Фрезерный станок ЧПУ на основе УСП-12

[disop 99]

Поздравляю всех форумчан с Новым Годом, желаю всем нам в наступившем 2017 Sсhaublin'ы и Riken'ы в каждой мастерской, а также много стружки и масла!

Тем временем продолжаю работу над своим станочком. Разобрал и почистил узел планшайбы (поворотный стол 240 мм + делительный диск). Элементы в очень хорошем состоянии. Продавались как "новые с хранения" - похоже, так и есть, причем хранения неплохого. Шаг делительного диска - 15 градусов.

 

Переходим к оси Z - в ее качестве используется готовый промышленный линейный актуатор. Несколько фотографий узла внизу. К сожалению, сам актуатор выполнен из какого-то алюминиевого сплава, кроме того - шариковые направляющие выглядят весьма хлипко и не внушают доверия для серьезных нагрузок. Тем не менее, пробовал положить на платформу актуатор железку кг в 20 весом и покрутить колесико на валу шагового двигателя - разницы в сопротивлении между холостым ходом и ходом под нагрузкой не ощутил, люфтов тоже. Думаю, для обработки дюраля жесткости этого узла все-таки хватит.

Сам актуатор достался мне изначально закрепленным на плите из стали 10 мм толщины. Отделяем плиту от актуатора и понимаем, что крепится она на всего лишь на четырех болтах, да еще и с дюймовой резьбой (чуть меньше 5 мм в диаметре). Есть возможность просверлить еще 4 отверстия для дополнительного крепления - обязательно так и сделаю. Кроме того, существующие резьбовые отверстия в плите пересверлю бОльшим диаметром и нарежу резьбу М6. Болты, естественно, тоже заменю на М6 с классом прочности повыше.

 

Прикладываю плиту к существующему поворотному столу... мда, "маловато будет". Стол нужно явно побольше габаритами, да и крепиться к "угловым" пазам не особо удобно. Вспоминаем, что на OLX некоторое время назад продавался поворотный стол диаметром 360 мм с "крестовыми" пазами, звоню продавцу - к счастью, еще не вынесли, заказываю.

Прикидываю, каким образом плита актуатора будет крепиться к поворотному столу. Вариантов немного - притянуть полноразмерными болтами М12 не получается, гайки сверху не влазят. Со шпильками та же проблема. Единственный вариант, который нашел - в пазы стола УСП разместить сухари с резьбой М8 и уже к ним прикрутить плиту актуатора. Сухари помещать как в горизонтальных, так и в вертикальных пазах, чтобы зафиксироваться от сдвига по обеим осям.

Исходя из этого, размечаю и сверлю крепежные отверстия на плите диаметром 8 мм и шагом 60 мм. Ошибки в разметке стараюсь минимизировать путем применения максимально жесткого инструмента - разметочного блока из принадлежностей к КМД и собственно плитки в 60 мм. Все построения произвожу исключительно этим циркулем, тем более что по теореме Мора-Маскерони все, что можно построить циркулем и линейкой - можно построить и одним циркулем А вот со сверлением хуже - мой крохотный сверлильный станочек весело сверлит в стали отверстия диаметром 4 мм, с напряжением - 6 мм, а вот 8 мм явно за пределами его возможности. Пришлось каждое отверстие рассверливать последовательно сверлами 4-6-8 мм, с изрядным количеством масла и кучей стружки. Но тем не менее, получилось.

 

Следующие этапы проекта - сборка оси Z (нужно найти и заказать сухари и подходящие к ним винты) и прикидывание переходной плиты "актуатор - шпиндель". После установки шпинделя полностью соберу столик (установлю винты, лимбы и рукоятки) и получу станок с моторизованной осью Z и ручными приводами по X и Y. Ну а что, на треть уже ЧПУ Затем буду разбираться с сервоприводами и редукторами для них.

 

Спасибо,

Юрий.
 

[disop 99]

Пришла круглая плита УСП-12 диаметром 360 мм - большая, тяжелая. Еще новая - даже в промасленной бумаге.

