数控雕刻机：修订间差异

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* '''G0指令运动速度：'''8m/min
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* '''最大加工速度：'''6m/min
* '''最大加工速度：'''6m/min
* '''主轴冷却水管、切削液管内径、外径：'''6mm、8mm
* '''HOME开关方向：'''XMIN、YMIN、ZMAX
* '''限位开关：'''无
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! 控制柜中有直流电源、三个步进电机驱动器<br>和主轴电机变频器
! 控制柜中有直流电源、三个步进电机驱动器<br>和主轴电机变频器
! 控制柜后方为散热风扇、电源接口和专用并行接口
! 控制柜后方为散热风扇、电源接口和专用并行接口
!M542步进电机驱动器说明书
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主轴电机变频器为[http://www.best-cn.cn/contents/18/216.html 贝士德FC300 2.2kW]（[http://www.best-cn.cn/sitefiles/services/cms/utils.aspx?type=Download&publishmentSystemID=1&channelID=49&contentID=132 中文说明书]、[http://www.best-cn.cn/sitefiles/services/cms/utils.aspx?type=Download&publishmentSystemID=1&channelID=49&contentID=141 英文说明书]），步进电机驱动为[http://www.nc-tech.cc/showshop.asp?id=81 纳川科技M542]。
主轴电机变频器为[http://www.best-cn.cn/contents/18/216.html 贝士德FC300 2.2kW]（[https://wiki.thu-skyworks.org/images/b/b5/%E8%B4%9D%E5%A3%AB%E5%BE%B7FC300%E5%8F%98%E9%A2%91%E5%99%A8%E4%B8%AD%E6%96%87%E8%AF%B4%E6%98%8E%E4%B9%A6.doc 中文说明书]、[https://wiki.thu-skyworks.org/images/1/11/%E8%B4%9D%E5%A3%AB%E5%BE%B7FC300%E5%8F%98%E9%A2%91%E5%99%A8%E4%B8%AD%E6%96%87%E8%AF%B4%E6%98%8E%E4%B9%A6.pdf 中文PDF说明书]、[https://wiki.thu-skyworks.org/images/2/22/%E8%B4%9D%E5%A3%AB%E5%BE%B7FC300%E5%8F%98%E9%A2%91%E5%99%A8%E8%8B%B1%E6%96%87%E8%AF%B4%E6%98%8E%E4%B9%A6.pdf 英文说明书]），步进电机驱动为[http://www.nc-tech.cc/showshop.asp?id=81 纳川科技M542]。


TODO：画电气原理图
TODO：画电气原理图
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===机械系统===
===机械系统===


* 进给传动为滚珠丝杆，导程为10mm
* 步进电机型号为86BYG450A
* 步进电机型号为86BYG450A
** 最大电流4A<ref name="86taobao">https://item.taobao.com/item.htm?id=4556230721</ref>，即在48V电压下功率不会超过192W，
** 最大静转矩21kg·cm<ref name="86taobao" />=2.058N·m
** 步距角1.8°
** 驱动器设定在16细分，故进给分辨率为320steps/mm
* X、Y轴运动回程差约为10μm，见[[数控雕刻机回程差测量‎]]。
* X、Y轴运动回程差约为10μm，见[[数控雕刻机回程差测量‎]]。


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购回后发现机床外壳和电源插座的地线未连接，解决之。
购回后发现机床外壳和电源插座的地线未连接，解决之。
===更换为基于[http://www.linuxcnc.org/ LinuxCNC]的数控系统===
* 使用带有[http://ark.intel.com/products/49490/Intel-Atom-Processor-D525-1M-Cache-1_80-GHz Intel D525] CPU的Mini ITX主板（配有机箱）
* 使用一个简单的并口控制卡
* 把左侧的台灯换成显示器支架，支架上挂有显示器和键盘。
* 增加了LHB04 USB有线手轮，LinuxCNC支持这款手轮，但需要参照example在机床配置文件里添加配置。
===用冷水机冷却主轴电机===
之前主轴冷却是用一桶自来水。桶内有潜水泵将水泵至主轴电机，主轴中的水经回水管流入桶内。这样有几个缺点：
# 一段时间后水会干，需要加水
# 桶内会落灰，同时自来水会结水垢，堵塞水管
# 稍有不注意，回水管会从桶里跳出来，把水弄得满地都是
所以现在改用加注蒸馏水的[[冷水机]]（[[激光切割机]]中常用它冷却激光管）组成主轴冷却水循环。更换后发现虽然水流正常，[[冷水机]]仍嫌水流量太少并始终报警。用水管直接连接出水口和回水口不会报警，所以应该是整个水路阻力太大。按照卖家指示短接了流量计的线，取消了流量报警功能。也许等管路被冲刷一段时间以后水路里的阻力会小一些。
===增加平口钳、3D探针===
[[顾兆元]]购买了：
* 手动8寸平口钳
** 非常精密的夹具，夹紧以后接触面看不出来缝隙
* 3D探针
** 非自动，需要人为读数
===增加自动对刀===
[[王若溪]]购买了一个电子对刀器，等待安装


