ЧПУ станок с расширенными функциональными возможностями

Хотел бы поведать вам о своем проекте, чтобы бы узнать мнение о нем. Обоснованная критика и пожелания приветствуются с распростертыми объятиями. Если появится интерес, напишу серию статей о том, как проект создавался, поделюсь крупицей своего опыта. Итак, начнем.
image

Недавно пришла идея по созданию полностью открытого проекта универсальной 3-координатной платформы, которая может выполнять функционал и 3d-принтера, и фрезерного станка для обработки пластика и многого другого. Платформа построена по модульному типу. Это означает, что в ней полностью взаимозаменяемые привода перемещения кареток и инструмент. Назвали мы эту штуку «Платформа RRaptor». В дальнейшем приведу ряд изображений и фотографий проектных моделей и того, что уже получилось реализовать.


image
А вот что получилось в реальности. И да. Винт на координате Y не закреплен

Посмотрим, что означает модульность в контексте проекта. Например, мы хотим получить 3d-принтер: ставим соответствующие привода + печатающий блок (одновременно можно поставить 3 блока) — и готово. Можем печатать свои детальки. По разным причинам для печати на платформе используются передачи «шестерня-рейка» с шаговым двигателем.

image
На моделе показан установленный привод «шестерня-рейка» на координату Y

Или же нам понадобилось фрезеровать что-нибудь. Тогда установим привода типа «винт-гайка» с шаровым мотором NEMA23 и фрезу. Готово! Мы экспериментировали с различными винтами. Начиная от «колхоза», типа обычной шпильки и заканчивая высококачественными ШВП. Есть возможность установки на платформу различных типов винтов. Зависит от бюджета станка. Варианты фрезерного шпинделя тоже варьируется от стандартных бормашин до нашего варианта небольшого и компактного шпинделя для фрезеровки пластика (который еще только на стадии чертежей). На данный момент в наших тестах мы используем бормашину на алюминиевой стойке мощностью 650Вт.

image
Вот вам и фрезерный станок для пластика

image
Он еще и складывается

Как уже сказал выше, хотим сделать проект открытым для сторонних разработчиков. Выложить все чертежи и патенты в открытый доступ, включая и программное обеспечение. Но об этом потом.

Следующая важная составляющая проекта — блок управления. Там расположена вся электронная начинка. Не вдаваясь в подробности, что там есть (как уже сказал, будет интерес — все распишу в отдельных статьях), отмечу основную его особенность. Этот блок управления может «рулить» сразу несколькими платформами одновременно. Это позволит создать небольшую инфраструктуру из устройств (точнее платформ), выполняющих различные функции, централизованно их контролируя (наверно громко сказано, но все же…). Блок тоже модульный. Его начинка варьируется. Можно добавлять различные интерфейсы коммуникации: wi-fi, Bluetooth, ethernet, и т. д. Что душе угодно.

image
Фото корпуса блока управления

Софт — это отдельная эпопея. Писали мы его (и пишем) с чистого листа. Абсолютно все, начиная от алгоритмов вращения шаговиком, заканчивая приложением на андройда-смартфоне — наша работа. Я не говорю, что мы придумали что-то инновационное и новое. Хотя ключевые отличия от аналогов (например, прошивки Marlin) есть. Я лишь хочу акцентировать внимание на то, что отнеслись мы к проекту и идее в целом очень серьезно. И, надеюсь, что сможем до конца реализовать. А именно — серийно выпускать такие платформы.

image
Это наш первый прототип. Сделали на его базе плоттер для самых первых тестов

Хотя до серийного производства пока еще надо дорасти и доработать как недостатки в механике, так и в программном обеспечении. Тем не менее небольшой опыт у нас уже есть.

image
Первая серия на 5 штук

Надеюсь (точнее уверен), ваши отзывы, мнения и замечания нам помогут. К сожалению, описать и показать многие детали проекта в одной статье просто нереально. Но надо с чего-то начинать.

