Doporučuji přečíst si předchozí díl Moje první CNC frézka.

Přináším řešení několika detailů, se kterými jsem se potýkal, když jsem stavěl hobby CNC frézku. Určitě někomu pomohou při jeho vymýšlení a konstrukci, anebo mi napíše, jak to jde udělat lépe. Učíme se …

Lineární vedení

Když jsem začínal vymýšlet frézku, věděl jsem, že existuje něco jako vodící tyče kruhového průřezu a k tomu lineární kuličková ložiska. Spočítal jsem si, jak velký průhyb by měly tyče potřebné délky (cca 1400 mm) a vyšlo mi, že i kdybych použil tyče o průměru 50mm, prohýbaly by se při provozu +- 0,5mm. Tyče o průměru 25mm by se prohýbaly o několik milimetrů.

Tak jsem se upnul k tyčím podepřeným. Mají ložisko rozříznuté a šroubují se po celé délce. Dokonce jsem dvě tyče a čtyři ložiska koupil, ale když jsem začal promýšlet konstrukci stroje, tak s těmi obrovskými domky na ložiska mi vycházel těžkopádný hybrid. Ložiska se mi podařilo prodat a podepřené tyče mám doma jako připomínku, kudy cesta nevede. To je cena školného.

Zvolil jsem lineární vedení HIWIN s hranatými tyčemi, které se šroubují každých 50 mm a mají vozíky (posuvné části) s kuličkovým ložiskem s předpětím a nulovou vůlí. Opravdu se „ani nehnou“ (při doporučeném zatížení). Zajímavé je, že různé vozíky chodily různě těžko. Všelijak jsem je prohazoval, aby všechny chodily tak nějak podobně. Podotýkám, že jsem detailista a nenesu, aby vozík na pravé straně chodil jinak než vozík na levé straně.

Vozík HIWIN LGH20CA stál cca 1200Kč + DPH a metr kolejnice cca 2700Kč + DPH. Vozíků bylo 8 a kolejnic přes 4 metry, tak si to spočítejte.

Jelikož vozíky jsou právě namontované, tak je na fotce vidět jenom kousek.

Ložiskové domečky

Pro CNC stroj je dobré (nutné), aby se pohybový šroub neviklal do strany. Zvolil jsem řešení se dvěma kosoúhlými ložisky (ložisko s kosoúhlým stykem 7200), která jsou proti sobě lehce utažená rukou. Závit jsem zvolil s jemným stoupáním M10x1mm a musí tam být kontramatka. Protože tato ložiska se nevyrábějí s guferem, jsou na obou stranách pouzdra, která redukují vnitřní průměr ložiska na průměr gufera. Na obrázcích je vidět domeček, konec šroubu, ložiska a pouzdra.

… a plánky

Nejdelší šroub pro osu X (cca 1200mm) je podepřený na obou stranách, ostatní dva šrouby mají jenom jeden ložiskový domek.

Teorie říká, že pohybové šrouby se mohou při větších otáčkách rozkmitat, dokonce jsem to počítal podle vzorečku z nějakého katalogu SKF a 16mm šrouby podepřené na obou koncích 10 otáček za vteřinu snesou bez rozkmitání.

Jedna mechanická rada na závěr. Je to ústupek od dokonalosti. Protože jsem neměl k dispozici frézu, tak když něco nesedělo, vypodložil jsem to kouskem plechu (například z konzervy).
Na obrázku je vidět domeček (podepřený kouskem plechu), dvě kontramatky, spojka a krokový motorek.

A ještě jedna rada. Lože stroje raději sešroubujte. Když ho budete svářet, tak se vám zkroutí k nepoznání.

Kuličkové šrouby

Použil jsem kuličkové šrouby SKF včetně matice SH16x5R SKF. Tyto šrouby nemají předpětí a tak mají relativně velkou vůli, psáno kolem 0,07mm, ale na moje obrábění dřeva to stačí. Měli je za dobrou cenu v Microconu. Levněji než u SKF (prý jich objednali hodně a tak měli velkou slevu.) Problém byl s uříznutím šroubu potřebné délky, prý by to museli někam vozit a dlouho by to trvalo. Objednal jsem šroub 2100mm a nařezal si ho úhlovou bruskou (flexou) na potřebné délky.

Kuličkové šrouby a motorky jsou spojené spojkami OLDHAM XY41, vrtání 12,7mm (motor) / 10mm (šroub), bílý střed. Protože krokový motor se pohybuje po krocích, což by mohlo způsobovat vibrace, tak je tam ta pružná spojka. Věřím, že amatéři to mohou spojit nějakou plastovou trubkou nebo vhodnou hadicí a bude to fungovat také. Nechtěl jsem trávit čas experimentováním.

Jaké krokové motorky?

Potřebuji určit otáčky a moment motorků.

