Небольшой CNC фрезер-гравер

Подписаться на 3Dtoday
kirich
Идет загрузка
Загрузка
11.01.17
2170
1
печатает на Prusa i3 Kit
Песочница
5
Кроме 3Д принтеров, которые создают объект путем наплавления материала, существуют и устройства, которые делают все с точностью до наоборот, т.е. удалением лишнего, один из примеров - фрезер.

Изначально я не думал выкладывать этот обзор, но один из читателей сайта попросил это сделать для "полноты" картины, так как обзоре переделки есть, а самого обзора станка нет. :)

Вообще тема всяких станков очень интересна, и даже не столько ради получения результата, сколько ради информации, которую я планирую применить в чем то более масштабном. Но начинать лучше с мелкого.
Гравер-фрезер по своей сути сильно похож на 3D принтер, те же три оси, вместо подачи пластика включается мотор шпинделя. Только в случае с принтером создается сам объект, а в случае с фрезером вырезается все что лишнее вокруг.
Кроме того простой конструкцией, как в принтере, уже не обойтись. В принтере печатающая головка не испытывает никаких нагрузок, в гравере же очень важна жесткость конструкции, так как вырезание производится давлением на фрезу + вращение.
Собственно потому фрезер тяжело сделать большим и дешевым, как в случае с принтером, чем больше размер обрабатываемой детали и чем больше требуется точность и жесткость конструкции.

В процессе сборки встретилось некоторое количество нюансов, одним из которых было то, что в комплекте не дали никаких инструкций по сборке. В общем изучение началось еще до сборки :)

Станок имеет формат 1310, т.е. размеры детали могут быть максимум 130х100 при высоте до 40мм.

В упаковке находились четыре коробка, нарезанный конструкционный профиль и блоки питания.
5dc6712af6f2eb0b7c60fcf689360e6f.jpg
Двигатели
Металлические части конструкции
df37002d9e856de9f91e026b82a942b9.jpg
Платки, переходники и провода
Крепеж.
1286dfb98a58257ddbaed916ba19df0f.jpg
Нарезанный конструкционный профиль, также к нему были примотаны резьбовые шпильки. Попутно это все было присыпано обильным слоем стружки, которую пришлось счищать потом кисточкой.
09430fc17768d36744679732354973d8.jpg
Отдельно лежал немного пострадавший пакет с направляющими, представляющими из себя металлические стержни диаметром 8мм.
0c95f8e5a1e9f04538873c5f9f9b444f.jpg
Блоков питания в комплекте два, вилки питания у обоих с плоскими штырями, хотя разве это может кого то остановить :)
8dd954c5475448fe1587163da21b6811.jpg
Весь крепеж был расфасован по отдельным пакетам. В некоторых пакетах несколько типов крепежа, в некоторых только один тип, но тем не менее, мне не пришлось выискивать необходимый крепеж как это было при сборке 3Д принтера.
9c2e040dccb0fd6e09acdd6b921288d3.jpg
Вот теперь можно приступить к сборке.
Вся сборка происходила без каких либо инструкций, скорее интуитивно. Позже я все таки раздобыл и видео процесса сборки и инструкцию, но они лишь подтвердили, что делал я все правильно.
Мало того, в процессе я сначала собрал как было в инструкции (как потом узнал), наступил на небольшие грабельки, разобрал часть шасси и собрал по своему, в итоге вышло даже лучше чем в оригинале.

Видео сборки, правда на китайском, но с приятной музыкой :)
Шаг 1, сборка рамы

Для начала находим необходимый крепеж. Так как рама собирается из алюминиевого конструкционного профиля, то в комплекте дали и специальные гайки двух размеров (4 и 5мм), а также винты к ним.
416a671db4fec91ec202561bc9c3a1a4.jpg
Находим гайки М5, короткие винты к ним (длина около 8мм), четыре уголка и соответствующий шестигранный ключ.
Кроме этого берем алюминиевый профиль двух размеров. Перепутать тяжело, так как в комплекте всего три размера профиля.
7b65aab7d458833195ef27871da23105.jpg
Крепим уголки к короткому профилю, выставим их в одну плоскость с торцом профиля.
f42380481260b77b7ff0721729f14e20.jpg
Затем привинтил оставшиеся части.
На этом этапе главное чтобы конструкция была ровной. Потом мне все равно пришлось ее раскручивать, но в любом случае лучше стараться изначально делать все максимально ровно.
Вообще при сборке на всех этапах акцентируем внимание именно на ровности и жесткости конструкции, затягивать винты надо довольно сильно, потому как вибрация при работе приличная.
3aa99bd265c0e8102bd9787e4f1ca465.jpg
Шаг 2, столик

