Време е за истински рутер

След всички експерименти е време да си направя истински рутер. Избирам топологията на Momus по няколко причини:

1. Затворен обем, намаляващ шума и праха;

2. Стабилен портал, който обещава да не се усуква при работа;

3. Проста конструкция, която може да се реализира с лесно достъпни материали;

Той е добър настолен вариант, с който могат да се реализират малки проекти, без да се влиза в конфликт с когото и да е заради шума и праха. Може да бъде разгледан на сайта http://www.momuscnc.com

Що се отнася до големи детайли, MechMate определено заслужава внимание. Сайтът с богат форум за проекта е http://www.mechmate.com:

Чертежите, които ще публикувам от тук нататък са за моя личен архив, ако някой реши да ги ползва, го прави на своя отговорност (в смисъл, че може да допусна грешка и не искам да поемам отговорност за вредни последици :)!

Поправка на грешките - нов шпиндел

След като разбрах, че използването на мотор с втулки вместо лагери е грешка, новият шпиндел ще изглежда така:
- мотор на NISCA, използван в копирните машини - тих и на лагери;
- двустепенна предавка, оборотите лесно се регулират и чрез промяна на захранващото напрежение;
Интересно ми е какви резултати ще покаже, но това в продължението :)

Упс, тази конструкция затруднява работата по монтиране на инструмента. По - добре е, когато моторът е отгоре:

Следва сурова проба с един счупен фрезер. Целта е да се види как се държи двигателчето при гравиране. Качеството на рисунъка засега е без значение:

Модел на CNC - грешки и решения

Сглобих си малък модел на CNC от плексиглас, за да видя какво трябва да имам предвид, когато си правя истински работещ прототип.

С това моделче ще изследвам грешките, които всеки начинаещ прави, а целта ми е да спестя време и нерви на хората, които са запалени от идеята за CNC.
Работата на този модел се вижда от следващото кличе:


В тази реализация шпинделът е мотор от принтер с 4500rpm. Вижда се, че тази скорост е недостатъчна. Докато достигна до успешен клип, счупих 2 фрезера при опит да постигна скорости по - големи от 150мм/мин.
Следващият опит ще бъде с подобрен фрезер. Целта ми е да постигна поне 10 000 rpm, а надеждата ми - да работя с по - голяма скорост без опасност за режещия инструмент.

В следващия клип фрезерът се върти с приблизително 10 000 оборота в минута. Вижда се, че 10 000 оборота са си 10 000 оборота :)
Сравнението от двата клипа ясно показва, че оборотите са важни. Като се има предвид, че тестът е върху подов ламинат, чиято твърдост (поне според производителите му) не е за пренебрегване, с новия шпиндел лесно постигнах 250 мм/мин подаване и както се вижда инструментът не се тормози и допуска по - голяма скорост. Засега това ме устройва и спирам експериментите с оборотите до тук.



И така, доволен съм от оборотите на шпиндела, но искам да вдигна скоростта на работа на машината. Тук отговорът е еднозначен: избор на мотори!
Външният размер не е определящ. Предлагам ви моята гледна точка. Изпробвам два двигателя с различни размери, на снимката по - долу:

Долу е "малкият", горе е "големият". А ето и на какво са способни:


Тъй като експериментът е направен с един и същ контролер, считам коментарa за излишен: ИЗБОРЪТ НА ДВИГАТЕЛ Е ИЗКЛЮЧИТЕЛНО ВАЖЕН ЗА КАЧЕСТВАТА НА МАШИНАТА, КОЯТО ПРАВИМ.

А важното на един стъпков двигател е механичната му характеристика. Това е зависимостта на въртящия момент от оборотите. Второто двигателче има малък момент, затова не иска да върти. Моментът пък се създава от тока през намотките му. Следователно трябва да се преизчислят намотките и да се пренавият. Пренавиването не е трудно, убедете се сами в следващите снимки:
Тук е оригиналният статор:

Пренавитите намотки на фазите изглеждат така:

Ето как и то започва да върти с 1000 мм/мин, когато намотката се направи с по - дебел проводник, за да издържа по - голям ток.



Грешка при избор на мотора за шпиндела
Подведен от многото публикации в Интернет, аз също реших да използвам малък постоянно - токов двигател с бронзови втулки вместо сачмени лагери. Уточнявам, че е снет от марков принтер, нищо, че е китайски. След не много дълга експлоатация шпинделът ми започна да "свири". Поизмъчих малко моторчето, докато сваля шайбата на вала, но в края на краищата успях. Целта ми е да покажа какво става с втулката и защо сега ще търся задължително мотор със сачмени лагери :)

Грешка при дизайна на портала

Избраната правоъгълна форма не позволява да се използва голяма част от оста Y. Работната точка на инструмента е в предната част на лагера и при натиск създава момент, натоварващ задния лагер. Преди да се изработи порталчето по Y би трябвало да е готова конструкцията по Z, работният инструмент да е поставен и страните на портала да се направят с такава форма, че натискът на инструмента да е по средата между двата лагера Y.

