Основание станка(станина)

Когда вы разрабатываете и строите ЧПУ станок, первое, что должно быть спроективано – это основание станка(станина). Основание связывает все остальные части воедино, несет на себе львиную долю возникающих нагрузок и определяет взаиморасположение двигателей и передач осей и т.п. Возможно, дизайн станины будет зависеть от того, какими материалами и средствами обработки Вы располагаете, приводов, укладывающися в бюджет и так далее. Такое часто происходит, если проектируется единичное изделия для собственного пользования. По этой причине в самодельных ЧПУ роутерах сложно встретить две абсолютно одинаковые детали.  Однако, необходимо представлять себе возможные виды структуры станины, чтобы иметь возможность выбрать наилучший вариант и докупить недостающие комплектующие.

Структура оси X

Ось Х является основанием для всего станка, так как Х – ближайшая к земле ось. Рама оси Х выполняет 3 основные задачи:

1) Служит основанием для остальных частей станка
2) Является опорой для системы линейного перемещения по оси Х
3) Несет на себе рабочий стол

Основные виды дизайна рамы оси Х таковы:

Рама с полной опорой.

Рама с полной опорой – один из наилучших вариантов и используется в большинстве профессиональных станков. “Полная опора” означает, что конструкция опирается на пол или другую несущую поверхность по всей своей длине и ширине. Такой конструктив означает, что не получится сделать портал, охватывающий рабочий стол “кольцом”. Такая конструкция весьма жесткая, а главное – не прогибается под вертикальными нагрузками, своим весом и весом шпинделя. Это существенный момент, так как прогиб на большой длине может свести на нет все усилия – прогиб в 0.1 мм допустим только если вы рассчитываете получить от станка точность 0.5 мм. У этого варианта есть и минусы, прежде всего это необходимость установки двух передач на одну ось – двух винтов, двух гаек, двух двигателей и двух драйверов. Синхронизацию осей можно делать программно, а можно воспользоваться ременной передачей с раздаточного шкива на две оси. В этом случае необходимо убедиться, что мощность мотора достаточно для вращения двух осей. Используя конструктив с полной опорой, вы можете не задумываться о весе материала, из которого будет станина и его влиянии на прогиб – он целиком будет передаваться  на опорную плоскость.

Станина с полной опорой и направляющие с полной опорой

Полная опора – это когда примыкание объекта к опоре идет по всей длине. В качестве объекта причем может выступать не только станина, но и направляющие оси. Роль вида крепления направляющих обсуждается в отдельных статьях: Линейные направляющие в станках с ЧПУ и Выбор направляющих для станка с ЧПУ, но это будет позже, здесь только обратим внимание на опору станины, и на то, что возможно сделать станок с полной опорой направляющих, но точечной опорой станины: такой дизайн не избавляет станок от прогиба под вертикальными нагрузками.

Станина с полной опорой по оси Y и частичной опорой по X

Наиболее распространенный вариант дизайна, его вы можете видеть на картинке. Рама оси Х ставится на плоскость ножками, оставляя свободное пространство снизу, поперек кладутся балки, несущие рабочий стол. В результате стол получает большую жесткость при сгибе по Y, и малую – при воздействии  по X. Портал в этом случае имеет замкнутый контур и две балки, соединяющие стойки портала сверху и снизу. Нижняя балка соединена с гайкой передачи, перемещаясь в свободном пространстве под рамой. Этот конструктив подразумевает установку направляющих как с фиксацией по всей длине(профильные рельсы), так и по концам(валы). В любом случае прогиба не избежать, но первый случай позволит вам несколько снизить погрешность, т.к. портал будет повторять изгибы оси X. Дизайн с частичной опорой по X подходит в тех случаях, когда длина оси X не слишком велика и не ставится высоких требований точности по оси Z. В противном случае рассмотрите другие варианты.

Станина с полной опорой по оси X и частичной опорой по Y

Если у нас есть только один двигатель и один приводной винт для оси X, но требуется получить высокую точность позиционирования, можно использовать этот вид. В нем рама оси Х расположена целиком на опорной плоскости, и отстуствуют балки вдоль оси Y. Освободившееся место использовано для хода портала – рама портала расположена внутри рамы оси X. Теперь, как бы не был нагружен портал, ось Х не прогнется(упругие деформации материала станины не учитываем из-за их малой величины). Зато может прогнуться ось Y и – рабочий стол. Рабочий стол в данном случае наиболее проблемное место – он должен быть сооружен таким образом, чтобы не мешать перемещениям нижней балки: это означает, что закрепить его удастся лишь по краям, и стол будет подвержен прогибам. Перед использованием такого конструктива примите решение, что важней – отсутствие деформаций в собственно станке или чтобы станок и стол все же могли изгибаться как единое целое.

Прочие варианты

Существуют и другие компоновки, а также – разнообразные вариации уже изложенных. Например, чтобы получить преимущества станины с полной опорой, можно отказаться от нижней балки портала, и приводить в движение П-образный портал винтом, расположенным сверху – прикрепив гайку ШВП к верхней балке(правда, это довольно громоздко и затрудняет доступ к рабочей области). Можно обратиться к классическому решению – расположить 2 привода по бокам оси X.

Подвижный рабочий стол

В в нем перемещение портала по оси X заменяется перемещением рабочего стола. Это позволяет решить сразу несколько проблем, в том числе получить станину и направляющие с фиксацией по всей длине(на рисунке показан вариант без фиксации), но сокращает рабочее поле.  А также  преимущество в том, что требуется только один привод по оси X.

Во время разработки станины, на выбор конструктива существенное влияние оказывает материал – разные материалы по-разному деформируются. Наиболее популярны следующие материалы:

1) алюминиевые станочные профили

2) стальной прокат

3) фрезерованные детали из алюминиевых сплавов типа Д16Т

4) Чугун

5) Полимерные материалы  -полимербетон, полимергранит

6) Прочие бюджетные материалы – фанера, МДФ, оргстекло

Обязательно учитывайте свойства материала при создании вашего станка.

 © Darxton.ru 2012