ЧПУ фрезер по цветмету (770х540х200мм)
Выбор конструкции
Постройка предыдущего станка (rcopen.com/forum/f111/topic190469) показала привлекательность цельно-сварной конструкции по принципу шип-паз: она обеспечивала как достаточно высокую точность сборки, так и высокую жесткость при относительно малом весе. Кроме того, такой станок требует минимального количества “сторонних сервисов”. Фактически, требуется лишь лазерный раскрой листовой стали (+транспортировка), а также фрезеровка нескольких отдельных критически важных деталей. Все остальные работы проводятся самостоятельно в месте монтажа.
Опыт постройки предыдущего портального станка выявил несколько недостатков его конструкции:
(1) относительно малая жесткость портала в направлении оси Y по сравнению с осью X. Причина - относительно тонкие и высокие стойки и, как следствие, увеличенный рычаг
(2) открытая зона обработки позволяет с комфортом размещать заготовки на рабочем поле, однако никак не обеспечивает защиту окружающего пространства от разлетающейся стружки и брызг СОЖ.
Для решения этих проблем я полностью отказался от каких-либо стоек подвижного портала. Вынос портала над рабочим полем будут обуспечивать боковые стенки, которые будут частью станины. Бонусом в данном случае будет снижение массы подвижных элементов.
В параллельной ветке с интересом наблюдал за проектом Графа и его фрезером по цветмету 600х400х200. Первоначально привлекла одна особенность: ось Y длинее осей X. Это, с одной стороны, дает небольшую экономию на ШВП, с другой - удобство доступа к рабочей зоне. В то же время такая компоновка предъявляет повышенные требования к жесткости длинного портала. В итоге после расчетов я решил все же остановиться на классической компоновке (X > Y) для увеличения жесткости портала и для снижения его веса с некоторой потерей удобства доступа к заготовкам.
Выбор размеров рабочего поля
Свой предыдущий портальник я продал на 95% стадии готовности. Работы по нему были прекращены еще год назад, т.к. в процессе постройки захотелось рабочее поле побольше. В основном, это было продиктовано желанием обработки больших листовых материалов (фанера/МДФ) для изготовления мебели под собственные нужды, а также мастер-моделей для выклейки стеклопластиковых деталей (авто/мото-тюнинг). Под увеличившиеся запросы я спроектировал новый станок (rcopen.com/forum/f111/topic244924) и положил в долгий ящик в ожидании свободных фин. средств…
Однако совсем недавно остро и срочно возникла необходимость качественной фрезеровки алюминия. Для этих конктретных целей размеры поля в 1000х800х300мм были явно избыточными, поэтому я спроектировал его уменьшенную версию. Для целей экономии на комплектующих первоначально планировал взять рельсовые направляющие и каретки с прежнего станка (800х600х200мм). Этим обусловлены фактические размеры нового рабочего поля.
Однако обстоятельства сложились так, что станок 800х600х200 был целиком продан, практически, за несколько дней до начала постройки нового. Фактически, с этого момента больше не было привязки к длине рельсов. Однако для экономии времени переделывать проект не стал, а приступил к постройке на утвержденных размерах рабочего поля - 770х540х200мм.
Общий вид станка
Расчетный вес станка = 250-270 кг.
Приблизительные веса:
- портала (с ШД) = около 40 кг
- неподвижной Z (c ШД) = около 12 кг
- подвижной Z (с 2.2кВт шпинделем) = около 13 кг
- станины (без ШД и направляющих) = около 180 кг
При проектировании станка старался обеспечить ряд ключевых моментов:
(1) максимальную жесткость
(а) Отдельное внимание уделил повышению жесткости оси Z - применил “коробчатую” подвижную колонну.
Сначала на станке будет установлена обычная “плоская” подвижная платформа Z. После этого на самом станке будет изготовлен полусферический алюминиевый кожух (литье + обработка).
После этого будет окончательно собрана подвижная Z.
(б) для минимизации провисания рабочего стола под тяжестью больших заготовок предусмотрена 5-ая точка опоры.
