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達人自制鋁型材雕刻機 制作全過程

【超多圖】方軌、圓軌混用 鋁型材雕刻機 制作全過程


【超多圖】方軌、圓軌混用 鋁型材雕刻機 制作全過程
最近愛上了雕刻木牌子，但是那台鋼結構雕刻機主軸隻有3000轉，為了保證雕刻效果，隻有降低速度，不免延長了時間，更換水冷的話重切削又保證不了，那就繼續發揮DIY的精神，再造兩台輕型專門用來雕刻的雕刻機吧。其實這些都是借口，DIY需要理由嗎，就是想造機，那就開工吧。
為了吸引眼球，先上圖和視頻








作品：



F5000 空跑視頻
銑平面視頻



設計篇
什麼結構的才是輕型，又能保證強度？自然是鋁合金的。 什麼材料能盡量減少加工量，又能保證形位公差在合理範圍？自然是鋁型材。（鋼型材形位公差太差不考慮） 什麼規格鋁型材做骨架才夠結實呢？自然是越厚越好、越大越好，2040 ？4040 ？3060 ？4080 ？ 100100 ？3060 尚可，低于3060 的強度不夠，100100 太粗而且壁厚太薄和方管區别不大，最終決定用4080 的，其内部加強筋夠多，壁厚夠厚，單位重量比100100 還重，經soildWorks 建模受力分析，國标型加厚4080 型材抗彎強度優于80*16mm 尺寸的6061 鋁合金闆。于是采用這種型材做骨架。 雕刻用的桌面型機器個人覺得加工面積達到A3 紙（約300*400mm ）面積比較合适，再大不好放在桌上，經soildWorks 對型材結構骨架建模受力分析，此面積的加工受力（按雕刻刀受力為單方向20kgf 計算，比一大桶純淨水重一點，我想3.175 的刀應該能承受吧，不然刀都斷了還計算個毛啊）變形量在5 絲以下，既然在此條件下加工面積增加成本不會增加太多，當然還是加工面積越大越好，如果你說為什麼不是310*410 或者320*420 之類的不在此讨論範圍内。
關于是采用方軌還是光軸的問題，打算XY 軸用20mm 的光軸，Z 軸用15mm 的方軌。建模計算是用的20mm 光軸算的，變形量小于5 絲，說明光軸用在這台機器上夠用了。讨論一下選用什麼材質的光軸杆和什麼結構的滑塊，在這裡更重要。光軸和滑塊千萬不要選的太差，雕刻機使用壽命關鍵就在這裡，推薦采用軸承鋼的硬軸杆，表面光潔度越高越好，在淘寶買的話可以多買幾家的做樣品，半米一根就夠了，拿着互相敲，用力，最後誰家賣的硬軸上沒留下凹坑，或者大家質量都不錯，那就看哪個凹坑最淺，那就選他家的，準沒錯，我選了台灣進口的軸承鋼硬軸，嗯，比國産方軌硬。保證了光軸之後，滑塊也很重要，由于直線軸承的鋼珠是特殊鋼材料，絕對比硬軸還硬，用的時間長了，再硬的軸也會磨出凹槽，質量越好的滑塊，軸磨損的越快，再加上直線軸承的滾珠與光軸是點接觸，裝的位置再好也就是兩條線接觸，推薦使用黃銅的含油軸承，不是那種粉末冶金的，是哪種鑲嵌碳粒的，其公差比較穩定，與光軸配合松緊程度剛好，裝配好之後滑塊與光軸是面接觸，當然雖然是含油的，還是加點潤滑油比較好，就用剩下的汽車機油就行，絕對比直線軸承耐用。
絲杆沒有疑問，就用台灣TBI 滾珠絲杆、國産螺母，XY 軸用1605 ，Z 軸用1204 。滾珠絲杆采用遠端兩軸承固定，近端直接連在步進電機輸出軸上，雖然不如兩端全用固定座，但是也很牢靠。
廢話不多說，設計先行。選好需要采用的材料，一一畫到cad 裡去，也就是其三視圖。下面上圖： 整體預覽一下，啥都在裡面
這個是Y 軸的
這個是X 軸的
這個是Z 軸的
側視一下
這部分是編G 代碼前把各個零件一一展開，這裡說一句，我所有要加工的零件都是手工編制的G 代碼，利用原來那台鋼結構雕刻機進行加工的。
把零件放進材料毛胚裡，間隔就是銑刀直徑，我是用的6mm 和4mm 兩種規格的鋁合金專用銑刀設定其中任意位置為工件原點，在圖上量出到各關鍵點的坐标值，方便編代碼
這個三軸防塵罩的設計圖

