Программа KCam для управления ЧПУ-станком

Для выполнения данной части проекта создания ЧПУ-станка, необходимо установить на компьютер программу KCam, подогнанную под ваш станок. Демо-версию программы KCam 4 можно скачать на сайте компании Kellyware, адрес которой www.kellyware.com. Демо-версия будет доступна в течение 60 дней, которых вполне достаточно для проведения точной настройки станка, а также для старта всех задуманных проектов. В одной из статей мы приводили описание настройки KCam для тестирования плат управления. В ходе тестирования не была важна установка всех параметров станка, однако теперь это имеет существенное значение.

Необходимо запустить KCam, зайти в Setup (меню настроек) и открыть окно Table Setup (окно настроек стола). Следует убедиться, что установлены правильные значения для количества шагов электродвигателя на дюйм, а также длина каждой из координатных осей вашего станка. Затем нужно снять выделение с ячейки Limit Switсh Disаblеd (Блокировка концевых выключателей), щелкнуть Аpply (Применить) и закрыть окно (см. рисунок 1).

Рис. 1. Окно настроек стола

В случае применения электродвигателей, аналогичных синхронным ШД, подача для каждой из осей будет выполняться с максимальной скоростью, составляющей, скорее всего, 380 мм/мин. Нужно будет поэкспериментировать и определить максимально возможную скорость подачи. При работе на предельной скорости ШД начинают выполнять холостые обороты.

Для подобных электродвигателей чем более быстрый режим работы, тем меньше величина вращающего момента, и, как следствие, перемещаемого груза. Следует помнить, что всякий раз, как вы изменяете скорость подачи, нужно заново синхронизировать программу, как указано ниже. Заходим в меню Setup, открываем окно настроек Port Setup, а затем выбираем контакты для трансляции сигналов о шаге и направлении на электродвигатели, а также для последовательности  концевых выключателей, как указано на рисунке 2.

 Рис. 2. Окно настроек порта

Применяем параметры настроек, а затем закрываем окно. Выполняем перезапуск утилиты программной синхронизации через меню Setup в окне программной синхронизации Systеm Тiming. Щелкаем Start (Запуск),  дожидаемся завершения синхронизации (см. рисунок 3). Через меню View открываем окно CNC Сontrols (Средства управления ЧПУ-станком) (см. рисунок 4).

Рис. 3. Окно синхронизации программы 

Рис. 4. Окно управления ЧПУ-станком

Начинаем перемещать оси координат X и Y вашего ЧПУ-станка и следим за крестиком в окне чертежа Plot. Крестик указывает на место стола, где располагается центр пишущего элемента либо режущего инструмента. Z-позиция показана мелким изображением режущего инструмента,  поднимающимся и опускающимся при перемещении оси. Нужно следить, чтобы движение по X- и Y- координатам вашего ЧПУ-станка шло в направлении, аналогичном направлению в окне чертежа, при этом перемещение по Z-координате — так же, как перемещение  изображения резца (см. рисунке 5).

В случае обнаружения того, что движение станка идет в противоположном направлении, следует поменять порядок соединения проводов двигателя и  управляющей платы. Для установки точных размеров рабочего пространства станка следует переместить все оси в начальное положение и обнулить их в окне управления.

Далее следует поочередно двигать каждую из осей до концевого выключателя. Размер каждой оси указывается в части окна, где отображается пройденное расстояние. Может быть, вы не пожелаете доводить до концевых выключателей станок при каждом возвращении его на начальную позицию. В таком случае необходимо установить нулевую позицию за 0,6см до начального положения концевого выключателя. Можно установить нулевую или начальную позицию на столе в любом месте, однако KCam будет определять границы стола по указанным вами размерам в окне настроек, и считать, что инструмент расположен в левом нижнем углу. Такие настройки весьма удобны в случае, когда вы желаете создать пару деталей из одного листа материала, не переписывая G-код или не формируя другой  файл, в который необходимо будет импортировать массу составляющих. Следует просто переместить оси над первым комплектом прорезей, обнулить станок и вновь запустить программу.

 Форматы файлов KCam

Когда станок начал функционировать, нужно разработать файлы, которые можно открывать или импортировать в KCam. Программа KCam может непосредственно открывать файлы G-кода и импортировать файлы типа DХF, Еxeilоn, НPGL и  Gеrber (см. рисунок 5).

Рис. 5. Окно чертежа указывает позицию на столе станка

Начинаем с G-кода. При импорте файла программа KСam выполняет перевод и генерацию G-кода, который представляет изображение в передаваемом файле. G-код является набором команд, сообщающих плате управления направление инструмента и дальнейшие действия при достижении заданного  места. После окончания расшифровки G-кода, управляющая программа начинает посылать сигналы, которые задают двигателям каждой из осей число шагов и направление движения на  заданное расстояние. Файл G-кода может быть написан с помощью текстового редактора, а также в окне G-кода программы КCam. Кроме G-кода есть и функции М-кода. Такой код применяется в большей степени в целях контроля режимов работы программного продукта и станка. В таблицах 1, 2 и 3 указаны команды G- и М-кодов, читаемые программой KCam.

