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[其他] 卧式主轴CNC

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发表于 2017-12-14 07:42:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
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我的中型CNC虽然加工面积很大,有4尺x4尺,但是加工高度只有6寸,对一般的木工加工足够了,更高的Z轴,会减弱机器刚性,增加龙门重量,没有必要。不过我有的时候偶尔需要加工比较高的东西,比如木碗,或是桌腿。对于这些用途,Matthias的仿形机就非常方便。我有一台(http://www.zuojiaju.com/thread-383626-1-1.html),但是有很多不满意的地方,比如对齐模板不方便,少量加工需要先制作模板,也比较蛮烦,如果有需要修改的地方,每次都要修改模板,不精确,开发速度也慢。

有了点CNC经验,我就一直琢磨做一台类似结构的CNC。这里分享下整个设计制作的过程,特别是中间碰到的问题和如何解决。希望对大家有帮助。




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断断续续花了个把月时间画图,完善思路,基本设计成形了。
  • 线轨还是采用类似我的大CNC的设计,采用便宜的轮滑轴承和冷压钢,精度和强度虽然不及成品线轨,不过价格上有绝对优势。在美国我算了一下整套成品线轨需要大约750美金,我设计的这种只需要100多美金。
  • 驱动采用ACME丝杆,我的大CNC的z轴也是采用这种丝杆,不过虚位非常严重,用在Z轴上一般不是问题,因为整个Z轴的重量压在丝杆上会抵消这种虚位,不过用在水平轴上就不行了。我采用了在推力轴承上增加预紧结构,这样就能消除虚位了。
  • Y轴采用了双步进电机的结果,这样比较平衡,而且整个龙门较重,双电机使我可以使用同样的电机, 增加互换性。
  • 为了节约成本,也为了挑战一下,所以金属件都打算自己加工。虽然我的设计中考虑的加工进度,对大多的组装都留有调整余地,不过还是想尽量提高加工精度。


首先要面对几个技术问题:
  • 我从来没有加工过超过1/4寸的金属件,进刀深度,速度都需要经验积累推敲
  • 固定金属件也是个问题,我现在的台面是MDF,上面的铝T形槽只用很小的螺丝固定,固定力稍大一点点就会把小螺丝拉出。
  • 虽然所有部件在三维图上看起来都配合的没问题,但是对于实际效果心里还是没有底。


我的解决方案是分步解决:
  • 把CNC的桌面换成金属的,增加固定强度
  • 先用木头打样,这样可以验证三维模型。
  • 找些边角铝材测试推敲切割参数
  • 最后再在实际铝材上切割


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桌面的铝材是1寸x3寸截面的,需要17条才能覆盖整个桌面。上面再垫上MDF作为保护。最后再铣平。这样以来固定强度大大提高了。


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层板打样
虽然我已经画了详细的三维图,但是有些细节只有把零件加工出来才能看出是否合理,比如轴承坐必须和轴承是紧配合,这就需要考虑到刀具和机器的误差了。另外这些加工的刀路比较复杂,最多的有5次换刀,一次重新对刀,需要验证这样做的可操作性。我用多层板一边打样一边修改推敲设计。一开始由于机器虚位,图纸和实际尺寸约有10丝的差别,后来调整皮带松紧后降到3-5丝。层板打样的滑块工作正常




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铝切割
我经常用台锯或者斜切切割铝材,不过很少用CNC切割。我主要担心亮点,第一,没有冷却液,容易粘刀。第二是担心机器的刚度。这两点都可以通过减小DOC(切割深度)来解决。不过太小的DOC会增加工件温度,加长加工时间。所以关键是找一个平衡点。我以加工木材的参数的1/10为基础,观察切削效果,慢慢增加,最后基本稳定在一下这些参数上:
DOC:0.05 寸
速度:15ipm
主轴转速:10000RPM
加工过程中有很多比较深的孔,由于我没有那么深的铣刀,采用的是直接钻的办法,我的主轴属于高速主轴,低段扭力严重不足,钻孔都是在8000转左右完成,这带来一个问题就是摩擦产生大量的热,必须用冷却液。我就每隔几秒往切削的地方喷一点WD40,效果不错。


