Портальный фрезер из пластика с рабочей зоной 200х150х60 мм

Начинал вход в ЧПУ тему с фрезера.... не удачно, потом перешёл на 3D принтеры и лазерные гравёры, и вот решил снова сделать фрезер с уже набитой рукой на предыдущих проектах. Основное назначение фрезера - гравировка печатных плат, поэтому и выбрана такая рабочая зона и маломощный шпиндель -для старта, а потом уже определюсь нужен ли более мощный шпиндель или этого достаточно.  

Почему фрезер по типу кинематики выбран "портальный"? - общие габариты меньше, чем у фрезера с подвижным столом и стол можно нагрузить тяжелыми заготовками или тяжелыми приспособами - например металлическими тисками.

Текущий 3D принтер у меня с зоной печати 150х150х150 мм, поэтому данный проект ограничен этими размерами по габаритам пластиковых деталей.

Готовые проекты меня не устраивали чем либо..... Либо сам проект не нравился, либо детали больше моей рабочей зоны печати, либо в проекте используются комплектующие, которых у меня нет. Поэтому и получился такой проект. Всего ушло 1 кг 200 гр пластика  - это с переделками некоторых деталей. Пластик использовал серый PETG от Бестфиламента.

Передвижение портала по оси Y реализовано на валах 12 мм на двойных подшипниках с фланцем. Сам портал крепится при помощи четырёх 8 мм строительных шпилек.  Ось Y смонтирована на платформе 300 мм на 200 мм -ламинированная ДСП.

Модель каретки

Боковые стойки - под двигатель или в стойку вставляется подшипник для 8 мм трапеции:

Сам портал, сбалансирован таким образом, чтобы центр тяжести приходился посередине подшипника на оси Y ... Это видно - портал стоит и не падает, так как хорошо сбалансирован.

Так как не хотелось слишком уж делать широкой ось Z - то в качестве винта использована обычная шпилька на 8 мм с обычной бронзовой гайкой, которая вплавлена в каретку Z и для антилюфта после гайки нарезана резьба в пластиковой каретке. Если просто нарезать резьбу в пластике - её быстро срежет. Если  использовать только гайку - то будет люфт, а пластиковая резьба с металлической гайкой вполне неплохое решение..... Одна проблема - шпильки обычно кривые и все их или выбирать надо, или их долго ровнять нужно. Так как шпилька с шагом 1,25 мм на оборот, то вполне хватает шагового двигателя на 48 шагов на оборот от старого принтера. Мощности у него достаточно. 

Моделька составная, так как нужен был габарит более 150 мм и по ширине и по высоте.

Шпильки позади 8 мм валов позволяют точно отрегулировать ширину по Х. Но ...это тоже не очень простая задача. Обычно этот момент все обходят....  Не отрегулируешь правильно - все будет криво и углов по 90 градусов не будет, а также  всё будет клинить. Сперва выставляем размер, а потом всё затягиваем.

То есть печатал пару дней, а регулировал неделю. Поэтому конструкции на рельсах - хоть и чуть дороже, зато их регулировать проще и гораздо быстрее.

Ось Z

Тут тоже нужно приложить терпение для регулировок и тоже сделана на двух двойных подшипниках , иначе ось люфтит и её перекашивает. То есть по X - стоит 4 подшипника и по Z также стоит 4 подшипника на валах 8 мм.

Сразу сделан держатель под лазер.

При помощи лазера удобно отстраивать перемещения по X Y. Точность получилась достаточно хорошей.

Про шпиндель

Шпиндель -Двигатель постоянного тока 550.

Спецификация: напряжение питания- от 6 до 24 В; потребляемый ток - 1 А на холостом ходу при 12 В; скорость вращения - 10 тыс.об./мин.; крутящий момент - 4,2 кг/см; диаметр - 38,5 мм; высота- 57 мм; длина вала- 11 мм; диаметр вала- 3,17 мм; отверстия в корпусе -  25 мм, М3; вес 230 г.

От импульсных блоков питания напрямую не крутится - либо писчит, либо делает четверть оборота останавливается на 1 секунду и снова на пол оборота и снова останавливается - у двигателя большие пусковые токи и импульсный блок питания уходит в защиту от перегрузки. Поставил DC-DC с преобразователь LM2596 - он с ШИМ, - двигатель стал нормально крутиться от импульсного блока питания и остановить руками не получается. А от трансформаторного блока питания двигатель можно было остановить пальцами. На 24 вольта сильно искрит - и воет... мне как то очень не понравилась его работа. На 12-14 вольт от импульсного блока питания через LM2596 - хорошо работает. LM2596 -при работе слегка теплая.

У патрона на валу стоит шариковый подшипник, на другом конце меднографитовая втулка. Поставил простую цангу на 3,175 мм - сама цанга не бьёт, но на рабочем кончике фрезы биение есть .... ER11 на посадку 3.17 у нас в магазинах нет, надо заказывать.... И стоит он с доставкой в два раза дороже этого двигателя.

Фрезерует.... но пришлось побороться с люфтами. И скорость всё таки желательно побольше, фрезы от дремеля горят и не фрезеруют (буква слева), а вот специальные фрезы "КУКУРУЗА" вполне неплохо работают ( права две буквы и по пластику). Фрезерование происходит на скорости 1 мм в секунду и съём 0,25 мм. При скорости 2 мм в секунду фрезу уже начинает кидать из стороны в сторону - не хватает оборотов у шпинделя.  

Квадрат и круг фрезерует правильно, отклонения в размерах 2 десятки. Этот параметр можно улучшить поставив нормальный цанговый патрон ER11 на шпиндель. 

По электронике поставил стандартный вариант под GRBL f 1.1. На переделанном шилде под arduino NANO v3.0 shield 111330. Стоит самодельная плата управления шпинделем с оптронной развязкой по управлению.... но так как поставил DC-DC с преобразователь на LM2596 - он не пропускает броски напряжения в цепь питания, то можно просто поставить обычный электронный ключ. Управление, что для лазера, что для шпинделя берётся с выхода, обозначенного "Z+" .  Для лазера дополнительно для питания приходит красный провод " +12 вольт". А для питания шпинделя сделана отдельная линия от импульсного блока питания с дополнительной дроссельной развязкой.

Печатные платы пока не фрезеровал, так как специальные фрезы для плат до меня ещё не доехали...

Если  нужны будут модели для печати пишите размещу..... Но как показывает практика легче модели самому нарисовать , чем пытаться разобраться в чужом проекте. Особенно, при   подгонке точных размеров при усадке пластика - для каждой катушки надо делать свою подгонку в размерах модели. 

Всем здоровья и интересных проектов.