ساخت فرز نیمه صنعتی سه محوره CNC

ماشین های کنترل عددی( در حالت کلی تر تمامی برد های الکترونیکی) به 4 دسته ی خانگی ، نیمه صنعتی ، صنعتی و نظامی تقسیم می شوند. در این قسمت (اگر مطالب وبلاگ را بطور کامل مطالعه بفرمایید)حد اکثر می توانید تا قسمت نیمه صنعتی پیش بروید برای ساخت یک ماشین صنعتی نیاز به طراحی اصولی به همراه محاسبات پیشرفته ی مقاومت مصالح و علم مواد می باشد که در این وبلاگ نمی گنجد. (اگر هم در فکر نوع نظامی هستید در حد سواد بنده نمی باشد لطفا از سایت های دیگر کمک بگیرید!)

فرض میکنیم شما می خواهید یک دستگاه فرز (یا دستگاه تراش یا اسپارک بورینگ دریل . . .) بسازید با دنبال کردن مسیر زیر میتوانید به سادگی به هدفتان دست یابید .

تجهیزات لازم برای ساخت CNC :

بال اسکرو (به قیمت تقریبی متری ۸۰ هزار تومان)
مهره بالسکرو (قیمت تقریبی ۹۰ هزار تومان)
هلدر (برای نگهداشتن بالسکرو از دو سمت به قیمت 50 هزار تومان +35 هزار تومان)
لینیر گاید (قیمت تقریبی متری 95 هزار تومان)برای هر محور به 2 ریل گاید نیاز دارید
واگن لینیر (قیمت تقریبی 65 هزار تومان) برای هر محور به 4 واگن نیاز دارید
کوپلینگ (ترجیحا پنجه ای با ضربه گیر ) به جای استفاده از کوپلینگ می توانید از پولی تایم و تسمه تایم هم استفاده کنید
یک رایانه با پردازنده ی حد اقل۳۰۰۰و حافظه اصلی(RAM) حداقل۵۱۲ توجه داشته باشید زمان پاسخ رایانه شما باید از ۱۵۰۰۰ نانو ثانیه کمتر باشد(در این مورد در قسمت Latency test مهندس چراغعلی (09113708108 توضیحات کاملی داده اند )
کابل شیلد ۲۵ پین
موتور با توان ۱اسب
اینورتر (برای تنظیم دور)
استپر موتور 4.2 نیوتن متر 2عدد (برای محور هایXوY ) تقریبا 105 هزار تومان
استپر موتور 8 نیوتن متر برای محور z تقریبا 200 هزار تومان
درایور ها ی موتور های بالا (میکرو استپ چینی 90 تومان تایوان 110 تومان برای هر محور به یک درایور نیاز دارید)

تمامی موارد بالا را میتوانید به وفور در میدان امام خمینی کوچه ناظم الاطباء تهیه نمایید

همان طور که در قسمت درایور ها توضیح داده شد برای به حرکت در آمدن موتور ، درایور نیاز به یک جریان مستقیم (در برخی موارد متناوب شهری) و دو پالس از کنترل دارد (یکی برای جهت یکی برای سرعت) که چگونگی معرفی این پالس ها در قسمت کنترل کننده توضیح داده شده است. پس دو ورودی از کنترل به درایو یک تغذیه و چهار سیم موتور که در قسمت اتصال موتور به درایو که باز هم چگونگی سربندی این سیمها شرح داده شده است. بنابراین قسمت کنترل ، منبع تغذیه ، درایور و موتور به اتمام رسیده و فقط طراحی ، ساخت و مونتاژ قسمت مکانیکی میماند. برای این قسمت دو راه انتخاب دارید 1) استفاده از میز های آماده با دقت بالا بدون نیاز به صرف وقت اما بسیار گران 2)خرید قطعات به صورت جدا گانه و ماشینکاری ، ساخت و مونتاژ آن.

{ما فرض می کنیم شما راه دوم را انتخاب کرده اید.}

زمانی که بالسکرو را خریداری می نمایید باید ابتدا و انتهای آن را با مهارت تراشکاری کنید که پیشنهاد می شود از بال اسکرو های تراشکاری شده استفاده نمایید.

اگر بال اسکروی تراشکاری شده پیدا نکردید ، باید با توجه به قطر بالسکروی خود آنرا به قطری برسانید که در بلبرینگ محورتان جاشود ( البته تلرانس باید در محدوده ی لقی یا بینابینی باشد که طبق توصیه شرکتهای سازنده h7 برای قسمتی که در بلبرینگ قرار می گیرد مناسب است).