Находим в одном из коробков пакет с металлическими частями. Найти его очень легко, по весу :)
Производитель даже разложил все по отдельным пакетам.
6a7420bf15fc68029d9034fe66c18bdf.jpg
Кроме того находим пакеты с такими частями. Нам необходимы пластмассовые гайки, силиконовые колечки и акриловые элементы.
2273dbd852c2aa6209e7768eba7553e1.jpg
Всего нам необходимо:
"Столик" из конструкционного профиля
Три акриловых держателя, причем с вырезом (не круглых), их в комплекте как раз три
Две пластиковые гайки М8
Силиконовое колечко
12шт винтов М4х10 + 8 гаек
3шт винтов М3х25 + 3 гайки с прессшайбой
2 направляющие длиной 80мм. Эти направляющие тоньше других, потому найти их не составит труда
Боковые части столика
bd749874b3df9d60a8afcf58a653df0d.jpg
На этом этапе сборки я немного завис, потому как сначала соображал как всю эту конструкцию собрать вместе, причем желательно собрать правильно, а для этого надо было понять ход мысли инженера, который вообще это придумал.
f5863c29a27f10cb7bb50f40b8b4a578.jpg
После понимания я задумался второй раз, так как у меня в голове никак не хотели вязяться пластмассовые гайки и их использование в силовом узле, притом в качестве ходовых элементов.
43b3eefe5c3ba5df215648f6c61a2d03.jpg
Собирается вся эта конструкция не совсем просто.
Берем две гайки, вставляем их в акриловые элементы.
Накручиваем одну из гаек (вместе с акриловой рамкой) на шпильку М8, надеваем акриловое колечко, накручиваем вторую гайку.
Самый тонкий момент в том, чтобы гайки прижимались друг к другу и при этом у акриловых рамок совпали отверстия.
После этого я аккуратно выкручивал шпильку и затем прикручивал эту конструкцию к металлической части собственно станка.
4ff33ff07e1aa4cf8a4f9e6d371f445e.jpg
В итоге у нас должна получиться такая конструкция.
759da9632c08aba62c1eb4b3ff3ed872.jpg
На этом фото более понятна конструкция механизма описанного выше, да и вообще всего этого узла.
8b214b1c7485c64fda73e1665fc256a0.jpg
Шаг 3, сборка механизма перемещения по оси Y

Для перемещения по осям используются три одинаковых шаговых двигателя. Двигатели относительно небольшие, но практика показала что их мощности более чем достаточно.
91c9ee179bb63248dc44aa077fa837eb.jpg
Двигатели БУ, при этом произведены в Японии, как по мне, то это даже отлично. Хотя конечно никто не может гарантировать, что в комплекте к другому станочку дадут такие же двигатели.
Немного удивило, что двигатели имеют шаг поворота в 0.9 градуса, хотя в основном применяют двигатели с шагом в 1.8 градуса. На самом деле это не играет особой роли, так как даже двигатель с шагом 1.8 градуса даст точность позиционирование выше, чем позволит механика станка. Влиять в основном будет люфт, который будет на два порядка больше чем точность позиционирования.
С учетом того, что ходовые шпильки имеют шаг резьбы 1мм, а двигатель 400 положений на 1 оборот, то он без проблем может иметь дискретность установки в 0,0025мм (1/400). Даже при шпильке с шагом 2мм и двигателе 1.8 градуса, точность установки будет 0.01мм.

Информация о двигателе приведена еще и для того, чтобы в процессе настройки правильно установить коэффициент передачи в программе. Я еще вернусь к этому моменту.
b3ffc1e002752f6740ae4427d54b6f47.jpg
С валами (по сути - шпильками) двигатели соединяются при помощи переходников 5мм на 8мм.
Это вторая проблема после пластмассовых гаек.
Дело в том, что соединение должно производиться при помощи специальных демпферов, так как соблюсти идеальную соосность вала двигателя и шпильки возможно только в теории, а ведь есть еще узел с гайкой, которая преобразует вращательное движение шпильки в поступательное движение узла.
Чревата такая замена тем что:
1. Возможно самопроизвольное ослабление места крепежа и потеря механической связи между валом двигателя и шпилькой. Попросту говоря, двигатель будет вращаться, а шпилька нет. И если на осях Y и Х это не критично и чревато только остановкой работы, то в случае оси Z механизм может просто уткнуться фрезой в обрабатываемый материал.
2. Постепенно будут разбиваться гайки. Разбиваются они конечно в любом случае, но в этом случае разбиваться они будут сильнее.
3. Может присутствовать некоторая нелинейность движения. Причем чем хуже соосность, тем больше нелинейность.
27c145be2272ee274125ea432f620524.jpg
Собираем дальше:
Для этого берем:
Раму из первого шага
Столик из второго
Двигатель
Две направляющие диаметром 8мм и длиной 200мм
Шпильку М3х200
Переходник 5мм-8мм и четыре винта к нему
8шт винтов М4х10 и 4шт гаек
3шт винтов М3х10
Металлические части как на на фото
84107ef2910e85e231e91f850b76f496.jpg
Сначала устанавливаем двигатель на один из металлических элементов. В необходимом нам элементе просверлено отверстие равное диаметру выступающей части двигателя, потому садится он довольно плотно.
После этого скручиваем конструкцию.
d19cb035feae39b7cede708d8bfd5336.jpg
Затем продеваем сквозь линейные "подшипники" две направляющие, а через узел с гайками - шпильку.
Здесь я опять вынужден отвлечься. Выше я написал "подшипники", в данном случае скольжения.
Проблема состоит в том, что такие "подшипники" имеют больше люфт и меньшую долговечность.
Причем оказалось, что по осям X и Y люфт почти отсутствует, а вот по оси Z есть у верхней пары.
Узел по оси Z является предварительно нагруженным, т.е. он стремится опуститься вниз, при этом люфта достаточно чтобы я мог приподнять фрезу над материалом на 0.5-0.7мм. При работе с мягкими материалами и острой фрезой проблем нет, но о работе с алюминием или фрезами большого диаметра можно забыть сразу.
bfab96431810bf9db7224935ccef8c8e.jpg
В моем случае оказалось что длины направляющих немного не хватило, сначала была мысль применить какие нибудь шайбы.
46239d60da5579aaf2455a58422220a7.jpg
Но потом понял, что проще сдвинуть немного часть рамы, уменьшив таким образом ее внутренний размер.
08d04533034c5b37db61bf9f6e6f081e.jpg
На вал двигателя я одел пластмассовую шайбу, а лишь потом переходник 5мм-8мм.
Дальше выставляем весь механизм так, чтобы вал двигателя и шпилька была максимально соосны, т.е. при вращении отсутствовали биения.
7aabbdc77d3a22a8b60694e0a56169d6.jpg
Результат. Формально можно сказать, что столик и ось перемещения Y, готовы.
2d43c6cc125995a0b0280b5beec14c63.jpg
Шаг 4, механизм перемещения по оси Х

