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达人自制铝型材雕刻机 制作全过程

【超多图】方轨、圆轨混用 铝型材雕刻机 制作全过程


【超多图】方轨、圆轨混用 铝型材雕刻机 制作全过程
最近爱上了雕刻木牌子,但是那台钢结构雕刻机主轴只有3000转,为了保证雕刻效果,只有降低速度,不免延长了时间,更换水冷的话重切削又保证不了,那就继续发挥DIY的精神,再造两台轻型专门用来雕刻的雕刻机吧。其实这些都是借口,DIY需要理由吗,就是想造机,那就开工吧。
为了吸引眼球,先上图和视频








作品:



F5000 空跑视频
铣平面视频



设计篇
什么结构的才是轻型,又能保证强度?自然是铝合金的。 什么材料能尽量减少加工量,又能保证形位公差在合理范围?自然是铝型材。(钢型材形位公差太差不考虑) 什么规格铝型材做骨架才够结实呢?自然是越厚越好、越大越好,2040 ?4040 ?3060 ?4080 ? 100100 ?3060 尚可,低于3060 的强度不够,100100 太粗而且壁厚太薄和方管区别不大,最终决定用4080 的,其内部加强筋够多,壁厚够厚,单位重量比100100 还重,经soildWorks 建模受力分析,国标型加厚4080 型材抗弯强度优于80*16mm 尺寸的6061 铝合金板。于是采用这种型材做骨架。 雕刻用的桌面型机器个人觉得加工面积达到A3 纸(约300*400mm )面积比较合适,再大不好放在桌上,经soildWorks 对型材结构骨架建模受力分析,此面积的加工受力(按雕刻刀受力为单方向20kgf 计算,比一大桶纯净水重一点,我想3.175 的刀应该能承受吧,不然刀都断了还计算个毛啊)变形量在5 丝以下,既然在此条件下加工面积增加成本不会增加太多,当然还是加工面积越大越好,如果你说为什么不是310*410 或者320*420 之类的不在此讨论范围内。
关于是采用方轨还是光轴的问题,打算XY 轴用20mm 的光轴,Z 轴用15mm 的方轨。建模计算是用的20mm 光轴算的,变形量小于5 丝,说明光轴用在这台机器上够用了。讨论一下选用什么材质的光轴杆和什么结构的滑块,在这里更重要。光轴和滑块千万不要选的太差,雕刻机使用寿命关键就在这里,推荐采用轴承钢的硬轴杆,表面光洁度越高越好,在淘宝买的话可以多买几家的做样品,半米一根就够了,拿着互相敲,用力,最后谁家卖的硬轴上没留下凹坑,或者大家质量都不错,那就看哪个凹坑最浅,那就选他家的,准没错,我选了台湾进口的轴承钢硬轴,嗯,比国产方轨硬。保证了光轴之后,滑块也很重要,由于直线轴承的钢珠是特殊钢材料,绝对比硬轴还硬,用的时间长了,再硬的轴也会磨出凹槽,质量越好的滑块,轴磨损的越快,再加上直线轴承的滚珠与光轴是点接触,装的位置再好也就是两条线接触,推荐使用黄铜的含油轴承,不是那种粉末冶金的,是哪种镶嵌碳粒的,其公差比较稳定,与光轴配合松紧程度刚好,装配好之后滑块与光轴是面接触,当然虽然是含油的,还是加点润滑油比较好,就用剩下的汽车机油就行,绝对比直线轴承耐用。
丝杆没有疑问,就用台湾TBI 滚珠丝杆、国产螺母,XY 轴用1605 ,Z 轴用1204 。滚珠丝杆采用远端两轴承固定,近端直接连在步进电机输出轴上,虽然不如两端全用固定座,但是也很牢靠。
废话不多说,设计先行。选好需要采用的材料,一一画到cad 里去,也就是其三视图。下面上图: 整体预览一下,啥都在里面
这个是Y 轴的
这个是X 轴的
这个是Z 轴的
侧视一下
这部分是编G 代码前把各个零件一一展开,这里说一句,我所有要加工的零件都是手工编制的G 代码,利用原来那台钢结构雕刻机进行加工的。
把零件放进材料毛胚里,间隔就是铣刀直径,我是用的6mm 和4mm 两种规格的铝合金专用铣刀设定其中任意位置为工件原点,在图上量出到各关键点的坐标值,方便编代码
这个三轴防尘罩的设计图

