教你DIY制作雕刻机,ss570122的雕刻机制作过程(转载)
作者:ss570122 原载:磁动力电子论坛
作者注:我将以前发表过的几个有关机械和驱动电路的DIY帖子重新整理组合一下重新发表(并会适当增加电源和主轴的DIY内容),为的是方便初入雕刻机制作的网友能够方便的了解DIY雕刻机机械、电子制作过程,我觉得DIY是强调自己动手制作的能力和乐趣,能采用和利用现有材料和二手配件改造是不错的选择。如果能给你带来帮助和乐趣,你
别忘了要顶一下啊。
我很早就想做一台雕刻机,准备了一段时间,现在利用假期开工了,上几个图,希望前辈多加指导。
这是做机架的材料,现成的压制镀锌U型材,厚度3mm。
这是购买的2根二手滚珠丝杠1404长500mm/共260元 4根全新直径20mm长530mm光轴配直线轴承6个/共320元、二手Z轴小滑台行程220mm宽50mm/130元,3只二手57步进电机4.7V1.8A/共60元。
图2
这是临时选用的主轴,350W6mm修边机/125元
图3
这是自己做的尼龙联轴器,将步进电机和滑台连接起来。
图4
这是自己做的3轴控制版,采用L297+L298,拆机件,并口控制,带3轴限位电路。共花费不到50元。
续流二极管还没有焊,整板已经调试好,用Kcam4和Mach2试验通过。
图6
这是利用假期几天制作好的机架底盘540*540mm,底盘刚度很重要,所以采用两层,用螺栓连接,很稳固。
图7
这是已经做好的机架整图,下一步加工丝杠轴承座并连接步进电机,安装Z轴,工作运动台等等。
图9
这是我新买的C3车床和X2钻铣床,等雕刻机做完后在将X2改制成数控铣床。
图11
用C3车车加工丝杠轴承座,第一次做,整整做了大半天,用铜棒材料做了4个。不幸的是切割刀崩断了,后来只好用砂轮片切。
加工中
图16 装到丝杠上试试
X和Y轴用的两个联轴器两头内孔直径不同,买一个新的要很贵的,二手有没有合适的。所以自己用尼龙做了两个,弹性槽是用锯条拉的,所以不是很整齐,但是使用是没有问题的,扭矩和弹性都能满足要求。
图20 步进电机还没安装支架
今天将步进电机的支架作好,还是利用现有的机架剩余材料制作的,并将步进电机装到机架上,调整好步进电机与丝杠的同心度,明天开始安装Z轴滑台。
电机支架是很重要的,关系到机械平面运动的顺畅,所以做的很仔细。
图27
装Z轴差点零件,只好延一延。三轴驱动电路原准备采用已经作好的L298+L297控制板,但是调试过程中觉得不是很好,特别在低速运转时噪音比较大,主要原因还是没有细分功能,尽管有半步控制,但不是真正意义上的细分。正好今天有时间临时搭配了一个AT8435H控制电路,用单片机进行了控制试验,效果出乎我的想像,运行很平稳,特别是采用1/8细分时,低速时的噪音很小,但是输出最大电流是1.5A,要比L298小点,我的电机是4.8V/1.8A,我把电路的检流电阻改了一下,加大散热片,在电机停止脉冲时(此时电流最大1.8A)两个小时,电路温度没有超出许可范围,如果再加个小风扇,长时间工作应该是没有问题的(网上有资料加风扇最大可以达到2.5A)。比较一下AT8435H和L298的试验情况,觉得:
1. AT8435H带有真正的细分功能,最大达到1/8细分,够用,高低速运转都比较平稳。
2. AT8435H将控制和功率
驱动集成在一起,外围元件少用一半,调整简单,电路板体积也可以做紧凑一些。
3. 但是网上现成的电路和PCB版资料很少,对于没有一定经验的爱好者可能制作困难些。
我现正开始设计一个三轴AT8435H控制器,原理图已经完成,明天作PCB板并争取调试出来。如果哪位网友有现成的PCB图可以给传一个。