(2) удобство доступа к отдельным элементам (рабочий стол, направляющие, ШВП)
(а) Для удобства доступа к рабочему полю передняя и задняя стенка “колодца” имеют трапецевидный вырез. Кроме этого такой вырез даст возможность размещения и обработки в несколько заходов длинных плоских заготовок (превышающих ход по оси Х). Например, можно будет вырезать длинную деталь шириной 460 мм (при глубине обработки по Z = 100мм).
(б) Для доступа к ШВП по оси Х потребуется лишь снятие защитных кожухов (несколько болтов).
(3) защиту от стружки
Как писал выше, защита от стружки обеспечивается конструкцией станины в виде “колодца”. Подавляющая часть стружки будет оставаться внутри зоны обработки. Кроме этого, впоследствии на станке планируется установить дополнительное приспособление в виде сматывающихся рулонных лент сверху по всей площади, которые полностью отделят рабочую зону от окружающего пространства.
Станок заточен под обработку цветмета, соответственно, будет использоваться СОЖ. Сухая же стружка и пыль будут образовываться лишь при обработке пластика, дерева/МДФ. Для обеспечения их удаления предусмотрен стружкоотсос. На оси Z поверх полусферического кожуха подвижной колонны устанавливается съемный стеклопластиковый кожух-канал стружкоотсоса, который сверху будет соединяться с рукавом стружкоотсоса Ф100.00 мм.
Механика и электроника
В качестве рельсовых направляющих и кареток будет использоваться HIWIN 20-й серии, ШВП = SFU1605.
Для приведения в движение будут использоваться шаговые двигатели NEMA 34 (ШД 86-й серии длиной 113 мм) с моментом 87кг*см с соответствующими драйверами.
В качестве концевых выключателей будет использованы индуктивные датчики LM8-3001 (зона чувствительности 1 мм и 10% гистерезис).
Управляться все будет при помощи ноутбука и отдельного контроллера (аналог SmoothStepper) через Ethernet интерфейс.
Блок со всей электроникой будет размещен под рабочим столом в отдельном боксе.
Блоки охлаждения шпинделя и подачи СОЖ будут также размещены под столом и управляться через контроллер.
На этом, пожалуй, общие слова завершаю. Далее - поэтапные отчеты по постройке.
Собираем опорную раму
5-точечная опорная рама будет такой:
Все собирается из стальной трубы 80х80х2. Труба куплена на рынке и грубо отрезана с запасом по длине. Затем самостоятельно отторцована и порезана в размер. Торцевая монтажная пила по металлу - вещь!
Сверху и снизу к опорам приварены площадки из 10-мм стали (лазерная резка).
К верхним площадкам снизу приварены квадратные гайки под болты М8 для крепления станины.
Сквозь нижние площадки проходят болты М20 (приварены), которые с другой стороны зажаты гайкой (приварены).
На этот болт накручивается сначала стопорная гайка, а затем регулируемая лапа (сталь 10мм с приваренной гайкой М20).
Таким образом, каждая опора регулируется до нужной высоты и контрится стопорной гайкой.
Примерка и выставление опор:
Готовая опорная рама теперь будет жить тут:
Сверху и снизу к опорам приварены площадки из 10-мм стали (лазерная резка).
У вас наверно свой лазер. Вся конструкция сделана для лазерного раскроя. Жесть. Моща. ( это уже не хобийно ). Нет слов.
Alex пару вопросов:
-какой сваркой пользуетесь
-какой толщины мат-л станины
Алексей, я тоже спрошу: ориентировочные точность и бюджет?
Когда для себя прикидывал, какой станок нужен мне, тоже пришёл к аналогичным Вашему размерам и компоновке, с разницей, что привода будут всё-таки серво, а не шаговые. и немного по точности формулировок: на Ваших 3-D-моделях кожух шпинделя полукруглый, а не полусферический:)
отвечу с конца:
да, конечно, полукруглый 😃))
по точности сказать вряд ли смогу до запуска… выставление осей и перпендикуляров буду делать с максимально доступной для меня точностью… прецизионный уровень у меня есть (раскошелился еще год назад “на перспективу”).