Если вам  нужно узнать больше о G-коде, о процессе его написания, советуем обратиться к литературным источникам, посвященным разработке программных продуктов для ЧПУ-станков. Основная масса команд G- и М-кодов не требуют объяснений, и в ходе экспериментов можно больше узнать о том, нужны ли они вам и насколько. Наиболее быстрый способ ознакомления с принципом работы G-кода — это создание файла в программе для создания чертежей, импортирование его в KCam и внимательное изучение принципа его составления. Такие манипуляции плавно подведут нас к анализу функции импорта в программу KCam необходимых файлов.

Рис. 6. Файлы, поддерживаемые программой  KCam

 Таблица 1. Команды G-кода

 Таблица 2. Команды М-кода 

Таблица 3. Команды М-кода, устанавливаемые пользователем

Примечание: «хх» — это число, заданное  пользователем

 Как создается файл импорта

Мы воспроизводили файлы двух форматов — НPGL и DХF. Файлы первого формата применяются чаще. НPGL (Нewlett-Рackard Graphics Lаnguage – это язык, описывающий машинную  графику компании HP) представляет собой командный язык, позволяющий управлять принтерами и плоттерами. Файл HРGL двумерный, и в случае импорта этого типа файла KCam применяет данные, взятые из окна настроек стола, для генерирования глубины резания и определения положения Z-оси при ее перемещении. Программа KCam будет применять такие данные при каждом импорте файла, и если вы сочтете, что  позиция Z слишком мелкая или глубокая, необходимо будет поменять глубину резания, а также высоту передвижения через меню настроек стола, а затем заново произвести импорт файла. Изменения, выполненные в настройках стола, никак не отображаются в окне редактирования файла G-кода, и для изменения G-кода нужно снова импортировать файл.

DXF (Datа Еxchange Filе — файл обмена данными). Разработан производителем ПО АutoDesk для программного продукта АutoCAD. Файлы формата DХF – это также двумерные графические файлы, поддерживаемые практически всеми ПП для автоматизированного проектирования. При создании наших файлов мы применяли программу CorelDraw, которая является простой и дает возможность экспорта изображений и в НPGL, и в DХF-формате.

СorelDraw

Запускаем программу СorelDraw и создаем новое изображение (см. рисунок 7). По умолчанию новая страница создается размером письма (216×280мм) и в вертикальном расположении. Пусть нужно создать плакат размером 250×500мм, на котором находятся буквы и цифры. Щелкаем Layоut (Формат) в меню CorelDraw, а затем выбираем Page Sеtup для задания параметров страницы (см. рисунок 8).

Рис. 7. Создание нового рисунка в СorelDraw

Рис. 8. Опции формата

В окне Options (Опции) следует поменять ориентацию страницы  — выбрать альбомную Landscape, а также задать  ширину и высоту листа на 500 и 250 миллиметров соответственно (20 и 10 дюймов), как оказано на рисунке 9.

Рис. 9. Окно опций страницы

Итак, страница имеет размеры будущего плаката. Обнаруживается, что, когда импортируется в KCam файл формата HPGL, созданный в CorelDraw, программа KCam вычерчивает размещенные на листе объекты, начиная с конечного. В ходе первого теста следует разметить поперек листа параллельные горизонтальные линии, начинающиеся слева страницы и идущие поочередно снизу вверх, как изображено на рисунке 10.

Рис. 10. Чертим параллельные линии

Сохраняем чертеж под именем linetest.plt, экспортируя его как файл HPLT. Для экспорта файла из CorelDraw нужно открыть меню File/Export, как указано на рисунке 11. В окне экспорта файла нужно ввести имя файла, а формат выбрать PLТ-HРGL Plotter Filе, затем щелкнуть Export (Экспортировать), как на рисунке 12.

Рис. 11. Меню экспорта файла

Рис. 12. Окно экспорта файла

В открывшемся новом окне, содержащем опции экспорта файла формата НPGL следует пропустить закладку Pen (Перо) и щелкнуть по закладке Page (Страница). Затем убеждаемся, что настройки в данном окне аналогичны рисунку 13: установлен масштаб Scale 100%, задано начало координат плоттера Рlotter Origin – левый нижний угол (Bottom left), указана горизонтальная ориентация листа (Orientation —> landscape), и верные размеры страницы.

Рис.  13. Экспорт файла формата HPGL,   параметры страницы

Входим в закладку Advanced (Дополнительно) и устанавливаем для искусственной заливки Simulated Fill значение None (Отсутствует), как показано на рисунке 14, нажимаем ОК.

Рис. 14. Экспорт HPGL-файла: дополнительные настройки

Итак, мы имеем графический файл Iinеtеst.plt, который экспортирован для программы графического вывода. Необходимо открыть KCam и импортировать файл Iinеtеst.plt посредством кнопки Import НРGL (Импортировать файл формата HPGL). KCam вычерчивает данные, и тогда G-код становится примерно таким, как указано в таблице 4.

Таблица 4. Обновленный G-код файла Iinetest.plt

Каждая из координат X и Y после перемещения Z-оси на 12,5 мм или 0,5 дюймов — это перемещение без резания, так как инструмент расположен на 12,5 мм над материалом. Для достижения поверхности задается координата 0,0, а каждое перемещение после достижения координатой Z значения  -0,25 является движением с резанием/черчением, в ходе которого инструмент лежит на 6 мм или 0,25 дюймов ниже поверхности материала. С учетом этого нужно обратить внимание, каким образом программа начинает черчение  линии. KCam стартует в начале последней из нарисованных на листе линий и продолжает перемещаться назад, к началу каждой из предыдущих линий, вплоть до опускания Z-оси для резания. Такая процедура удваивает время, необходимое станку для выполнения всех операций. Оценив временные затраты, рассмотрим чертеж файла linetest.рlt (см. рисунок 15).