برای مثال اگر بال اسکروی قطر 20 انتخاب کردید باید بلبرینگ با قطر داخلی 15 تهیه نمایید که قادر باشد نیروهای شعاعی و محوری را تحمل کند (در این مورد بعدا بیشتر توضیح خواهم داد) وقطر ابتدایی بال اسکروی خود را به طول 50 میلیمتر به قطر 15 برسانید چون طول فیکسر 15 به اندازه ی 38 میلیمتر از بال اسکروی شما را اشغال می کند و 12 میلیمتر هم برای رزوه ای که این بال اسکرو را در ساپورت فیکس می کند. البته باید جایی هم برای اتصال کوپلینگ در نظر بگیرید که برای این قطر تقریبا 20 میلیمتر کافی می باشد.

جنس بالسکرو ها از فولاد با سختی بسیار زیاد با یک لایه ی آب داده شده است که به سادگی ماشینکاری نمی شود ( بنده به شخصه با نظر بسیاری از اساتید و حتی کاتالوگ ها مخالف هستم که می گویند آب بالسکرو را با حرارت بگیرید سپس عملیات ماشینکاری را انجام دهید چون 1) تنش حرارتی در بالسکرو ایجاد می شود و عمر آن کاهش می یابد 2) اگر حرارت بصورت یکنواخت در قطر بالسکرو پخش نشود بالسکرو تاب برداشته و هرگز به حالت اولیه باز نخواهد گشت 3) قسمتهای مفیدی از بالسکرو را نمیتوان استفاده کرد چون سختی سطحی خود را از دست داده اند

بنا بر این با کمی خرج بیشتر و تهیه ابزاری که بتواند این جنس سخت را تراشکاری کند دقت ماشن ساخته شده چندین برابر خواهد شد.(در قسمت ایزار شناسی می توانید ابزار مناسب برای این کار را پیدا کنید)

نکته ی دیگری که در طراحی و انتخاب بال اسکروی خود باید به آن توجه کنید این است که گام بال اسکرو نسبت مستقیم با سرعت پیشروی دارد در حقیقت میتوانید به جای کاهش دور موتور با گیر بکس گام بال اسکرو را کمتر انتخاب کنید. شاید شما به دنبال سرعت پیشروی بالا هستید که در این صورت باید از بال اسکرو های سرعت بالا استفاده کنید معمولا گام و قطر این بال اسکرو ها برابر می باشد.

اگر ملاک طراحی را نیروی مورد نیاز قرار دهید باید یک مورد را مد نظر قرار دهید:

با توجه به نیرویی که به صورت فشاری به بال اسکرو وارد می شود اگر طول کورس حرکتی از یک مقدار مشخص بیشتر باشد ممکن است در بال اسکرو " باکلینگ " (کمانش) رخ دهد .

مهمترین پارامتر انتخاب قطر نیروی حد اکثر آن نیست بلکه طول هم در این انتخاب دخیل است.

چون نمی خواهم وارد مباحث مقاومت مصالح بشوم فقط به اشاره به ذکر نام اولر اکتفا می کنم در وبسایت های مکانیک می توانید این فورمول را پیدا کنید.

اما به جای استفاده از بال اسکرو با قطر بیشتر یک راه دیگر هم دارید. اما نمی گویم تا اول فورمول اولر را پیدا کنید و به انواع اتصالات دو سمت توجه کنید مطمئن هستم که متوجه خواهید شد.

در مراحل ساخت باید بسیار دقت نمایید که راستای مراکز دو بلبرینگ که بالسکرو روی آن قرار دارد با راستای گاید ها کاملا موازی باشد. در غیر این صورت به بالسکرو گشتاوری وارد می شود که علاوه بر کاهش روانی حرکت ، از عمر بالسکرو به شدت می کاهد. (در برخی موارد شکستن بالسکرو هم دیده شده!)

بنا بر این باید روشی پیدا کنید که این راستا حفظ شود.

بهترین روش این است که از یک cnc برای ساخت cnc خود کمک بگیرید! (که البته مستلزم صرف هزینه ی زیادی است)

انتخاب لینیرگاید به دو عامل بستگی دارد 1) وزن 2)گشتاور وارده به لینیر

نکته ای علمی در مورد کوپلینگها : کوپلینگ باید طوری طراحی شده باشد که تا حدی خطای هم محوری بین شفت و موتور را جبران کند و در عین حال ایجادخطا ننماید یعنی باید دوران یک شفت را به شفت دیگری که با آن هم محور نیست برساند، برای دست یابی به این هدف باید کوپلینگ ، این نا هم محوری را جبران کند اگر به طراحی کوپلینگ های پنجه ای توجه کرده باشید متوجه خواهید شد که برای این جبران ، ناگزیر کوپلینگ دچار سایش می شود برای اینکه این سایش ایجاد خطا ننماید آنرا به صورت لایه ای از جنس آلاریت می سازند . و هنگام روی هم قرار دادن این لایه ها یک میدان مغناطیسی جهت قرار گیری الیاف آنرا یکسو میکند.این یکسو شدن باعث می شود هنگامی که تحت سایش قرار بگیرد مانند یک دفتر 200 برگ یک برگ از روی آن کم شود و سطح تمامی نقاط آن یکنواخت باقی بماند . البته این نوع کوپلینگ ها بسیار گران قیمت می باشند تصویر زیر این کوپلینگ را (نصب شده روی دستگاه) نشان می دهد.

