قبل از طراحی سازه باید الزامات دستگاه cnc را طبق شرایط کار مشخص کنید تا انتخاب و خرید مناسبی داشته باشید.
- تعیین کورس کاری برای هر محور
- تعیین سیستم راهنمای خطی
- تعیین مکانیزم انتقال حرکت
- تعیین نوع موتور و درایور مناسب
- انتخاب متریال مورد استفاده برای ساخت دستگاه با توجه به ابزار و تجهیزات در دسترس
- برآورد هزینه های خرید و ساخت
طول کورس
کورس کاری عامل تعیین کننده ابعاد قطعه ای است که پس از ساخت دستگاه، ماشینکاری می شود.
سیستم راهنمای خطی
برای انتخاب راهنمای خطی می توان از ریل و واگن، شفت پایدار، شفت معمولی و یا چرخ های هرزگرد استفاده کرد؛ هر چه دقت و صلبیت راهنمای خطی بیشتر باشد قیمت آن نیز بیشتر می گردد. در واقع مهمترین عامل تعیین کننده سیستم راهنمای خطی بودجه شما است. یکی از بهترین شکل های سیستم راهنمای خطی برای یک سی ان سی سه محور غیر صنعتی شامل سه جفت ریل و دو واگن به ازای هر ریل می باشد.
تعیین مکانیزم انتقال حرکت
عمدتاً برای تعیین سیستم انتقال حرکت سه انتخاب اصلی وجود دارد:
-
تسمه
-
پیچ انتقال قدرت
-
چرخ و شانه
استفاده از پیچ های انتقال قدرت، لیداسکرو و بال اسکرو در ساخت cnc های رومیزی متداول تر می باشند. بطوری که پیچ توسط موتور محرک میچرخد و مهره روی پیچ بصورت خطی جا به جا می شود. رزوه پیچ های انتقال قدرت معمولاً چند راهه ایجاد میشوند؛ مزیت این طراحی در این است که در تبدیل حرکت دورانی به خطی بهینه تر اند و در واقع میزان جابه جایی مهره به ازای یک دور گردش پیچ یا همان گام واقعی بیشتر می شود.از طرفی موتور های الکتریکی بیشترین گشتاور را در سرعت های پایین تحمل می کنند و در واقع استفاده از پیچ های چند راهه به جای افزایش سرعت موتور تاثیر زیادی در عملکرد دستگاه خواهد گذاشت.
لقی بین پیچ و مهره نیز از مهمترین مواردی است که در تعیین دقت انتقال حرکت موثر است. در واقع وجود لقی بین پیچ و مهره هنگام تغییر جهت حرکت، دقت کنترل حرکت سیستم و در واقع دقت قطعه ای که در حال ماشینکاری است را تحت تاثیر قرار می دهد. از طریق سخت افزاری و مکانیکی با استفاده از مهره های بدون لقی و از طریق نرم افزار با استفاده از تظیمات جبران لقی می توان تا حدودی این مشکل را جبران کرد.
موتور محرک
برای ساخت cnc می توان از سروو موتور ها یا از استپر موتور ها استفاده کرد. در ساخت cnc های رومیزی معمولاً از استپر موتور ها استفاده می شود. مهمترین تفاوت استپر موتور و سروو موتور در این است که سروو موتور ها بر خلاف استپر موتور ها برای اطمینان از موقعیت گیری مناسب، فیدبک موقعیت را ارائه میدهند. علاوه بر این سروو موتور ها گران هستند و به کنترلر های پیچیده تر و گران تر نیز نیاز دارند.
انتخاب متریال
برای ساخت دستگاه های cnc می توان از تخته چوبی MDF پروفیل های آلومینیومی و قوطی های فولادی استفاده کرد. تخته های چوبی با وجود سادگی ساخت و مونتاژ انتخاب مناسبی برای ساخت فرز سی ان سی نیستند و بیشتر در ساخت پروژه های DIY استفاده می شوند. پروفیل های آلومینیومی شیار دار از متداول ترین روش های ساخت قاب دستگاه های CNC است یکی از دلایل استفاده از این پروفیل ها در دسترس بودن قطعات و براکت های لازم برای نصب و مونتاژ این قطعات می باشد. قوطی های فولادی نسبت به پروفیل های آلومینیومی ارزان ترند و قابلیت جوشکاری نیز دارند. بسته به بودجه و تجهیزات در دسترس می توان از پروفیل ها و قوطی ها برای ساخت یک ماشین سی ان سی کاربردی استفاده کرد.
بررسی یک پروژه فرز CNC
در مقالات قبل درباره اصول cnc ها صحبت کردیم امروز قصد داریم یک نمونه پروژه انجام شده را بررسی کنیم. در این پروژه از شفت پایه دار، لیداسکرو، قوطی فولادی برای ساخت قاب اصلی استفاده شده است. همانطور که گفته شد قوطی ها نسبت به پروفیل ها قیمت ارزان تری دارند اما توصیه می شود برای ساخت دستگاه پروفیل های آلومینیومی شیاردار را جایگزین قوطی فولادی کنید تا در هنگام مونتاژ با دردسر کمتری همراه باشید.