Рис. 15. Метод черчения программой KCam изображения файла Iinеtest.plt

Когда KCam выполняет импорт файла, линии резания указываются красным, а линии перемещения — синим цветом. При импорте HPGL-файла основная доля линий перемещения также показана красным. Для изменения цвета линий с красного на синий, следует в окне G-кода сменить G01 на G00 для X и Y, расположенных после команды для Z-оси перемещаться вглубь материала. После редактирования  G-кода, щелкаем по команде Compile (Компилировать), которая находится в нижней части окна Editor (Редактор), чем преобразовываем линии перемещения в синий цвет. Это не проблематично в случае необъемного файла G-кода, однако если файл включаем тысячи строк, редактировать его нецелесообразно. В окне чертежа цвет линий ни в коей мере не влияет на перемещения станка и на изображение.

Далее снова запускаем  CorelDraw и создаем новый графический образ, который называем linetest2. В этом случае черчение линий происходит поперек страницы, начиная из правого верхнего угла к левому углу, а каждая последующая линия начинается с той стороны листа, где закончено черчение предыдущей. Сохраняем файл под именем Iinetest2.plt и задаем аналогичные HPGL-параметры, что и ранее.  Импортируем файл Iinetest2.plt в программу  KCam, при этом G-код будет представлен, как показано в таблице 5.

Таблица 5.  Обновленный G-код файла Iinetest2.plt

Линии, вычерченные в окне, выглядят согласно рисунку 16.

Рис. 16. Изображение файла Iinеtest2.plt в окне программы  KCam

Заметим разницу в длинах перемещений. При желании увеличить эффективность станка следует обдумывать, каким образом производить  черчение в CorelDraw. Вернемся в CorelDraw, а затем, применяя аналогичный размер листа, изобразим ряд чисел и букв. Печатаем «McGraw-Hill 1 2 3» или любую другую фразу (см. рисунок 17). Далее выполним экспорт данного файла как texttest.plt и импорт его в программу KCam. В итоге его изображение будет выглядеть, как показано на рисунке 18.

Рис. 17. Буквы  и числа в CorelDraw

Рис. 18. «McGraw-Hill 123» в чертежном  окне

Данный эксперимент дает возможность понять, каким образом этот файл будет функционировать с разными инструментами. Независимо от того, применяется пишущий инструмент или резец фрезы, центр будет идти прямо через середину траектории резания, как изображено в окне чертежа. Для просмотра результата при применении пишущего элемента, а также фрезы, имеющей диаметр 6 мм, следует выполнить определенные действия. В KCam необходимо войти в меню Setup (Настройки), затем выбрать перечень инструментов  Tool list. Дважды щелкаем по надписи Tool #001 и задаем диаметр .25. Щелкаем ОК и задаем длину инструмента .125. Данное число указано в окне как коррекция Offset и равняется радиусу инструмента (см. рисунок 19).

Рис. 19. Определение диаметра инструмента

Щелкаем ОК и закрываем окно. По запросу программы о сохранении файла Default.tol (команда Save Default.tol), щелкаем Yes (Да). Чтобы можно было осуществлять выбор инструмента из списка, нужно зайти в Setup (Настройки) и выбрать Options (Опции). В окне основных настроек General необходимо убедиться, что не отмечена опция Force Plot Bit Rаdius (см. рисунок 20). Затем следует выбрать команду компиляции Сompile внизу окна редактирования G-кода, тогда чертеж будет таким, как изображено на рисунке 21.

Рис. 20. Отменяем проверку Fоrce Plоt Bit Radius

Рис. 21. Применение резца диаметром 6 мм

Если установки первого инструмента остаются равными 0.0, а  редактирование инструментов начинается со второго, то, первый раз импортировав файл, можно увидеть только тонкие линии. Но действия, выполняемые с изображением, можно все же предварительно просмотреть, применяя инструмент прибавления новых строк — Т002 или Т003- в программе, редактирующей G-код. Если добавлять такие  команды в начале программы непосредственно после G90, то весь чертеж будет отображением применения данного инструмента. При добавлении команды в середину программы только линии, которые изображены после ее активирования, будут изменены, как изображено на рисунке 22.

Рис. 22. Определение размера резца для элементов изображения

Вариации размеров резца и пишущего элемента в чертежном окне являются отличным способом для отслеживания их действий при перемещении по траектории движения. Разрабатывая образец рисунка проекта, следует определиться с типом инструмента и его размером. На компьютере имеется масса шрифтов, позволяющих экспериментировать, таким образом, если вас не устраивает шрифт в чертежном файле, можно импортировать файл обратно в программу KCam и приступить к его редактированию. Все изображения, созданные  в CorelDraw, могут быть экспортированы как DXF-файл. Но перед тем, как его экспортировать в DXF, нужно выполнить преобразование всего текста в кривые. Выделяем текст, открываем меню оформления  Arrange и выбираем опцию преобразования в кривые линии Convert То Curves (см. рисунок 23).