Здесь все проще. Берем три оставшихся отрезка конструкционного профиля, шесть уголков и 12 комплектов винт М6х6+гайки.
a66656bb3651f65c34b27b0f24eb8a6d.jpg
Я допустил одну из ошибок, причем в видеоинструкции человек сделал точно также.
Уже после сборки понял, что если делать так как на фото, то заметно уменьшится диапазон перемещения по оси Y.
08b2a63a49d5abb2dceafb4aaf18d7d6.jpg
Правильно собираться этот узел должен немного по другому.
По ходу обзора будет мелькать этот узел в неправильном варианте, не обращайте внимание.
34a301ba15ee2c73446771d59ce50412.jpg
Шаг 5, рама шпинделя

Для этого этапа необходимо:
1.Два конструктивных элемента
2.Три акриловых элемента + две гайки + силиконовая шайба
3.Три стойки длиной 20мм
4.Четыре винта М3х10 с шлицом под крест
5.Три винта М3х25 и три гайки М3 с прессшайбой
12921db43153ac85dbda3fcfb87ee197.jpg
Когда будете затягивать узел с пластмассовыми гайками, то не удивляйтесь что силиконовая шайба расплющивается подобным образом, это нормально.
79f7e4fcb609cb60e66e462eb18ba492.jpg
Узел довольно простой и конструкцию можно понять из этого фото.
a627350bd1a1853ad42f88bd5dd67374.jpg
На этом фото видно, что узел с пластмассовыми гайками имеет зазор между ними, обеспеченный силиконовой шайбой.
Вообще если закрыть глаза на недолговечность узла, то стоит отметить практически полное отсутствие люфта в этом узле.
В процессе затяжки надо следить за тем, как вращается резьбовая шпилька, она должна легко прокручиваться руками, но при этом не иметь люфта. Если закрутить очень сильно, то ход станет тяжелым, а гайки очень быстро выйдут из строя.
ea89d1c4bad171ab938ccc58315023ab.jpg
Шаг 6, узел перемещения по оси Z

Металлических элементов осталось совсем немного, потому находим те, что показаны на фото, добавляем к ним:
1.Направляющие диаметром 8мм и длиной 80мм
2.Четыре стальных уголка
3.12 винтов М4х10 + 8 гаек М10
4.Три винта М3х25 + три гайки М3 с прессшайбой
5.Комплект из двух пластмассовых гаек, силиконовой прокладки и акриловых держателей
ef96054a03d4198e33ff6721ebc76a3e.jpg
На один из элементов конструкции устанавливаем двигатель. Для этого необходимо взять еще четыре короткие стойки, четыре винтовых крепежа без шляпки, четыре винта М3х10, а также комплект переходника с 5мм на 8мм.
7b807f708276340ed0a586f5e377dce7.jpg
Небольшие черные винты сначала вкручиваем в двигатель до упора, потом на них накручиваем стойки, затягивать придется плоскогубцами или ключом.
Устанавливаем переходник на вал двигателя, фиксируем.
cc7d47b8a12876fb294bdc0a1f8602a6.jpg
После этого устанавливаем двигатель и собираем весь этот конструктор вместе.
Я понимаю что выглядит это как - "нарисуйте овал, а потом дорисуйте сову", но думаю что конструкция предельно понятна даже по фотографии.
92b69fe6e4b590583aa0205afa81fc81.jpg
Уже в конце вставляем шпильки в ранее собранный узел шпинделя и собираем всю конструкцию вместе.
00013635d8ddd5ef155f32ba37cb438e.jpg
Самый неудобный момент, выставить соосность резьбовой шпильки М8 и вала двигателя.
Если честно, то у меня так и не получилось добиться хорошего результата, биения все равно есть.При этом, пока я регулировал, то вращал пальцем механизм для проверки биений. И два раза у меня шпилька умудрялась вылезти и "уронить" механизм вниз. В реальной ситуации это выглядело бы как полное погружение по оси Z, что чревато печальными последствиями, но примерно 30 часов работы показали, что волновался я зря, после этого шпилька ни разу не вылезла.
e5f14cdf23195b14f13dd3709758fdf0.jpg
5368598fe84e72d64e80addf23000ab7.jpg
Шаг 7, механизм перемещения по оси Х

Берем оставшиеся два металлических элемента, 4 винта М4х10 и четыре специальные гайки, 3 винта М3х10, а также втулку-переходник 5-8мм.
29a901294422b20dc83bc068dedfe226.jpg
И собираем все так, как показано на фото. Металлические пластины упираем максимально вверх.
22733fa127aa81416bf6ff98a389df42.jpg
Шаг 8, монтаж двигателя шпинделя