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正式加工金属件
先把买来的铝材用台锯切成需要的长度,绝对长度相差一点没有关系,只要保证所有的零件都一样长就可以。在CNC加工的时候我用了很多夹子保证一样尺寸的零件每次都固定在同样的位置。正式加工比想象的顺利,中间有几次粘刀都是由于没有及时喷冷却液。切割的表面相当光滑,精度也达到了我的要求。当看到自己设计加工的零件组装在一起配合完美的时候,还是很有成就感的。




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装配台
装配完X轴大梁之后,发现机器比我想象的要大很多,我需要一个更大更稳定的工作台面。很久以前买了个液压起重推车,一直想把它改装成一个可升降的装配台。台面采用了torsion box的结构,刚好把换下原来的CNC台面用上。新的台面增大到3x4尺。我还把台面下降控制改成脚踩式。




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一些设计的细节
主轴固定采用直接固定在铝型材上面,这样一来可以减小主轴和滑轨的距离,减小形变;二来可以减小机器高度(或者说增加Y轴的行程);三来可以节约材料
所有直角链接处都有加强,增加机器刚性。在我看来CNC的刚度是最重要的没有之一。Y轴立柱和机器的连接处尤其重要,我用了两块12寸的铝加强
X轴大梁用了3x3寸的型材,增加扭动刚性
X轴的步进电机直接固定在Y轴滑块上。

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电子电路
这次的机器电子部分采用了分开的国产驱动板,价格要远比上次使用的G540便宜,性能应该也要好一些。我第一次买了基于东芝TB6600的驱动板,虽然价格便宜,但是设计上有严重缺陷,散热不足,在没有驱动指令的时候驱动板只提供30%的电流,而且极限电流只有2A左右比较标称的5A严重不足。第二次换了DM542驱动板,效果好太多了,运行1小时,驱动板只是略热,运行噪音也小很多。驱动系统还是采用LinuxCNC,开源且功能强大。

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显示器键盘支架
为了同时固定显示器和键盘,我设计了这个支架,可以调整高低角度。固定在一根铸铁水管上。


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台面
我刚开始的设计是想用这台CNC替代原来的Pantorouter,不过做完后发现比设想的要大好多,勉强能放到原来的pantorouter的推车上。

费用
大约1200美刀,电脑和显示器是朋友赞助的。



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评分

参与人数 2刨花 +20
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liuxmx026 + 10 学习了
one486 + 10 好设计,好木艺
发表于 2017-12-14 07:52:01 | 显示全部楼层
虽然看不太懂,但感觉很高大上的样子
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发表于 2017-12-14 08:05:15 | 显示全部楼层
感觉搞复杂了
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发表于 2017-12-14 08:05:49 | 显示全部楼层
很高大上.......
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发表于 2017-12-14 08:11:33 | 显示全部楼层
大神收下我的膝盖吧!
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发表于 2017-12-14 08:21:43 | 显示全部楼层
数控开榫机   楼主diy能力强
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发表于 2017-12-14 08:29:45 | 显示全部楼层
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发表于 2017-12-14 08:59:46 | 显示全部楼层
太牛了,你这是先用多层做一次,用他在做出铝合金的,二次组装,你的活真好
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发表于 2017-12-14 09:11:14 | 显示全部楼层
妥妥的大神级别牛人
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发表于 2017-12-14 09:11:26 | 显示全部楼层
为什么用轴承做那个滑轨,不直接用光轴呢,精度更高
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发表于 2017-12-14 09:18:36 | 显示全部楼层
从头看到尾,楼主的动手能力不是一般的强啊。
曾经也想做成数控的,不过还好没下手。
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发表于 2017-12-14 09:46:05 | 显示全部楼层
很好
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发表于 2017-12-14 09:54:46 | 显示全部楼层
楼主你这折腾的精神让我膜拜十天十夜这技术,这实力,这消耗,这场地,这精神,我要学习
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