LiveZilla Live Help
 Разработка и производство шаговых, вентильных, коллекторных электроприводов.
 Продажа электродвигателей, мотор-редукторов.

Бесплатный звонок по России
Публикации > Самодельные станки с ЧПУ > Фрезерный станок из дерева

Фрезерный станок из дерева

(перевод статьи с сайта http://www.strippenstrolch.de/ взят с http://www.fi-com.ru)

Все началось примерно в середине 80-х, когда мы сидели на курсах по электротехнике в фирме Teves из Гифхорна (Gifhorn) и размышляли о том, можно ли своими руками построить станок с числовым программным управлением. В те времена последним писком компьютерной моды был ATARI 800 XL...


© FOTO: www.homecomputer.de

Мы были в состоянии воспользоваться только таким компьютером, так как он стоил менее тысячи марок (в тот момент 700 DM!). Итак, мы решили использовать в качестве процессорного сердца станка 800XL. В качестве управляющего языка выступил дововльно приличный интерпретатор Turbo-Basic, который - по тем временам - просто "летал". В качестве первого упражнения мы попробовали реализовать алгоритм поиска магического квадрата 5x5, в каждую из ячеек которого должно быть вписано число в диапазоне от 1 до 25, причем так, чтобы при последующем сложении чисел в любой строке или столбце получалась одна и та же сумма. Мы уже пробовали решать эту задачу вручную, но нам не удалось найти решения. Теперь эту задачу должен был осилить ATARI. В результате через 24 часа перемалывания чисел мы получили более 20 вариантов решения. Мы были поражены! Потом мы занялись графикой и создали программу, выводящую на экран вращающийся куб. Вначале он двигался не слишком естественно, однако в конце концов нам удалось полнос тью избавиться от рывков - на таком маленьком компьютере!!! После этих первых успехов наше мнение стало однозначным - ATARI имеет достаточно мощности для того, чтобы на его основе смастерить ЧПУ-станок. Уже тогда в Брауншвейге существовала фирма Völkner (ныне Conrad Electronik) - там были приобретены первые шаговые двигатели. Порт джойстака на Atari XL был просто создан для различных опытов - итак, быстро за паяльник! Спустя короткое время была спаяна пара мостов с использованием BD 130, подключена к порту джойстика и опробована с помощью тестовой программы. Вау - двигатель закрутился! Этот первый успех буквально окрылил нас - ведь мы еще не предполагали, что черт скрывается в деталях...

Наши разгоряченные первым успехом головы посетила мысль: - а не взяться ли нам за изготовление плоттера с 2 подвижными осями и пишушим блоком? Эта задача была сразу же возложена на меня, так как я был единственным, у кого дома была достаточно хорошо оснащенная мастерская (в подвале, населенном большушими жирными пауками --- brrrrrrrrrдддhh!)

В качестве основного конструкционного материала я взял древесностружечную пилу. На ней по оси Y я установил две направляющие по бокам. На этих направляющих было размещено две каретки с установленной на них плитой, являющейся основой для расположенной в поперечном направлении оси X, которая также состоит из двух направляющих. На этих направляющих бегала каретка с установленным на ней механизмом подъема пишущего блока. Карандаш в нем через маленький рычаг был связан с якорем разобранного реле. Шаговые двигатели (2 параллельно работающих по оси Y и один - по оси X) были установлены валами вверх. Вокруг этих валов были обвиты крученые нити, приводящие в движение соответствующую ось. Электроника состояла из трех микросхем-драйверов шаговых двигателей (в ту пору использовались SAA 1027, которые, к сожалению, нынче не производятся) с несколькими деталями обвески. И этот уродец действительно работал, карандаш рисовал правильные окружности, эллипсы, а позднее даже "научился" выводить на бумагу шрифты. Тем вре менем я окончил обучение и был принят на работу. С одной из моих первых зарплат я приобрел в ту пору революционный ATARI ST:


© FOTO: www.homecomputer.de

Правда, лишь модель 520+, но все же! Такой аппарат имел необычайные по тем временам 1 MB RAM!! Такого объема памяти еще не было в первых ПК, появлявшихся в солидных фирмах, все они имели "магическую границу" в 640 kB, что было связано с особенностями адресации использовавшихся в них процессоров (Intel 286). Однако Atari ST имел другой процессор (68000 от Motorola), использовавшим другую структуру оперативной памяти и поэтому имевшим возможность адресовать большие объемы памяти. Тогда 68000 был основой для сегдняшних МАКов.