В комплекте идет двигатель типоразмера 775, по крайней мере так было указано на упаковке,.
Также в пакете с двигателем лежал патрон -переходник для установки фрез с диаметром хвостовика 3.175мм на вал двигателя диаметром 5мм и два клемника с изоляторами.
69bcfbcc5cbdf2a789adc20fc40fa6e2.jpg
Экранирующий кожух с двигателя придется снять, с ним он не влезет на свое место.
Также понадобится пара винтов М4х10.
754f34c8d3953a947ee365f566f946a5.jpg
Осевой люфт у двигателя отсутствует (по крайней мере заметный), а вот радиальный я чувствовал. Возможно мне кажется и его нет, но не покидает ощущение что небольшой люфт все таки есть.
3683f8728c1f6171c0d920c49e6c3cfc.jpg
Выглядит весь собранный узел несколько монстроподобно.
7aed165fe87f6fb20ed9aad1cff36739.jpg
Шаг 9, установка механизма шпинделя

Последний этап. Здесь искать особо ничего не придется, так как остались только те элементы, которые необходимы.
Берем шасси станка, узел шпинделя, совмещенный с механизмом перемещения по оси Z, пару направляющих, шпильку М8, немного крепежа и совмещаем все это вместе.
a2ce8f9fb8b13bcf8430ed9ea6849f43.jpg
Остается только установить электронику и проверить.
c5e832e90e53000eb4e840f2838d6caf.jpg
В комплекте дали четыре резиновые ножки, которые отнюдь не лишние.
704dc2933de2a9832bec7dc244125f42.jpg
Шаг 10, электроника станка

Комплект электроники унифицирован и может подойти в будущем для апгрейда станка. Например можно заменить механику и получить станок больше размером и мощностью.

В одной из коробок были электронные компоненты. Также дали еще пару бесполезных переходников под наши розетки. Бесполезные они потому, что их нельзя использовать с современными розетками.
56fba93510481741c84e886665f016d6.jpg
Все компоненты упакованы в индивидуальные пакеты и весь комплект включает в себя:
Плата Arduino Uno
Плата расширения с установленными платами драйверов
Плата реле
USB кабель приличного качества, но очень короткий
Разные провода. в том числе с разъемами
Штекер и гнезда под разъем питания 5.5мм
67ff1579d85c0ccae8edfc7cb8b5c2ed.jpg
Комплект плат более чем стандартный и при необходимости может быть куплен отдельно.
4301e40a4a92d9ccd6c68748b522beb1.jpg
Основной модуль в сборе выглядит очень аккуратно и компактно. фактически сюда входит все необходимое.
902a393523b67afc2e89d896e509aa02.jpg
Если разложить всю эту конструкцию на составляющие то видим плату расширения, плату управления, три драйвера двигателей и плату реле.
462baca12af178a188630f74f3e19b24.jpg
Плата драйвера собрана на базе микросхемы A4988.
fb66436c23b3fa34a7e2459597e31989.jpg
CNC Shield.
На плате установлены несколько электролитических конденсаторов по силовому питанию, а также предохранитель.
c1239a50ba49b082f6a35be962eac6c6.jpg
f1026491d4f60c530c8402bfc8d6aab8.jpg
Для управления используется стандартная плата Arduino UNO. Преимущество данного решения в том, что можно взять стандартную плату и всего лишь загрузить в нее программу управления конкретным оборудованием. И даже в случае выхода платы из строя можно просто заменить ее и пользоваться дальше, причем для прошивки нет необходимости покупать программатор или какой то кабель, все используется "родное".
a8f94821f341d815f92682659f3ed30e.jpg
Микроконтроллер Atmega328
USB-RS232 конвертер на базе CH340. Так как я уже использую разные устройства с конвертерами на базе этой микросхемы, то никаких драйверов ставить не пришлось, все прошло автоматически. Пришлось только посмотреть какой номер порта выдала Windows
ОУ LM358
Стабилизатор питания
c55f7c9bf9f90f12cfcde261b2d7dda6.jpg
Очень порадовало наличие нормального USB разъема, а не хлипких microUSB.
b3be46d3865737d40dfced2b5e886182.jpg
Модуль реле необходим для управления питанием двигателя шпинделя. Управляется он не всегда корректно, зависит от программы управления. Включают подачу питания все программы, а вот выключают далеко не всегда.