محور X
قوطی های فولادی را بر اساس اندازه طول کورس برش زده و مطابق با ریل مورد استفاده سوراخ های لازم برای نصب شفت پایه دار روی قوطی را ایجاد می کنیم. هم چنین محل نصب پایه استپر موتور را روی قوطی مشخص کرده و سوراخکاری می کنیم. پایه استپر موتور یک قطعه آلومینیومی است که نقشه این قطعه و تمام قطعات ساختی را در این لینک میتوانید مشاهده کنید. استپر موتور و کوپلینگ را با پیچ آلن روی پایه نصب کرده سپس پایه را به قوطی پیچ میکنیم. شفت پایدار را نیز با پیچ آلن روی قوطی نصب میکنیم. جوشکاری این قاب بدون تاب برداشتن و اطمینان از تعامد محور ها به مهارت در جوشکاری و استفاده از کلمپ های مخصوص مطابق شکل زیر نیاز دارد بنابراین اگر فکر میکنید در جوشکاری به مشکل بر خواهید خورد، بهتر است این پروفیل ها را با پیچ و مهره به یکدیگر وصل کنید؛ و یا به جای قوطی از پروفیل های آلومینیومی شیار دار استفاده کنید. توجه داشته باشید که قبل از جوشکاری تمام سوراخ های لازم برای مونتاژ سایر قطعات را روی پروفیل ایجاد کنید.
پایه مهره لید اسکرو برای محور X را نیز مطابق نقشه ساخته که در نهایت به این شکل در می آید.
برای ساخت دروازه دستگاه سوراخ های زیادی در نظر گرفته شده است. علت این امر آن است که مثلاً در ماشینکاری ورق ها و قطعات با ضخامت کم می توان کل دروازه را پایین تر منتقل کرد؛ این کار هم صلبیت دستگاه را بالا می برد و هم از حرکت بیهوده ابزار جلوگیری می کند. در این مرحله لید اسکرو را به کوپلینگ وصل کرده و مهره را روی پایه مربوط به خودش نصب می کنیم سپس دروازه را به بلبرینگ خطی های که روی شفت پایدار قرار دارد نصب میکنیم. در آخر پایه مهره لید اسکرو را روی دروازه مونتاژ می کنیم.
یکی از نکاتی که باید به آن اشاره کرد محل قرار گیری شفت پایه دار است.قرار دادن شفت پایدار محور x در قسمت بیرونی پروفیل ها باعث افزایش کورس محور y می شود در نتیچه لیداسکرو مورد استفاده در این محور نیز بلند تر میگردد. اگر این تغییر هزینه زیادی برای شما ایجاد نمیکند بهتر است شفت ها در قسمت بیرونی مونتاژ کنید؛ در نظر داشته باشید که طراحی پایه مهره لید اسکرو محور y نیز تغییر خواهد کرد.
محور Y
۴ تکه پروفیل طبق کورس مورد نظر برش زده و سوراخکاری را طبق پایه استپر موتور، براکت و شفت پایدار روی هر قوطی انجام می دهیم. در این قسمت از دستگاه قوطی ها را به جای جوشکاری بوسیله براکت به هم پیچ میکنیم. برای محور Y نیز به یک پایه برای مهره لیداسکرو نیاز داریم این پایه را مطابق نقشه آماده کنید. در نهایت محورY بعد از نصب شفت های پایه دار و پایه های استپر موتور و مهره به شکل زیر در می آید.
محور z
برای این محور به ساخت پایه ای برای نصب کل محور z و هم چنین مهره لید اسکرو نیاز داریم قبل از شروع مونتاژ محور Z ابتدا صفحه پایه محور z را روی بلبرینگ خطی محور y نصب می کنیم سپس سایر قطعات محور z را مشابه با محور x وy مونتاژ می کنیم. سپس صفحه که پایه اسپیندل روی آن نصب میشود را روی مجموعه نصب میکنیم.
همانطور که گفته شد محور Y و دروازه به وسیله براکت آلومینیومی به یکدیگر وصل میشوند. جزییات مونتاژ محور Y روی دروازه و همچنین نحوه مونتاژ صفحه ای که پایه اسپیندل روی آن نصب می شود را در تصویر زیر میتوانید مشاهده کنید.
چه قطعاتی با این دستگاه قابلیت ماشینکاری دارند؟
این دستگاه برای ماشینکاری فلزات ساخته نشده و نهایتاً قابلیت ماشینکاری تسمه های آلومینیومی با ضخامت ۲mm را دارد. با اینکه استپر موتور نما ۲۳، ۲۸۰oz گشتاور مورد نیاز را تامین می کند اما صلبیت دستگاه پاسخگوی ماشینکاری فلزات نیست، و برای ماشینکاری تخته های چوبی کاربرد دارد.