Suzie Model One - станок с ЧПУ

Необходимые инструменты и машины

Приложения и онлайн-сервисы

Об этом проекте

Введение

SUZIE MODEL ONE была создана для резки печатных плат. Задача заключалась в создании жесткого станка, точного и максимально автоматического. На данный момент единственный необходимый ручной процесс - это замена режущих коронок и установка Z-зонда в нужное место.

Эта машина является результатом процесса проб и ошибок, когда несколько частей были переработаны и перестроены для достижения наилучшего возможного результата. Основная проблема заключалась в жесткости:когда станок недостаточно твердый, он гнется при резке, и в результате выйдет из строя. Другая главная проблема - дрожание на поворотах. Чтобы избежать этого, можно снизить скорость, но время - деньги, и некоторые виды резки работают лучше на правильной скорости, а не медленнее.

Чтобы увидеть больше, проверьте #suziecnc в Instagram.

В следующих главах будет показано и объяснено, почему при строительстве были приняты некоторые решения и, когда это применимо, какие проблемы необходимо решить.

Размеры

Внешний размер:

• Ширина 46 см.

• Длина 62 см (43 см не работает)

• Высота 58 см (считая с кабельной трубкой)

Рабочая зона примерно:

• Ширина 20 см (X)

• Длина 20 см (Y)

• Высота 6 см (Z)

Просмотры Сьюзи

Ось XY, шаговый монтаж и люфт

У SUZIE нулевой люфт по осям X и Y.

В прошивке никакой компенсации не делал и всегда режет с нужными размерами. Это возможно за счет использования ремней вместо ходового винта. Ходовой винт должен иметь этот небольшой зазор, чтобы проходить внутри гайки без трения, и это необходимо компенсировать. В этом нет проблем, но со временем, если износ гайки вызовет постоянный люфт, который необходимо настроить в прошивке, но если износ ходового винта, проблема будет больше только потому, что нормальная работа станка с ЧПУ использует разные сегменты ходовой винт с разными скоростями и усилиями; это означает, что износ будет неравномерным и его невозможно будет компенсировать.

Ремни достаточно прочные, чтобы прикладывать усилия даже для резки металла, и при правильном растяжении без заметной эластичности.

Обе оси на SUZIE используют одну и ту же технику для передачи силы от шагового двигателя к движущейся части, но с большой разницей в том, как крепятся ремень и шаговый двигатель. В обоих ремнях не создается петель, как, например, в 3D-принтере; механизм для этого больше и в талии больше места. Здесь ремень открыт, зафиксирован с обоих концов, и шаговый двигатель движется по нему как реечное колесо.

К машине X прикреплен шаговый двигатель, а ремень закреплен на машине. Шаговый двигатель движется вместе с автомобилем.

Y лоток

Y-образный лоток использует ту же концепцию, но с фиксированным шаговым двигателем и движущейся лентой. Совершенно противоположно оси X. С помощью этого решения доступна другая возможность:максимальная длина Y-образного лотка практически бесконечна и может быть изменена по требованию без изменения конструкции машины. Это также возможно, потому что рельс находится на подвижном поддоне, а подшипники прикреплены к нижней части конструкции машины.

На этом рисунке показана опорная часть подшипника Y. Этот один (левая сторона) и другой, в котором виден только верхний подшипник, выровнены по оси X и прямо под шпинделем и по центру. Это означает, что все усилия, направленные вниз и в стороны, будут передаваться на основание путем сжатия. Это позволяет опоре действовать очень жестко и выдерживать большие нагрузки. Как мы можем представить на этом рисунке, длина лотка не важна для механиков и не требует каких-либо ограничений (не совсем верно) - ограничением может быть программное обеспечение, изготовление лотка или максимальная длина ремня - но например, для специальной работы вполне можно добавить лоток длиной 1 метр.