0315d0ed0bc2366cdd077ed085cb1ce9.jpg
Плата в общем то известная, питание от 5 Вольт.
f73127ea4f0dd818b15b6a0884b71784.jpg
Для сборки нам понадобятся перечисленные выше платы, а также:
Акриловое основание
8 стоек
8 винтов М3х10 с крестовым шлицем
8 винтов М3х10 под шестигранник
8 винтов М4х10 и соответственно 8 гаек М4
2b0c61a8a910217d95a017403ed11938.jpg
Устанавливаем на плату стойки в необходимых местах. Под плату реле присутствует два варианта расположения отверстий, выбираем те, что подходят.
После этого устанавливаем на стойки все наши платы, а затем собранное основание прикручиваем в шасси станка.
Электронику можно установить как слева, так и справа, я установил слева, чтобы все провода выходили на правую сторону.
04ea07ffe94d0898ffc9d0092cef10dc.jpg
2449456c3cded93a505bad97644c1c50.jpg
Перейдем к электрическим соединениям.
Нам понадобятся провода с разъемами, их в комплекте три штуки.
dc9b3c7f634178f32f2739d2c54f7b16.jpg
Сначала я соединил провода просто на "живую нитку", обмотав места соединений изолентой.
В таком состоянии протестировал что все работает.
170d5444d039f9d8926372658dc78550.jpg
После этого соединил провода уже штатно. Вышло так, что провода соединять надо по цветам. Но на всякий случай объясню принцип:
У двигателя две обмотки (кстати, проводов из двигателей выходит 6, два просто обрезаны). Находим провода от каждой обмотки.
У драйвера соответственно два выхода, на каждую обмотку свой.
К верхним двум контактам подключаем одну обмотку, к нижним другую. Если двигатель вращается не в ту сторону, то просто переворачиваем разъем на 180 градусов.
ab86c15da08eb6a27f222a96de708d51.jpg
Модуль реле подключается тремя проводами, они также идут в комплекте. Пара подает питание, она включена в разъем с обозначением 5V/Gnd, и один провод подключается к контакту управления - SpnEN.
eb1b4a4ec04be2d74cd393176801d545.jpg
В итоге выглядело все как на фото ниже. Правда потом выяснилось, что двигатель оси Y работает не в ту сторону и разъем я позже перевернул.
506eb53b015046a32aa82667daaa6a86.jpg
Реле я подключил немного не так, как было задумано изначально и сделал это по двум причинам:
1. Мне не хотелось делать скрутки.
2. Я люблю когда шпиндель останавливается почти мгновенно.
ce7ac727a897b6a3b8b731864edd8b4c.JPG
Двигатель шпинделя питается от напряжения 24 Вольта, а плата драйверов от 12 Вольт, для этого предусмотрен отдельный клемник.
Также я подключил от этого же клемника 12 Вольт на вход платы Ардуино. Но как показала практика, сделал я это зря. Несколько дней все шло отлично, я экспериментировал с вырезанием разных деталек, но при очередной попытке заметил, что через 5-10 минут работы станка привод по оси Z начинает самопроизвольно ползти вверх. Я пробовал разделить провода питания двигателя шпинделя и шагового, менял местами драйверы, но ничего не помогало.
Заметный результат дала установка конденсатора емкостью 0.47мкФ параллельно контактам двигателя, а кардинально решило проблему отсоединение питания платы Ардуино от 12 Вольт. В итоге плата питается только от USB.
2231f61913056e7e11a083358591bd98.jpg
От сборки 3D принтера у меня остался кусочек разрезной трубки, в которую я упаковал провода.
Два коннектора для подключения блоков питания я отметил термоусадкой разных цветов, красный - 24 Вольта, черный - 12 Вольт, чтобы не перепутать.
120fa64d82fc9b0bd982a86531385b7e.jpg
Сами провода притянуты стяжками и изолентой. Изолента посередине нужна затем, чтобы можно было переносить станок. Если использовать стяжки, то их острые концы могут оцарапать руку и будет не очень приятно.
64ff6d7e2201bd6e1126bd08cdf01d7c.jpg
Блоков питания два, а не один на два напряжения. Хотя опыт работы показал, что проще поставить плату DC-DC 24 в 12 Вольт, чем использовать два блока.
3efbcae23aa34506a0e9535c937d9946.jpg
Расширенное описание блоков питания

