Activity

В первом приближении конструкция станка готова.

Наступает важный момент - составление спецификации для заказа комплектующих: рельсы, ШВП и муфты. Пока все едет (12 недель!) можно двигаться дальше.

Перед заказом надо все еще раз проанализировать и убедиться, что даже если в конструкции что-то изменится (например, захочется сделать литую или сварную балку портала), то комплектующие, составляющие 50% затрат на изготовление механики, подойдут при любых обстоятельствах.

Дальше станок нужно оснастить концевиками, кабельными каналами, соединителями и пр.
Конструкция требует “причесывания”. Внешне станок меняться будет мало, но работа эта важная.
Потом можно будет приступать к выпуску рабочих чертежей.
А уж потом, идти на завод.
К концу изготовления деталей должны подойти комплектующие.

Изначально балка портала конструировалась как сборка из 5 деталей.

Чем больше я на нее смотрю, тем больше хочется выдрать ее из одного куска. По длине балка соизмерима с фрезерованными досками настила, толщина ее небольшая, конфигурация - без затей. Т.е. выдрать из куска получится дешевле, даже если заготовка будет пруток диаметром 90 мм (как у подшипниковых опор стола).

Со всех сторон лучше. А чтобы спереди балка не была скучной, плоскость можно покрасить и что-нибудь отгравировать.

Прикрепив к балке кронштейн для двигателя, можно без особых проблем устроить ременный привод оси Y.

Балка в этом случае принимает вид законченной сборочной единицы с действующим приводом. Это конечно плюс. Прикрепляю стенки портала, и смотрю что получается.

Ну, что можно сказать - очень неплохо! Можно даже сказать - хорошо. Двигатель не торчит, и в какой-то степени уравновешивает шпиндель, но главное, при заданном габарите станка - 600 мм, рабочее поле по Y можно довести до 450 мм! Для этого нужно просто удлинить доски столешницы и законцовки стола на 77 мм - на то расстояние, которое раньше занимал двигатель. Другое дело, нужно мне это или нет?

Из минусов. Станет дороже на несколько тысяч. Кольцевой зубчатый ремень надо специально заказывать, нужный диаметр найти нереально. И вообще, разная кинематика приводов в одном устройстве это плохой тон в конструировании. Тогда логично поставить ремни и на Х, тем самым сэкономив на муфтах, но там применение ремней практической выгоды не дает, только удорожает конструкцию.

В общем, неоднозначно. Пока окончательного решения нет.

Ставим готовую в первом приближении каретку Z на портал и смотрим, что получилось.

Габарит портала получился больше, чем нужно на 3 мм!!! 603 вместо 600 мм, как было задумано. А рабочее поле по Y наоборот, порадовало - 375 мм.
Конечно, можно углубить мотор в стенку на 3 мм, или просто смириться с этими тремя миллиметрами.

С другой стороны, меня всегда убивал торчащий мотор, который задает габарит станка по ширине, причем, бездарно задает. Но это дань технологичности. Можно сделать ременный привод винта Y. Тогда мотор спрячется за балку, при этом габарит станка по Х не вырастет. В этом решении есть и плюсы и минусы, но попробовать можно.

Каретка Z получается что-то в этом роде.

Пока полный ход по Z получается 85 мм. Для моих целей это более чем достаточно.

Времени для занятий своим станочком не так много, как хотелось бы. Работы много… 😦
Тем не менее, продолжаем потихоньку.

Параллельность рельс обеспечивается корпусами подшипниковых опор винта Y. Корпуса эти нужно сделать одинаковыми по высоте. Ширина балки увеличилась на 10 мм. Так выглядит более адекватно ширине каретки Z. Толщины некоторых деталей тоже изменились в сторону увеличения. Поэтому шпиндель вылез за переднюю грань стенки портала на 5 мм. Придется увеличить ширину стенки до 135 мм. Соответственно увеличится база портала по Х.
Придется вернуться к столу и увеличить площадки крепления портала до тех же 135 мм. При этом, рабочее поле уменьшится на 5 мм, но это для меня не критично. Главное у меня - габарит станка по Х, а не рабочее поле.

