Станок с ЧПУ из строительной шпильки

Винтовая передача из строительной шпилькиКак и обещал, посвящаю отдельный пост созданию станка с ЧПУ своими руками на базе строительной шпильки. Конечно же подразумевается использование строительной шпильки в качестве ходового винта для перемещения каретки оси станка с ЧПУ. Если вы впервые читаете мой блог, то хочу отметить, что сперва построить станок с ЧПУ своими руками я решил на базе передачи с зубчатым ремнем. Но в результате возникли сложности с точностью станка с ЧПУ на зубчатом ремне, поэтому пришлось переделывать станок под винтовую передачу на базе строительной шпильки.

Чем же так хороша кривая и дешевая строительная шпилька в сравнении с промышленным зубчатым ремнем? Давайте разбираться.

Я выбрал для своего станка строительную шпильку Ф14 мм с шагом резьбы 2 мм и ценой в 130 рублей за 1 метр. Выбрал именно с шагом 2 мм, т.к. этот шаг очень удобно описывается в конфигурации станка, превращаясь в красивые целые числа.

Винтовая передача из строительной шпилькиДавайте посмотрим, какую точность я в итоге получаю, используя для винтовой передачи строительную шпильку с шагом резьбы 2 мм. Большинство шаговых двигателей имеют деление 1,8° на шаг, что дает 200 шагов на полный оборот двигателя. Если мы напрямую соединим вал двигателя с винтовой передачей на строительной шпильке, то получим перемещение каретки равное 2 мм на полный оборот двигателя, или 2 мм / 200 шагов = 0,01 мм или сотка на шаг! Зубчатый ремень с шагом зуба 5 мм, в свою очередь, дает всего 5 мм * 12 зубьев на шестерне = 60 мм на полный оборот двигателя, или 60 мм / 200 шагов = 0,3 мм на шаг. Получается, что зубчатый ремень в 30 раз хуже строительной шпильки по точности! Но зато он в 30 раз быстрее, если вам нужна ошеломляющая скорость. Например, если вы гоняете туда-сюда легкий лазер для гравировки.

Винтовая передача из строительной шпилькиКроме точности, простая строительная шпилька делает станок во много раз более жестким, чем станок на зубчатом ремне. Во-первых, строительная шпилька не растягивается, как гибкий ремень, который иногда при работе напоминает резинку от трусов. Достаточно нажать на него пальцем, и станок смещается на довольно большое расстояние. Во-вторых, попробуйте выключить двигатели и сместить одну из осей станка: станок на зубчатом ремне можно вручную спозиционировать куда угодно, а станок на строительной шпильке просто не сдвинется с места! Более того, станок на зубчатом ремне очень легко попросту остановить прямо во время работы, зафиксировав портал станка рукой. Тоже самое происходит и при обработке более-менее твердых материалов с большим заглублением. А вот работающий станок на винтовой передаче с мелким шагом просто не реально остановить — он прет, как танк!

Винтовая передача из строительной шпилькиТакже у начинающих станкостроителей может сложиться ошибочное представление о низкой скорости станков на винтовых передачах. В эту же ловушку попал и я в свое время, когда только начал постройку станка с ЧПУ своими руками. Я тоже погнался за скоростью, хотя на таких скоростях, которые дает зубчатый ремень, попросту не производят фрезерную обработку ни одного материала! Зато теперь, заменив зубчатые ремни своего станка на винтовую передачу на строительной шпильке, мне удалось получить скорости до 30 мм/сек, что соответствует 1800 мм/мин. Для станков с рабочим полем до 500 х 500 мм этого вполне достаточно, учитывая что основное время уходит на обработку детали, а не на холостые перемещения. И заметьте, что перемещение со скоростью в 30 мм/сек, усиленное через винтовую передачу, можно использовать даже для реза, а не только для холостых перемещений. А вот на зубчатом ремне резать что-либо толще картона на такой скорости вряд ли получится.

