Jak si postavit CNC frézku
Tento článek je určen zejména těm, kteří by si rádi postavili svoji CNC frézku a zatím váhají. Na dnešním trhu operuje spousta firem, které se zabývají prodejem dílů na CNC a NC stroje, bohužel ceny těchto firem jsou poněkud jinde než pro prostého smrtelníka, který od svého stroje očekává přiměřené výsledky vůči nákladům. Většina firem a veletrhy jsou tomu jasným důkazem - jsou pouze překupníci snažící se vydělat na neznalosti či nemohoucnosti svých zákazníků. Stačí si projít např. mezinárodní strojírenský veletrh v Brně a zjistíte, že 20 firem používá i stejné katalogy (jen přelepené samolepkou výrobce) a všichni tvrdí, že právě oni jsou výrobci či dealeři dané značky. No nic. Pustíme se do výroby CNC frézky. Je zapotřebí však zdůraznit, že cena práce se v tomto případě nemůže do stroje započítávat (vždyť to děláme s láskou a ve svém volném čase jako koníčka).
Základem je představa, co od stroje očekáváme, na co bude používán, jak často bude používán a kde a kdy bude pracovat. Nemá cenu postavit super stroj a pak ho doma mít na mrazáku, protože jinam se nevejde, nemělo by ani smysl takový stroj postavit a zjistit, že v klidném panelovém domě máte místo těch milých nájemníků – sousedů, jen samé udavače a stěžovatele. Ruku na srdce, nejsem si jist, že hvízdot vysokých otáček ve 2h ráno bude u sousedů vítán. :-)
Takže si řekněme postavíme malou CNC frézku s rozměry stolu 30x20cm a zdvihem 10cm. Co k tomu budeme potřebovat. Za svou praxi jsem viděl různé CNC frézky smontované z LEGA, MERKURU, slepené z překližky apod. i mé začátky nebyly snadné a dnes i trochu úsměvné (viz. Foto).
Základem práce je si zodpovědně přiznat jaké jsou naše reálné možnosti stavby po stránce technické a technologické, jaké máme věci, co musíme dokoupit apod. Nejprve několik obecných rad:
typ vedení ✖ přesnost ✖ únosnost ✖ aplikace
Pojezdové rolny (kladky)
Pojezdové rolny (kladky) jsou nejúnosnějším vedením, jejich aplikace však vyžaduje zvýšené náklady v podobě násobné montáže, protože nijak nefixují vedení v žádném směru. Využívají se spíše v náročných aplikacích pro těžká zatížení např. pojezdy stolů - vedení není nikterak kryto.
Volné vodící tyče a linearsety
Volné vodící tyče a jejich lineární ložiska (linearset) zaručují snadnou montáž a na krátké vzdálenosti také tuhost při průměru 20mm cca 350mm. Linearsety je možné mít jednoduché nebo dvojité - podle zatížení. Vždy je vhodnější použít dva domečky co nejdále od sebe, než jedinný dvojitý, obsahují stírací kroužky - dostatečné krytí.
Podepřené tyče
Podepřené tyče mohou být používány na dlouhé vzdálenosti, jejich vozíky, díky neuzavření, jsou méně tužší, takže mají větší odchylky než uzavřené linearsety. Stejně jako linearsety uzavřené obsahují stírací kroužky, ale protože nejsou uzavřené, dostává se prach tělem vozíku do tyče.
Lineární vedení
Lineární vedení jsou nejlepším řešením. Samotné vedení není drahé, drahé jsou vozíky. Vozíky jsou kryté s přimazáváním a ve všech směrech vykazují velká zatížení. Přenos maximální, únosnost dostatečná.
Každé vedení není, krom volných tyčí, samonosné. Vždy je potřeba mít pod podepřenými tyčemi i lineárním vedením nosnou přerovnanou plochu.
Čím vyšší napětí zvolíte pro buzení krokových motorů, tím můžete dosáhnout vyšších otáček = rychlosti pohybu, pro dosažení vyšších maximálních otáček použijte paralelní zapojení motoru (cívky se spřahují vedle sebe, čímž se snižuje časová konstanta nabuzení cívky). Vždy však dbejte na to, aby toto napětí nebylo vyšší než maximální přípustné výkonového stupně.