Передняя панель каретки Z - высоковата. Т.е. высота каретки Z не адекватна высоте стенки портала - не смотрится. Кроме того, с точки зрения раскроя заготовок было бы хорошо стенки и панель Z сделать примерно одинаковой высоты. Сделать это можно переместив фиксированную опору винта Z вниз на то место, где сейчас находится свободный конец винта. Не совсем по правилам, но приемлемо. Надо подумать на эту тему.

Подвигаем Z туда-сюда таким образом, чтобы от оси шпинделя до края фланца двигателя Y (размеры 60х60) было 130 мм. Тогда ось шпинделя будет на уровне передней грани стенки портала, как и было задумано.

Основание Z получилось 22х290 мм.

Вроде, ничего получается. Теперь можно приступить к конструированию балки портала подробно.

Продолжаем.

Прикидываем балку (вид сбоку).

Сама балка может быть сборная, цельнофрезерованная, сварная или литая. Прикинем сборный вариант из фрезерованных деталей. Для конструирования (но не для изготовления и не по цене) это самый простой вариант. С него и начнем.

Общий габарит балки получается 130 мм. Сама балка будет состоять из двух деталей 35х15 и стальной стенки толщиной 3 мм. Площадки, соединяющие каретки, могут быть 10х39 или 10х40 мм. Зеленая - это пластина к которой будут крепиться каретки от Z. Балка получается габаритом 35х68. 68 - размер не круглый, но зато общий габарит 130 мм - круглый.

Теперь надо пририсовать к этой балке Z.

Для Y и Z я хочу применить ШВП 12 мм и рельсы 15 мм с короткими каретками SBS 15 SV.
Почему короткие каретки? По двум причинам: потому что они компактные, и потому, что 4 укороченных каретки по определению лучше двух удлиненных. Укороченная каретка держит в динамике 457 кгс. Это больше чем достаточно.

Компоновку лучше начать с каретки Z. Размещаем покупные элементы наиболее компактным образом, а потом вокруг них будем наворачивать остальные детали конструкции.

Рельсы, винт, подшипниковый узел и мотор хочу разместить на подвижной части (каретка Z). Линейные подшипники и гайка ходового винта будут крепиться к каретке Y (той, что ездит по порталу). Такая компоновка минимальна по толщине. Это важно, т.к. стенка портала узкая всего 130 мм, а ось шпинделя не должна вылезать за границы портала. Да и вообще, чем тоньше каретка Z, тем меньше паразитные моменты при фрезеровании, т.е. тем лучше.

Рельсы длиной 220 мм, потому что меньшего размера поставщик не режет. Непонятно почему, может оборудование не позволяет, но не режет и все. Можно и самому болгаркой, но я предпочитаю заказывать рельсы в размер, а ШВП с разделанными концами.

Панель пока получается 295х110 (110 - так и было задумано), подшипниковый узел - 47х25. Теоретический рабочий ход - 78,5 мм, но он зависит от того, на сколько широко будут раздвинуты каретки, т.е. от размеров “???”, а эти размеры, в свою очередь зависят от ширины балки портала.

Дальше надо прикинуть балку. По крайней мере ее ширину.

Во время перекомпоновки произошли некоторые изменения в размерах деталей.
Перед тем как приступить к компоновке портала, полезно сделать небольшой габаритный чертеж, чтобы был перед глазами.

Перекомпоновка стола с новым настилом.
Крайние доски настила теперь на 20 мм уже средних . Т.е. настил приблизился по размеру к рабочему полю. Соответственно широкая законцовка стала еще шире на 40 мм. Жалко не использовать этот объем, поэтому законцовку сделал в виде лотка из стали 4 мм.

При компоновке соблюдаем реальный порядок сборки (как он мне сейчас видится), сверлим в деталях необходимые отверстия, ставим крепеж, смотрим все ли нужные места доступны и т.д. и т.п. Т.е. Практически проводим контрольную сборку изделия.
Работа кропотливая, особенно согласование крепежных отв. и требует внимательности.
Порядок сборки такой:

Собираем настил на уголках.
Ставим рельсы.
Устанавливаем опоры и ходовые винты. Не забываем про поводки на гайках.
Устанавливаем площадки портала и регулируем винты - крутим вручную и смотрим, не заедает ли где.
Устанавливаем продольные балки
Ставим моторы законцовки по торцам стола и опоры.