Машинна обработка

След като съм "проектирал" желания от мен обект с CorelDraw, експортирал съм го в *.dxf файл и съм дефинирал операциите в CamBam, време е да изработя и самия детайл. Това става с MACH3, която ползвам за директно управление на CNC рутерчето. Създадения *.tap файл се зарежда с File-Load G-code и на екрана на Mach3 генерирания от CamBam файл изглежда така:

Картинката е копирана след като програмата е стартирана от бутона Cycle start. Както се вижда, програмата вече върти координатите и подава управляващи сигнали към контролера. Рутерчето се държи в рамките на очакваното и реагира по начина, показан на долната снимка:

След приключване на работата на програмата следва отделяне на изрязаните елементи, малко неизбежна ръчна работа и сглобяване на детайлите. Тъй като това е първия екземпляр, излязъл от тази машинка, посвещавам го без лоши чувства и като приятелски шарж на всички, които не вярваха, че това CNC ще работи :)

Имам вече рутер, а сега какво?

Имам вече CNC рутер и искам да го накарам да работи за мен. Съществуват много CADCAM програми, осигуряващи процеса на проектиране и изработката на детайли. Аз лично за себе си съм разбил процеса на три стъпки:
1. CAD (дизайн). Всяка програма, осигуряваща запис на файла в DXF формат би ми вършила работа. AutoCad естествено е на първо място, тъй като това си е нейния формат. Аз лично съм се спрял на CorelDraw по две основни причини: 1 – имам я като OEM версия, която дойде с един скенер, т.е. нямам нужда от купуване на лиценз; и 2 – върши ми достатъчно добра работа. С нейна помощ изчертавам контурите на дизайна си. В последствие правя export на файла в DXF.

Преди записа на файла центрирам изображението спрямо листа. По този начин нулите на координатните оси X и Y съвпадат с центъра на изрязваната площ.

2. CAM (дефиниране на машинна обработка). За този процес използвам CамBам Beta, която се разпространява без лиценз. Авторите предупреждават, че е в процес на разработка и може да има „бъгове”, но поне досега аз не съм имал проблеми с нея. Тя има вградени примитиви, с които е възможно да се използва и за дизайн на прости форми.
Удобна ми е с това, че освен своите собствени файлове, приема и други формати (Gcode *.tap и *.nc, AutoCad *.dxf, 3D Studio *.3ds). Като краен резултат от работата си генерира G код, който е входен файл за същинската програма за управление на рутера, а именно Mach3.
Процесът на работа с нея в експресен план е следният:
- отварям файла .dxf, който вече съм създал с CorelDraw
Той се появява на екрана в следния вид:

- Отварям LAYER_1 от дървовидната структура вляво и виждам, че дизайнът ми е съставен от множество затворени линии (контури) - ( Polyline(1) do Polyline (9) )
Всяка една от тях трябва да получи дефиниция за начина на обработка с рутера. Тези дефиниции ще се добавят в долната част – папката Machining под списъка на Polyline (1..9). Ще илюстрирам само за един контур, за всички останали процесът е аналогичен. Маркирам контура – в случая Polyline (1) от списъка. На работното поле той променя цвета си. Сега следва избор на начина на обработка. Начините са отбелязани с кафявите икони в дясната част на полето с инструменти – на следващата снимка са оградени с червена елипса:
Първият метод е „2.5D Profile” и се използва за изрязване по линията на контура на зададена дълбочина, вторият е „Pocket Operation” и фрезова до края на контура със зададената дълбочина, третият е “Drilling” – за пробиване на отвори, следва “Engraving” за гравиране и т.н., всеки би могъл да ги погледне в хелпа. За изрязване по контура аз ще използвам 2.5D Profile. Избирам го и под папката Machining се появява Метод с името Profile (1). Това име е достъпно за промяна. Това е удобно за по – късното проследяване на хода на програмата. Освен името на машинната операция, в долния ляв ъгъл на екрана се появява и таблица с параметрите й.

Тя има секции, определящи процеса. Това, което ме интересува е:
- в първата секция Cutting Depth – Depth increment. Определя стъпката по дълбочина между пасовете на рязане. По подразбиране е 1, което значи, че подаването при повторение на контура е 1 мм. Променям го на 2.5. Другият параметър е StockSurface – определя началната дълбочина на рязане. Аз започвам от началото на повърхността, т.е. оставям го 0. Последният е TargetDepth. Той определя максималната дълбочина на срязването. Тъй като моят материал е с дебелина 5 мм, аз променям този параметър на -5. Знакът е отрицателен, защото движението на оста Z надолу е под нулата на координатната система, нагоре е над нулата. Това значи, че рутерът ще направи 2 паса за срязване на детайла – на всеки пас ще подава по 2.5 мм дълбочина и ще прекрати рязането на 5 мм, т.е. когато прореже материала.
- Секцията FeedRates определя скоростта на подаване. Числото в нея не може да бъде по – голямо от настройките на моторите в Mach3, защото в този случай той го пренебрегва и работи със собствените си максимални настройки. Следователно, струва си да се променя, само ако искам по – бавна скорост и аз го оставям каквото си е.
- Секцията ToolDiameter дефинира диаметъра на режещия инструмент. Аз ползвам фрезер с 2 мм диаметър, затова поставям тук 2.

Повтарям процеса за останалите контури. След приключване мога да видя пътя на инструмента с десен клик върху папката Machining:
Ако избера следващата опция от падащото меню „Generate GCode File”, CamBam ще преведе машинните операции в -G код и ще ги запише във файл с посочено от мен име.

Този файл ще ползвам за обработка с Mach3