Итак начнем...
I. ОБЗОР
Для чего вообще вдруг понадобился ЧПУ в судомодельном хобби?
Читая различные форумы и прочие материалы по судомоделированию я потихонечку начал понимать, что даже собирая партворк мне не помешало бы иметь в своем инструментальном арсенале токарный станочек для вытачивания например пушечных стволов. Соорудить простейший токарник из дрели не составляет особых проблем - закрепить дрель на станине, выверить ось вращения относительно горизонтальной плоскости, смастерить простейший упор для резца и вот токарник практически готов. Один ствол выточить, как два байта переслать. Но! При попытке повторить изделие обязательно что-то идет на перекосяк - то слишком много здесь сточил, то рука дрогнула и сдвинулся на миллиметр в строну... В общем идеально серийных стволов не получалось. Конечно можно было потренироваться и набить руку ибо "мастерство достигается бесконечным количеством повторений" (с), но вытачивание стволов это всего лишь небольшой этап в общем объеме работ. Сегодня руку набил, а через пол-года уже и не помнишь с какой стороны резец взять. Надо этот процесс как-то автоматизировать и свести к минимуму фактор кривых рук....
Партворки это хорошо, но хотелось бы хоть когда-то "замахнуться на Уильяма нашего Шекспира" (с) и сделать кораблик "с нуля". Объем работ по выпиливанию ручным лобзиком меня просто удручает. Да и после лобзика надо еще потом тщательно доводить деталь напильником. Так что сразу захотелось иметь в арсенале робота, который может и не быстро, но уж точно филигранно выполнит эту работу....
Ну и третье (хотя и не последнее) мое "хочу", которое привело меня к созданию ЧПУ - это вытачивание всяких разных шестеренок и прочих интересных вещей. Рано или поздно любой мини-корабельный мастер обзаведется тросомотом и клентевалкой. Конструкций этих нехитрых приспособлений по форумам можно найти вагон и маленькую тележку, но в подавляющем большинстве все они требуют для построения шестеренчатой передачи. Где взять шестернки? Да не просто абы какие, а так чтоб именно вот для себя и именно под свои нужды! И вот обдумывая именно эту мысль я вдруг натыкаюсь в инете на фотоотчет по постройке клентевалки, где автор вскользь упомянул, что шестерни он точил из акрила на собственном самодельном ЧПУ !!! Оппа! Вот тут у меня и зажглась в мозгу лампочка и я пропал для этого мира 
Чем больше я обдумывал идею создания своего ЧПУ, тем больше применений ему находилось. Я не буду сейчас описывать все те области применения ЧПУ в быту, которые мне пришли на ум. Думаю, что каждый для себя решит сам, что и как можно сделать таким станком. Лучше сразу приступим к обзору того, каким может быть станок, что для него понадобится и какие подводные камни могут вылезти в процессе его изготовления.
Для постройки ЧПУ нам понадобятся двигатели, которые будут приводить в движение наше рабочее поле и/или рабочий инструмент. Сразу давайте договоримся о термине "рабочий инструмент". Это может быть резец для токарника, который надо двигать вправо-влево и вперед-назад. Это может быть гравер (бормашинка), которую кроме этого надо еще и вверх-вниз двигать. Вместо гравера можно поставить дрель, ручной фрезер, лазерную головку или вообще плазменный резак. В общем "рабочий инструмент" это то, что непосредственно грызет нашу заготовку. Во многих материалах это называют шпиндель. Давайте и мы с вами придерживаться этого термина! И так шпиндель - это то, что обрабатывает заготовку (деталь). И этот самый шпиндель нам необходимо перемещать в пространстве, чтобы получить нужной конфигурации изделие.
Еще одно важное замечание по терминологии - мы будем оперировать понятиями "координатная ось", а не понятием "плоскость", чтобы не запутаться. Ось X - это влево-вправо. Ось Z - это вперед-назад. Эти оси образуют одну плоскость - горизонтальную. Ось Y - вверх-вниз. Y - это вторая (вертикальная) плоскость. Для токарного держателя резца мы будем оперировать одной горизонтальной плоскостью, т.е. резец нам нужно двигать по XZ, а по оси Y резец остается неподвижным. Ну а если нам надо будет выпилить из фанерки хитро-линейную детальку или просто насверлить множество отверстий, то тут нам придется двигать шпиндель по оси Y, т.е. в вертикальной плоскости.
В принципе можно обойтись одной плоскостью - XZ. Например если нам нужно сделать в тонкой фанерке непрерывный пропил (контур) и если наш шпиндель осилит прогрызть всю толщину этой фанерки, то зачем нам шпиндель двигать вверх-вниз?! Просто опускаем сверло (фрезу или бор) на нужную глубину и начинаем елозить по двум осям. Шпангоут таким образом выпилим запросто! А если в середине этого шпангоута надо будет сделать окошко? Это значит надо будет высверлить отверстие, опустить туда сверло и опять по двум осям грызть нужной конфигурации окошко... А если мы хотим пропилить несколько отверстий для люков в палубной фанерке? Как-то это нудно. Уж лучше дать шпинделю возможность двигаться по оси Y. Подвели шпиндель к нужному месту, опустили сверло вниз, прошлись нужным контуром, подняли, перевели к другому месту, опустили.... и т.д.