В этот момент судьба нанесла мне первый удар :
теперь у меня больше не было порта джойстика, по крайней мере, не в таком виде, к которому я привык! Кроме того, имевшийся на борту Бейсик был настоящей катастрофой!

Ну и что дальше?

Я приобрел в ту пору довольно хороший Omikron-Basic для ST и начал учиться заново. В качестве интерфейса я использовал порт принтера. И что я должен сказать - в конце концов плоттер продолжил работать. Но постепенно из деталей вновь показался скрытый в них черт...

Я был просто в экстазе от "сумасшедшей скорости", которой обладал ATARI ST (16-битовая архитектура) и захотел сделать мой плоттер быстрее.

И тогда случилось вот что:
Одна неприятность следовала за другой: при возрастающем числе оборотов крутящий момент двигателей резко снижался, о чем я раньше даже не задумывался, ведь мой старый ATARI XL не показывал чудес скорости. В общем, двигателям больше не удавалось перемещать каретку по направляющим, раз за разом они пропускали шаги.

Чрезвычайно раздосадованный, я перестал заниматься этим проектом.

Позднее я уехал из родительского дома и, таким образом, потерял свою подвальную мастерскую, так что казалось, что проект окончательно умер...

(1989)

Одним прекрасным днем я бродил по строительному супермаркету, изучая полки со скобяными изделиями... ...и тут меня как молнией ударило: передо мной на полке лежало то, что я так долго не мог найти раньше - направляющие для выдвижных ящиков с шариковыми опорами, с очень малым трением и почти без люфта. Такие детали не будут препятствием для шаговых двигателей!
Я тут же купил комплект направляющих сразу для трех осей! С этим новым приобретением можно было приступить к созданию плоттера с X-, Y- и Z-осями. Строительство нового станка мне пришлось вести на балконе, так как в квартирке, которую мы в то время снимали, не нашлось другого свободного места для подобного занятия. Частично под работу был занят и кухонный стол.

Вскоре наступил момент истины:
Плоттер функционировал! По-настоящему быстро! Настолько быстро, что мне пришлось запрограммировать разгонные и тормозные рампы, чтобы двигатели не теряли шаги!

Но, боже мой, что за напасть!

Z-ось не двигалась ни на миллиметр! Конструкция в вертикальном направлении была просто слишком тяжелой для двигателя с тросиковым приводом. Я думал так и эдак и пришел к мысли сделать привод с использованием ходового винта. Переделка длилась довольно долго, так как в тот момент все наши мысли были заняты постройкой собственного дома...

(1994)

Въехав в новый дом, я наконец-то снова получил уголок под мастерскую (снова в подвале, но без единого паука!!), который даже имел отопление! Я режил забрать мой старый плоттер из гаража и: Ааааааааааххххх, что же это такое?

Плоттер с головы до ног был заляпан цементом и краской. Ни одна ось больше не двигалась, платы были полностью выведены из строя! Увы и ах! Что же, я решил избавиться и от второго плоттера и с тяжелым сердцем отнес его на свалку.

Примерно в ту же пору у меня появился первый полноценный ПК. 386-й, имевший "целых" 40 МГц тактовой частоты.

К нему я подключил известный набор "Basic-Briefmarke" и для начала опробовал различные варианты управления шаговым двигателем, ведь хотя все еще казалось, что мой проект окончательно умер, я начал третью попытку. В течение года я экспериментировал с "Basic-Briefmarke", несколько поколений процессоров ушло в историю, а набор "Basic-Briefmarke" оставался таким же, так что я мог экспериментировать "в спокойствии".