Спасибо за внимание.
Поделиться публикацией
AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

Подробнее
Реклама

Комментарии 45

    0
    При использовании только в качестве 3д принтера могу сказать, что получится очень дорогое решение: для печати нужны достаточно высокие линейные скорости для достижения разумного времени печати, и чтобы вращать шарико-винтовые передачи (которые сами по себе недешевы) очень быстро придется поставить дорогие двигатели.
      0
      Но на нем можно сделать детали для другого принтера, оптимальной для печати конструкции. Да и такие движки в сумме с ШВП, я предполагаю, могут гонять каретку со скоростью где-то 3000 мм/мин.
        0
        ШВП скорее всего 5мм, а движки по виду NEMA-23… При использование TB6560 в драйвере, максимальная скорость 2500 на холостую. Дальше шаги теряют.

        А под нагрузкой (дерево/пластик) максимум 2000 мм/мин
        0
        Абсолютно с вами. Нужны высокие скорости. Именно поэтому есть возможность менять привода. С винтов на рейки
        +5
        Картинки в формате BMP на 7.5 мегабайт каждая? Вы серьезно?
        О таких вещах обычно пишут в личку, но в данной ситуации я просто не могу молчать. 7.5-мегабайтный BMP на веб-странице в 2015 году. Это неописуемо. Удивительно, что Хабр их пропустил и даже любезно сохранил на habrastorage.
          +2
          Извините меня за такое. Первый пост. Исправлюсь
          +1
          Винтовая передача для 3D-принтера — это несерьезно. Просто поиграться — пойдет, но для серьезного продукта, это убивает весь смысл.
          Далее, на мой взгляд конструкция слишком хлипкая. Да еще и складная… Про резку с большими усилиями тоже не думаете? Получается, только резка пластика и печать на черепашьей скорости — не очень впечатляюще.
            0
            так вы почитайте статью, они предлагают сменные передачи — станок то универсальный, для 3д принтера не винт а рейка-шестерня, а это довольно шустро.
              0
              Возможно пропустил, тогда извиняюсь. Хорошо бы картинку и с таким вариантом для наглядности. Не получится ли так что половину станка надо разобрать, чтобы поменять привод? Если замена сильно трудоемка, то также теряется смысл, проще иметь два станка и один блок управления.
                0
                Обязательно напишу отдельную статью про конструкцию. В этой не так все наглядно
              0
              Про резку с большими усилиями кончено думали. И думаем. Но на этом станке о ней речи идти не может. Он сугубо для пластика. Ну максимум гравировка
                +1
                А простой тест можете сделать?
                Микрометр на столе закрепить (с часовой шкалой) и упереть в кончик фрезы (например).
                И подать усилие (рукой) в 1-2 кг на верх шпинделя… отклонение не должно превышать .05мм.
                Иначе игрушка. И даже для пластика не пойдет.

                Вообще конструкция выглядит весьма хлипкой и склонной к резонансу и колебаниям. Для высоко оборотистого шпинделя (20000об.мин) это смерть фрезам…
                Фрезы 1мм ломаются легким нажатием пальца и очень не любят вибрации при работе.
                  0
                  Обязательно проведем такой тест.
                    +1
                    Все же станки делают с массивными основаниями и конструкциями не просто так.
                    И сопромат и термех не даром учат…

                    Крепление консоли Z а 4-х винтах да еще простым прижимом, да еще на алюминий профиле…
                    Извините, но это разве что для этажерки подходит и тое если с нее книги не часто будут брать.