Винтовая передача из строительной шпилькиОднако, применение строительной шпильки в качестве ходового винта для станка с ЧПУ требует от создателя наличия кое-какого дополнительного оборудования. Если есть желание сделать все, как положено, то нужен токарный станок! Это, конечно, большое препятствие на пути к цели. Первый свой ходовой винт из строительной шпильки я заказывал у токаря. Потом пробовал изготавливать токарную приспособу самостоятельно из дрели и подшипника. Хвостовик при этом я обтачивал болгаркой :) Намучившись такими извращениями в итоге я купил себе небольшой настольный токарный станок JET BD-7.

Винтовая передача из строительной шпильки

14.06.2015. Как и обещал, добавляю немного фотографий конструкции винтовых передач на строительной шпильке моего станка с ЧПУ. Я также снял видео, как я вытачивал алюминиевый радиатор своими руками из куска алюминия после применения плавки алюминия в домашних условиях и литья алюминиевой плиты. В конце видна скорость подачи, выставленная в LinuxCNC — 872 мм/мин на последнем кадре — дальше села батарейка:)

 

Что дальше? А дальше я решил изготовить большой станок с ЧПУ, также на базе строительной шпильки! Следите за обновлениями — впереди самое интересное :)

  • Сергей (Serega NM)

    Дополните пожалуйста фотографиями особенностей конструктива. сам с такой идеей мучаюсь уже месяца полтора. Говорят нереально, зачем, почему — а я им: «точно, практично, дешево».. На 12мм шпильке и удвоенной гайке обычной сойдет может? Чтоб совсем без токарного обойтись

    • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

      Да все никак до фотографий руки не дойдут :( Добавлю, конечно со временем.
      Без токарных работ можно обойтись, если отыскать и разобрать старый советский бронзовый водопроводный вентиль. У его головки как раз есть внутренняя резьба под какую-то строительную шпильку. Возможно, под 12 — сейчас уже не помню. В мастерской у меня даже где-то валяется шпилька с этой гайкой от крана.
      Бронза нужна, чтобы снизить трение и износ гайки. Иначе долго она не проработает.

      • Сергей (Serega NM)

        только бронза годится как материал? Других вариантов нет?

        • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

          Посмотрите в интернете. Наверняка есть таблица коэффициентов трения/скольжения для разных материалов. Бронзовыми делают подшипники скольжения на направляющих в принтерах. Видать, не с проста :)
          Попробуйте поставить обычные гайки. Их же тоже можно. Бронза просто лучше, но это не значит, что можно только ее использовать.

        • Сергей

          капролон — лучше и доступнее!

          • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

            Речь-то шла о возможности исключить токарную обработку, т.е. взять что-то готовое.

      • Igor Muravitskiy

        На каких оборотах работал шпиндель?

        • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

          Гоняю всегда на максимуме — 24000 об/мин

          • Igor Muravitskiy

            Ого и проблем ни каких?

          • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

            Есть, конечно, проблемы.
            Хочу шпиндель на 60000 об/мин и киловатта на 3, но денег стоит — мама не горюй! Это пока основная проблема.
            А больше никаких :)

          • Igor Muravitskiy

            А в чем выражаются проблемы?И по поводу прошлого диалога,вы бы что посоветовали взять красную плату или собрать как у Дмитрия?(со всем разобрался,но вот схемы, платы и т.п совсем за областью моего понимания)

          • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

            Да нету никаких проблем :) Это шутка такая была :)

            Берите плату «все в одном» (красную), если хотите попроще и поскорее начать пилить. Я тоже сперва свои драйвера начал городить, а потом плюнул — купил и сразу все запустил.

          • Igor Muravitskiy

            Изначально не понял,потом когда спать ложился прочитал и дошло (уставший я был,и голова забита).Спасибо за совет.Насчет перекоса оси х, предпологаю можно обойтись 1 двигателем,устанавливаем на двигатель еще 1 шестеренку и на вторую шпильку тоже,соединяем при помощи ремня,в таком случае меньше гемора с синхронизацией двигателей оси х. Как думаете возможно такое?