Затем в Интернет я нашел прекрасную микросхему для управления биполярными шаговыми двигателями и приобрел ее в Conrad. Микросхема была немедленно припаяна на макетную плату вместе с "Basic-Briefmarke". Теперь у меня был великолепный маленький тестовый процессор, с помощью которого я мог ставить дальнейшие опыты. В этот раз я начал с оси X. И тут же наткнулся на большую проблему - соосное соединение вала двигателя с ходовым винтом.

В разговоре с коллегой по работе, знакомым со слесарным делом, я случайно упомянул о своей проблеме. Через полчаса у меня в руках находились три свежевыточенные переходные муфты. Наконец-то я смог смонтировать ось X. И она заработала!

(1997)

В новой схеме перемещение по оси происходило довольно медленно, однако это было связано с тем, что шаговые двигатели делали 200 шагов на оборот, а я использовал ходовой винт с резьбой М6. Но в этом был и плюс - значительно повысилось разрешение системы. Резьба М6 имеет шаг 1 мм, так что теоретически разрешение составило 0.005 мм на шаг. В новой схеме была разрешена и проблема оси Z, ведь в винтовой передаче происходит пропорциональное передаточному отношению увеличение усилия на выходе. Таким образом, теперь двигатель оси Z мог без труда перемещать вертикальную каретку.

Однако, пора представить первые фотографии:

Начнем с вида "с высоты птичьего полета". На нем прекрасно видны направляющие для выдвижных ящиков, использованные для обеспечения перемещений по осям.

Здесь можно видеть макетную плату с микропроцессором и драйвером шагового двигателя. Хорошо видна также переходная муфта.

Ось Z также уже смонтирована. На ней находится привод фрезы.

Вновь прошло много времени, ведь я не хотел перетаскивать мой новый 1000-й Duron в подвал и там низвести его до роли управляющего компьютера. Поэтому я купил через Internet еще довольно нестарый 400-й Celeron, который я дооборудовал картой ввода-вывода от BM. Так же в Internet я приобрел интересный язык программирования „Profan” (http://www.profan.de/), с помощью которого я запрограммировал карту BMC.

В качестве драйверов шаговых двигателей были использованы три микросхемы, прекрасно справлявшиеся со своей работой. Однако, вскоре мне пришлось констатировать, что написать собственную программу числового управления для меня будет просто не по силам, так как я всего лишь „чайник” в этой области. Кроме того, компьютеры совершенствовались с такой скоростью, что я был не в состоянии постоянно начинать обучение практически заново. Вскоре моя карта BMC с разъемом ISA уже не подходила для нового ПК, ведь в нем были только PCI-разъемы. Это становилось настоящим кошмаром. Только создашь более-менее работоспособную конфигурацию, как появляется новое поколение компьютеров, оснащенное новыми шинами и разъемами.

С течением времени (2005) я пришел к тому, чтобы использовать только LPT- и COM-порты, а также приглядываюсь к USB, чтобы не быть вынужденным каждый раз "восхищаться" новыми разъемами, если вдруг приходится покупать новый компьютер.

Как было сказано, мне пришлось задуматься о том, не лучше ли будет купить где-нибудь готовую программу.

И тут меня постиг новый удар: подобные программы ужасно дороги, а найти какую-либо бесплатную альтернативу нереально!

Итак, несколько очередных месяцев прошли без какого-либо прогресса в проекте.

(2000)

Однажды ко мне приехал мой шурин и подарил мне одну программку „из старых запасов”, которую я с благодарностью принял. Это была программа „PCNC” Буркхарда Левеца. Хотя эта программа работает только под DOS, но, в конце концов, не в наших правилах быть слишком привередливым. Позднее я к своей радости узнал, что имеется DOS-режим, обеспечивающий небывалую динамику. Кроме того, эта программа использует порт принтера, который (надеюсь) еще продержится некоторое время неизменным, в конце концов, в случае необходимости можно довольно дешево купить и установить карту с LPT-портом.