这个是展开加工顺序,方便排列G 代码执行顺序,东西多了就容易乱
这里是电控箱的布置图
电控箱面板开孔展开图
这个是Z 轴滚珠丝杆的加工图
觉得没问题了就放在sw 里建模,实际比划一下才知道是不是真的没有问题了
用sw 建模之后看起来比较直观,也方便计算螺丝规格、长度和用量
再换个角度看看
附上螺丝表,统计螺丝规格型号和用量,两台雕刻机共计430 多个螺丝 设计就到这里为止,按图施工不用费脑子,全放脑子里肯定会在后面的加工过程中修修改改,俗话说好记性不如烂笔头嘛。 设计好了之后,要加工得先买材料,铝型材、铝合金板、铣刀,总之各种材料各种贵。 下面是材料篇的

楼主| 发表于 2015-5-30 14:33 |
材料篇 考验荷包的时候到啦,一咬牙一跺脚,全买好的,不要次的,比如,一跟光轴,台湾进口的40一根,国产的20一根,你差那20元吗,不差吧,结果全部买回来发现好不容易回满的血,又成空壳了。 如上面说的,台湾光轴+ 含油轴承+ 箱式滑块外壳 BNC 外壳 把含油轴承塞进去,比较紧,不错 一大箱子 这个是步进电机驱动器和铝型材的各种零件,当然不是一家店买的 光轴 光洁度还不错,反光的字也清楚 M4 挤压丝锥,这玩意底孔和切削丝锥的底孔不一样,错了就会别断 挤压出来的螺孔,果然比切削的好 4mm 加长杆铣刀 梅花联轴器,弹性联轴器可不行,螺丝全换成内六角了,这里还是十字螺丝,十字螺丝不如内六角拧的紧 一咬牙一跺脚,雷赛,不废话,现实版三视图 排排坐 滚珠丝杆加工的轴端,看起来好像是锥形的,实际用螺旋测微器测了是一样的,看来是拍摄角度问题 三根一套 铝型材和6061 铝合金板到了 三种规格的,从上到下分别是100*10 用来做Z 轴滑板; 300*10 用来做铝合金工作台下的衬板; 100*20 用来做Z 轴的方轨安装板。 量一下,厚度居然超过了0.3mm ,正好可以用来做铣平面的余量 国标重型4080 铝型材 一大捆,下面扁的是做工作台面的型材2080 还需要各种螺丝、螺母、角件、拉手 把工作面的型材摆在一起看看,不错 摆一下,不错不错 这个是各种挡板,用来把风琴防尘罩限制在一个范围,同时还能挡灰 挡板是拉丝不锈钢的,激光切割+ 数控折弯,保护膜撕掉之后相当漂亮,镜面型的容易留下指纹,所以用拉丝的 一小小小部分螺丝 好了,放空口袋下面就该劳命了,下面就是无尽的机加工……

