您好亲爱的读者，在本文中，我想分享我在构建数控铣削龙门机床方面的经验。
网上有很多类似的故事，我可能不会让任何人感到惊讶，但是这篇文章可能对某人有用。 这个故事始于2016年底，当时我与朋友（开发和生产测试设备的合作伙伴）积累了一定的资金。 为了省钱（这是一个小问题），我们决定将其投资于业务，然后提出了制造CNC机床的想法。 我已经在构建和使用此类设备方面拥有丰富的经验，并且我们活动的主要领域是设计和金属加工，同时还伴随着构建CNC机床的想法。
然后运动开始了，直到今天...
通过专门讨论CNC主题的论坛以及选择机床设计的基本概念，一切继续进行。 先前已决定要在将来的机器及其工作领域中处理的材料，因此出现了第一个纸质草图，然后将其传输到计算机中。 在KOMPAS 3D三维建模环境中，该机器被可视化并开始发展为更小的细节和细微差别，结果超出了我们的预期，有些仍在解决中。
最初的决定之一是确定在机器上加工的材料以及机器工作区域的尺寸。 对于材料，解决方案非常简单-它是木材，塑料，复合材料和有色金属（主要是硬铝）。 由于我们主要生产金属加工机械，因此有时您需要一台能够快速加工相当容易沿弯曲路径加工的材料的机器，这将随后降低订购零件的生产成本。 基于所选材料，主要由片材包装提供，标准尺寸为2.44 x 1.22米（胶合板为GOST 30427-96）。 对这些尺寸进行四舍五入后，我们得出以下值：2.5x1.5米，除了工具的高度以外，工作空间肯定是肯定的，我们出于虎钳安装的原因选择了此值，并建议我们的工件不能超过200毫米。 我们还考虑了是否有必要加工长度超过200毫米的任何钣金零件的端面的时刻，为此，该工具超出了机器底座的尺寸，并且零件/工件本身被固定在底座的端面上，从而加工了零件的端面。
该机器的设计是采用第80根异型管制成的预制框架基座，壁厚为4mm。 在底座的两侧固定有尺寸为25的长型材轧制导轨，在其上安装有门架，该导轨由三个与型材尺寸相同的型材管焊接在一起制成。
该机器有四个轴向，每个轴驱动一个滚珠丝杠驱动器。 两个轴平行于机床的长边，并与软件配对并与X坐标系在一起。 因此，剩余的两个轴是Y和Z坐标。
为什么我们停在预制框架上：起初我们想用嵌入的用于焊接的薄板制作干净的焊接结构，安装导向装置和滚珠丝杠，但他们没有找到足够大的铣削坐标机进行铣削。 我必须画一个预制的框架，以便可以使用现有的金属加工机自行加工所有零件。 将暴露于电弧焊的每块工件退火以减轻内部应力。 此外，所有的配合面都经过铣削，作为配合的结果，必须将它们刮擦到位。
向前爬，我想说的是，机架的组装和制造原来是机器制造中最耗时，最经济的事情。 我们认为，无缝焊接框架的最初构想在所有方面都绕过了预制结构。 尽管许多人可能不同意我的看法。
许多业余爱好者不仅在车间或车库中组装这种类型和尺寸（甚至更大）的机器，制造出完全焊接的框架，而且没有随后的退火和机械加工，除了用于安装导轨的钻孔。 即使您很幸运，并且他用足够好的几何形状焊接了结构，但是由于弹跳和振动而使机器工作后，其几何形状也会消失，变化。 当然，我会犯很多错误，但是如果有人知道此问题，请在评论中分享您的知识。
我想立即保留一下，在这里我们不会考虑铝结构型材的机器，这是另一回事。
继续组装机器并在论坛上进行讨论，许多人开始建议在机架内部和外部制造斜角钢臂架，以增加刚度。 我们没有忽略这个建议，但是我们还向该结构中添加了短臂，因为该框架非常笨重（约400千克）。 在项目结束时，周边将绕过钢板，钢板将进一步连接结构。
现在让我们转向这个项目的机械问题。 如前所述，机床轴的运动是通过直径为25 mm，节距为10 mm的滚珠丝杠副完成的，其旋转是通过带有86和57个法兰的步进电机传递的。 最初，本来应该旋转螺钉本身以消除多余的间隙和额外的齿轮，但是如果没有它们，它们就无法做到，因为在发动机和螺钉直接连接的情况下，后者将开始以高速退绕，尤其是在门架处于极端位置时。 考虑到螺钉沿X轴的长度几乎为三米，并且为了减少下垂，放置了直径为25 mm的螺钉，否则16 mm的螺钉就足够了。
