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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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