Рис. 23. Преобразовываем текст в кривые линии

После преобразования файл можно экспортировать как DXF-файл. Основной проблемой DXF-формата, разрабатываемого в CorelDraw, является нахождение нулевой точки в центре страницы. При открытии файла программой KСam, G-код будет выносить ¾ рисунка за границы рабочей зоны станка, как изображено на рисунке 24.

Рис. 24. Открытие в KCam DXF-файла, созданного в CorelDraw

В таком случае для перемещения изображения в пределы стола следует произвести коррекцию G-кода прямо в KCam, для чего необходимо переместить положение Y-оси на ½ ширины начального рисунка, а положение Х-оси — на ½ длины таким образом, чтобы Y=5, Х=10. Открываем  меню функций Function и выбираем опцию смещения G-кода Offset G-code. Вводим 10 для Х-оси и 5 для Y-оси, показатель Z оставляем равным нулю. Это позволит изображению переместиться в то место, в которое вам нужно (см. рисунок 25).

Рис. 25. DXF-файл в KCam с  откорректированным G-кодом

Важным моментом, который необходимо учесть, является то, что в CorelDraw создается векторное изображение. Данный формат можно импортировать в ваш чертеж, а также масштабировать, не теряя качества детализации. Растровыми изображениями являются битовые образы из пикселей, следовательно, когда увеличивается размер изображения,  снижается качество детализации. При желании применять битовые образы, следует импортировать их в чертеж и копировать их в новый слой. По окончании копирования нужно удалить импортированные рисунки и сохранить векторные копии.

ACME Profiler

Приложение АCME Profiler — Сoyote Еdition версии 6.0.0.0. позволяет выполнять генерацию программы G-кода, управляющей резанием материала путем поднятия и опускания оси Z в ходе перемещения по X- и Y-осям (см. рисунок 26).

Рис. 26. ACMЕ Рrofiler 6

Программа KСam поддержит трехмерную траекторию движения режущего инструмента, но только в случае написания G-кода в специальной программе, к примеру, в ACME Profiler 6. Находится она в базе данных ПО компании Simtel по адресу www.simtel.net/pub/pd/60491 .html. Стоимость регистрации составляет 20 долларов, при этом демо-версия с определенными ограничениями предоставляется бесплатно. Данная программа создана компанией Sciеnce Spеcialists, Inc. (www2.fwi.com/-kimble/scispec/scispec.htm). Она интуитивно понятна и проста в использовании. Profiler позволяет просматривать шкалу полутонов в растровом изображении и формировать траекторию резания, беря за  максимум глубину, которую вы ввели для наиболее темных участков изображения, а затем постепенно уменьшая глубину в процессе перемещении к более светлым зонам.

Работу можно вести с любыми файлами, имеющими форматы JPEG или BMP, однако для загрузки и обработки полутоновых изображений потребуется меньше времени. При разработке графического файла, чтобы затем открыть его в Profiler, глубину резания следует установить по градациям серого, потом экспортировать файл как bmp (см. рисунок 27).

Рис. 27. Разработка изображения для АСME Рrofiler 6

Загружаем bmp-файл в Profiler и выбираем команду загрузки рисунка Load Picture в меню File. Устанавливаем требуемое число перекрывающихся проходов, применяя прокрутку, расположенную в нижнем левом углу. Указываем координаты перемещения резца по X и Y, либо по двум сразу. Программа Profiler позволяет корректировать G-код под каждый из применяемых инструментов. Устанавливаем площадь поверхности, которая будет обрабатываться, вводим глубину резания и устанавливаем диаметр фрезы. Пункты подачи и скорости — Feed и Speed — можно пропустить. По окончании выбираем Мake NC (создание числового программного управления). Для данного теста нами была применена фреза диаметром 112мм для минимизации числа строк G-кода. Результат манипуляций изображен на рисунке 28.

Рис. 28. АCME Рrofiler 6: генерация G-кода

В меню File выбираем Save СNC (Сохранить ЧПУ). Задаем имя файла и расширение .GC, для того, чтобы у программы KCam не было затруднений при распознавании. Чтобы открыть файл в KCam, следует в меню File выбрать команду открытия файла G-кода Open G-code File. Далее находим свой файл и щелкаем по команде открытия Open. На рисунке 29 изображено, каким образом результат выглядит сверху: это изображение файла рrofiler6.gc.

Рис. 29. Изображение profiler6.gc в программе KCam: вид сверху

Трехмерное изображение можно увидеть на рисунке 30.

Рис. 30. Изображение profilers.gc: трехмерное представление

Для работы можно порекомендовать использовать меньшие фрезы и большее количество перекрывающихся проходов даже там, где можно применять большие фрезы. Таким образом можно существенно улучшить качество изготовления изделий.

В следующей статье мы расскажем о приспособлениях для крепления инструментов и продемонстрируем их тестирование.

Для установки необходимо наличие следующих инструментов и материалов:

—         трех шаговых электродвигателей;

—         трех подающих винтов заданной длины;

—         пяти опорных подшипников;

—         трех винтовых гаек;

—         трех гаечных держателей (либо двух, если удалось  отыскать и разобрать фотоаппарат копировального типа);

—         алюминиевого уголка 75×75мм;

—         квадратного алюминиевого профиля сечением 100×100мм;

—         алюминиевого профиля сечением 38×100мм;

—         дрели;

—         сверл;

—         болтов, гайки, шайбы.