В первом приближении стол готов. Конечно, еще придется к нему неоднократно возвращаться (установка концевиков, кабельных каналов, разъемов, при проектировании портала может что-нибудь вылезти), но пока все.

Если накладки досок настила - есть жертвенный слой, надо позаботиться о том, чтобы накладки были легко доступны, т.е. чтобы их не надо было специально обрабатывать перед установкой. Сейчас у меня паз настила 6 мм с шагом 40 мм. При этом накладка получается шириной 34 мм. Не подходит! Идея такая. Накладку нужно делать из алюминиевой полосы - отрезаем по длине, сверлим дырки по шаблону и все. Смотрим сортамент алюминиевых полос. Есть полоса 40х5 и 50х5. Если взять паз 10 с шагом 60, то полоса 50х5 подходит, и на доску шириной 120 все это хорошо ложится.

Из плюсов - меньше пазов в доске, удобно иметь дело с круглыми размерами настила - полоса 50, паз 10. Пока на этом остановимся.

Профиль KANYA С08-3 я нашел только в “Сервотехнике” по цене 72 евро за метр без НДС. Значит, одна доска настила будет стоить 36 евр. НДС как известно 18%. Итого 38,5 евр, или по нынешнему курсу 1570 руб. за штуку. Уже круто!! Но это не все. Профиль надо порезать, отторцевать, сделать пазы для выхода винтов крепления рельс и нарезать резьбовые отв. для крепления доски к уголкам и балкам.

Цена доски вырастает, как минимум до 1850 руб. за штуку. Их надо 7 шт. Итого: 12950 руб. за настил. Не хило! Но и не смертельно, сам же сказал - не бюджетный вариант делаю!

Рассмотрим другие варианты.
Если не брать профиль, то доску с пазами можно фрезернуть из плиты.

Заслал чертеж на производство, получил ответ - одна доска будет стоить 8325 руб - в 4,5 раза дороже, чем из профиля!!! Стоимость материала заготовки 710 руб. В чем же дело? А дело в станочных пазах. Да, есть специальные фрезы, да, ничего сложного, но ОЧЕНЬ, ОЧЕНЬ ДОЛГО!! Фрезы дорогие, сломать легко (и ломаются часто), но, главное, медленно. Дешевле делать не берутся.

На самом деле, идея фрезеровать доски настила - весьма здравая.
Почему доска столешницы толщиной 20 мм? Потому что, подходящий покупной профиль толщиной 20. Но если брать не профиль, а нарезать доски из плиты, толщина может быть и 25 мм и 30. Тоже самое можно сказать о длине доски, т.е. о ширине стола - мы не привязаны к мерной длине профиля. Ширину стола можно сделать такой, какой надо. Кстати, ширина доски тоже может быть любой.
Фрезерованная доска, безусловно, прочнее и жестче. Кругом одни плюсы. Просто надо выбрать подходящую конструкцию, чтобы было не слишком дорого.
Например, доску можно сделать сборную из деталей с простыми пазами. Например, так:

Очевидно, будет дешевле, но не очень нравится - все-таки хлипковато как-то.

Скорее всего, оптимальный вариант будет такой: 20-ти мм плита с простыми канавками и привинченные к ней легко сменяемые накладки, они же - жертвенный слой. Накладки могут быть алюминиевые, текстолитовые, фанерные и пр. в зависимости от потребностей. Очень удобно! Накладки могут быть разной толщины. Например, базовые алюминиевые -5 мм, фанерные - 8 мм, текстолитовые - 6 мм и т.д. Соответственно, базовая толщина столешницы будет 25 мм.

Ждем ответа от производства.

Опоры стола гнутые и сварные. Я такие уже делал. Они хорошо себя показали. Поэтому, беру опоры со старого станка и подгоняю их под нужные размеры.

Стол невысокий, что радует. Правда, размер 113 мм - кривой, я люблю круглые габаритные размеры, например, 115 мм.