Один БП на 12 Вольт и ток нагрузки до 5 Ампер, второй 24 Вольта 5 Ампер.

У первого была непонятная маркировка на кабеле - For motorola DCX. Я попробовал его разобрать, но к сожалению склеен он был буквально намертво.
У второго зато был указан производитель - Astec и именно этим он меня и заинтересовал. Из преимуществ было то, что у блока питания установлен стандартный разъем для подключения входного кабеля.
fc42dcd5dfefbd1178123ac257bb898d.jpg
Второй блок я раскрыл без особых сложностей при помощи ножа и небольшого молотка.
c1889827b57aa321a14abc9d6af1982a.jpg
В своих обзорах блоков питания я пару раз упоминал эту фирму. Теперь пришла очередь показать то, как должен быть сделан правильный БП.
Для начала скажу, что мне было удивительно увидеть в комплекте блок питания от этой фирмы. Раньше она производила хорошие БП для компьютеров, но потом ушла с этого рынка и занялась производством промышленных блоков. Но это не мешало ей производить и мелкие блоки питания.
Отличие этой фирмы от большинства других состоит в том, что она сама производит (как минимум разрабатывает) некоторые микросхемы для своих блоков, а не использует стандартные "с полки".

И так приступим к разбору и демонстрации.
1. Блок питания промаркирован как AA24450L, но эта маркировка выводит меня на совсем другой блок, 32 Вольта 2.5 Ампера. Есть подозрение что БП перемаркирован, но БП с таким номером имеет и заметно меньший размер, потому пока для меня это загадка.
2, 3. На входе стоит полноценный фильтр, состоящий из двух синфазных (двухобмоточных) дросселей, варистора, термистора и предохранителя. Также присутствуют помехоподавляющие конденсаторы.
4. Диодный мост установлен на радиатор.
00c2225845e84a556f75b5900e0febd6.jpg
1. Суммарная емкость входных конденсаторов составляет 240мкФ, что для мощности в 120 Ватт очень хорошо.
2. Выходные конденсаторы имеют суммарную емкость в 1680мкФ, для 5 Ампер маловато, я даже был удивлен. Но при этом у меня есть некоторые сомнения в оригинальности этих конденсаторов, так как данная фирма обычно применяет конденсаторы другого производителя. Хотя следов пайки я не заметил. Конденсаторы рассчитаны на напряжение до 50 Вольт, что для выходного в 24 очень хорошо. Справа заметен выходной двухобмоточный дроссель.
3. Выходной диод также установлен на радиатор, но не очень большого размера.
4. Силовой трансформатор выполнен в привычном стиле этой фирмы, слева виден высоковольтный транзистор, установленный на свой радиатор. Т.е. радиаторы "горячей" и "холодной" стороны раздельные.
6cfd7b6e925896412c51aa37ab2291a7.jpg
Снизу плата закрыта дополнительным экраном, он уменьшает уровень излучаемых помех от БП.
dc0111e130a1e9632eb5436ee4d1721e.jpg
Снимаем экран и видим кучу компонентов, что на фоне последних БП кажется непривычным. Скорее всего БП был разработан довольно давно, так как сейчас используют ШИМ контроллеры "все в одном".
9bcecc2a04d62bf773da1abafeb8df62.jpg
Также мне попалось немного необычное включение выходного диода.
1, 2. Если посмотреть на фото диодной сборки и его включение (на плате), то можно понять, что у диодной сборки работает только один диод, второй просто закорочен. Зачем такой хитрый ход, для меня осталось загадкой.
3. ШИМ контроллер. Я несколько раз коротил выход блока питания на ходу, проблем не было вообще, БП уходит в защиту и остается в этом режиме до перезапуска по входу 220 Вольт.
4. А вот еще одна улика. Видно, что имеет место небрежная пайка одного из резисторов. Сверху родного резистора напаян еще один, это дает основание предполагать что БП перемаркирован из модели 32 В2.5 А.
3fec16d2852ac811eddbddf810000458.jpg
Весь комплект в сборе и готов к экспериментам :)
PREVIEW
Гравер это конечно хорошо, но без фрез он ничего резать не будет, потому в комплекте дали "стартовый набор" в виде четырех одинаковых фрез.

Есть мысль сделать реверс шпинделя для работы с такими фрезами. Фреза симметричная и не имеет такого понятия как направление вращения, а значит будет резать в любом варианте. Если использовать реверс, то можно равномерно изнашивать обе стороны и ресурс фрезы увеличится до двух раз.
Фреза имеет очень острый конец, сходящийся в ноль. В процессе экспериментов я чуть надломил самый конец фрезы и в итоге получил результат еще лучше. Дальше я эту фрезу использовал даже для финишной обработки.
897f0238c7a04d52184adffb90bdcfc9.jpg
Устанавливаем фрезу в патрон, затягиваем винты, проверяем отсутствие биений.
38b2b3ee9d12fe74e80b6bc1edba2616.jpg
Теоретическая часть, работа с ПО

Сначала все было предельно просто.
Есть специальная программка, при помощи которой мы заливаем прошивку в микроконтроллер.
В конце обзора я дам ссылку на архив со всем необходимым.

И так, берем программу Xloader, выбираем режимы как на скриншоте, только номер порта будет соответственно тому, каким он определился в системе, для этого придется зайти в диспетчер устройств/COM и LPT порты.
Открываем файл прошивки. Я нашел два файла к этому граверу:
grbl.hex
grbl9.hex

Сначала прошил первый, потом ради эксперимента - второй. Разницы не увидел потому оставил как есть.
Слева скриншот из инструкции, справа мой.
b62a6b423590e1944a4ad0e0e092ea60.jpg
Затем нам нужна программа, которая будет "рулить" станком.
Здесь операции разделены. Существуют программы для работы с чертежом, а есть программы собственно управления станком.
В итоге вы сначала подготавливаете то, что надо гравировать/фрезеровать, потом либо сохраняете в один из промежуточных форматов и передаете программе-конвертеру, либо сразу формируете G-код.
G-код это последовательность команд для станка с указанием осей перемещения и расстояния, на которое перемещается шпиндель.

Но сначала я запустил программу Grbl Controller, это одна из программ для управления станком.
В ней надо было занести константы режимов работы с привязкой к конкретному оборудованию.
Для ввода констант есть отдельная строка, куда можно вписать/скопировать данные и потом нажать кнопку - Энтер. Вносить надо каждую константу отдельно.

При подключении программы к станку вы получаете список всех доступных констант, они хранятся в памяти Ардуины и используются всем ПО.
23a66c9a14945acfa03586aa687014f2.jpg
Константы я нашел потом в документации, которую смог скачать.
$100=3200
$101=3200
$102=3200
$110=150
$111=150
$112=150

Первые три - количество шагов на 1мм перемещения. Вычисляется по формуле 360/1.8*16/1=3200 где - 360 - количество градусов полного круга, 1.8 - угол поворота одного шага, 16 - количество импульсов на шаг, 1 - шаг резьбы винтовой передачи.
У меня двигатель был 0.9 градуса, шаг резьбы 1мм, потому получается - 360/0,9*16/1=6400
Если винтовая передача имеет шаг 2мм (специальные шпильки, а не обычные строительные), а двигатель 1.8 градуса (более распространенные ), то будет - 360/1,8*16/2=1600.