在零件生产过程中已经发现了这种细微差别，我们必须通过制造旋转螺母而不是螺钉来快速解决此问题，这给设计增加了额外的轴承组件和皮带驱动器。 该解决方案还使得有可能将支撑孔之间的螺钉拧紧。
旋转螺母的设计非常简单。 最初，选择了两个锥形滚珠轴承，从端部切下螺纹后，将它们镜像到滚珠丝杠螺母上，以将轴承座圈固定在螺母上。 带螺母的轴承直立在外壳中，整个结构又安装在门架的末端。 在滚珠丝杠的前部，螺母将紧定套固定到螺钉上，然后将它们组装在心轴上并旋转以对齐。 将滑轮放在上面，并用两个防松螺母拧紧。
显然，有些人会怀疑：“为什么不使用齿条作为传递动力的机构？” 答案很简单：滚珠丝杠将提供定位精度，更大的驱动力，并因此减小电机轴上的扭矩（这是我在移动中所记得的）。 但是也有缺点-运动速度较低，如果您购买的是质量正常的螺丝，则价格会分别降低。
顺便说一句，我们从TBI那里购买了滚珠丝杠和螺母，这是一种相当便宜的选择，但是质量是合适的，因为采用了9米的螺丝，由于几何尺寸不匹配，我们不得不扔了3米，没有一个螺母被拧紧了...
作为滑动导轨，使用标准导轨尺寸为25 mm的HIWIN公司的轮廓导轨。 为了进行安装，铣出了安装凹槽以保持导轨之间的平行度。
他们决定自己制作滚珠丝杠，结果发现它们有两种类型：旋转螺钉的支架（Y和Z轴）和非旋转螺钉的支架（X轴）。 可以购买旋转螺钉的支撑，因为内部制造4个零件几乎没有节省。 另一件事是带有非旋转螺钉的支架-此类支架无法在销售中找到。
综上所述，X轴由旋转螺母并通过皮带齿轮驱动。 我们还决定使另外两个轴Y和Z通过皮带轮传动，这将增加传递力矩时的灵活性，并考虑到不沿滚珠丝杠的轴线而不是沿滚珠丝杠的轴线而不是沿滚珠丝杠的轴线安装发动机而增加了美观性，而没有增加机器尺寸。
现在，让我们平稳地移动到
电气部分 ，我们将首先从驱动器开始，选择步进电机作为驱动器，这当然是因为与反馈电机相比价格较低。 X轴上安装了两个法兰盘为86的发动机，Y和Z轴上的法兰盘为56的发动机，但最大扭矩不同。 下面我将尝试提供已购买零件的完整列表...
机器的电路非常简单，步进电机连接到驱动器，继而又连接到接口板，并且还通过并行LPT端口连接到个人计算机。 驾驶员分别使用了4件，每台引擎一件。 所有驱动器均设置为相同，以简化安装和连接，最大电流为4A，电压为50V。 作为CNC机器的接口板，我使用了相对便宜的选择，该选择是由国内制造商提供的，如网站上所示，为最佳选择。 但是我不会确认或驳斥它，它易于使用，而且最重要的是，它可以正常工作。 在过去的项目中，我使用的是中国制造商的电路板，它们也可以工作，并且外围设备与我在该项目中使用的电路没有什么不同。 我注意到在所有这些板上，一个可能并不重要，但是要减去，您最多只能在它们上安装3个限位开关，但是每个轴上至少需要两个这样的开关。 还是我不只是弄清楚？ 如果我们有一台三轴机床，则相应地，我们需要在机床的零坐标（也称为“原位”）和最极端的坐标中设置限位开关，以便在出现故障或缺少工作区域时，该轴或那个轴根本不会出现故障（根本没有损坏）。 在我的方案中，我使用了：3个无接触感应传感器的环形电极和一种真菌形式的紧急按钮“ E-STOP”。 该电源单元由两个48V开关电源供电。 和8A。 2.2kW水冷主轴，分别通过变频器连接。 由于变频器是通过接口板连接的，因此可以通过个人计算机设置周转时间。 通过变频器相应输出上的电压变化（0-10伏）来调节匝数。
除电机，主轴和限位开关外，所有电气组件均安装在金属电气柜中。 所有机器控制都是通过个人计算机完成的，我们在ATX主板上发现了一台旧PC。 如果他们有点破旧并购买带有集成处理器和视频卡的小型mini-ITX，那会更好。 由于电箱的尺寸不小，几乎所有组件都没有放置在内部，因此它们必须彼此足够靠近地放置。 在盒子的底部，我放置了三个强制冷却风扇，因为盒子内部的空气非常热。 在正面拧上了一块金属板，上面有用于电源按钮和紧急停止按钮的孔。 同样在这个垫子上有一个用于打开PC的插座，我将它从旧的微型计算机的外壳中取出，很可惜它没有工作。 盒子的后端还固定有覆盖层，用于连接220V电源的连接器，步进电机，主轴和VGA连接器的孔被放置在其中。