这是今天调试AT8435H的过程
图29 我用的仿真开发机
用TA8435H临时搭建的控制板,看没有几个外围元件。
图31 试验板背面
用单片机试验完TA8435H的控制电路后,感到很满意,决定抛弃L297+L298驱动,改用TA8435H,因为网上没有现成的电路和PCB图,所以要自己重新设计PC控制电路,从设计、制作直到调试完整个控制板,整整用了两天时间,现将PCB板制作和调试过程介绍一下:
设计TA8435控制板用了一天,采用热转印法制作PCB板,这是我用的热转印纸,其实就是采用的光盘的不干胶贴纸的背纸
图33 我的计算机及设计图
用热转印纸打出来的双面板图和热转印机(其实就是普通的塑封机将间隙调大些),其中上层要镜像打印
图34
转印前要处理好PCB铜版,这是制作成功的关键之一,先将敷铜版两面擦光,
图35
然后再用软布沾双氧水擦洗(不要烧了手吆),自然晾干。处理后的板子发乌。这样热转印时附着力大,炭粉不容易掉。
图36
将打印好的转印图一面用胶贴贴到板子上(双面板分两次转印和腐蚀,一次难度大些),将热转印机温度调到180度左右,温度达到后进行转印,要多过几遍以保证转印质量。
图37
要等板子完全冷却后揭下背纸,这是转印后的板子情况,非常清晰很牢固。
图38
然后进行腐蚀,用买的塑料食品盒(15元)作容器,采用盐酸+双氧水+水(1:1:8)做腐蚀液,腐蚀速度快质量好,腐蚀过程大约3分钟(千万不要腐蚀过头)。
图41 腐蚀好后的板子
做板子的另一面,其它同上,关键是定位,先将第一面腐蚀好后的四角定位孔钻透,然后把另一面图纸用小细杆定位好,继续腐蚀
图43 这是腐蚀好的另一面
这是打印的设计原理图、PCB图和腐蚀好后的控制电路板
图44
检验,将腐蚀好的板子放在亮处,看,每个焊盘和过孔对的很整齐,双面板制作成功。当然还要适当的检查和修补。
图51 X轴
这是最后定型的TA8435H控制板子,亮的发光二极管是指示三轴的运动状态(脉冲、使能和正反转)。
好了,就传到这里,下一步是安装Z轴滑台和整体调试。
这是最后定型的TA8435H控制板子,亮的发光二极管是指示三轴的运动状态(脉冲、使能和正反转)。
图52
这是以前采用的L297+L298控制板,这次做的板子体积小多了
图53
TA8435H突破最大工作电流极限
为了提高TA8435H的最大工作电流极限,今天对控制板的驱动芯片散热系统作了改进,将原来附加的翅型散热片拿掉,在原来的铝板散热器上加了一个小风扇(每个芯片单独加,选用比较强劲且很薄的一种显卡用风扇,我用的叫奥运风,噪音很小,12V/0.06A,3元/只),试验结果好的出乎我的想像。通过适当调整采样电阻,使步进电机工作电流达到2.2A(原来的工作电流是1.8A),工作两个小时,电机已经热的有些烫手了,但是芯片温度几乎没有升高多少,手摸只是有些温热,估计超不过55℃(TA8435H的工作温度是-40℃~85℃),在没用风扇的情况下,靠翅型散热片自然散热,1.8A工作电流时芯片有些烫手,估计能达到80℃左右,其实也是在许可范围内。通过以上试验,TA8435H在用风扇散热的情况下,工作电流达到2.5A是完全可能的(以前网上有类似报道)。
看来以后选用TA8435H作为2.5A以下的步进电机控制驱动应该是业余玩家的首选,电路简单(控制和驱动为一体),带真正意义的1/2、1/4和1/8细分功能(再高的细分功能对雕刻机驱动没有太大的实际意义)。免调试,制作的驱动板体积小,加上三支小风扇旋转带来的清风和声,很有一种动态的美感,记住非常6+1的一句话“没有你做不到的,只有你想不到的”