Вторая тройка параметров - скорость перемещения мм/с в квадрате, в данном случае около 12мм/сек. Можно попробовать поднять, но якорь двигателя может начать проскальзывать в магнитном поле и пропускать шаги.
ec8e51f05a65ac1e44da65cfc9e283c7.jpg
Чуть позже я выяснил, что можно запустить другую программу, где это все можно задать в более понятном виде.
В процессе экспериментов я как то забыл про эту программу, и вспомнил о ней только в процессе подготовки обзора, а зря.
d15eb5ddee81963b745afef9213f538e.jpg
В меню настроек есть все необходимые параметры.
59c95978b69b912479499f5a10452065.jpg
Сначала я все делал при помощи ПО Grbl Controller. Хорошая и простая программа, но она имеет один большой минус, я даже не знаю почему разработчики за несколько лет и кучу версий программы об этом не задумались, в ней нет кнопки ПАУЗА!
Когда я пилил один из примеров, то использовал не совсем подходящую фрезу и ее фиксация могла ослабнуть со временем от вибрации.
Пилил я с час, фреза ослабела и надо ее подкрутить, нажимаем - СТОП, фиксируем фрезу и прогоняем час вхолостую, потому как начать программу с того момента где остановились - нельзя!
Ладно, зафиксировал фрезу, запустил опять, час холостого пробега, потом еще час работы, опять стоп, опять надо делать все заново.

Кстати насчет кнопки - Стоп. Она вроде как есть во всех программах, но работает очень уж оригинально. В память станка загружается порция команд, он их обрабатывает, и если в процессе нажать кнопку стоп, то ПО просто перестанет подавать новые команды, а станок будет работать пока не выработает свой буфер.
418ea6e4fe5267084678e90ce87798cb.jpg
Выше я писал, что программы подготовки бывают разные. Например для фрезеровки печатных плат можно экспортировать данные в формат HPGL.
09aedc6163f6a92bf7c7558dffe1beca.jpg
Но напрямую с ним работать нельзя, придется использовать программу-конвертер, которая поможет и с фрезеровкой платы и с ее сверловкой.
На выходе она выдает G-код с коррекцией режимов, заданных в самой программе - конвертере.
2fc8c4f294c0516a2d0e4aef68d3b828.jpg
Этот G-код можно потом "скормить" любой из программ работы со станком и они все сделают работу одинаково.
fbeff61c0740c6e926cefd3c396027e1.jpg
Для подготовки объемных моделей используется одна программа. С одной стороны это проще, но с другой - сложнее, так как работать с этим ПО гораздо труднее.
Трудности с ПО возникают в основном из-за того, что оно может очень много и все это желательно знать и понимать.
Надо знать что такое припуск, координата нуля (от стола или от верха детали), типы фрез и их характеристики (иногда режимы работы надо корректировать под свое оборудование), черновая и чистовая обработка, плавное погружение фрезы и т.п. и т.д.
e1ab925e86362c78141d8a92a0b997d1.jpg
После всех настроек создаем файл с G-кодом. Обычно создают два файла, для черновой и чистовой резки.

Сначала я долго экспериментировал с этим ПО и при этом очень долго матерился, так как создавал код, открывал его в программе управления, запускал, фреза начинала лезть только в одну сторону, быстро упиралась в край станка и мне приходилось нажимать стоп, выключать двигатель, ждать пару минут пока станок перестанет подавать признаки жизни и продолжать эксперимент с трансляцией в другой формат.
Проблема решилась путем поисков правильного формата вывода и включение в ПО режима - Абсолютные координаты ( в программе Grbl Controller, в двух других не надо), причем второе было куда важнее.
d0433c9f077a3f2787023a75ac0842c0.jpg
Практическая часть, работа со станком

Начал я с простых фигур, они есть в комплектной информации (которую я скачал значительно позднее), кстати, станок буквально передран с одного из форумов, в документации даже есть скриншот окна форума, где обсуждают сложности и проблемы работы!

Начал с программы рисования круга, здесь проблем не было, за исключением того, что работа происходит в одной плоскости с материалом, потому фрезу пришлось утапливать на столько, на сколько надо заглублять ее при резке.
8920f24aa206e8a59540dcd7acdefea9.jpg
Потом попробовал гравировать печатную плату, а заодно всякий текст (для работы с текстом лучше пользоваться программой CorelDRAW).
Попутно узнал некоторые нюансы:
1. После окончания гравировки и нажатии кнопки - домой, фреза может впереться в материал с выключенным шпинделем, красиво, видно на одном из фото.
2. Если начать гравировать некоторые комплектные примеры, то можно остаться без фрезы, так как например квадраты ориентированы под лазерный гравер, где нет понятия ось Z и фреза пойдет с выключенным шпинделем, потому рекомендую экспериментировать вообще на чем нибудь типа пенополистирола.
3. После окончания резки ПО может привести фрезу в домашнее положение, может только поднять, а может вообще оставить утопленной. Все зависит от настроения программы- конвертера и программы управления.
4. Не все программы управления выключают шпиндель в конце работы.

В общем сплошной разброд и шатание.
fc943c29b77483a645ac4cdf96bf6d83.jpg
Видео процесса эмуляции гравировки печатной платы. Тренировался в процессе на кусочке деревяшки. Заодно в конце можно увидеть скорость остановки шпинделя после мой доработки, а точнее другого варианта подключения.
Из более сложного я решил сначала выгравировать небольшую картинку с жирафом.
Фрезеровал комплектной фрезой, в режиме чистовой обработки.