這個是展開加工順序，方便排列G 代碼執行順序，東西多了就容易亂
這裡是電控箱的布置圖
電控箱面闆開孔展開圖
這個是Z 軸滾珠絲杆的加工圖
覺得沒問題了就放在sw 裡建模，實際比劃一下才知道是不是真的沒有問題了
用sw 建模之後看起來比較直觀，也方便計算螺絲規格、長度和用量
再換個角度看看
附上螺絲表，統計螺絲規格型号和用量，兩台雕刻機共計430 多個螺絲 設計就到這裡為止，按圖施工不用費腦子，全放腦子裡肯定會在後面的加工過程中修修改改，俗話說好記性不如爛筆頭嘛。 設計好了之後，要加工得先買材料，鋁型材、鋁合金闆、銑刀，總之各種材料各種貴。 下面是材料篇的

樓主| 發表于 2015-5-30 14:33 |
材料篇 考驗荷包的時候到啦，一咬牙一跺腳，全買好的，不要次的，比如，一跟光軸，台灣進口的40一根，國産的20一根，你差那20元嗎，不差吧，結果全部買回來發現好不容易回滿的血，又成空殼了。 如上面說的，台灣光軸+ 含油軸承+ 箱式滑塊外殼 BNC 外殼 把含油軸承塞進去，比較緊，不錯 一大箱子 這個是步進電機驅動器和鋁型材的各種零件，當然不是一家店買的 光軸 光潔度還不錯，反光的字也清楚 M4 擠壓絲錐，這玩意底孔和切削絲錐的底孔不一樣，錯了就會别斷 擠壓出來的螺孔，果然比切削的好 4mm 加長杆銑刀 梅花聯軸器，彈性聯軸器可不行，螺絲全換成内六角了，這裡還是十字螺絲，十字螺絲不如内六角擰的緊 一咬牙一跺腳，雷賽，不廢話，現實版三視圖 排排坐 滾珠絲杆加工的軸端，看起來好像是錐形的，實際用螺旋測微器測了是一樣的，看來是拍攝角度問題 三根一套 鋁型材和6061 鋁合金闆到了 三種規格的，從上到下分别是100*10 用來做Z 軸滑闆； 300*10 用來做鋁合金工作台下的襯闆； 100*20 用來做Z 軸的方軌安裝闆。 量一下，厚度居然超過了0.3mm ，正好可以用來做銑平面的餘量 國标重型4080 鋁型材 一大捆，下面扁的是做工作台面的型材2080 還需要各種螺絲、螺母、角件、拉手 把工作面的型材擺在一起看看，不錯 擺一下，不錯不錯 這個是各種擋闆，用來把風琴防塵罩限制在一個範圍，同時還能擋灰 擋闆是拉絲不鏽鋼的，激光切割+ 數控折彎，保護膜撕掉之後相當漂亮，鏡面型的容易留下指紋，所以用拉絲的 一小小小部分螺絲 好了，放空口袋下面就該勞命了，下面就是無盡的機加工……