==改装计划==
==改装计划==


# 更换为基于[http://www.linuxcnc.org/ LinuxCNC]的数控系统
## 安装、调试LinuxCNC
## 购买并口控制卡
## 给电气系统重新接线
# 更换工作台
# 更换工作台
## 订做铸铁T槽工作台
## 订做铸铁T槽工作台
## 安装，调整平行度
## 安装，调整平行度
## 用无色透明亚克力制作工作台护栏
## 用无色透明亚克力制作工作台护栏
# 逐步将XYZ轴进给驱动更换为无刷伺服电机
## 与86步进电机尺寸相似的伺服电机是80伺服电机。可能需要自己制作转接座
## 可以购买的淘宝店有<ref>https://shop60014001.taobao.com/</ref><ref>https://shop63166884.taobao.com/</ref><ref>https://shop152819567.taobao.com/</ref><ref>https://shop71634596.taobao.com/</ref>
## 购买电机时注意考虑丝杠的力矩、转速等参数
# 将主轴更换为可以安装锥柄铣刀的铣床动力头
## 顺便解决现有主轴固定刚度不够的问题
## 锥柄铣刀换刀更方便快速
## 为增加自动换刀系统做准备
## 留下安装打刀器<ref>https://www.youtube.com/watch?v=kkGQuBYEGMM&t=520s</ref>的空间
# 增加自动换刀系统
## 目前看来最优的方案是在Y+极限处放一排固定刀架


==参考文献==
==参考文献==

2017年5月25日 (四) 14:38的最新版本

数控雕刻机
  • 仪器名称：数控雕刻机
  • 生产厂家：济南瑞克数控设备有限公司
  • 出厂日期：2015年1月20日
  • 进给轴：XYZ（三轴）
  • XYZ轴行程：385mm×400mm×220mm
  • 主轴最大功率：2.2kW
  • 主轴最大转速：24000rpm
  • G0指令运动速度：8m/min
  • 最大加工速度：6m/min
  • 主轴冷却水管、切削液管内径、外径：6mm、8mm
  • HOME开关方向：XMIN、YMIN、ZMAX
  • 限位开关：无

结构

电气系统

控制柜在机床左侧，柜门上是急停开关和电源开关。
急停开关按下后顺时针转动即可解除 		控制柜中有直流电源、三个步进电机驱动器
和主轴电机变频器 		控制柜后方为散热风扇、电源接口和专用并行接口 M542步进电机驱动器说明书
雕刻机控制柜位置 雕刻机控制柜内部 雕刻机控制柜后部

主轴电机变频器为贝士德FC300 2.2kW（中文说明书、中文PDF说明书、英文说明书），步进电机驱动为纳川科技M542。

TODO：画电气原理图

机械系统

  • 进给传动为滚珠丝杆，导程为10mm
  • 步进电机型号为86BYG450A
    • 最大电流4A[1]，即在48V电压下功率不会超过192W，
    • 最大静转矩21kg·cm[1]=2.058N·m
    • 步距角1.8°
    • 驱动器设定在16细分，故进给分辨率为320steps/mm
  • X、Y轴运动回程差约为10μm，见数控雕刻机回程差测量‎。

附件

刀具装夹

ER20夹头螺母，注意偏心椭圆棱 1/8'、4mm、6mm柄径ER 20夹头 螺母与6mm夹头配合状态。
向某个方向掰动夹头即可将其取出 		装夹了柄径1/8'铣刀
ER20夹头螺母 ER20夹头螺母 ER20夹头螺母 ER20夹头螺母

润滑

注油器
注油器

压下注油器的手柄即可将润滑油注入各个润滑部位，注油器中加20#机油[2]。20#是旧牌号，对应新牌号是32号[3]。这里有T32号导轨油，但润滑油还会注入丝杠，故决定在这里购买20#通用机油。

机油在运输途中会渗出桶盖打湿包裹纸箱，快递会以担心污染其他包裹为由不给派送。建议之后就近购买机油及类似产品。今天去西二旗把油取回来加进了注油器，剩下的油放在雕刻机底座内部的空间里。

——王若溪（讨论） 2015年5月27日 (三) 23:52 (CST)