                    Не в обиду, но хоть на спец. форумы «станкостроителей» бы заглянули.
                    Их не так уж и много.
                      0
                      я полностью принимаю ваши аргументы и критику. никаких обид. то, что они возникают, виновата статья, ибо она не отражает всех элементов данной конструкции. на фото и картинках представлен самый дешевый в изготовлении вариант. изготовить его и собрать не составит труда. о каких литых и массивных конструкциях может идти речь вообще, кода это бюджетный домашний и дешевый станок станок?!? Модульность этой платформы означает взаимозаменяемость основных ее узлов. Обязательно напишу про это пост в дальнейшем, так как многие эти узлы и компоненты пока существуют в компьютерных моделях. Если хотите фрезер с нормальной точностью, то ставите на базу этой платформы каретки из алюминиевых фрезерованных пластин (повторюсь, из чертежи мы прорабатываем) и фрезеруйте на здоровье. Касаемо алюминия. есть точно такой же вариант основания из стали. Он на фотке, где прототип наш первый.
                        0
                        очень трудно совместить в одном устройстве качества присущие фрезерному станку (жесткость) и 3d-принтеру (быстрота)
                          0
                          … и бюджетность, как было заявлено, иначе — линейный привод решает проблему.
                          А с учётом доступности для масс — реечная передача.
                –2
                del
                  +2
                  Ждем видео-демонстрацию работы. Желательно с каким-то готовым продуктом на выходе для наглядности.
                    0
                    Извини, хотел поставить плюс. чертова мобильная версия!
                    0
                    Сама идея мне очень нравится. Хочу такой же станок, но чтобы можно было работать с металлом.
                    Сколько в текущей версии обходятся по стоимости все компоненты?
                      0
                      Я думаю эту идею можно доработать до аппарата, работающего с металлом. Но для начала, надо исправить все косяки в текущей версии. В общем когда мы собирали его, на все ушло около 50 000. с нынешними ценами еще дороже выйдет.
                        0
                        Для работы с металлом нужны более «дубовые» элементы конструкции — как правило это литьё или очень хитрые профили для одновременного облегчения веса и увеличения жесткости.
                          0
                          Да, согласен. Я говорил, что мы думаем над работой с металлом в отдельном проекте. Не на базе этого
                        +1
                        Для металла надо конструкцию пожестче.
                        Да и для пластика выглядит слабовато.
                        Какая точность обработки достигалась на пластике?
                          0
                          Пилили пока только пластиковый лист 5 мм толщиной. Нагрузка при обработке пластика фрезой не очень большая. При нагрузке на максимально опущенную каретку Z в 100 ньютонов, отклонение ее составляет 0.1 мм. в общем точность приемлемая. но конечно есть над чем работать. весь косяк в консольной конструкции. но она простая. да и философия проекта — простой и максимально дешевый станок.
                            0
                            Десятка вполне приемлимо «для дома, для семьи».
                            Если надо точнее, да по металлу — простотой и дешевизной придется поступиться.
                            Может Вам в будущем целую линейку станков разработать — легкие, средние, тяжелые?
                              0
                              десятка это при 10-ти килограммовой нагрузе. при фрезеровке пластика нагруза гораздо меньше. несколько кило. Идея про линейку классная. но пока все силы бросаем доделать до ума этот вариант. Что все было как надо.
                                0
                                При фрезеровке в каком режиме и какого пластика? У меня динамометр под сотню показывал на 3000 мм/мин 3-4 мм за проход ПП блочный сополимер. А можно строгать мыло (чем не пластик?) по сотке со скоростью 10 см/мин, тогда нагрузки не будет вообще.

                                По опыту, повторяемость в десятку это запретительный показатель, например, для обработки глубоких деталей (более 35 мм): после черновой выборки пытаешься пробрать плоскость на дне, фреза цепляет боковую стенку большой поверхностью и либо лопается, либо раздербанивает стенку. Ну или для стыковки траекторий, когда пробирается большая плоскость одной фрезой, а краевые скругления/доработка вертикальных карманов — другой.