 

На выходных пойду в мастерскую устанавливать на плиту существующую ось Z, которая сделана из актуатора. А пока размышляю о будущей реализации полноценной оси Z. Один из вариантов - сделать ее на линейных направляющих (рельсах) типа Hiwin и подобных. У рельсов HGR25 как раз и ширина приличная, и расстояние между крепежными отверстиями 60 мм - совпадает с шагом отверстий УСП-12.

Сразу же вижу проблему с поперечной фиксацией рельс - мало того, что на плите УСП они будут крепиться только болтиками, так еще и из-за 12мм паза, который будет находиться точно под рельсой из 25 мм ширины под опору останется несчастных 13мм - по 6.5 на сторону. Опять же - "маловато будет". С другой стороны - пазы в УСП выполнены с высокой точностью, недостижимой в домашних условиях и являются идеальным вариантом для поперечной фиксации. Вот только ширина не совпадает, и глубина приличная... Имеем классическое изобретательское противоречие.
Что на эту тему говорит  теория решения изобретательских задач (ТРИЗ)? "Вместо действия, диктуемого условиями задачи, осуществить обратное действие". Вот и решение - прошлифовать на установочной стороне рельс выступ 12 мм шириной и 2-3 мм высотой (надо мерять). Этим выступом рельс будет устанавливаться в паз УСП, что одновременно обеспечит точное позиционирование рельса и фиксацию от поперечного смещения. По высоте запас тоже остается - для 25-х рельсов размер H1 на чертеже составляет 7 мм. Красным показаны места, которые нужно сошлифовать.

 

Естественно, что прошлифовывать буду не дома и болгаркой - отдам "на сторону" на плоскошлиф. Технологических проблем не вижу - длина рельса в пределах 300 мм, подлезть шлифовальным кругом вроде как тоже можно. А вот не поведет ли рельсы после такой шлифовки - вопрос. Они же наверняка каленые не на всю глубину.
 

Спасибо,

Юрий.

Змінено 4 січня, 2017 користувачем disop

[disop 99]

1 минуту назад, alexandr_st+ сказал:

Попробуйте рассмотреть вариант изготовления технологических стальных проставок под рельсы.. Стальные полосы мм20-30 толщиной, предварительно прошлифованные, прикрутить к усп, предварительно зафиксировав их сухарями. Затем прошлифовать по месту посадочные плоскости под рельсы и никаких проблем

Спасибо за идею! А на этих проставках соответственно прорезать канавки под сухари, верно?

[disop 99]

@alexandr_st+ , спасибо, добавим в копилку вариантов. Еще вопрос, точнее два.

 

1. После установки и прошлифовки полос конструкцию можно разбирать или уже не стОит?

2. Есть ли какие-то особые требования к материалу и термообработке полос? Сталь 45 некаленая пойдет или надо что покруче?

[disop 99]

@alexandr_st+ , еще раз спасибо! Потихоньку буду искать грамотного шлифовщика, а пока продолжаю собирать станочек из того, что есть.

[Stebium1 3 387]

Возможно  бует полезно, материал для создания файла любезно предоставлен топикстартером disop

 

Змінено 5 січня, 2017 користувачем Stebium1

[disop 99]

Для продолжения работы над станком нужны были крепежные элементы УСП, в первую очередь - высокие сухарики. Спасибо форуму и барахолке на нем - нашел продавца, скупил у него все оставшиеся сухари и установочные винты к ним. Теперь крепежа целая куча - можно спокойно экспериментировать.


Конструируем колонну. Устанавливаем угольник на сухари и тут же видим первую проблему - поперечный паз в угольнике ни с чем не стыкуется на плите станины. В результате колонна никак не зафиксирована от смещений "влево-вправо".

Пытаемся соорудить из имеющихся в наличии элементов УСП фиксацию колонны от поперечного сдвига. Через кубики с каждой стороны угольник упирается в уголки 120х90мм, прикрученные к боковым поверхностям плиты. Шпонок между болшим угольником и кубиками нет - там их просто некуда ставить.