konstanta = rychlost posuvu * přesnost stroje (čím vyšší budet přesnost motoru, dáno motorem, převodovkou, stoupání šroubu, bude stroj pomalejší)
náklady na zakrytování stroje budou tvořit cca 1/3 ceny, část nákladů ušetříte vhodnou konstrukcí
konstanta = vůle stroje ve vedení * síla motoru (čím silnější motor, může být vůle ve vedení nižší - stroj bude tužší)
čím slabší motor, musíte použít menší stoupání na šroubu, tím bude nižší rychlost posuvu
hutní materiál jekly, U a L profily jsou nerovné, takže bez opracování nevhodné
bráběný materiál je největší otázkou vřetena a nástroje v něm, tuhost stroje udává prakticky jen velikost špony
síla, která posouvá šroubem = síla, která šroubem otáčí * (PI*průměr šroubu/stoupání závitu)
příklad: motor 1Nm, Trapézový šroub TR12/4,
výsledná síla = 9,42N - kroutící moment 1Nm motoru si můžeme představit jako sílu, kterou klade závaží 0,1Kg (10deka) zavěšeného na páce 1m. Tj. = 0,2Kg na délce 0,5m; nebo 1kg na délce 0,1m; nebo 10kg na 10mm od středu
jinak se v praxi setkáte s hodnotami síly motorů, které nejsou běžné, zde uvedu několik příkladů přepočtu:
10kgcm=0,98Nm; 10gcm=0,00098Nm; 10kgm=98Nm
Přenos síly
Trapézové šrouby
Trapézové šrouby poskytují nejzákladnější přenos síly (neuvažuji o klasických metrických šroubech apod.). Cenově dostupné, relativně přesné. Nevýhodou je velký otěr matic (její tření) a malé stoupání - stoupání u Tr16 je 4mm, na druhou stranu snesou velká zatížení (jejich síla je vztažena na velkou plochu závitu). Matice se dodávají plastové, bronzové nebo jen ocelové. Není možné je využít na dlouhé vzdálenosti (max 2000mm u Tr20). Při vyšších otáčkách se začíná šroub "vlnit" a rezonovat, je samosvorný.
Kuličkový šroub
Kuličkový šroub jednoduchý vícechodý je nejpoužívanější v dnešní době, umožňuje velké stoupání - např. pr. 20/20. Není samosvorný, obsahuje ložiskové kuličky. Demontáž matice musí být provedena velmi opatrně. Matice vykazuje nižší únosnost než trapézový šroub, zato velmi nízké tření. Samotný šroub není cenově náročný, drahé jsou matice. Jelikož je šroub povrchově kalený, obrobení konců do domečků není jednoduché. Protože má nižší hloubku závitu, lze jej použít na delší vzdálenosti př. 20mm na 25000mm.
Ozubený řemen
Ozubený řemen má nespočet verzí. Je možné jej použít na větší vzdálenosti. Jeho hrubost resp. řemenice (její průměr) předurčuje přenos větších rychlostí. Vždy je potřeba mít napínací mechanismus, údržba je nulová. Možností, jak využít ozubený řemen, je vícero - buď klasickou smyčku, nebo jako ozubený hřeben. Cenově je dostupný.
Ozubený hřeben
Ozubený hřeben se používá pro náročnější aplikace. Jeho cena je velmi nízká. Aplikaci snižuje nutnost montáže hřebenu na přerovnanou plochu souběžně s vedením. Je schopen dosahovat velkých rychlostí, není krytý a zakrytování je těžké.
Mechanika
-
- vedení os (po čem že se to bude pohybovat)
-
- přenos síly (jak se síla přenese z motoru na vozík
-
- ozubený řemen (+ tlumí vybrace, - šponování a přesnost, - větší hrubost kroku)
- kuličkový šroub (+ minimální tření, + stoupání a přesnost, - cena, - menší únosnost)
- trapézový šroub (+ velká únosnost, + cena, - velké tření, - malé stoupání)
- ozubený hřeben (+ neomezená délka, - větší hrubost kroku)
- pracovní stůl
- rám konstrukce a podstavec
- celková koncepce CNC stroje (pohyblivé všechny 3 osy, pohyblivý stůl v jedné ose apod.)
Elektrika
-
- typy motorů (zda použijeme servomotory, krokové motory, lineární motory apod.)
- zapojení koncových spínačů, bezp. tlačítek apod.
- napájení výkonové části elektroniky
Elektronika
-
- výkonové stupně
- propojení mezi PC a naším strojem (LPT port, USB port, LAN port, RS apod.)
- přizpůsobení signálů z PC CNC stroji
Programové vybavení
-
- operační systém
- nutný hardware
- program k obsluze CNC frézky
- zdroj dat pro CNC frézku
Co zde budu dále popisovat je pouze pár rad, pokud budete stavět a budete chcít poradit, využijte kontaktní formulář, nebo se ozvěte na e-mail
(šroub, hřeben, řemen apod.)
i když vedení jsou přesná, mají přecijenom nějakou vůli např. 0,01mm a na rozložení sil pak na délce 100mm je tato vůle již 1mm - ale záleží na přesnosti vedení
2. jeden silnější motor je lepší než 2 slabší - např. u zdvojených vedení (na nejdelší ose) je lepší použít jeden motor a sílu rozvést např. ozubeným řemenem