楼主| 发表于 2015-5-30 14:47 |
加工篇 前面大概介绍了一下设计和材料,在这加工篇开篇先详细介绍一下这两台雕刻机。 雕刻机采用固定龙门式,Y 轴仅移动工作平台,这样的结构比移动龙门式的结构稳固、刚性强,与其相比能承受更高强度的切削力,因此固定龙门式的加工速度可以快一点,还有一点是XY 轴是独立的,三轴联动时不会互相干涉。但是缺点是用料要超过移动龙门式的,成本高、相对较重。 雕刻机三个轴都使用了风琴防尘罩,光轴+ 自润滑轴承的形式比较怕粉尘,有防尘设计的机器感觉也好看一些,不至于裸奔。 】 雕刻机三个轴都使用了限位开关,每轴两个,分别并联,这样就不担心撞车了,虽然说不会天天撞车,但是还是仔细点好,限位开关的接线都用的插头,坏了换起来方便,YZ 轴的限位行程时可以调节的,加工略超过行程的东西的话,可以把防尘罩拆掉,调节限位开关行程让其限制范围内的行程更大点。当然,也方便组装调试。 ps :婴儿床是我自己做的 雕刻机最大行程是XYZ 分别是400,300,120 毫米,工作台面尺寸是450*320 毫米,工作台面积大于行程的目的是在雕刻满行程东西的时候还能夹持。 雕刻机使用型材的地方是上面材料篇摆造型的L 形两边,就是底边+ 立柱,两底边使用60*16mm 的6061 铝合金板连接,因为3060 铝型材强度不匹配整个机架,所以用了16mm 足厚的铝合金板(前面说了国标重型4080 铝型材与16mm 铝合金板强度差不多),采用60 宽度的,是因为步进电机是57 型的,正好放下。 雕刻机的所有直角连接都采用的重型4080 角接件,并且使用4 个M8 内六角螺丝连接,最后装好以后,我站在上面稳得很,我200 斤,哈哈。 主轴电机用的是E240 风冷主轴,是进口的电机,不是国内仿造的那种,开到全速也没多少声音,打标测试过夹持刀具后的跳动是0.025mm ,还行啦。这个E240 主轴采用的是变压器提供电源,可控硅调速,这种方式比用一个可调开关电源要有力的多,只要主轴不卡转,电源就能始终维持,当然实际不可能有这么大切削力,开关电源一过载就保护,没保护就烧了。所以变压器+ 可控硅的方式虽然重一点,但是耐久好用。 变压器很重,体积也不小 雕刻机的光轴与机架是采用不可调节的直接连接方式,没有使用光轴座或者光轴抱箍,再把座或抱箍固定在机架上,那样不够稳固,下面看图

Y 轴光轴是在两端板上用母机铣出圆孔,但是不铣穿,将光轴敲进去,光轴两端用螺丝上紧

X 轴是在立柱上直接用母机铣出深孔,再把光轴敲进去,光轴两端用螺丝上紧 为什么要这样,是因为,一是母机精度够高,直接数控加工出来就不用调试了,一装就正;二是强度比用座或抱箍的高;三是省去了座或抱箍占用的体积,符合桌面+轻巧的设计理念。本着不差钱的态度,几个光轴座真的没必要省,但是主要看中的还是上面三条理由。缺点是加工麻烦,不得不用加长的铣刀,光轴材料太硬,两台机8根轴,两端的螺纹孔是先上车床钻孔,8根轴磨掉了8个底孔钻头(不会磨),攻丝是手工弄的,一共就4把丝锥,全部不能再用了 打孔、攻丝,可要了老命了,怕用台虎钳会夹坏光轴表面,只有用手握着,手哪里握得住,于是想了个办法,两把丝锥同时在两头攻丝,力的作用是相互的,最终全部都攻到位了,手肿了两天,还好,丝锥没断。 还有两根在拍的时候已经装上去了,喜欢的东西就要放床上,有木有 全部崩刃,有木有 雕刻机的线材都是用的屏蔽线,要做好屏蔽才能不出现一点问题,透露一下,上电试机发现,主轴在全速时通断电,开关时产生的电磁干扰,完全没有步进电机造成影响,不会使步进电机自己跑一步,有过机器的可能会遇到这种情况,主轴打开电源开关的瞬间,步进电机指不定是哪个轴,会动一下,这就是干扰没处理好。 然后就是各种机加工啦,下面上图: 位置一定要摆正,零件毛胚固定在母机(就是我的那台钢结构小铣) 工作台上,百分表吸在Z 轴上,打表到零件边缘 左边+0.01 中间-0.01 右边+0.01 铝板的平直度还行 模拟一下 这里附上加工视频: 全钢DIY 微型铣床加工零件,打定位孔 全钢DIY 微型铣床加工零件,数控钻孔 铣轴承孔 Z 轴滑板铣边及槽 Z 轴滑板数控钻孔 Z 轴背板挖槽粗加工 铣其他零件










这个是铣轴承孔后中间铣下来的小圆柱







堆积成山的切削屑 部分加工好的零件



量一下,不错,一点不差









Z 轴把方轨放上去,还挺紧的

重要零件都要铣平面



一台机的零件,两台机翻倍,东西着实不少 用来做X 轴背后挡板的,还有Y 轴两边加强连扳的都用的是进口的镀锌钢板2mm 厚度 到这里加工篇就告一段落,有母机好造机啊,图片有点乱,将就看。后面是安装调试的。

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