. Também neste bloco havia um soquete para ligar o PC, removi-o do gabinete do mini computador antigo, é uma pena que ele tenha acabado por não estar funcionando. Também foi fixada uma sobreposição na parte traseira da caixa, furos para conectores para conectar energia de 220V, motores de passo, um eixo e um conector VGA.
Todos os fios dos motores, o eixo-árvore e as mangueiras de água para resfriá-lo colocavam canais de lagarta com 50 mm de largura no cabo flexível.
Quanto ao software, o Windows XP foi instalado em um PC localizado em uma caixa elétrica, e um dos programas mais comuns do Mach3 foi usado para controlar a máquina. O programa é configurado de acordo com a documentação da placa de interface, tudo é descrito com bastante clareza e nas imagens. Por que exatamente o Mach3, e mesmo assim, tinha experiência de trabalho, ouvi falar de outros programas, mas não os considerei.
Especificações:Espaço de trabalho, mm: 27001670200;
Velocidade de deslocamento do eixo, mm / min: 3000;
Potência do eixo, kW: 2,2;
Dimensões, mm: 280020701570;
Peso, kg: 1430.
Lista de peças:Tubo de perfil 80x80 mm.
Tira de metal 10x80mm.
Parafuso de esferas TBI 2510, 9 metros.
Porcas de parafuso TBI 2510, 4 unid.
Guias de perfil Carro HIWIN HGH25-CA, 12 unid.
Trilho HGH25, 10 metros.
Motores de passo:
NEMA34-8801: 3 peças.
NEMA 23_2430: 1pc.
Polia BLA-25-5M-15-A-N14: 4 unid.
Polia BLA-40-T5-20-AN 19: 2 unid.
Polia BLA-30-T5-20-A-N14: 2 un.
Placa de interface StepMaster v2.5: 1 pc.
Motorista do motor deslizante DM542: 4pcs (China)
Fonte de alimentação comutada 48V, 8A: 2pcs. (China)
Inversor de 2,2 kW. (China)
Eixo de 2,2 kW. (China)
Listei os principais detalhes e componentes; se algo não estiver incluído, escreva nos comentários, acrescentarei.
Experiência de trabalho na máquina: Depois de quase um ano e meio, ainda começamos a máquina. Primeiro, definimos a precisão do posicionamento dos eixos e sua velocidade máxima. De acordo com colegas mais experientes, a velocidade máxima de 3m / min não é alta e deve ser três vezes maior (para o processamento de madeira, madeira compensada, etc.). Na velocidade que alcançamos, o portal e outros eixos, com as mãos (com todo o corpo) apoiados neles, dificilmente podem ser parados - correndo como um tanque. Os testes começaram com o processamento de madeira compensada, o cortador funciona como um relógio, não há vibração da máquina, mas também se aprofundou em um máximo de 10 mm em uma passagem. Embora eles começaram a ir mais fundo depois de mais fundo.
Depois de brincar com madeira e plástico, decidimos roer a duralumínio, aqui fiquei encantada, embora tenha quebrado primeiro vários moinhos com um diâmetro de 2 mm, enquanto selecionava as condições de corte. O duralumin corta com muita confiança e é obtido um corte bastante limpo ao longo da borda usinada.
Ainda não tentamos processar o aço, mas acho que pelo menos a máquina puxa a gravura e, para fresar o eixo, é fraco, é uma pena matá-lo.
E o resto da máquina lida perfeitamente com suas tarefas.
Conclusão, opinião sobre o trabalho realizado: o trabalho não é pequeno, acabamos bastante cansados, porque ninguém cancelou o trabalho principal. Sim, e pouco dinheiro foi investido, não vou dizer o valor exato, mas isso é cerca de 400t.r. Além do custo das embalagens, a maior parte dos custos e a maior parte do esforço foram destinados à fabricação da fundação. Uau, como entramos nisso. E o resto, tudo foi feito, pois chegavam fundos, tempo e peças acabadas para continuar a montagem.
A máquina acabou sendo bastante viável, resistente o suficiente, maciça e de alta qualidade. Manter uma boa precisão de posicionamento. Ao medir um quadrado a partir de uma duralumínio, medindo 40x40, a precisão foi de + - 0,05 mm. A precisão do processamento de peças maiores não foi medida.
O que vem a seguir ...: Ainda há trabalho suficiente na máquina, na forma de proteção contra poeira - protegendo guias e parafusos de esferas, cobrindo a máquina ao longo do perímetro e instalando tetos no meio da base, que formarão 4 grandes prateleiras, sob o volume de refrigeração do fuso, armazenamento de ferramentas e acessórios. Eles queriam equipar um dos quartos da base com um quarto eixo. Também é necessário instalar um ciclone no eixo para remover e coletar cavacos sobre o pó, especialmente se você processar madeira ou textolito, deles o pó voa em todos os lugares e é depositado em todos os lugares.
Quanto ao destino futuro da máquina, tudo não está claro aqui, pois tive um problema territorial (mudei-me para outra cidade) e agora não há quase ninguém para lidar com a máquina. E os planos acima não são um fato que se tornará realidade. Ninguém poderia imaginar isso dois anos atrás.
No caso da venda da máquina com seu preço, tudo não está claro. Uma vez que é francamente uma pena vender a preço de custo, e um preço adequado ainda não ocorreu.
Provavelmente terminarei minha história. Se não destaquei algo, escreva para mim e tentarei complementar o texto. E o resto é muito mostrado no vídeo sobre a fabricação da máquina no meu canal do YouTube.