樓主| 發表于 2015-5-30 14:47 |
加工篇 前面大概介紹了一下設計和材料，在這加工篇開篇先詳細介紹一下這兩台雕刻機。 雕刻機采用固定龍門式，Y 軸僅移動工作平台，這樣的結構比移動龍門式的結構穩固、剛性強，與其相比能承受更高強度的切削力，因此固定龍門式的加工速度可以快一點，還有一點是XY 軸是獨立的，三軸聯動時不會互相幹涉。但是缺點是用料要超過移動龍門式的，成本高、相對較重。 雕刻機三個軸都使用了風琴防塵罩，光軸+ 自潤滑軸承的形式比較怕粉塵，有防塵設計的機器感覺也好看一些，不至于裸奔。 】 雕刻機三個軸都使用了限位開關，每軸兩個，分别并聯，這樣就不擔心撞車了，雖然說不會天天撞車，但是還是仔細點好，限位開關的接線都用的插頭，壞了換起來方便，YZ 軸的限位行程時可以調節的，加工略超過行程的東西的話，可以把防塵罩拆掉，調節限位開關行程讓其限制範圍内的行程更大點。當然，也方便組裝調試。 ps ：嬰兒床是我自己做的 雕刻機最大行程是XYZ 分别是400,300,120 毫米，工作台面尺寸是450*320 毫米，工作台面積大于行程的目的是在雕刻滿行程東西的時候還能夾持。 雕刻機使用型材的地方是上面材料篇擺造型的L 形兩邊，就是底邊+ 立柱，兩底邊使用60*16mm 的6061 鋁合金闆連接，因為3060 鋁型材強度不匹配整個機架，所以用了16mm 足厚的鋁合金闆（前面說了國标重型4080 鋁型材與16mm 鋁合金闆強度差不多），采用60 寬度的，是因為步進電機是57 型的，正好放下。 雕刻機的所有直角連接都采用的重型4080 角接件，并且使用4 個M8 内六角螺絲連接，最後裝好以後，我站在上面穩得很，我200 斤，哈哈。 主軸電機用的是E240 風冷主軸，是進口的電機，不是國内仿造的那種，開到全速也沒多少聲音，打标測試過夾持刀具後的跳動是0.025mm ，還行啦。這個E240 主軸采用的是變壓器提供電源，可控矽調速，這種方式比用一個可調開關電源要有力的多，隻要主軸不卡轉，電源就能始終維持，當然實際不可能有這麼大切削力，開關電源一過載就保護，沒保護就燒了。所以變壓器+ 可控矽的方式雖然重一點，但是耐久好用。 變壓器很重，體積也不小 雕刻機的光軸與機架是采用不可調節的直接連接方式，沒有使用光軸座或者光軸抱箍，再把座或抱箍固定在機架上，那樣不夠穩固，下面看圖

Y 軸光軸是在兩端闆上用母機銑出圓孔，但是不銑穿，将光軸敲進去，光軸兩端用螺絲上緊

X 軸是在立柱上直接用母機銑出深孔，再把光軸敲進去，光軸兩端用螺絲上緊 為什麼要這樣，是因為，一是母機精度夠高，直接數控加工出來就不用調試了，一裝就正；二是強度比用座或抱箍的高；三是省去了座或抱箍占用的體積，符合桌面+輕巧的設計理念。本着不差錢的态度，幾個光軸座真的沒必要省，但是主要看中的還是上面三條理由。缺點是加工麻煩，不得不用加長的銑刀，光軸材料太硬，兩台機8根軸，兩端的螺紋孔是先上車床鑽孔，8根軸磨掉了8個底孔鑽頭（不會磨），攻絲是手工弄的，一共就4把絲錐，全部不能再用了 打孔、攻絲，可要了老命了，怕用台虎鉗會夾壞光軸表面，隻有用手握着，手哪裡握得住，于是想了個辦法，兩把絲錐同時在兩頭攻絲，力的作用是相互的，最終全部都攻到位了，手腫了兩天，還好，絲錐沒斷。 還有兩根在拍的時候已經裝上去了，喜歡的東西就要放床上，有木有 全部崩刃，有木有 雕刻機的線材都是用的屏蔽線，要做好屏蔽才能不出現一點問題，透露一下，上電試機發現，主軸在全速時通斷電，開關時産生的電磁幹擾，完全沒有步進電機造成影響，不會使步進電機自己跑一步，有過機器的可能會遇到這種情況，主軸打開電源開關的瞬間，步進電機指不定是哪個軸，會動一下，這就是幹擾沒處理好。 然後就是各種機加工啦，下面上圖： 位置一定要擺正，零件毛胚固定在母機（就是我的那台鋼結構小銑） 工作台上，百分表吸在Z 軸上，打表到零件邊緣 左邊+0.01 中間-0.01 右邊+0.01 鋁闆的平直度還行 模拟一下 這裡附上加工視頻： 全鋼DIY 微型銑床加工零件，打定位孔 全鋼DIY 微型銑床加工零件，數控鑽孔 銑軸承孔 Z 軸滑闆銑邊及槽 Z 軸滑闆數控鑽孔 Z 軸背闆挖槽粗加工 銑其他零件










這個是銑軸承孔後中間銑下來的小圓柱







堆積成山的切削屑 部分加工好的零件



量一下，不錯，一點不差









Z 軸把方軌放上去，還挺緊的

重要零件都要銑平面



一台機的零件，兩台機翻倍，東西着實不少 用來做X 軸背後擋闆的，還有Y 軸兩邊加強連扳的都用的是進口的鍍鋅鋼闆2mm 厚度 到這裡加工篇就告一段落，有母機好造機啊，圖片有點亂，将就看。後面是安裝調試的。

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