Я выяснил, что с помощью PCNC нельзя управлять моей картой BMC. Микросхемы драйверов также не удовлетворяли новым требованиям. Я размышлял, приобрести ли мне подходящую карту в Conrad, или еще раз вооружиться паяльником. Однако я решил заменить имеющееся программное обеспечение на "Такт-Направление"-вариант от г-на Левеца, а затем спаять новую схему драйверов для моторов.

В этот раз я использовал микросхемы драйверов IMT 901 от Nanotec - великолепные штучки, поскольку в них уже встроено все, что только требуется для управления двигателями. К сожалению, выводы этих чипов имеют шаг 1,27 мм, что требует известной ловкости при пайке на плату. "Ну. все равно" - решил я.

После монтажа платы мое „машинное отделение” стало выглядеть так:

Здесь хорошо виден также блок питания от старого компьютера, который хорошо выполняет свою работу по снабжению всей установки стабилизированным напряжением. На одной плате размещены все блоки, необходимые для управления движением плоттера.

В новую схему я установил также пару концевых выключателей, которые позднее должны будут обеспечить поддержку нулевого отсчета. На этом снимке Вы видите и уже упоминавшуюся раньше переходную муфту.

Наконец-то мне удалось довести дело работоспособной конструкции. Итак, я впервые закрепил пластину на станке и выполнил пробное рисование платы - пока без масштабирования. Мой первый опыт прошел вполне успешно.

После этого я уверился в работоспособности собранного мной станка и решился на выполнение платы в натуральную величину, с выставленной глубиной фрезерования и прочими необходимыми настройками. И этот результат оказался весьма впечатляющим, особенно если помнить, из какого мягкого материала сделан этот станок.

Конечно, это ни в коем случае не готовая плата, а всего лишь первый результат многолетней работы над проектом. Я полагаю - неплохое вознаграждение за затраченное время.

Однако, мне оставалось найти еще много разных полезных трюков. Здесь видно, каким образом я закрепил ходовые гайки:

Я припаял латунную гайку M6 к небольшой медной пластине а затем с помощью двухкомпонентного клея приклеил ее к деревянной конструкции. Это соединение прекрасно функционирует и держится также очень прочно.

Теперь я в напряженном ожидании первой настоящей платы а также задаюсь вопросом, удастся ли мне выфрезеровать из древесностружечной плиты детали, которые затем будут использованы при строительстве робота.

(2003)

>Я продвинулся немного дальше и выфрезеровал деревянную деталь. Из 6-миллиметровой буковой фанеры я выфрезеровал табличку для дверного звонка в нашем доме:

Сверху - фреза во время работы.

После этого я сделал подсветку надписи сзади с помощью сверхъярких habe красных светодиодов и покрыл древесину акриловым лаком. После этого с помощью латунных винтов табличка была закреплена на своем постоянном месте.

Белые площади, которые видны в надписи, ночью светятся шикарным красным светом. Примерно так это выглядит в полной темноте :-) .

После этого я решился на изготовление платы. У меня постоянно были проблемы с возможно более точным перемещением фрезы в направлении Z. К сожалению, при этом постоянно происходило разрушение кончика карандаша, ведь они практически не пружинят. Затем я попробовал с Edding 730, у которого кончик имеет пружинящее крепление, правда, при этом кончик при движении сдвигался в сторону, что отнюдь не способствовало созданию изображения с более-менее приличной точностью.

Поэтому из линейного модуля Igus я сделал дополнительные малые салазки, на которых крепится пишуший узел. Теперь пишуший узел прижимается к детали только силой собственного веса и это прекрасно работает. Для пишущего узла я взял фломастер с водостойким красителем, так как его можно купить в любом более-менее крупном магазине канцелярских принадлежностей или супермаркете. Я воспользовался моделью Lumocolor „S“.

С его помощью я с первой попытки сделал хоть и нерабочую, но вполне приличную по качеству плату (параметры в программе черчения еще не были правильно настроены). Но это совсем не страшно! Ведь в отличие от работы с фоточувствительным слоем я могу рисовать плату любое число раз - пока результат не удовлетворит меня на 100%, ведь Edding или Lumicolor можно очень просто смыть нитрорастворителем (есть в любом магазине строительных материалов), а затем выполнить рисунок снова. В случае ошибки при экспозиции покрытой фоторезистом платы или при фрезеровании плату пришлось бы выбросить.