معمولا یرای ساخت بدنه ی اکثر ماشینها از چدن ریخته گری استفاده می شود دلیل این امر هم مشخص است هم هزینه ی ریختگری چدن پایین است هم ماشینکاری روی آن به سهولت انجام می شود و هم ضریب انبساط طولی پایینی دارد ( در حدود6-^10*10) و از همه مهمتر ، چدن ارتعاشات مکانیکی را در خود دمپ می کند .

البته یک نکته هم باید در مورد این بدنه ها بگویم که پس از ریخته گری نباید مورد استفاده قرار گیرند ، بلکه باید در حدود یک سال در محیط آزاد قرار گیرند تا تنش های پسماند از آنها خارج شود.( که البته فکر نمی کنم هیچ ماشین سازی این نکته را رعایت کند چون هزینه ی این مورد از تمام هزینه های ساخت ماشین بیشتر است).

انتخاب موتور:

در بخش انواع موتور ها توضیح دادم که اگر به دنبال سرعت بالا و دقت بالا هستید از چه موتوری و اگر سرعت برایتان اهمیت ندارد از چه نوع موتوری استفاده کنید.

اما چون در این قسمت ساخت فرز نیمه صنعتی مد نظر است ، استپر موتور را انتخاب می کنیم ( البته این موتور ها در نوع صنعتی هم بسیار کار برد دارند) .

از انواع استپر موتور هایی که در بازار موجود هستند نوع دو فاز با زاویه پله ی 1.8 درجه هم قیمت مناسبی دارد و هم دقت خوبی . اما مهمترین فاکتور استپر موتور ، گشتاور آن است .

چه گشتاوری نیاز دارم؟!!

این سوال بسیاری از خوانندگان این وبلاگ ( و همچنین بسیاری از سازندگان cnc !!) است. البته در برخی موارد دیده شده که طراح هیچ توجهی به گشتاور ندارد و مبنای طراحی را توان موتور قرار می دهد ! حتما می دانید توان در واحد زمان قابل تعریف است و ممکن است یک موتور با گشتاور بسیار پایین توان بسیار بالایی داشته باشد و یک موتور با توان پایین گشتاور بالایی . (بنابراین لطفا ملاک را گشتاور قرار دهید)

در انتخاب گشتاور بسیاری از فاکتور ها دخیل هستند از جمله گام بال اسکرو، نیروی مورد نیاز ، وزن و اینرسی ، اصطکاک راهنما ها ، نسبت گیر بکس ( در صورت استفاده ) و . . .

ما نیروی مورد نیاز را در طراحی ملاک انتخاب تمامی اجزاء قرار می دهیم.

{ پیش نیاز محاسبات مربوط به انتخاب گشتاور یک درس 4 واحدی به نام دینامیک است ( که قصد ندارم این وبلاگ را به یک کتاب تئوری تبدیل کنم که هیچ وقت در عمل به سراغش نمی رویم) }

اگر از اصطکاک راهنما ها و اینرسی اجرامی که روی نات قرار گرفته اند صرفه نظر کنیم به فورمول زیر می رسیم :

گشتاور موتور= نیروی مورد نیاز* گام بال اسکرو* 5.65

{این فورمول قابل اثبات است }

راستی یک نصیحت دوستانه:

اگر می خواهید با این دستگاه کار صنعتی انجام دهید هرگز از پورت موازی استفاده نکنید . اگر مرتکب این اشتباه شوید خواهید دید که یک روز یک موتور کار نمی کند زمانی که پس از چندین ساعت (بدون اینکه متوجه شوید ایراد از کجا بوده) ایراد را بر طرف می کنید موتور دیگر از کار می افتد روز دیگر یک رله کار نمی کند و بالاخره یک روز لیمیت سوئیچ از کار می افتد و نتیجه ی ماهها زحمت به دو نیم میشود . در کل پورت موازی یک پورت صنعتی نیست . می توانید از پورت سریال استفاده کنید یا اگر به برنامه نویسی و الکترونیک آشنایی دارید از پورت usb استفاده کنید.

امید وارم تا به اینجا طوری توضیح داده باشم که کسی را گیج نکرده باشم اما اگر نگارش قسمتی ایراد داشت حتما تذکر دهید تا اصلاح کنم یا واضح تر توضیح دهم.

ادامه دارد . . .

ساخت فرز نیمه صنعتی سه محوره CNC

مطالب مشابه :

موتور

فرز CNC کوچک (قسمت اول)

چگونه یک ماشین CNC سه محوره دروازه ای بسازیم؟ (قسمت اول)

ساخت فرز نیمه صنعتی سه محوره CNC