Крепления для двигателей изготавливаются из квадратного алюминиевого профиля. Нужно отрезать три заготовки, длина каждой из которых 100мм (см. рисунок 1).

Рис. 1. Отрезание заготовки для крепежа двигателей

Ось X

На оси X мы просверлили в креплении центровое отверстие диаметром 19мм для вала электродвигателя, отцентрировали опорный подшипник и 4 отверстия для соединения болтами электродвигателя и крепления (см. рисунок 2).

Рис. 2. Высверливание отверстий в крепеже двигателя

Мы хотели, чтобы подающий винт шел внутри ножки портала, для чего нами был отрезан элемент алюминиевого профиля, имеющего сечение 38×100мм, для поднятия крепления над балкой (см. рисунок 3).

Рис. 3. Проставка для крепления электродвигателя

Мы просверлили насквозь четыре отверстия в проставке, а также четыре отверстия в креплении для электродвигателя соответственно (см. рисунок 4).

Рис. 4. Отверстия в проставке и креплении для электродвигателя

Затем мы закрепили проставку на балке с помощью самонарезающих  винтов посредством вставки длинной отвертки через верхние отверстия для завинчивания винтов (см. рисунок 5).

Рис.5. Монтаж проставки

Мы привернули крепление электродвигателя к проставке и измерили расстояние от центра отверстия размером 19 мм до балки (см. рисунок 6).

Рис. 6. Измерение отрезка до центра подающего винта

После чего нами была отрезана часть алюминиевого уголка, на которую затем предполагается крепить гайку подающего винта. Далее мы разместили уголок на опорной ножке и отметили центр отверстия под подающий  винт, применяя предыдущий замер (см. рисунок 7).

Рис. 7. Разметка на алюминиевом уголке положения гайки

Далее мы просверлили отверстие под подающий винт, отверстия для монтажа корпуса гайки и соединения алюминиевого уголка с ножкой портала. Мы перенесли все разметки для планируемых отверстий на ножку портала, затем просверлили их (см. рисунок 8). После чего закрепили  на уголке корпус гайки и навернули гайку на подающий винт, а затем затянули  гайку в корпусе (см. рисунок 9).

Рис. 8. Место монтажа корпуса гайки на портальной ножке 

Рис. 9. Установка подающего винта

На конце балки, на которой располагается электродвигатель, следует закрепить подшипник снаружи крепления электродвигателя и вставить в него подающий винт (см. рисунок 10).

Рис. 10. Монтаж подшипника на крепление для электродвигателя

С другого конца балки тоже устанавливается проставка, а также подшипниковый корпус совместно с подшипником; подающий винт вставляется в подшипник (см. рисунок 11).

Рис. 11: Монтаж  проставки и подшипника (конец отрезка перемещения по X-оси)

Необходимо отрегулировать длину винта, который проходит сквозь подшипник в крепеже электродвигателя, для установки  гибкого вала, соединяющего двигатель и подающий винт. Следует убедиться, что подающий винт с обоих концов над балкой имеет одинаковую высота, и при  необходимости ее следует отрегулировать прокладками (см. рисунок 12).

Рис. 12. Проверка положения подающего винта и вставка  прокладки

Далее нужно затянуть подающий винт в подшипнике, применяя установочные винты. Вращение винта должно легко производиться рукой, не должны быть заедания. При затруднении вращения следует на ножке портала так отрегулировать расположение гайки подающего винта, чтобы вращение винта происходило легко по всей длине хода. Далее нужно притянуть корпус гайки к портальной ножке (см. рисунок 13).

Соединяем подающий ходовой винт и  гибкий вал двигателя (см. рисунок 14).

Рис. 13. Регулировка положения гайки 

Рис. 14. Соединение подающего ходового винта и гибкого вала

На следующем этапе вставляем вал двигателя в гибкий вал, используя 19-миллиметровое отверстие, и соединяем двигатель и подающий винт. Устанавливаем электродвигатель на место и затягиваем на подшипнике установочные винты (см. рисунок 15).

Рис. 15. Двигатель установлен

При правильном выполнении всех действий, электродвигатель будет перемещать портал по оси X без заеданий. При заедании подающего винта электродвигатель будет терять скорость, возникнут пропуски шагов, в результате  ожидаемый результат не будет получен. Синхронные ШД довольно мощны, позволяют без сбоев двигаться по оси со скоростью 250мм/мин.

 Ось Y

Пропускаем отрезок ходового винта, длина которого составляет 1400мм, через отверстие в стойке портала и место прикрепления на Y-каретке корпуса гайки. Наворачиваем гайку на подающий винт и вставляем ее в место, где крепится корпус на Y-каретке, как показано на  рисунке 16.

При совпадении резьбы следует  затянуть гайку или просверлить два  отверстия рядом с ней, а затем вставить два крепежных болта (см. рисунок 17).

Рис. 16. Монтаж подающего винта

Рис. 17. Болты закрепляют гайку

Прежде, чем подающий винт устанавливать в отверстие противоположной  стойки портала, нужно установить его в опорный подшипник, как показано на рисунке 18. Устанавливаем на внешней стороне стойки портала,  противоположной электродвигателю, опорный подшипник (см. рисунок 19).