Сколько бы осей мы не использовали в работе, нам все равно надо как-то и чем-то двигать шпиндель по этим самым осям. Мы все с детства знаем, что двигать можно либо руками, либо моторчиком (двигателем). Автомобили и автобусы громко и очень вонюче двигаются при помощи двигателей внутреннего сгорания, игрушечный танк, автомобильчик, паравозик (нужное подчеркнуть) двигается электромоторчиком. Давайте и мы для передвижения нашего шпинделя возьмем электромотор. Например из игрушки выдернем обычный коллекторный двигатель и примерим к нашей конструкции.
Во-первых такой двигатель вряд ли справиться с нагрузкой. Не вдаваясь в подробности конструкции (об этом позже) нашего станка сразу скажу, что моторчику надо будет двигать массу в 0.5 и более кг. Ну тогда возьмем движок помощнее и обнаружим, что у него самого инерция довольно приличная, а еще если нагрузить его нашими конструкциями, то инерция станет еще больше. О чем я? Попробуйте включить дрель - крутиться. А теперь отпускаем кнопку - патрон дрели еще несколько секунд будет двигаться по инерции. А нам нужно чтобы он остановился мгновенно! А еще нам крайне необходимо точно знать на какое расстояние продвинется шпиндель, если включить мотор например на 1 секунду. От обычных электромоторов (коллекторных, безколлекторных, асинхронных и пр.) этого добиться практически невозможно. "Практически" потому, что можно конечно навесить множество всяких приспособлений и устройств и все же получить необходимую точность, но...
К счастью умные дяди изобрели Шаговый Двигатель. Далее будем его обзывать просто ШД. Из названия видно, что такой двигатель куда-то шагает. Опять же не вдаваясь в подробности устройства и принципа работы (об этом далее) можно сказать, что давая напряжение на ШД мы получим поворот оси этого двигателя на определенный угол - шаг. Угол поворота ШД за один импульс (шаг) четко определен и потому мы можем быть уверенны, что если мы дали команду сделать N шагов, то наш шпиндель продвинется на строго определенное расстояние. По стоимости ШД так же, как и другие двигатели различаются в зависимости от мощности - чем больше мощность, тем дороже.
Как превратить вращательное движение ШД в линейное перемещение по оси, как управлять такими двигателями - я расскажу позднее. На данный момент нам нужно четко усвоить, что шпиндель (рабочий инструмент) нужно двигать по 2-ум, а лучше даже по 3-м осям и выбрать для себя компановку нашего будущего станка. Самая распространенная компановка - портальная:
Над рабочим столом, на котором закреплена заготовка, делается П-образная рамка (портал). Эта рамка двигается вперед-назад (ось Z). Наверху рамки двигается каретка вправо-влево (ось X). На каретке закреплен шпиндель, который двигается вверх-вниз (ось Y).
Плюс такой компановки в том, что она занимает на столе ровно столько место, сколько нужно для рабочего стола.
Минусов я бы обозначил 2:
1) Если в качестве шпинделя взять например ручной фрезер, который сам по себе весит 5-10 кг., то понадобится достаточно мощный ШД, который будет стоить далеко не одну тысячу рублей.
2) Конструкция П-образной рамки сама по себе хлипкий конструктив. Можно конечно усилить ее укосинами и еще чем-то там, но всякое усиление приведет к увеличению общей массы, а значит опять таки нужны будут более мощные ШД для перемещения.
Мало используемая компановка - координатная:
Здесь все 3 координаты упакованы в "пирог" под рабочим столом. Сам шпиндель закреплен неподвижно относительно рабочего стола.
Плюс - по оси Y надо будет поднимать только вес заготовки + вес самого верхнего слоя конструкции. Шпиндель может весить сколько угодно - он не участвует в перемещениях.
Минус - пространство для станка на столе нужно гораздо большее, чем размер рабочего стола. Ведь по осям X и Z рабочий стол будет выдвигаться в стороны от своего начального положения.
Какую именно компоновку выбрать - решать вам. Лично я выбрал вторую (координатную) исходя из того, что я хочу иметь свободу выбора шпинделя, а мощные ШД сильно кусаются своей ценой. Так что я лучше маломощными движками буду двигать рабочий стол, а неподъемный шпиндель уж найду как закрепить над ним! Опять таки ИМХО можно сконструировать так, чтобы верхний слой координатки (ось Y) можно было оперативно снять и получить 2-х координатный стол для токарного резца. Ну и собственно говоря никто не мешает изобрести свою собственную компановку смешав эти две базовые! Да хоть куб сделайте, главное чтобы оно выполняло ваши требования.
В следующей своей статье я подробно рассмотрю устройство, типы и способы управления ШД. А так же обзорно расскажу, как связать ШД с компьютером и как сделать из вращательного движения линейно-поступательное.
|
Можно купить за бешенные деньги готовый ЧПУ-станок, можно за деньги купить киты или же составляющие... НО! Моя цель сделать ЧПУ из подручных материалов и при минимальных денежных затратах.
. Не очень сложную и не крупную детальку точить СУТКАМИ!!! Меня из дома выгонят. Вы этот вопрос "провентилировали"?