电动机，主轴以及冷却软管的所有电线都在挠性电缆中铺设了50mm宽的毛毛虫通道。
对于软件，Windows XP安装在位于电箱中的PC上，并且使用最常见的Mach3程序之一来控制机器。 该程序根据接口板的文档进行配置，所有内容均在此处清晰地描述并在图片中进行了描述。 为什么确切地说Mach3都具有工作经验，我听说过其他程序，但没有考虑。
规格：工作空间，mm：27001670200；
轴行进速度，mm / min：3000;
主轴功率，kW：2.2;
尺寸，毫米：280020701570;
重量，公斤：1430。
零件清单：异型管80x80毫米。
金属带10x80mm。
9米滚珠丝杠TBI 2510。
滚珠螺母TBI 2510，4个。
轮廓导轨HIWIN托架HGH25-CA，12个。
铁路HGH25，10米。
步进电机：
NEMA34-8801：3个。
NEMA 23_2430：1个。
滑轮BLA-25-5M-15-A-N14：4个
滑轮BLA-40-T5-20-AN 19：2个
滑轮BLA-30-T5-20-A-N14：2个
接口板StepMaster v2.5：1个。
DM542步进电机驱动器：4个 （中国）
开关电源48V，8A：2个。 （中国）
2.2 kW逆变器。 （中国）
2.2 kW主轴。 （中国）
我已经列出了主要的详细信息和组件，如果未包含某些内容，请在评论中写上我要添加的内容。
在机器上的工作经验：最终，在将近一年半之后，我们仍然启动了机器。 首先，我们设置轴的定位精度及其最大速度。 据更有经验的同事说，3m / min的最高速度并不高，应该高出三倍（用于加工木材，胶合板等）。 以我们所达到的速度，门和其他轴（用手（整个身体）靠在其上）几乎无法停止-像坦克一样奔波。 测试始于胶合板的加工，切割机像发条一样运转，机器没有振动，但是一次也可以加深最大10毫米。 尽管他们开始变得越来越深。
玩完木材和塑料后，我们决定decided硬铝，尽管我首先选择了几个切割条件，但我首先打碎了几个直径为2 mm的铣刀，对此我感到很高兴。 Duralumin非常自信地切割，并沿机加工边缘获得了相当干净的切割。
我们尚未尝试加工钢材，但我认为至少机器会拉制雕刻，并且由于铣削主轴较弱，所以很遗憾将其杀死。
机器的其余部分可以完美地完成其任务。
结论，对完成的工作的
意见：工作不小，我们最终很累，因为没有人取消主要工作。 是的，并没有投入多少钱，我不会说确切的数目，但这大约是400t.r. 除了包装成本外，大部分成本和大部分工作都用于基础的制造。 哇，我们是怎么进入的。 其余的一切都随着资金，时间和成品零件的到来而继续进行组装。
事实证明，这台机器相当实用，足够坚固，坚固且质量高。 保持良好的定位精度。 从硬铝皮测量正方形（尺寸为40x40）时，精度为+-0.05mm。 没有测量较大零件的加工精度。
下一步...：机器上还有足够的工作，包括防尘罩-保护导板和滚珠丝杠，覆盖机器在周长周围，并在底座的中间安装天花板，这将形成4个大架子，在主轴冷却量，刀具存储和配件下。 他们想为基地的四分之一配备第四个轴。 还需要在主轴上安装旋风除尘器，以清除和收集有关灰尘的碎屑，特别是如果您加工木材或纺织材料时，灰尘会从那里飞散到各处并沉积。
至于机器的未来命运，由于我遇到了领土问题（我搬到了另一个城市），所以这里的一切还不清楚，现在几乎没有人可以处理机器了。 而且上述计划并非事实成真。 两年前没有人能想到。
在出售带有价格标签的机器时，一切都不清楚。 坦率地说，很遗憾以成本出售，而且还没有出现足够的价格。
在此我可能会结束我的故事。 如果我没有突出显示内容，请给我写信，然后我将尝试对文本进行补充。 在我的YouTube频道上有关该机器制造的视频中，其余的很多。