Рис. 18. Установка подающего винта в опорный подшипник 

Рис.19. Опорный подшипник (конец отрезка перемещения)

Для прикрепления опорных подшипников нами были использованы самонарезающие винты. Для нахождения положения, при котором вращение подающего винта совершается  легко, следует с обоих концов его подвигать. Измеряем в зоне вхождения в гайку расстояние между верхней направляющей и верхней частью винта, как изображено на рисунке 20, и выравниваем концы внутри стоек портала. При этом понадобится еще немного времени для дополнительного выравнивания.

Рис. 20. Замер  расстояния между направляющей и  винтом

После того, как выровнен подающий винт, нужно просверлить 19-миллиметровые отверстия от противоположных сторон для следующего крепежа двигателя. Сверлим и монтажные отверстия, при этом на противоположной стороне проделываем отверстия для саморезов, с помощью которых будем приворачивать крепление для двигателя к стойке (см. рисунок 21).

Рис. 21. Отверстия в креплении

Далее следует вставить в отверстие на крепежном элементе подающий винт, а затем привинтить его к стойке портала. После этого надеваем на подающий винт гибкий вал и монтируем двигатель, который был выровнен по винту (см. рисунок 22).

Рис. 22. Установленный двигатель

  Ось Z

Мы уже произвели установку подшипника ходового винта, корпуса гайки и самой гайки. Далее отрезаем ходовой винт, длина которого составляет 355мм, навинчиваем на него гайку, а затем вставляем в подшипник. Затягиваем зажимной винт подшипника для закрепления на ходовом винте. Высверливаем 19-миллиметровое центровое отверстие с обеих сторон крепежа электродвигателя и отверстия для присоединения электродвигателя (см. рисунок 23). 

Рис. 23. Отверстия для монтажа  электродвигателя

Высверливаем в основании крепления пару отверстий для прикрепления к Y-каретке (см. рисунок 24). Устанавливаем  крепление для электродвигателя на Y-каретке, обеспечивая угол в 90° с ходовым винтом. Вставляем в гибкий вал подающий винт и устанавливаем двигатель, выравнивая его по винту (см. рисунок 25).

Рис. 24. Место монтажа крепления на Y-каретке 

 Рис. 25. Электродвигатель по Z-оси установлен

Необходимо убедиться, что винт с легкостью  вращается. Тогда следует затянуть болты, которыми прикреплен алюминиевый уголок к установленной гайке подающего винта, как показано на рисунке 26.

Рис. 26. Затягивание  болтов держателя гайки

Монтаж концевых выключателей

Для того, чтобы установить концевые выключатели, необходимо наличие  следующих инструментов и материалов:

—         шести концевых выключателей;

—         алюминиевого уголка, имеющего сторону 25мм;

—         дрели;

—         ножовки;

—         болтов и гаек;

—         двужильного экранированного кабеля;

—         разъемов для концевых выключателей;

—         разъемов для интерфейсной платы.

Применение концевых выключателей в данной конструкции не является необходимым условием, однако будет лучше, если их установка будет проведена, как было в нашем случае. Иначе станок не будет определять границы используемого пространства, что способно привести к негативным  последствиям: при выходе за пределы рабочей площади электродвигатели не прекратят вращаться автоматически; они будут пытаться осуществлять вращение подающих винтов, пропуская при этом шаги. Этим будет сбито позиционирование, и станок не сможет возвратиться в заданное исходное положение. Естественно, такое возможно только в случае, когда задуманная деталь по длине либо ширине будет больше, чем возможно расположить на станке. Представим, что задуманный проект выходит за пределы стола после того, как файл импортирован в KCam. Программа строит чертеж, который будет выходить за границы длин координатных осей, заданных в соответствии с длинами станочных осей. Концевые выключатели необходимы именно в таком случае. Следует учесть, что KCam 4.1 не даст возможности вручную возвратить станок в начальное положение, если такие выключатели отсутствуют. Мы использовали концевые выключатели, которыми оснащаются стиральные машины или сушильные аппараты. Основанием для использования именно таких выключателей стала, в первую очередь, надпись Speed Queen, расположенная на его боковой стенке (см. рисунки 27, 28).

Рис. 27. Боковая сторона концевого выключателя 

Рис. 28. Стропа концевого выключателя;  надпись Speed Queen

Подобные изделия отлично подходят для концевых выключателей, поскольку в обычном положении они являются разомкнутыми и замыкаются только в случае нажатия кнопки. Для каждой из осей необходимо по паре  выключателей, один из которых будет установлен в начале длины перемещения, другой — в конце. Для остановки оси выключатель необходимо активировать с помощью какого-либо элемента, расположенного на ней.

 Ограничители на X-оси

Вверху крепления X-оси электродвигателя нужно просверлить пару отверстий для установки концевого выключателя (см. рисунок 29). 

Рис.29. Расположение концевого выключателя

(начальная позиция Х-оси)

Несмотря расположение выключателя под небольшим углом, с порталом он соприкасается и при необходимости замыкается. В конце Х-оси крепеж концевого выключателя соединяется с крепежом подшипника. Этот выключатель располагается под углом для обеспечения контакта корпуса гайки и подающего винта на портальной ножке (см. рисунок 30).

Рис. 30. Концевой выключатель (конец Х-оси)

 Ограничители на Y-оси

На исходной позиции Y-оси выключатель крепится к алюминиевому уголку, имеющему сторону 25мм, который впоследствии монтируется на внутреннюю сторону стойки портала. Это делается для того, чтобы выключатель контактировал с болтом, который выступает  сбоку Y-каретки, как изображено на рисунке 31. 

