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.