 

То же с уголками сверху (уголки нагрузки не несут - исключительно для эстетики, "чтобы слон не кончался внезапно").

Как считаете - имеет смысл подобная конструкция? Или плюнуть на красоту и симметричность и сместить угольник на 30мм в одну из сторон, чтобы зафиксировать его штатными средствами?
 

Спасибо,

Юрий.

Переводим ось Z с дюймового на метрический крепеж. Существующие отверстия рассверливаем и развертываем (вдруг когда-нибудь надумаю закреплять призонными болтами), углубления под шляпки винтов тоже рассверливаем до 10 мм:

 

В ответной пластине сверлим четыре недостающие отверстия, еще четыре существующих рассверливаем до диаметра 5 мм. Нарезаем резьбу М6:

 

Скрепляем все вместе. В дальнейшем буду использовать каленые болты класса прочности 12.8, пока скрепил на 8.8 - чтобы понять, все ли сходится и совпадает. Все совпало и сошлось. Теперь вместо четырех дюймовых болтиков меньше 5 мм в диаметре актуатор крепится на восьми суровых "советских" болтах М6. При этом функциональность совершенно не пострадала.

[-Pj- 165]

Естественно сместить колонну в пазы. Зачем плодить сущности без надобности

[disop 99]

1 минуту назад, -Pj- сказал:

Естественно сместить колонну в пазы

Тоже склоняюсь к этому варианту. Вчера еще одна идея появилась - подложить плитку 240х120х60 мм под основание угольника и кое-что сместить. Это позволит и избавиться от двух прокладок на колонне сверху, и зафиксировать угольник стандартным способом, и симметричность сохранить. На следующих выходных попробую.

 

Расконсервируем плиту 360 мм - обдираем бумагу, смываем консервант бензином. Плита в прекрасном состоянии - кое-где заметны лишь незначительные потемнения:

 

Расставляем сухари - 2 длинных и 6 коротких. Я бы использовал и все 8 длинных, но те, что у меня есть - слишком высокие и при затяжке поднимаются над плитой.

 

В переходной плите рассверливаем отверстия под головки винтов 12 мм. Точнее, расковыриваем - зажать сверло 12 мм получилось только в перфоратор. Устанавливаем переходную плиту на стол УСП, затягиваем все болты. Головки центральных болтов все равно немного выступают над поверхностью - нужно будет укоротить их на 1-2 мм на точиле или дремелем.

Отверстия по краям переходной плиты - от предыдущего владельца, в моей конструкции не используются.

 

Прикручиваем актуатор, чтобы еще раз проверить - все ли становится на свои места.

 

Сверху прикладываем шпиндель и видим узел оси Z практически в сборе. Остается придумать и заказать переходную плиту между кареткой и шпинделем.

[disop 99]

Пробуем новый вариант крепления колонны - чтобы и симметричность не нарушать, и стандартные варианты крепления использовать. Для этого расширяем станину дополнительной плиткой 240х120х60, сверху ставим еще одну, все это дело скрепляем угольниками. Заодно избавляемся от одной из прокладок 180х60х45 мм между колонной и поворотным столом.

Прикидываем без крепежа - вроде как получается:

 

Переносим конструкцию на нужную сторону и собираем полную версию - с болтами, сухарями и шпонками, сухарей не жалеем. Фотографии послойно:

Не хватает еще одной плиты 240х120х60 мм - уже дозаказал. И болты для установки колонны нужны более длинные - 3 шт хотя бы по 120 мм. Но даже с незатянутыми гайками конструкция практически не шевелится - сухари и шпонки делают свое дело.
 

Устанавливаем поворотную плиту 360 мм, прикручиваем переходную плиту и сервопривод оси Z:

Результат выглядит жутковато, но жестко Если ЭТО не сможет резать сталь (естественно, с нормальной жесткой осью Z и низкооборотным шпинделем КМ2), то я уже не знаю, что сможет. А пока нужно сделать следующую переходную плиту между осью Z и шпинделем. Заготовки получил, запросы по мастерским разослал, жду оценки стоимости. Возможно временно сделаю эту плиту многослойной, из 3мм текстолита - он есть в наличии.