по бюджету очень хочется вписаться в 250К руб (из них 125К = комплектующие от Purelogic). что будет по факту - посмотрим, пока говорить рано.
по поводу сварки:
- пользуюсь TIG AC/DС сварочником на 163А
- толщины труб опорной рамы - 2 мм.
- толщины листов используемых непосредственно на станине - 1.2, 2, 3 и 4 мм.
насчет лазера - к сожалению, нет, пока лазера у меня нет. режу на стороне.
* * *
Итак, продолжаем постройку…
Сборка портала
Конечный вид портала такой:
Собирается этот портал из стальных компонентов толщиной 2, 3, 4 и 5 мм.
Данная компоновка - это 5-ая или даже 6-ая модификация.
Расчеты начались вообще со сборной конструкции из дюралевых плит 20 и 25мм.
Однако впоследствии благодаря расчетам (спасибо встроенному приложению Stress Analysis в пакете Inventor’а) удалось отказаться от дюрали в пользу стали с одновременным как увеличением жесткости, так и уменьшением веса и стоимости на порядок.
Отдельные детали стыкуются шип-в-паз и последовательно собираются в единую конструкцию:
Фиксация крепежных элементов:
В качестве крепежа направляющих рельсов будет использоваться болт и муфта М6. Муфта имеет длину 18мм и более чем достаточное количество витков резьбы внутри.
Дополнительно обращу внимание на место крепления муфты к порталу: муфта приваривается к поперечному ребру, а не к лицевой панели. Таким образом, получается, что рельс в паре с этим ребром образуют некий тавр с широкой полкой. Этим обеспечивается дополнительная жесткость в направлении оси Х, по сравнению со случаем, когда муфта крепилась бы только к лицевой панели.
Вертикальные ребра жесткости также привариваются к продольным ребрам.
Далее вся конструкция окончательно собирается воедино и проваривается.
В итоге получается запланированный портал:
Сварные швы получились достаточно аккуратными.
Тем не менее на портале, как, впрочем, и на остальных элементах будущего станка, наиболее обозримые участки со швами будут зашпаклеваны из эстетических соображений.
кожух шпинделя полукруглый, а не полусферический
Полуцилиндрический! 😃
Узел крепления портала к каким- то проставкам и далее к кареткам,мне кажется слабым.Стоило ли городить портал аж с 5 переборками ,чтобы он в конце концов так опирался.Подтвердить расчетами свое мнение не могу,это чисто интуитивное заключение.Уменьшить количество деталей ,увеличить толщину металла.Узел крепления опоры швп из 2-3 мм стали к 2-3-мм стали мне не нравится.Понимаю,что проект будет закончен в таком виде и будущее покажет его слабые и сильные стороны.Сама технология мне очень по душе
Узел крепления портала к каким- то проставкам и далее к кареткам,мне кажется слабым.
крепление портала к стальным картекам осуществляется 6 болтами (с каждой стороны) сквозь 40-мм дюралевые проставки. проставки нужны исключительно для подъема портала над уровнем стола на заданную величину. в сечении это проставка имеет вид “лежачего” прямоугольника (44х40мм)… т.е. даже еще не квадрата и уж тем более не “стоячего” прямоугольника.
поэтому никаких сомнений в том что это место будет с успехом протовостоять рычагам по осям X и Y у меня нет.
учитывая длину портала от стенки до стенки (935мм) этот подъем на 40мм даже “не видно”.
наконец не надо забывать что таких опоры 2.
поэтому проставки + портал никогда не сложатся в параллелограм в условиях работы станка.
касательно опор ШВП.
как и у традиционного подхода к крепежу ШВП тут лишь одна опора несет основную нагрузку. вторая опора нужна лишь для удержания конца винта.
крепеж подшипников к основной опоре осуществляется к 5 мм платформе которая хорошо приварена к двум 3-мм прямоугольным косынкам. эти косынки, в свою очередь, жестко приварены к боковой стенке портала (5 мм).
от складывания в параллелограм этого узла помимо прочих элементов позволяет еще горизонтальное поперечное ребро жесткости внутри портала.