Стол получается достаточно жесткий на изгиб в продольном и поперечном направлении. А вот на кручение - не очень. Недостаток? Это как посмотреть. Станок НАСТОЛЬНЫЙ! Это значит, что для эксплуатации станка нужен стол. Так вот стол надо подобрать (или сделать) ровный и жесткий. Сделать ровный стол-подставку под станок гораздо проще и дешевле, чем жесткую на кручение столешницу станка. По моему опыту, такой подход полностью себя оправдывает.

Т.к. фланец ходовой гайки развернут вертикально, опору желательно сделать шириной как гайка - 40 мм. Подшипники 12х28х8. Чтобы не городить еще и кронштейн для двигателя, опору и кронштейн сделал единой деталью.

Фрезеровать ее скорее всего будут из круглой заготовки диаметром 90 мм длиной тоже 90. Дюраль или Амг-6 по рыночным ценам в среднем 177…180 руб/кг. Заготовка будет стоить около 300 руб. обработка будет стоить рублей 400. Итого деталь - 700 руб. Это примерно столько же сколько будут стоить опора и кронштейн, если их делать по отдельности. Но в данном случае, одна деталь гораздо лучше, чем две.

Надо бы прикинуть литье заготовки в землю. Можно сэкономить на металле, и обрабатывать меньше, хотя и не намного.

Ну, вот. Что-то типа этого должно быть.

Попутно поводок стал посолиднее.
Вроде бы все тоже самое, но конструкция как бы причесывается. На причесывание больше всего времени и уходит.

Доски профиля (и, соответственно, ширина стола) у меня пока 500 мм. Размер невыгодный. Покупать надо 3,5 м профиля, размер должен быть круглый. А его еще надо порезать, поставить на станок и торцевать. Значит, 5 мм на рез + 5 мм на торцевание. Длина доски, а значит ширина стола, получается 490 мм.

Корректируем, ставим уголки и балки, которые свяжут настил.

Остается приделать опоры. Площадки в балках для них уже есть. Да…, и кронштейны под моторы надо сделать.
На эти два эскиза можно ориентироваться при компоновке портала.

Теперь надо все внимательно посмотреть - что нужно еще изменить? А изменить есть что. Я уже сейчас вижу что изменить.
Например, рельсы к краям стола надо подвинуть миллиметра на 3. Тогда площадка портала уменьшится по ширине до 60 мм.
Размер между балками 276 мм при такой ширине стола - мал! Надо около 300. Путь один - повернуть ходовую гайку винта на 90 град. т.е. поставить ее не горизонтально, как сейчас, а вертикально. При этом покупные опоры винта не подойдут, придется делать свои (не сильно напрягает, потому что дешевле, чем покупные). Это то, что сразу видно, глядя на чертеж. Может еще что вылезет.

Левая законцовка превращается просто в прямоугольную трубу 40х20х2 с заглушками.
Правая - сваривается из двух гнушек. Ее размер по ширине 100 мм. Таким образом настил сдвинулся на 40 мм влево.

В остальном ничего не изменилось. Уже лучше. Пока оставим так.

Ставим шпиндель на уровне передней грани стенки портала. Стенка узкая - 130 мм, поэтому при компоновке балки и каретки Z шпиндель может вылезти вперед. Это было бы крайне не желательно. Но пока, ставим шпиндель как задумано - на уровне передней грани стенки.

Катаем площадку туда-сюда и замеряем получившееся рабочее поле - 735 мм. Поле хорошее. В исходных данных я предполагал рабочее поле по Х 650…750 мм. У меня 735 - это хороший результат.

В остальном - ПЛОХО!
Слева фреза вылезла на законцовку, а справа крайняя доска профиля получинась совсем не у дел.
Как минимум весь настил из профиля нужно сдвинуть влево по крайней мере на 40 мм.
Будем сдвигать.

Продолжаем.
Ставим на каретки площадки для установки портала. Размер площадок должен быть минимально возможный, толщиной пока 16 мм, может будет 20 мм, там посмотрим.

Поводок - сталь 5 мм. Крепим к торцу площадки так получается более компактно. Вообще компактность элементов трансмиссии это не самоцель. Чем компактнее, тем надежнее и жестче.