另外今天在电子市场找到一个很好的开关电源,是老式联想微机的电源,体积很小,质量好,几乎是普通电源的1/2大小,输出12V/4.8A;5V/10A;3.3V/10A;-5V/0.8A;-12V/0.5,我的雕刻机主要使用12V和5V,实际测试12V输出电流可以达到5.8A,电压只降了0.02V。这样电源和控制板都可以放到小控制盒里。
TA8435H突破最大工作电流极限试验贴图
为了提高TA8435H的最大工作电流极限,昨天对控制板的驱动芯片散热系统作了改进,将原来附加的翅型散热片拿掉,在原来的铝板散热器上加了一个小风扇(每个芯片单独加,选用比较强劲且很薄的一种显卡用风扇,我用的叫奥运风,噪音很小,12V/0.06A,3元/只),试验结果好的出乎我的想像。通过适当调整采样电阻,使步进电机工作电流达到2.2A(原来的工作电流是1.8A),工作两个小时,电机已经热的有些烫手了,但是芯片温度几乎没有升高多少,手摸只是有些温热,估计超不过55℃(TA8435H的工作温度是-40℃~85℃),在没用风扇的情况下,靠翅型散热片自然散热,1.8A工作电流时芯片有些烫手,估计能达到80℃左右,其实也是在许可范围内。通过以上试验,TA8435H在用风扇散热的情况下,工作电流达到2.5A是完全可能的(以前网上有类似报道)。
图54 改进前TA8435控制板
图60 试验现场情况
TA8435H突破最大工作电流极限试验图片续
另外昨天在电子市场找到一个很好的开关电源,是老式联想微机的电源,体积很小,质量好,几乎是普通电源的1/2大小,输出12V/4.8A;5V/10A;3.3V/10A;-5V/0.8A;-12V/0.5,我的雕刻机主要使用12V和5V,实际测试12V输出电流可以达到5.8A,电压只降了0.02V。这样电源和控制板都可以放到小控制盒里。
图62 两个电源对比图
继续上雕刻机制作过程(接近尾声)
今天将Z轴滑台装好,材料都是采用手里现有的材料,这是Z轴卡子,强度满足一般的雕刻要求,
图65
将Z轴小滑台装好,滑台i宽6cm,有效行程22cm,原想在滑台底座钻几个安装孔,没想底座到太硬了,新钻头硬是没有钻动,只好还是采用原来的安装孔,有在卡子和滑台之间加了一个过渡板(没有拍片),以下是安装好的图样。
图67
明后天找块XY平台装好,再将主轴(修边机)装上就可以试雕了,看来在开学之前是可以竣工了,下个假期准备将X2铣床给改成数控的
继续上雕刻机制作过程(仿试运行)
今天没有找到合适的XY平台,只好现用2块10mm厚密度板临时代替,等以后找到合适的平台再置换过来。
制作的直线轴承卡子和临时代用的密度板平台(雕个非金属材料还是够用,水平度差点)
图71
找根圆珠笔绑在Z轴上,用Mach2软件试画一下,这是试验情况
图73
这是用Mach2自带的一个G代码画的一个图形,这是重复画了四遍的图形,从图上看重复性还是比较好,如果换上主轴电机,精度应该是不错的。
图74
继续上雕刻机制作过程(安装主轴)
今天将主轴安装到Z轴滑台上,别看滑台不大,刚性非常好,主轴纹丝不动,这是用来作主轴的修边机(6mm),安装主轴制作的卡子
继续雕刻机的制作过程(试雕雕刻机作品)
假期过后,开始了紧张的工作,闲时把ArtCam7.0浮雕软件作了研究,和Type3等刀路制作软件比较,ArtCam可能更容易上手,今天试着雕刻了一个浮雕字,因为雕刻刀是自己用6.2mm的钻头把头切掉,利用根部磨制的,所以和成品雕刻刀比要差些,先试验用还可以,以下是刀路制作的贴图:
1、先作个矢量字“雕”
4、模拟浮雕雕刻效果图,并建立刀路文件,选用NCC文件存档
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