Ходовая гайка для ЧПУ своими руками

Станок с ЧПУ большого размераПродолжаю делать большой станок с ЧПУ. Особенность его конструкции заключается в том, что ходовой винт по оси X закреплен неподвижно (не вращается). Для статичного винта требуется особенная ходовая гайка. В станках с ЧПУ небольшого размера обычно ходовая гайка жестко закреплена, а винт вращается, перемещая каретку. У меня же наоборот — ходовая гайка вращается вокруг винта, приводимая в движение шаговым двигателем. Ну и очевидно, что ходовая гайка для ЧПУ большого размера должна быть изготовлена своими руками, потому как такая просто-напросто нигде не продается!

Зачем нам вращать ходовую гайку вместо ходового винта на станке с ЧПУ большого размера?

  1. Промышленный ходовой винт ШВП длиной в 2 метра и более стоит просто безумных денег (по сравнению со строительной шпилькой). Он должен быть довольно большого диаметра — от 20 мм и толще, что стоит еще более безумных денег. Плюс такую махину еще и не всякий шаговик провернет, и нужно ставить серву, которая стоит еще более безумных денег (по сравнению с шаговиком). И, вообще говоря, на большой станок с ЧПУ ставят обычно 2 ходовых винта (по одному с каждой стороны). Получается двойное безумие по бюджету.
  2. Крайне бюджетным и неплохим вариантом является строительная шпилька (см. станок с ЧПУ из строительной шпильки), но если при длине в 2 метра мы попробуем ее вращать, то она начнет прыгать, как скакалка, и в конце концов отвалится.
  3. На длинную станину 2-3 метра с неподвижным винтом по оси X можно поставить не одну, а целых две или даже три независимых оси Y, каждая из которых будет индивидуально трудиться над своим заказом. Т.е. на одной станине будет установлено как бы 2 независимых станка с ЧПУ с одной механически общей осью X. Очевидно, что с  вращающимся винтом независимые каретки не получатся, а получится только клонирование оси.

Ходовая гайка станка с ЧПУХодовая гайка для ЧПУ своими руками изготавливается довольно просто: берем отрезок капролона нужной длины и просто нарезаем внутреннюю резьбу под строительную шпильку. Капролон довольно мягкий и резьбу можно нарезать даже самой строительной шпилькой, предварительно изготовив из нее метчик при помощи нарезания канавок болгаркой. Я внутреннюю резьбу делал на моем домашнем токарничке, а потом делал проход таким самодельным метчиком из шпильки для более точного и плотного подгона резьбы. На токарнике для этого нужно специально резьбу не дорезать, чтобы оставить под проход самой шпилькой. Тогда ходовая гайка будет ходить плотненько и без люфтов. Люфты также убираются увеличением длины ходовой гайки. Уже при длине 35-40 мм люфты полностью исчезают. В интернете можно найти много конструкций с двойной регулируемой ходовой гайкой, которой также можно убрать люфт, но ее недостаток в значительном усложнении конструкции. Если вы используете свой станок с ЧПУ для хобби, то обычная ходовая гайка из капролона прослужит вам очень и очень долго — несколько лет точно! У меня до сих пор живы, хотя я на них даже алюминий попиливаю :)

Ходовая гайка ЧПУХодовая гайка для моего большого станка с ЧПУ будет вращаться сама вокруг неподвижного винта, поэтому с двух сторон мы ее подпираем подшипниками и довольно плотно зажимаем между двух алюминиевых пластин. В этих пластинах отфрезерованы посадочные места под подшипники. Не беда, если посадочные места получатся немного кривоваты. Алюминий очень мягкий, поэтому подшипник потом можно будет туго запрессовать тисками через фанерные прокладки. И так даже лучше, потому что нам необходимо полностью исключить продольное движение гайки в промежутке между этими двумя пластинами. Для жесткой фиксации пластин между собой, а также для передачи поступательного движения гайки на каретку станка, применим листовой металл толщиной 4-5 мм (вон она — шкрябаная ржавая железяка на фотке). На фото не хватает аналогичной связки пластин в горизонтальной плоскости (прямо под гайкой) — это я потом доделаю.

Остается только передать вращение с шагового двигателя на гайку. Я планирую сделать это при помощи зубчатого ремня. Но загвоздка в том, что мне придется изготовить свою собственную нестандартную шестеренку, а этого я пока еще никогда не делал.

Ходовые гайки в сборе

Для изготовления своей собственной шестеренки мне пришлось немного попыхтеть. Причем пыхтеть пришлось за компьютером. Я написал свою собственную программу для расчета шкивов с заданными параметрами, потому как ничего дельного и бесплатного мне найти не удалось. За основу был взят открытый файл на Thingiverse в OpenSCAD, который я переписал на Python и сделал экспорт в DXF. Шестеренку я изготовил из капролона — это прочный конструкционный и легко обрабатываемый пластик. Кроме самой шестеренки для зубчатого ремня нужен также ролик-натяжитель (оне же успокоитель) ремня. Его я тоже изготовил из капролона, но внутрь вставил подшипник.

После установки вращающейся гайки на станок я немного промучился со шкивами для двигателей, которые все время съезжали из-за очень высокой скорости вращения и сильного натяжения. Мне даже пришлось сверлить в валах шаговых двигателей небольшие канавки и фиксировать шкивы на валах установочными винтами с внутренним шестигранником. Но в итоге результат порадовал: на всей длине ходового винта гаечка шла плавно покачиваясь и ни капельки не трепыхала винт.

Редукция ходовой гайки получилась 30:12 (30 зубов на гайке, 12 зубов на шкиве двигателя), т.е. редуктор усиливает момент двигателя в 2.5 раза. Разрешающая способность станка на шпильке с шагом 2 мм/оборот получилась 0.004 мм (2мм/оборот ÷ (200 шагов/оборот * 2.5)).

  • Александр

    Можно чертеж или хотя бы эскиз?

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

      Конечно статья будет с фотками :)