  • Stanislav Petrov

    Отличный станок получился! А какой типоразмер двигателей применен? И какая редукция на зубчатой передаче?

    • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

      Двигатели NEMA 23. Зубья 20 на движке, 12 на шпильке.

  • Дмитрий

    Добрый день. Отличная конструкция! Не возникает ли перекоса по оси X за счет размещения ходового винта над одной из направляющих? Часто приходится видеть варианты с двумя двигателями.

    • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

      Конечно возникает :) Поэтому тоже хочу поставить второй двигатель. Ну а пока руки не дошли, устанавливаю заготовки поближе к оси с винтом!

  • Алексей (Alex18xey)

    Хочу предложить метод уменьшения люфта в передаче винт-гайка. Метод давно известный. Данный принцип использовался в советских токарных станках. Суть метода в том что поводок суппорта выполняется U-образным. В одно «ушко»запресовывается гайка, а другое ушко делается разрезным с возможностью зажатия, и в него вставляется еще одна гайка (как на рисунке) с фланцем под ключ типа от крепления круга болгарки. данной гайкой выбирается люфт (возможно даже сделать натяг), после чего она зажимается в ушке. Таким образом люфт в передаче можно полностью исключить.

    • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

      Отличное решение, Алексей. Спасибо!

      А я уменьшаю люфт просто при помощи смазки и грязи, которая со временем накапливается в гайке (но это полушуточный способ, конечно).

      Еще один способ — это в капролоновой гайке плохо нарезать резьбу. Я тут игрался на досуге с нарезанием внутренней резьбы и по ошибке нарезал сперва правую, а потом по тому же месту левую резьбу. В итоге гайка у меня внутри измочалилась, но при этом нормально ходит по резьбе и люфт практически полностью исчез :)

  • Roman Bykovskiy

    А что за направляющие вы использовали?

    • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

      Да там же все хорошо видно — обычные полированные валы 16 мм.

      • Roman Bykovskiy

        дак а по валам-то что скользит?

        • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

          Подшипники скольжения вестимо :) Вон их же тоже хорошо видно на 1-ой и на 3-ей фотке, да и в видео тоже, кажись.

          • Roman Bykovskiy

            Простите, что спросил

  • MultiMote

    Спасибо, очень познавательно!

  • Аркадий

    не совсем понимаю назначение ременной передачи почему их использовал а не напрямую соединил шаговик со шпилькой?! ускорение перемещения или чтото другое?

    • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

      Ну, во-первых, это было сделано для обеспечения мягкости передачи. Ремень очень хорошо гасит всякие вибрации нехорошие. Во-вторых, я очень легко могу таким образом регулировать передаточные числа просто меняя шестеренки в ременной передаче. Можно сделать ось очень быстрой, можно очень точной или силовой. Ну и в третьих, напрямую мотор бы просто торчал наружу и я бы об него все время спотыкался, потому как станок стал бы на целый мотор длиннее. А так я его запрятал в трубу, и он может быть длинной хоть в полстанка, а габариты станка останутся те же.

      • Аркадий

        Спасибо надо будет подумать над таким соединением,пока еще не все установлено.

  • Арсений

    Подскажите пожалуйста, каким образом подбирали соотношение шкив, ремень расстояние между шкивами. Поясню вопрос, ремень ведь у вас цельный ? Значит как то заранее просчитывали на каком расстоянии должны быть шкивы, или просто удачно ремень подобрали ?

    • http://tech.dimanjy.com/ Dimanjy

      Тут все наоборот — я подбирал высоту крепления ходового винта под имеющиеся ремни. Ну и так удачно совпало :) А вообще на держателе шаговика обычно делают продолговатые отверстия под крепеж, чтобы можно было натянуть ремень, надавив на шаговик вниз, а потом затянуть его винтами.