                                А Вы ТЗ вообще делали? Зачем такая высота на оси Z? Доступные фрезы по пластику — до 70 мм (дальше шибко дорого или совсем плохо по качеству), доступные пластики — тоже до 70. У Вас по картинке ось Z сантимов 20-30. Куда столько?
                                  0
                                  Ну ABS например пилить… Чем не мыло. напечатанные детали. мы (писал выше) пилили лист оргстекла. подача какая не помню была. давно было. Высота по оси z 200 мм. Ну дык платформа же. Для 3d-печати и перемещение по z большое нужно.
                                  0
                                  Я и говорю, универсальное решение дешевым и простым не бывает.
                                    0
                                    Возможно. В любом случае спасибо за отзыв и обоснованную! критику.
                                +1
                                0.1мм — это приемлемая точность!!!
                                Ужас…
                                  0
                                  Согласен. Для многих задач не приемлема. Следующую статью напишу чисто о конструкции и ее возможностях. Как я уже сказал, конструкция модульная. Это значит, что большое кол-во компонентов (в том числе каретки) можно апгрейдить и даже вообще заменять. Не кидайте сразу камни. это чисто обзорная статья идеи проекта.
                              +2
                              Хорошим делом занимаетесь! Будет очень хорошо, если вы сумеете сделать свои решения дешевыми.
                                0
                                Спасибо!
                                0
                                Отказался от свободновисящих валов в качестве направляющих в пользу цилиндрических рельс после моделирования в CAE, даже величина свободного провисания была неприемлема, а с ней ещё что-то можно сделать программно, но динамические смещения в плоскости, перпендикулярной оси X (Y и Z в данном случае уже меньше на этом фоне)… Разумное увеличение толщины вала особо не спасло ситуацию.
                                  0
                                  грамотное решение. но отказались от него в пользу более дешевых цилиндрических валов.
                                  0
                                  Смотрю на фото и рисунки и упорно хочу заменить алюминиевый квадрат на «экструзию» aka станочный профиль :). Ну и прикрепить к «каменной столешнице».
                                    0
                                    Мысли читаете! Уже заказал профиль
                                      0
                                      Не читаю, просто сам строю платформу :).
                                      Правда пока только чертежи :(.
                                        0
                                        С чего-то надо же начинать) Похвально)
                                          0
                                          «Джва года» уже начинаю :(.
                                    0
                                    При обработке материалов фрезерованием наиболее важную роль играет такой параметр станка, как жесткость. Именно поэтому профессионалы предпочитают старые советские станки китайским, или новые дорогие белорусские или немецкие станки.

                                    Жесткость влияет на устойчивость конструкции к вибрациям. Результат заметен на изделии. При недостаточной жесткости качество поверхности будет субъективно низким.

                                    На жесткость влияют все конструктивные части станка, а также способы их сочленения. Некоторые замечательные станки, например Jet JMD-2 (обратите внимание на цифру) обладают достаточной жесткостью элементов конструкции, но проблемным сочленением элементов. Например, в станке, название которого я упомянул, колонна жидко закреплена к основанию, поэтому фреза «клюет» — в итоге качество поверхности оставляет желать лучшего.

                                    Ваша конструкция субьективно кажется хлипкой. Складывание я бы исключил из требований ТЗ, а вот переработать все силовые детали, их сочленения и укосины — пожалуй, имеет смысл сделать в первую очередь.

                                    Для простого решения проблемы на вашем месте я бы нанял инженера-фрилансера. Проектирование станка обойдется от 3 до 15 тысяч рублей. Уверен, ТЗ вы сможете написать.

                                    В ТЗ не забудьте указать, какого рода материалы каким видам обработки в каком объеме вы хотите подвергать. А также требования по размещению станка (цех или гараж, сарай или балкон — это имеет значение).

                                    Для экспертизы можно выложить фрагменты чертежей на сайт одного из многочисленных CNC-сообществ, например cnc-club.ru. В числе прочих комментариев вы получите и объективную критику, для обработки которой можно вернуть чертежи проектировщику.

                                    Созданный таким образом прототип будет полностью функционален, он будет стоить дешевле (узлы и способы их обработки вам тоже порекомендуют, а то и предложат на форумах купить), и изделия, которые вы будете на нем изготавливать, будут на порядок качественнее и будут меньше нуждаться в дополнительной обработке.
                                      0
                                      Спасибо за советы! Учтем при последующей доработке

                                    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                    Самое читаемое