Ось Z и ведущая команда

Использование конфигурации ремня на этой оси представляет собой огромную проблему. Шаговый двигатель должен находиться под постоянной нагрузкой, и в случае сбоя питания шпиндель просто погрузится в работу, что может привести к повреждению сверла, двигателя или даже заготовки и лотка. Выход здесь очевиден:ходовой винт.

Этот ходовой винт и гайка были изготовлены специально для этой машины. Винт имеет необходимую длину, место для подшипников, стопорную гайку и соединение с шаговым двигателем. Изготовлен на старом ручном токарном станке в метрической системе. Единственная проблема заключается в том, что синхронизирующее колесо не работает в метрической системе, поэтому для изготовления этого винта потребовался особый способ использования токарного станка. Гайка была напечатана на 3D-принтере.

Эта система не имеет люфта, потому что гайка, напечатанная на 3D-принтере, была сделана без зазора (она только работает, вызывает много масла), но конфигурация всех автомобилей XZ очень гибкая. Шпиндель удерживается на месте благодаря его весу. Если мы толкнем его вверх вручную, мы сможем сдвинуть его на 2–3 миллиметра, просто немного согнув все направляющие. Единственный механический способ решить эту проблему - повысить жесткость машины. Другое решение - снизить скорость погружения. Не забывайте, что процесс резания происходит сбоку по осям X и Y, поэтому, если скорость погружения не очень высокая, вес каретки Z и шпинделя заставит резку перейти в правильное положение. В случае СЬЮЗИ максимальная скорость погружения станка подходит для резки мягких материалов, поэтому замедление не требуется, и мне нужно было только замедлить его при резке металла (латуни).

Детали, напечатанные на 3D-принтере

Эта машина была возможна только с использованием деталей, напечатанных на 3D-принтере. Инструменты, которые у меня были для изготовления машины, не подходили для сборки сложных деталей вручную, например, опоры шаговых двигателей. Все детали были спроектированы и напечатаны более одного раза, чтобы учесть особые функции или структурные улучшения. Эти детали уменьшают жесткость машины, но позволяют сделать ее более компактной.

Arduino, GRBL, щит, шпиндель и зонд

Мозг СЬЮЗИ - это Arduino Uno с прошивкой GRBL.

Для GRBL есть несколько коммерческих щитов, но в данном случае это был более сложный случай. В первом созданном мной щите я использовал комбинацию L298N и L297 для управления шаговыми двигателями. Было жарко и громко. Позже, с появлением драйверов Pololu A4988, система была переработана с целью улучшения.

Схема сделана на макетной плате и имеет почти все доступные соединения GRBL. После добавления этой платы, по сравнению с комбинированной версией L298N и L297, машина смогла проработать гораздо дольше без перегрева и с меньшим шумом, потому что эти драйверы имеют микрошаг. В настоящее время прошивка обновлена ​​до GRBL 1.1f и работает очень плавно.

Еще одним недавним дополнением стал правильный шпиндельный бесщеточный двигатель (dmw57314). Теперь он управляется Arduino и работает намного тише, чем сверло, похожее на дремель, которое у меня было в первой итерации.

Этот зонд был сделан для измерения только оси Z. Зонд типа X и Y сложнее сделать вручную, и это будет проблемой в другое время. С помощью щупа SUZIE может очень точно определить местонахождение наконечника режущей коронки, что имеет решающее значение при фрезеровании печатных плат. Эта кнопка всегда включена, и когда бит потянет ее вниз, отсоедините два провода и подайте сигнал GRBL о положении. Его повторяемость очень точна.

Заключение

SUZIE MODEL ONE была отличным способом научиться делать станок с ЧПУ. Решено много задач, улучшены многие характеристики, и я точно могу сказать:готово!

Все, что нужно улучшить, больше не имеет смысла с этой структурой.

СЬЮЗИ МОДЕЛЬ ВТОРАЯ будет разработана, чтобы увеличить то, что есть хорошего в этой конструкции, и радикально улучшить проблемы модели. Одно можно сказать точно:это будет металл!

Код

GRBL

Схема

Соединения GRBL