такая конструкция испытывает только осевые нагрузки совпадающие с направлением оси Y.
традиционные же съемные подшипниковые блоки как правило крепятся перпендикулярно оси Y и поэтому дополнительно испытывают нагрузки от этого рычага.
в моем случае таких нагрузок не будет вовсе.
Я извиняюсь . А не намного проще было бы просто взять швелер этих размеров с толщиной стенок 8-10мм. Готовая балка, приварил боковины и результат не хуже.
результат не хуже.
Хуже. Реальные швеллеры все кривые.
Возни больше.
Реальные швеллеры все кривые.
После такого количества сварочных работ конструкция не может быть ровной. А швелер если и кривой на 1мкн то можно и фрезернуть. Что нельзя сделать с конструкцией автора.
задача ставилась к минимизации сторонних операций. мне негде фрезернуть к сожалению. а сварить я могу сам прямо в месте сборки практически любую конструкцию.
к тому же часто бывал на строительных рынках где продается стальной прокат. погрузка-разгрузка мягко сказать “неаккуратная”. хранение тоже вызывает вопросы как по прогибам проката так и по коррозии.
когда покупал трубы для опор мне чудом повезло - как раз накануне был новый завоз с завода поэтому трубы были чистые и относительно ровные. к тому же мне достались самые “верхние” трубы из партии - т.е. сверху на них лежало минимум дополнительного веса. поэтому они были достаточно ровными.
то что лежало на складе и на улице - все кривое и в коррозии. заборы строить - без проблем а на что-то более точное и эстетичное рассчитывать не приходилось.
и еще насчет простоты.
я понимаю что данная конструкция вероятно не самая технологичная в процессе сборки. но и задачи сделать очень простой конструктор не стояло. в первую очередь стремился обеспечить жесткость и доступность в изготовлении.
простота постройки не была на первом плане.
.PS. Уменьшить количество деталей ,увеличить толщину металла
Как раз от этого сначала и отталкивался. Но расчеты показали что жесткость при “многих тонких” элементах оказывается выше чем с “одним толстым”.
В конечном счете получаем выигрыш в весе при равной жесткости.
А швелер если и кривой на 1мкн то можно и фрезернуть
Это нетривиальная задача.
Сам недавно помогал строить фрезер 3000х1000х150мм, как раз коробчатый портал был из швеллера 16У с деталями из листа 10мм. Намаялся.
поэтому они были достаточно ровными
Тоже довелось покупать. При всех “достоинствах”, самый большой недостаток - закрученая труба по оси. 100%. Похоже это норма.
После такого количества сварочных работ конструкция не может быть ровной.
Тянуть струбцинами и вначале прихватками с контролем геометрии. Далее проваривать.
Я извиняюсь . А не намного проще было бы просто взять швелер этих размеров с толщиной стенок 8-10мм. Готовая балка, приварил боковины и результат не хуже.
Хуже… много хуже, в селах рынду из швеллера или куска ж.д. рельсы делали.
1 элемент всегда отличный резонатор,
если же много элементов - много точек крепления - отличный поглотитель вибраций.
Я себе портал делал так же как сейчас делает ШВЕД, только у меня все элементы из 5 ки, шип паз намного чаще и меньше, с точностью изготовления возникли большие проблемы и не по моей вине - я думал лазерная резка идеал… ага как же, нарезали так что на 2,5 метровые детали до 5 миллиметров саблей ушли, шип паз при сборке кое-где на пару миллиметров не совпадал (на длинных деталях то все вылазиет).
Переделывали отдельные элементы заказа по 3 раза.
Жесткость такого портала прекрасная, станок работает в полушаге с самодельными драйверами, портал не резонирует несмотря на полушаг.
Желаю ШВЕДУ УДАЧИ!!!
У него в отличии от меня все получается аккуратно - приятно посмотреть, я свой варил обычным электродом - заодно и варить научился 😉
ЗЫ: От сварки когда вариш внутри шипа ничего не ведет, а вот струбцины надо брать кованные, те что на фотах слабоваты.