Столешницу я собираюсь сделать из профиля KANYA С08-3 с пазами.
Ширина профиля - 120 мм. 8 досок профиля это 120*8 = 960 мм Похоже на то, что мне надо.
Для экономии одну доску профиля можно удалить и заменить законцовками с двух торцов стола шириной 60 мм каждая. С краю столешницы размешаем рельс с каретками и винт. Опоры стандартные, покупные. Вряд ли они останутся (свои сделать дешевле), но пока пусть будут.

Законцовку можно сварить из двух прямоугольных стальных труб 40х20х2. Дешево и сердито. Таскать станок будет удобно.

Рельс не лежит на профилях. Между профилями и рельсом зазор 3 мм. Тут будет стальной гнутый уголок, который свяжет профили и законцовки, и к которому будет привинчен рельс, опоры и кронштейн для двигателя.

Очень хочется сделать два винта по Х.
Плюсы такого решения очевидны:

Жесткость и точность станка с двумя винтами по Х выше, чем с одним винтом.
Исключен перекос портала при фрезеровании на краях рабочего поля по Y.
Базу портала по Х можно сделать меньше, а значит при тех же габаритах рабочее поле по Х будет больше.
Легче сделать жесткий стол.
При одном винте практически весь стол висит в воздухе. Опоры можно устроить только на краях стола по торцу. По другому нельзя, т.к. под столом будет ходить траверза, соединяющая стенки портала. Это значит, что для стола придется делать жесткую раму. Толщина стола вырастет раза в два. Соответственно увеличится высота стенок портала, вырастут плечи нежелательных моментов. Увеличится габарит станка по высоте. И т.д. и т.п.
С двумя винтами, соответственно, стол проще, надежнее и дешевле.

Минус один - стоимость.
Для варианта с одним винтом этот минус является единственным плюсом, больше никаких плюсов нет, сплошные минусы. То, что так часто делают - не аргумент. Два винта по Х по определению лучше, чем один, если длина балки портала не слишком мала.

По моим оценкам, длина балки портала, при которой два винта по Х непозволительная роскошь, составляет 350…400 мм. Длина балки, при которой один винт по Х категорически противопоказан, составляет 600 мм и более. От 400 до 600 мм в принципе можно делать и так, и сяк. У меня габарит балки 504 мм, как раз посередине спорного диапазона. Отсюда и сомнения - сделать как лучше, или сэкономить. Цена вопроса - стоимость ШВП, опор, муфты и шаговика - около $350…400.

Пока двинусь дальше. Но вопрос еще не закрыт.

Исходя из заданных габаритных размеров, можно нарисовать первую картинку станка в плане:

Эта примитивная картинка, без масштаба нужна только для того, чтобы проставить на ней основные размеры, на которые можно будет ориентироваться в процессе конструирования.

Ширина стола 500
Длина стола 940 или чуть больше - 960…970, т.к. шаговики по Х могут частично спрятаться под стол.
Толщина стенок портала пока 18 мм, зазор между стенкой и столом - 2 мм.

Почему толщина стенки 18, а не 16?
При условии монолитной дюралевой стенки 16 мм было бы достаточно. Хрен знает…, размеры круглые получаются с такой толщиной. С другой стороны, стенка портала шириной всего 130 мм, поэтому пусть будет потолще, т.е. по жестче.

Почему ширина стенки 130?
На рельсе 2 каретки длиной где-то по 60 мм каждая, итого 120, ну и зазор между каретками…, получается 130. Нужно ли шире? При условии установки двух винтов по Х (как нарисовано) и при таких общих габаритах станка, больше и не надо.

Ширина каретки Y/Z - 110…120 мм. Это еще надо постараться такую сделать. Вообще, чем уже эта каретка, тем лучше, т.к. чем уже каретка, тем рабочее поле шире.
Ось шпинделя скорее всего пройдет на уровне переднего края стенок. Это удобно в эксплуатации - всегда можно легко определить, где находится фреза по координате Х.

И, все-таки. Два ставить винта по Х, или один? Вопрос ключевой. Пока твердого решения нет.
Надо еще подумать.

Станочек хочется надежный, который прослужит долго, поэтому ни о какой “бюджетности” (по крайней мере в отношении комплектующих) речь не идет. В то же время, соотношение цена/качество при выборе конструктивных решений должно стоять на первом месте, т.к. тратить придется денежки не заказчика, а свои собственные.
Габариты и рабочее поле.
Отталкиваться буду не как обычно от площади рабочего поля, а от габаритных размеров станка со всеми выступающими частями - двигателями, разъемами и пр.
Мастерская у меня в расположена на теплом балконе, места там не так уж много. Для станка могу выделить площадь 1000х600 мм, по высоте тоже 600 мм.