Otáčky motorků jsem určil tak, že jsem věděl, že budu mít pohybový šroub se stoupáním 5mm a potřeboval jsem zjistit, jak asi rychle se bude pohybovat vřeteno (fréza) vůči obrobku. Vzal jsem horní frézku, coby budoucí vřeteno, upnul do ní frézu ve tvaru jehlanu (špičatá) a rukou si na kousku dřeva zkoušel si, jak asi rychle s tím mohu obrábět, aby to moc nekňouralo. V duchu jsem počítal vteřiny. Použitelná rychlost byla několik cm za vteřinu. Při 5mm stoupání šroubu a 10 otáčkách za vteřinu dosáhnu rychlosti 50mm za vteřinu, tedy 3m za minutu. To je tak akorát na obrábění dřeva.

Doporučuje se dávat motorky s dvojnásobným momentem než je potřeba. Kdyby motorek nezvládnul udělat krok, tak ho jednoduše neudělá a od této chvíle obrábíte větší či menší zmetek, podle toho kolik kroků motorek nezvládnul.

Tou otázkou jsem se trápil a váhal mezi silnějšími a slabšími motorky. Pak jsem dal na radu zkušenějšího, abych nejdřív postavil stroj, pak na osičku pohybového šroubu dal řemeničku s namotaným provázkem a závažím a zkoumal, jako velké musí být závaží, aby se to hýbalo. Mohl jsem na pohyblivou část stroje působit různou silou simulující odpor při frézování a zkoumat, při jakém závaží se to rozjede. Samozřejmě záleží na stoupání pohybových šroubů. Změřil jsem průměr řemeničky a podle hmotnosti závaží spočítal moment. Zjištěnou hodnotu jsem vynásobil dvěma (a něco přidal) a koupil silnější motorky. Když budu někdy v budoucnu stavět větší a silnější stroj, tak nebudu muset kupovat silnější motorky.

Motorky je možné zapojit paralelně nebo sériově, pak mají i jiné momentové charakteristiky.

Já jsem chtěl používat alespoň 10 otáček za vteřinu a tak jsem zvolil paralelní zapojení. Na obrázku jsou otáčky a momenty motorků, mezi kterými jsem se rozhodoval v sériovém a paralelním zapojení. Jsou to motorky SX23-2520 a SX34-2740. Tlustá červená čára patří zvolenému typu 2740. Při 10ti otáčkách za vteřinu má moment cca 1.2Nm.

Elektronika

Koupil jsem si několik knížek o číslicové technice, několik večerů surfoval na internetu a hledal schémátka a informace o řízení krokových motorků … a nakonec jsem celou elektroniku koupil. Věřím, že bych tu problematiku zvládnul, ale trvalo by mi několik měsíců, vyřešit věci jako je mikrokrokování, programování mikroprocesoru, programování ovládacího programu. Výsledkem by byl nespolehlivý „bastl“ a desítky (stovky) hodin ladění. Cením si každou hodinu času na několik set korun a tak jsem elektroniku a řízení koupil hotové. Navíc jsem chtěl obrábět a ne stavět elektroniku.

Je potřeba mít motorky, koncové stupně k motorkům, řídící desku a řídící program.

Krokové motorky Microcon SX34 2740, stály 2 980Kč za kus včetně DPH.

Koncové stupně Microcon, SD30M, cena za kus kolem 4 800Kč včetně DPH. (Původní představa byla, že tam dám dva výkonové tranzistory na chladič a bude to.)

Deska řízení STR6D 15 000Kč + DPH.

Program pro řízení stroje PC Frez_Win 10 000Kč + DPH.

Zdroj – trafo 500VA + usměrňovače + kondíky cca 2000Kč + DPH

Zamontoval jsem všechno do staré case od počítače a větráčkem ofukuji koncové stupně, aby se dobře cítily a nebylo jim horko.

Firmu Comets v osobě pana Petra Nevařila (cnc(zavináč)comets.cz) dodavatele řídící desky a řídícího programu, musím pochválit a poděkovat mu za všechny rady, které jsem od něj při stavbě stroje dostal. Jelikož udělal elektroniku už asi pro 200 CNCček a oživil je, tak má bohaté zkušenosti. Řídící deska zvládne řídit CNC frézky a soustruhy pro 3 až 5 os i plazmovou řezačku. Postupně do systému zabudoval další funkce jako 3D skenování a výměnu nástrojů. Systém zatím plní všechny funkce, které jsem potřeboval. A většinou, když jsem se s něčím trápil, tak jsem zjistil, že už je to hotové a připravené. Třeba taková maličkost jako pouštění a zastavování vřetena a odsávání z programu. Nebo ruční posuv, když potřebuji dojet do nějakého bodu a teprve tam pustit strojní obrábění. Koncové a kalibrační spínače. Nebo potenciometr, kterým se dá za chodu snížit rychlost stroje, když člověk špatně odhadne, jak rychle měl frézovat. To jsou právě ty detaily, se kterými bych trávil desítky hodin, než bych je dořešil.

Když se stroj rozjede, tak elektronika hraje jako tramvaj, co jezdí v Praze.

Ještě by to chtělo popsat přípravu obráběcích dat a vlastní obrábění. Těšte se na další díl.

Pokračování … Hobby CNC programování