Рис. 31. Расположение концевого выключателя

(исходная часть Y-оси) 

В конце Y-оси концевой выключатель монтируется на алюминиевом уголке, привинченном ко внутренней стороне стойки (см. рисунок 32). В данном случае можно применять саморезы. 

Рис. 32. Выключатель в конце пути (передвижение по Y-оси )

  Ограничители на Z-оси

Для монтажа на начальной позиции Z-оси концевого выключателя необходима прокладка, чтобы добиться соприкосновения выключателя и  корпуса гайки подающего винта.  В качестве такой прокладки применяется полудюймовая алюминиевая пластинка, прикрепленная к корпусу выключателя. Далее в стойке, имеющей размер 25×75мм, которая прикреплена к Y-каретке, проделываются отверстия в том месте, где подъем Z-оси максимален (см. рисунок 33).

Рис. 33. Концевой выключатель (исходная позиция Z-оси)

В конце пути Z-оси концевой выключатель монтируется без прокладки, так как опора подшипника, прикрепленная к Y-каретке, не дает возможности его установить. Дополнительно высверливаем отверстие над местом, в которое будет крепиться выключатель, для того, чтобы присоединяемый к нему провод можно было пустить через стойку, имеющую сечение 25×75мм, непосредственно к выключателю на начальной позиции (см. рисунок 34). 

Рис. 34. Положение выключателя

(конечная позиция перемещения Z-оси)

При монтаже выключателя на стойке возможно возникновение следующей проблемы: могут отсутствовать точки соприкосновения в случае приближения к выключателю Z-оси. Для разрешения такой проблемы нужно из алюминиевой пластинки изготовить выступ, габариты которого – 3х19мм. Высверливаем в пластинке отверстие для одного из болтов, которые крепят гайку подающего винта. Располагаем пластинку под углом для того, чтобы с выключателем могла контактировать большая поверхность (см. рисунок 35).

 Рис. 35. Выступающая часть пластинки, которая контактирует  с концевым выключателем

Выключатели на обеих осях соединены параллельно, и если активируется один из них, станок останавливается.  Для каждой их осей применяется только один из контактов параллельного порта, а потому выключатели соединяются так, как изображено на рисунке 36.

Рис. 36. Параллельное соединение концевых выключателей

Провода, которые соединяют концевые выключатели оси Х, прокладываются  внутри балки, а соединяющие концевые выключатели Y-оси проходят по верхней соединительной портальной балке. Следует применять провода достаточной длины для возможности перемещения станка по всей рабочей площади без напряжений кабелей. Насколько электроника будет отдалена от станка, также определяется длиной кабеля. Необходимо к концу каждого из кабелей подключить двухконтактный разъем, чтобы была возможность присоединения к выводам интерфейсной платы. Подключаем каждый из проводов к выводам со 2 по  5 на интерфейсной плате. В настройках порта (окно Рort Setup) проверяем правильность ввода номера  контакта для каждой из цепей концевых выключателей (см. рисунок 37).

Рис. 37. Размещение выводов на интерфейсной плате (подключение концевых выключателей)

Итак, на нашем ЧПУ-станке установлены все двигатели, подающие винты, а также концевые выключатели. Нами создан робот для мастерской.

В следующей статье дадим описание файлов, необходимых для работы станка, а также способы создания этих файлов.

Z-направляющая

Для сборки части станка, отвечающей за перемещение Z-координате (см. рисунок 1), необходимо будет наличие следующих инструментов и материалов:

—            металлической  заготовки, имеющей сечение 25×75мм;

—            раздвижной подставки для телевизора;

—            ножовки;

—            дрели;

—            сверл;

—            болтов и гаек.

Рис. 1. Готовая направляющая по оси Z

Направляющую по оси Z мы соорудили из раздвижной подставки под ТВ, а  также двух арматурных заготовок, имеющих сечение 25×75мм (см. рисунок 2).

Рис. 2. Подставка под ТВ

Начинать сборку следует с вращающейся площадки небольших размеров, которая крепится к металлическому листу, соединяющему салазки. Мы высверлили заклепку в центре площадки (см. рисунок 3).

 Рис. 3. Высверливание заклепки

Поскольку Y-каретка имеет внутреннюю ширину между ребрами, равную 125мм (см. рисунок 4), нам необходимо было вырезать элемент пластины, скрепляющей салазки, ширина которого составит 120мм (см. рисунок 5).

Рис. 4. Внутренние габариты Y-каретки (с NuArc — копировального фотоаппарата)    

 Рис. 5. Вырезание части пластины (ширина 120 мм)

Далее следует избавиться от заглушек, установленных на салазках (см. рисунок 6), и вырезать кусок алюминия для установки его по ширине салазок (см. рисунок 7).

Рис. 6. Снятие заглушки

Рис. 7. Z-направляющая: алюминиевый суппорт на каретке

Мы просверлили в алюминиевой пластине, применяемой как посадочная поверхность для режущего инструмента направляющей по Z-оси, четыре отверстия, а затем произвели их раззенковку (см. рисунок 8).

Рис. 8. Просверливание и раззенковка отверстий в пластине

Мы просверлили по два отверстия на каждой из сторон каретки Y-направляющей, а также соответствующие отверстия в арматуре сечением  25×75мм, которая применялась при поднятии конструкции направляющей по оси Z над кареткой (см. рисунок 9).

