Разработанный и изготовленный самостоятельно станок с ЧПУ может выполнять механическую обработку (сверление, фрезерование) пластмасс, текстолита, фанеры. Гравировка по стали. Также может использоваться как графопостроитель, можно рисовать и сверлить печатные платы. Станок будет полезен для любого моделиста.
Точность станка 0.0025 мм на 1 шаг, но по факту, с учетом неточности изготовления узлов станка, зазоры в узлах, в паре винт – гайка, точность составляет 0.1мм. Станок без обратной связи, т.е. положение инструмента, отслеживается программно, за точность перемещения отвечают шаговые двигатели.
Станок подключается к компьютеру через LPT порт, работает с операционными системами Windows 98 и Windows XP.
3. Этапы изготовления узлов и сборка станка.
3.1. Материалы и инструменты.
Для изготовления станка с ЧПУ применялся следующий материал:
• Фанера толщиной 8 мм.
• Мебельные шариковые направляющие длиной 300мм и 500мм.
• Металлическая шпилька с резьбой М8, длиной 1 метр.
• Пластмасса толщиной 10мм для гаек на винты.
• Шурупы различного диаметра и длины.
• Крепежный материал различного диаметра и длины.
• Подшипники 22 х 8мм.
• Шаговые двигатели от списанного принтера.
• Электрический лобзик.
• Шуруповерт.
• Компьютер.
• Шнур подключения принтера к компьютеру (LPT порт).
Механическая начинка станка.
Корпусные части станка выполнены из фанеры толщиной 8 мм по чертежам, скаченных из интернета.
Направляющие – мебельные шариковые, у них люфт меньше. Для стола использовались длиной 500мм, а для суппорта – 300мм. Суппорта выполнены также из фанеры (с отверстиями под подшипники). Подшипники вставлены без обоймы прямо в фанеру. Винты – шпильки с резьбой М8 (шаг = 1мм). Гайки на винты изготовлены из пластмассы 10 мм. Можно использовать и готовые гайки, но вероятность больших люфтов огромная. Направляющие для оси Z использовали металлические прудки диаметром 8мм, втулки выточены из бронзы.
Габаритные размеры фрезерного станка с ЧПУ:
длина – 420 мм, ширина – 360 мм, высота – 360мм.
Ширина рабочего стола - 270 мм. Длина рабочего стола – 370 мм.
Электронная начинка станка.
Электронику можно разделить на четыре части:
• Блок питания.
• Контроллер.
• Драйвер.
• Шаговый двигатель
Блок питания. Для питания электроники станка используется готовый блок питания 250Вт от компьютера. Напряжение 12 вольт – 3А – для питания шаговых двигателей и напряжение 5вольт - 0,3А для питания микросхем контролера. Остальные провода выпаяны с блока питания, чтобы не мешали.
Контроллер. Данный контроллер может обслуживать 3 шаговых двигателя последовательно, т.е. одновременно может работать только один двигатель. Параллельная работа двигателей обеспечивается программно. Контроллер управления шаговыми двигателями собран на трех микросхемах серии К555TM7. Не требует прошивки. Контроллер подключается к компьютеру через LPT порт.
Электрическая схема контролера.
Описание и назначение выводов разъема LPT порта.
выводы Название Направление Описание
1 STROBE ввод и вывод устанавливается PC после завершения каждой передачи данных
2 - 9 DO-D7 выводы 8 линий данных
10 АСК ввод устанавливается в "0" внешним устройством после приема байта
11 BUSY ввод устройство показывает, что оно занято, путем установки этой линии в «1»
12 Paper out ввод для принтеров
13 Select ввод устройство показывает, что оно готово, путем установки на этой линии «1»
14 Autofeed Ввод и вывод
15 Error ввод индицирует об ошибке
16 Initialize Ввод и вывод
17 Select In Ввод и вывод
18-25 Ground GND общий провод
Для эксперимента был использован шаговый двигатель от старого принтера 5,25-дюймов. 8 бит идущих от LPT разделяются на две группы по 4 бит: данные и управляющие. При получении сигнала одним из трех триггеров, данные записываются в триггер К555ТМ7 и соответственно поступают на драйвер шагового двигателя. При снятии с К555ТМ7 разрешающего сигнала данные в триггере сохраняются (триггер с защелкой) и т.д.
Схема драйвера.
Также можно использовать серийные микросхемы (stepper motor driver), например ULN 2003 - 9 транзисторных ключей с током 0.6А.
Схема драйвера на микросхеме.
Шаговый двигатель. Используемые в станке шаговые двигатели ПБМГ 200-265 с рабочим напряжением 12 вольт, и током 0.17А, но можно использовать и более мощные, например 24в, 5А.
Электропривод, обеспечивающий преобразование числовой информации в дискретные механические положения называется шаговым. Принцип действия всех существующих ШД основан на дискретном изменении состоянии электромагнитного поля в рабочем зазоре электрической машины. Электродвигатель с таким приводом работает от импульсных команд. Информационный сигнал управления шаговым двигателем поступает в дешифратор, в виде унитарного кода.
В станке применили три униполярных шаговых двигателя, их подключение проще, чем биполярного.
Описание и характеристики шагового двигателя ПБМГ 200-265
• Тип двигателя: Шаговый, униполярный.
• Угол поворота за один шаг: 1.8 градуса.
• Количество шагов на полный оборот вала: 200.
• Количество выводов: 6.
• Количество обмоток: 2 со средней точкой.
• Напряжение питания: 12В.
• Сопротивление обмоток: 70Ом.
• Потребляемый ток: 0,17А.
Расчет себестоимости проекта.
На изготовления станка с ЧПУ затрачено средств:
1. Фанера толщиной 8 мм размером 100 х 100 см – 350 руб.
2. Мебельные шариковые направляющие 2 штуки - 320 руб.
3. Металлическая шпилька с резьбой М8, длиной 1 метр. – 80 руб.
4. Шурупы различного диаметра и длины - 40 руб.
5. Подшипники 22 х 8мм. 3 шт – 210 руб.
6. Шнур подключения принтера к компьютеру (LPT порт) – 150 руб.
7. Бормашиина-600 руб
Всего затрачено денег: 1750 руб.
| 