Я настоятельно посоветовал бы вместо нитрорастворителя использовать изопропанол. С помощью изопропанола легко можно удалять линии, нанесенные водостойкими фломастерами. Изопропанол можно приобрести в аптеках или в магазинах строительных материалов. Как можно узнать из документации на препарат, он существенно безопаснее нитрорастворителя, так как он "лишь" легко горюч, в то время как нитрорастворитель представляет собой опасную для здоровья и окружающей среды субстанцию.

Lumicolor „S“ оставляет на плате линию толщиной около 0,6 мм. Теперь мне необходимо еще настроить параметры PCNC и выбрать подходящий макет для получения приемлемого результата. После этого становится ненужным производить утомительную засветку, которая все равно удается через раз, если не использовать дорогих специальных приборов и не иметь солидного опыта выполнения этих операций. Плату легко можно закрепить на координатном столе с помощью двухсторонней липкой ленты. Для этого достаточно приклеить в центре платы кусочек ленты размером примерно 1х2 см.

Конечно, я попробую поработать с еще более тонкими фломастерами - мне уже встречались образцы с толщиной линии всего 0,3 мм. Их также можно найти в магазинах пишущих принадлежностей. Впрочем, простого Lumococlor'а для первых тестов более чем достаточно.

Ну, а это первый макет, на основе которого была вытравлена первая настоящая плата. При этом перед нанесением рисунка важно тщательно очистить плату, например, с помощью стальной шерсти, так как иначе след фломастера будет держаться на меди недостаточно прочно и дорожки в отдельных местах могут оказаться протравленными.

Я выполнил рисунок с помощью PCNC и фломастера Lumocolor 0,3 мм, использовав при этом функцию „Нулевая точка в центре“ („Nullpunkt in der Mitte“), так как в противном случае просто не удается подобрать масштабирование и приходится каждый раз высчитывать его с помощью калькулятора.

С подобной конфигурацией мне уже было по силам изготовить первую плату, которую можно было использовать на практике. С помощью соленоида можно обеспечить быстрый подъем и опускание фломастера, так что рисунок на плате выполняется очень быстро.

(Лето 2005:)

После того, как я установил на своем ПК новую операционную систему Windows XP, я уже не мог пользоваться старой программой PCNC. Тем не менее, переход на Windows XP был для меня шагом вперед, поскольку к этому времени я нашел в Интернет большое количество программ для измерений и анализа, которые наиболее оптимально работают именно под Windows XP. Ошибается тот, кто считает, что Windows XP не будет работать на старых, медленных компьютерах. Нужно лишь иметь немного терпения, так как на таких компьютерах все происходит значительно медленнее. Однако, на моем ноутбуке Dell 400 Windows XP работает неустанно и без каких бы то ни было сбоев. Это весьма отрадно, так как меня уже выводили из себя постоянные сбои в старой версии Windows и я стал задумываться о переходе на Linux или Zeta. Однако, поскольку Windows XP работает чрезвычайно стабильно (если вовремя устанавливать все обновления), необходимость погружения в Linux или Zeta отпала сама собой.

Итак, мне пришлось снова заняться поисками программного обеспечения, с помощью которого я мог бы приводить в движение мой плоттер. И я нашел его: NC-FRS-Technik. Эта программа относится к категории Freeware и в текущей версии работает в том числе и под Windows XP. Хотя она не всегда работает абсолютно стабильно, тем не менее, с ее помощью можно без проблем выполнять черчение и фрезерование. Кстати, распределение выводов на LPT-разъеме можно взять без изменений из PCNC. С помощью этой программы я провел дальнейшие опыты. Контуры в формате HPGL xxxx.plt я создал с помощью Sprint-макета от http://www.abacom-online.de/. Обе эти программы удивительно хорошо дополняют друг друга, словно вышли из-под пальцев одного программиста, и без существенных настроек могут немедленно использоваться в совместной работе.