 

[disop 99]

Переходную плиту между осью Z и шпинделем в идеале нужно сделать из металла, отфрезеровать и даже шлифануть. Но это в идеале, а для первого запуска вполне подойдет и пластик. Поскольку подходящей по толщине пластины нет, решил собрать переходную плиту из нескольких слоев 3мм текстолита.
Нарезаем, складываем в пакет, размечаем и сверлим. Отверстия бОльшего диаметра предназначены для головок винтов.

Собираем блок "переходная плита - шпиндель". Отрезано кривовато, потому что электролобзиком (на самом деле потому, что руки кривые, но в этом месте особая "ровность" детали не требуется).

 

Затягиваем винты с внутренним шестигранником и прикручиваем переходную плиту к оси Z. От души затягиваем винты:

Устанавливаем ось Z на колонну.

Рассверлил крепежные отверстия в столе до диаметра 12 мм, чтобы в них помещались винты УСП-12. Если собрать координатный стол (установить винты, лимбы и рукоятки) и окончательно закрепить все элементы УСП - первое приближение механики станка будет готово. Докупить частотник для шпинделя - и на этом уже можно как-то работать. По крайней мере выполнять координатно-сверлильные и простейшие фрезерные работы (вручную управляя осью Z маховичком на валу шагового двигателя), изготавливая недостающие детали для самого станка.А после установки контроллера шаговых движков на ось Z станок станет полноценным фрезерным. Пока ручным, но "боротьба триває"

 

Просьба ко всем читающим - может кто продаст шестигранник Ст45 19/22/24 мм? Нужно нарезать обычные шестигранные гайки М12х1.5 для соединения элементов УСП. Мастера нашел, а вот с металлом проблемы.

[Fler26 102]

Отличный проект и исполнение.

Я тоже любитель УСП.

[-Pj- 165]

@Fler26 Еще бы пару подробных фоток

[Fler26 102]

6 часов назад, -Pj- сказал:

@Fler26 Еще бы пару подробных фоток

Это моя стойка для магнитной сверлилки 

С начала тоже думал вертикальную колонну делать монолитной но из за неимения такой пришлось выкручиваться из двух паралельных колон.

Змінено 24 січня, 2017 користувачем Fler26

[disop 99]

15 часов назад, Fler26 сказал:

Отличный проект и исполнение.

Спасибо! Ваша идея с магнитной сверлилкой мне тоже очень понравилась. Вы только сверлили на этой стойке или пробовали и фрезеровать?

[Fler26 102]

2 часа назад, disop сказал:

пробовали и фрезеровать?

Пробовал в основном пазы но пока нет надежной фиксации по координатам Х и У 

В основном использую как расточной.

[disop 99]

Хорошая новость для всех любителей УСП-12, испытывающих недостаток в крепеже (особенно в шестигранных гайках М12х1.5). Такой же диаметр и шаг резьбы используется в автомобильных крепежных изделиях под названием "колесные гайки". Их можно найти в любом автомагазине, автобазаре и так далее - новые и б/у, открытые и закрытые. И цены весьма демократичные.

Змінено 25 січня, 2017 користувачем disop

[Stebium1 3 387]

15 минут назад, disop сказал:

новость для всех любителей УСП-12, испытывающих недостаток в крепеже

Там же можно найти болты с профильной шляпкой. Если нет с шагом 1.5, можно брать с шагом 1.25 в комплекте с гайками (ВАЗ класика, крепление оси нижнего рычага)

[disop 99]

4 минуты назад, softm сказал:

metalvis.uа  - там также есть разные м12*1,5 (покупал 10-й класс для сборки стола чпушечки)

Да, там все хорошо, кроме конского минимального заказа. Разве что толпой скооперироваться.

[disop 99]

http://metalvis.ua/contacts/ - вот координаты их представительств. Розничные магазины есть только во Львове и Житомире. Написал в винницкое представительство по поводу заказа крепежа в розницу - по результатам отпишусь.