Рис. 9. Стальная арматура сечением 25×75мм: монтажные отверстия

Для установки с тыльной стороны Z-каретки держателя вертикального ходового винта, нам нужно было наличие пространства между низом Z-каретки и верхом Y-каретки. Нами были применены уже имевшиеся на нижней части Y-каретки монтажные отверстия, предназначенные для закрепления опорного подшипника ходового винта, который вертикально перемещает Z-каретку (см. рисунок 10).

 Рис. 10. Крепеж опорного подшипника вертикального ходового винта

Ширина опорного подшипника не позволяла ему разместиться между опорами Z-каретки, и мы обрезали его с каждой стороны на 13 мм, а также провели модификацию крепежных болтов (см. рисунок 11). 

 Рис. 11. Модификация болтов и корпуса опорного подшипника

Промежуток от центра отверстия нижнего опорного подшипника до внутренней части Z-каретки мы применили для определения центра отверстия, расположенного в алюминиевом уголке для крепления гайки вертикального ходового винта. Далее мы просверлили отверстие для винта и болтов, предназначенных для крепления к уголку гайки (см. рисунок 12). Затем проделали два отверстия по размеру верхних отверстий в  передней пластине Z-каретки и пластине из металла, соединяющей салазки (см. рисунок 13).

Рис. 12. Нахождение центра в алюминиевом уголке отверстия для ходового винта (А=В)

Рис. 13. Отверстия в уголке для крепления ко внутренней части Z-каретки

После выполнения всех работ над Z-кареткой, мы установили ее на распорки, изготовленные из арматуры сечением 25×75 мм, которые закреплены на Y-каретке. Затем мы разметили на ней отверстий, совпадающие с верхними и нижними отверстиями для болтов, крепящих салазки (см. рисунок 14).

Рис. 14. Монтажные отверстия на направляющей оси Z

Сначала мы затянули нижние болты, затем прижали лицевую пластину для выравнивания верха салазок, а далее затянули верхние болты. После таких манипуляций можно затягивать нижние болты лицевой пластины, при этом верхние, удерживающие гайку ходового винта, следует оставить слегка ослабленными, пока не будет закончена установка вертикального ходового винта и шагового электродвигателя.

Y-направляющая

Для сборки части станка, отвечающей за перемещение по Y-координате, необходимо наличие следующих инструментов и материалов:

—      направляющих;

—     каретки от NuArc — копировального фотоаппарата (можно заменить на 4 самодельных опорных подшипника, закрепленных на алюминиевой пластине);

—      болтов с квадратным подголовком, гаек и шайб;

—       гаечного ключа.

Y-направляющая включает две соединительные балки на портале, прикрепленные к ним направляющие и каретки от копировального фотоаппарата. Мы произвели установку в каретку новых подшипников, так как от фотоаппарата осталось лишь четыре. В корпусах каретки размещение новых подшипников прошло органично, поскольку они являются абсолютно идентичными подшипникам фотоаппарата. Для установки направляющих нужно, прежде всего, установить болты в каждое из крепежных отверстий на направляющей (см. рисунок 15).

 Рис. 15. Y-направляющая: монтажные отверстия

Мы завинтили болты слегка, чтобы затем они не могли помешать привертывать направляющую с обратной стороны. Затем просунули направляющие через подшипники каретки (см. рисунок 16) и поддержали верхнюю для завинчивания  болтов на ее конце. Далее мы завинтили болты на нижней направляющей. В случае, когда центры отверстий располагаются на определенном расстоянии друг от друга, направляющая привертывается довольно легко. Следует помнить, что просверливаемые отверстия должны иметь немного больший диаметр, чем болты, и если межцентровые расстояния разные, проблем с установкой не будет (см. рисунок 17).

 Рис. 16. Вставка направляющих в подшипники

Рис. 17. Межцентровое расстояние направляющих

После завертки болтов на концах, следует привернуть остальные болты, однако затягивать их не стоит. Направляющие должны располагаться на равных расстояниях от соединительных балок, а промежуток между соединительной балкой и ходовым винтом должен быть такого размера, чтобы винт смог проходить по центру отверстия в целях крепления винтовой гайки (см. рисунок 18).

Рис. 18. Расстояние между соединительной балкой и винтом, дающее возможность ему проходить сквозь отверстия в стойках (А=В)

Необходимо отрегулировать расстояние, чтобы произвести подгонку винта. Далее с применением штангенциркуля и линейки нужно установить направляющие на одинаковых расстояниях от соединительных балок, а затем  затянуть на них болты с двух сторон для закрепления рельсов (см. рисунок 19).

 Рис. 19. Применение штангенциркуля и линейки для регулирования направляющих

В заключении необходимо отрегулировать опорные подшипники. Подвигая Y-каретку по направляющим, регулируем ее, если нужно, чтобы обеспечить плавность хода. Следующим шагом является проверка по всем осям перемещения, которое должно выполняться без заеданий.

Таким образом, монтаж Z- и Y-направляющих на портал, который перемещается по Х-направляющей, закончена. Основная часть нашего ЧПУ-станка уже собрана, необходимы только шаговые двигатели для приведения системы в действие.

Далее мы дадим описание процессу установки ходовых винтов, а также ШД для управления каждой из направляющих.