Пятнышки сверху получились случайно, надо было выбрать предварительное заглубление, т.е. когда рисунок начинается не от нуля, а утоплен на 0.5-1мм, чтобы убрать кривизну заготовки.
Размеры - 26х28мм, глубина резки около 1.5мм, шаг на финише - 0.1мм.
63d83d001e81bbca36c0414cf7fc1f6d.jpg
Фрагмент процесса гравировки этой модели.
А вот дальше я взял модель покрупнее. Размеры 50х35мм, глубина модели 5.5мм, полная глубина фрезеровки 6мм.
Черновое фрезерование производилось другой фрезой. Было сделано 6 проходов по 0.9 каждый.
06b6ce064554847497b609fa8fe3a613.jpg
Финишное фрезерование производилось конусной фрезой, которую дали в комплекте (фото есть выше) и у которой я обломал кончик.
Шаг фрезерования был задан в 1мм, скорость рабочей подачи 2.5мм/сек, скорость подачи врезания 2мм/сек. (если не путаю).
Весь процесс чистовой обработки занял 4 часа. Можно было поднять скорость подачи, но пострадало бы качество. Для того чтобы качество не страдало, желательно чтобы шпиндель станка имел выше обороты. В моем случае при расчетах я принимал 15000 об/мин, но есть относительно небольшие станки где обороты 40-50к.
Думаю что при желании и на этом станке можно повысить скорость обработки в 2-4 раза, просто я не стал спешить. Чем выше скорость, тем хуже качество и больше шанс повреждения фрез.
2fb213b7325132270ab45c231c3d51dd.jpg
В итоге у меня получилась такая модель.
Оригинальный размер модели был заметно больше, пришлось его уменьшить до указанных 50х35мм.
b654899ee1e358148ad4d32c0949e786.jpg
be0e353e0e461ce71653b6fd188ed18c.jpg
Степень детализации очень высокая, но видны следы от работы фрезы, причем основание получилось абсолютно гладким, а на самой модели есть следы даже на ровных участках.
0bfe0372fb19368ec9d8c7c4dec9b0d6.jpg
В дополнение к фото я снял и видео процесса фрезеровки последней детали. Так как процесс суммарно занял около 6.5 часов, а видео имеет длительность всего 6.5 минут, то пришлось сильно сократить. В процессе я очищал модель от стружки, потому в кадре она выглядит по разному.
В начале видно, что черновая фреза категорически не подходит для этой задачи.
Вот теперь можно подвести итоги.
Для начала о нюансах, связанных с конструкцией станка и возможным методах их решения.
Обязательное.
1. Не очень хорошие подшипники скольжения, хотя скорее это просто втулки, а не подшипники. В процессе сборки я не обратил особого внимания на них, но потом понял, что перед сборкой их надо было простучать молотком, чтобы они сели бы глубже и работали лучше.
2. Металлические муфты, соединяющие вал шаговых двигателей и ходовые винты (шпильки). В принципе их можно выставить и зафиксировать практически без биений, но сделать это реально сложно.
3. Пластиковые гайки.
Сначала я планировал поместить их на первое место, но практика показала, что они ведут себя лучше, чем ожидалось. Кроме того в комплекте дали три запасные гайки.
Но у такой конструкции есть и плюсы. Данный узел имеет практически нулевой люфт, кроме того его можно регулировать по мере износа.
4. Патрон.
Патрон надо менять. С таким патроном можно использовать фрезы только с диаметром хвостовика в 3.175мм, а наверняка у многих лежат фрезы и сверла с другими диаметрами.
5. Ходовые винты (шпильки).
Здесь сложно сказать как лучше. С одной стороны это просто шпильки и нормальная червячная передача даст выше надежность (про ШВП я молчу, не та цена), но со шпильками станок имеет большую тягу, а также более высокую относительную точность позиционирования.

Второстепенное
6. Торцевые подшипники. Их здесь просто нет.
7. Двигатель. Для данного станка более чем достаточен. При установке более мощного двигателя будет тяжелее работать приводу оси Z, а вот "разогнать" существующий двигатель вполне реально. Я думаю что вполне спокойно можно поднять напряжение питания до 27-30 В.
8. Убрать из конструкции блок питания 12 Вольт, заменив его DC-DC преобразователем.
9. Добавить возможность реверсирования двигателя.
10. Переделать все вышеперечисленное, поиграться, поставить станок на полку и сделать что то больше/мощнее.

Что вообще дает этот конструктор.
1. Хорошую практику в работе с мелкими станками с ЧПУ.
2. Понимание процесса работы такого вида оборудования
3. Возможность использовать его практически в реальных применениях, например гравировка, сверловка плат, изготовление мелких деталей из пластика или дерева.
4. В случае если интерес не угаснет, то будет информация (и некоторые компоненты) для самостоятельной сборки своего варианта похожего станка.

Дополнительные материалы- Скачать
Подписаться на 3Dtoday
5
Комментарии к статье

Комментарии

8 Фев 22:16
0
А откуда заказывался станок?

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

мои пять копеек про запутывание или сравниение катушек BestFilament и Fdplast

Удержатель на катушку

3Dtoday за 60 секунд от 26 июня

Компания Rize 3D приступила к поставкам гибридных FDM/струйных 3D-принтеров Rize One

Наконец то первый масштабный 3D проект закончен. (подсветка салона)

3D печать для оLEDинения автооптики