 

[disop 99]

Ответили по поводу региональных представительств - "здесь Вы получите высококвалифицированную помощь наших специалистов в подборе необходимого для Вас крепежа.  Количество заказа не ограничивается". То есть работают и в розницу, в ближайшее время подойду и закуплюсь.

[disop 99]

Тем временем пришла недостающая плита 240х120х60мм - устанавливаем на станину, скрепляем шпонками и стягиваем болтами. Имеющиеся в наличии болты слишком длинные - надо заказать подходящего размера. Параллельно собираем координатный стол - устанавливаем ходовые гайки, винты, недостающие лимбы и опоры. Защитные гофры пока не ставим - все равно конструкцию еще разбирать. Вот так выглядит механика станка в сборе:

Пора переходить к электронике. В первую очередь для запуска шпинделя необходим частотный преообразователь. Огромное спасибо форумчанину с ником @Vibip за оперативную продажу и отправку частотника - в четверг я заказал устройство, в пятницу преобразователь уже был у меня. Производитель Toshiba, мощностью на полтора киловатта. Приличный запас - у меня шпиндель всего 0.5 кВт, но "много не мало". Тем более - всегда есть возможность взять шпиндель помощнее, перекинуть частотник на токарный станок или куда-то еще.
 

Установка граничного тока, минимальной и максимальной частоты, подключение, запуск... и первое разочарование. Шпиндель оказался весьма громким. Даже на 200 Гц звук достаточно сильный, а на максимуме (400 герц) шпиндель шумит громче пылесоса. Может, такой звук и должен быть - высокооборотный шпиндель я запускаю впервые в жизни, поэтому сравнить не с чем, а замерить уровень звука тоже нечем. Заметную долю в звуке составляет завывание воздуха в системе охлаждения - если прикрыть рукой входные отверстия вентилятора шпинделя, вой становится гораздо тише. По крайней мере, хруста и визга при работе шпинделя нет - значит, подшипники в порядке. А пока опустил нижнюю границу частоты - при 100 Гц шпинделя почти не слышно. В дальнейшем может перейду на китайский шпиндель 1.5 кВт с водяным охлаждением - по отзывам, водяные системы работают тише.

Нашел шпоночную фрезу 8мм из быстрореза, попробовал погрызть дюраль и даже поцарапать железо. По ощущениям - самым слабым местом будет колонна Z, как и предполагал. В остальной конструкции жесткости вполне хватает (несмотря на незатянутые гайки, незакрепленные тиски и явное несоответствие фрезы и режима резания). Момента небольшого полукиловаттного шпинделя, как не странно, тоже хватает - даже на малых для него оборотах. Может, частотник справляется, а может я просто не нагружал двигатель в полную силу.
 

Теперь (после затяжки всех гаек) нужно делать редуктора на координатный столик. Передаточное выбрал 1:5 - 1:6, исходя из оборотов сервопривода (3000 об/мин), шага ходового винта (2 мм) и потребной скорости подач (до 1000 мм/мин). Естественно, редуктор будет ременным, по одной из стандартных конструкций типа

Единственное, что пока не могу понять - как в таких конструкциях регулируется натяжение ремня. Мне в голову приходит что-то вроде сдвига плиты с сервоприводом относительно второй плиты, но может кто подскажет готовые решения?

 

Спасибо,

Юрий.

[WareEDM 74]

48 минут назад, disop сказал:

сдвига плиты с сервоприводом относительно второй плиты, но может кто подскажет готовые решения?

Не тогда перекосит подшипники или куча настроек, в реалии овалы болтов и посадки мотора, да и по тупенькому тянем мотор зажимаем винты фланца мотора.

Присмотритесь внимательно на картинке даже просвет есть в месте посадочного пояска мотора.

[disop 99]

1 минуту назад, WareEDM сказал:

картинке даже просвет есть в месте посадочного пояска мотора

Вот этого просвета очень хотелось бы избежать - думаю, не зря посадочный поясок так тщательно обработан. Порисую варианты в каком-нибудь Fusion и выложу.

[KOLOBOK 24]

понравился этот вариант