По длине размер критический (ширина балкона - 1050 мм). По ширине не критично, можно сделать шире, но подход к станку будет только с одной стороны (кругом стены) и работать на широком станке будет не очень удобно. Кроме того, имея некоторый опыт работы на подобных станках с разными рабочими полями, могу сказать - ширины рабочего поля 300…350 мм для моделистских целей хватает за глаза, по крайней мере для меня.

При общей ширине станка 600 мм рабочее поле по Y может получиться 350…400 мм. Буду ориентироваться на 350 мм, а там посмотрим, что будет получаться в процессе.

При длине станка 1000 мм рабочее поле по Х может получиться 650…750 мм, в зависимости от компоновки. В общем, нормальное поле для моих целей.

Что касается высоты станка, то соображение простое - над станком будет полка с компьютером, монитором и, возможно, контроллером. Не хочется сильно голову задирать, чтобы смотреть в монитор.

По Z хочу сделать 70…80 мм. Больше мне не надо.

Комплектующие.

Исходя из п.1 ходовая часть - рельсы с каретками и ШВП.
Рельсы SBS 15
ШВП - 16 мм по Х, 12 мм по Y и Z.
Моторы обычные можно из Purelogic.
По Х и Y - PL57H76, по Z PL57H56
Муфты по Х - BKL-4,5 (сильфонные). По Y пока не знаю, зависит от балки, по Z можно из Purelogic DR-20
Шпиндель будет PL-SPD01 250 Вт из Purelogic. Он у меня есть. Можно будет поставить Kress 800.

Остальные комплектующие - подшипники, концевики, разъемы, кабельные каналы и пр. - пока не актуальны.

Опять же, исходя из п.1 столешница планируется из профиля KANYA С08-3 с пазами (120х20 мм).

На первый случай вроде все. Возможно, что-то и уточнится в процессе.

Решил, наконец, построить себе приличный ЧПУ станок. Так получилось, что все мои станки проданы. Не задерживаются как-то. А станок все-таки нужен! И не только для демонстрации, для дела нужен. Поэтому уж этот, если дострою конечно, продавать не буду, самому нужен.

Затеять новый проект, не на заказ, а для себя лично, не просто. Нужно созреть и собраться с духом. Во-первых, это очень много времени, а во-вторых, это приличные деньги!

На сегодня, никакого задела по новому станку у меня нет, кроме некоторых мыслей, которые требуют проверки реальным конструированием. С другой стороны, ко мне приходят письма от конструкторов-любителей с просьбой дать совет по своим станкам. Как правило, я не консультирую в частном порядке. Поэтому, решил весь процесс компоновки нового станка сделать по возможности открытым. Интересующиеся, могут ознакомиться с моим подходом к разработке подобной техники. Да и мне проще ссылки давать.

Все мы учимся на примерах. Эта тема не учебник по конструированию, не алгоритм разработки настольных портальных станков, а всего лишь конкретный ПРИМЕР компоновки конкретного станка, т.е это мой подход. У вас он может быть совсем другим. Возможно, кое-кто скажет - вот такой станок мне и нужен!! А кто-то наоборот - так, как делает Граф, ни за что делать не буду!!!

Подозреваю, что по времени проект растянется надолго. Нет никакой срочности. Заниматься проектированием буду в свободное время.
Не знаю, хватит ли у меня пороху подробно все описать, но постараюсь.

В субботу испытывал станок в полный рост и эксперементировал с режимами резания.
Неспеша за 3…3,5 часа выпилил половину нового станка (42 детали). За один день спокойно можно выпилить весь станок.

Наилучшие результаты по производительности получены фрезой 1,6 мм.
Фанера 4 мм - за один проход подача 400 мм/мин
Фанера 6 мм - за два прохода подача 460 мм/мин
Фанера 8 мм - за два прохода подача 400 мм/мин

Есть альбом чертежей (не бесплатно)

Кому надо пишите.