主轴电机冷却

主轴电机冷却水桶和水泵 主轴电机顶部的冷却水出入口
主轴电机冷却水桶和水泵 主轴电机顶部的冷却水出入口

切削液供给和回收

切削液管，图示阀门状态为关断
管子另一端用水泵供给切削液 		回收切削液用的水槽 工作台右后方的漏液口
切削液管，图示阀门状态为关断 水槽 漏液口

基本概念

工作台

机床上表面带有T型槽的金属板为工作台，用于固定待加工物。工作台的表面平整度、与进给轴的平行度都有较高要求，禁止刀具切削工作台。

主轴

主轴是工作台上空圆柱形的电动机。主轴带动刀具转动，产生主切削运动。

进给运动

主轴可以相对工作台任意平动，这种平动称为进给运动。进给运动又称为副切削运动。

机械坐标和工件坐标

“ROKO”接近开关
机械坐标
固连在工作台上的直角坐标系，原点位置由三个山寨RiKO SN04-N电感式金属接近开关（在误差范围内）唯一确定。面对雕刻机正面站立时，机械坐标X轴指向右侧，Y轴指向远离自己的方向，Z轴指向正上方。由于Y轴进给是工作台移动，所以向Y+方向进给时工作台向Y-（靠近自己）方向运动。
工件坐标
工件坐标的原点可以在机床运动范围内任意确定，三个坐标轴方向与机械坐标相同。数控程序通常使用工件坐标确定进给轨迹。

G代码

主条目：Wikipedia:G-code

G代码是一种告诉数控机床怎样制造零件的语言。它是一种命令式编程语言，通过告诉机床移动到哪里、以多快的速度移动、用哪一种轨迹移动等等来定义制造的过程。

操作

生成数控程序

ArtCAM中生成G代码

目前已知NCStuidio支持的G代码可以由ArtCAM生成，具体选项如右图。

开机

  1. 打开控制计算机主机、显示器电源，启动NCStudio软件
  2. 按下雕刻机电源开关
  3. 开主轴电机冷却水泵，检查冷却水流动情况
  4. 若本日首次开机，压下润滑油注油器手柄一次，向润滑部位加注润滑油
  5. 在NCStudio中进行回机械原点操作，操作前对可能的碰撞予以排除
  6. 手动让每个进给轴在全行程内运动1~2个来回

工件装夹

压板的使用方法
  1. 将垫材置于工作台正中
  2. 将待加工工件置于垫材之上
  3. 用至少4套压板将工件固定在工作台上
  4. 检查工件装夹是否牢靠
  5. 寻边，设置工件原点：
    1. 沿精确设置原点的进给轴移动主轴，直到刀具将要接触工件
    2. 启动主轴
    3. 切换到单步移动，步距0.01mm或0.05mm
    4. 单步移动直到旋转中的刀具接触工件，此时会听到轻微的响声
    5. 将该轴工件坐标归零或者记录当前机械坐标
    6. 移动该轴使刀具离开工件，注意确认移动方向正确

换刀

  1. 断开雕刻机电源，以确保主轴电机停止
  2. 移动主轴到便于换刀的位置，将软材料置于刀具正下方，避免刀具掉落时损伤切削刃
  3. 用小扳手固定住主轴，用大扳手顺时针（从上往下看）转动夹头螺母，注意扳手不要撞到切削刃
  4. 若需要更换夹头，将夹头螺母完全拧下后更换夹头，清除夹头和夹头螺母中的异物
  5. 检查待装夹刀具切削刃是否完好
  6. 将夹头和螺母装上主轴
  7. 将待装夹刀具插入夹头的孔内，根据实际情况尽量深入（但刀具的圆柱部分不能完全插入），用手拧紧螺母。此步骤与上一步不可颠倒：不可先插刀具再将螺母装上主轴
  8. 用两个扳手拧紧螺母，注意不要太用力，同样注意扳手不要撞到切削刃
  9. 确认扳手离开主轴，打开雕刻机电源
  10. 重新对刀，设定工件原点Z坐标

运行数控程序

  1. 确认以下工作
    1. 刀具装夹牢靠
    2. 工件原点设置正确，尤其是换刀后工件原点的Z坐标
    3. 工件装夹牢靠
    4. 数控程序装载正确
  2. 在NCStudio中将进给倍率调整至30%左右，启动数控程序
  3. 确认运行无异常后将进给倍率调整至正常值
  4. 运行过程中410必须有人

关机

  1. 回机械原点
  2. 卸下刀具，夹头螺母允许留在主轴上
  3. 关闭雕刻机
  4. 关闭雕刻机控制电脑，此步骤与前一步不可颠倒

工艺参数

碳纤维板材切割

  • 不可以使用切削液，除非不关心零件机械性能
  • 使用1.5mm直径的玉米铣刀，主轴转速15000r/min，进给率10mm/s，切深0.5mm，不需斜向下刀
  • 考虑到板材的翘曲以及厚度误差，总切深需要比板材厚度大一些，一般为0.3mm。同时为了避免零件在切削最后一层之前脱落，最后一层的切深可以略多一些
  • 为了避免切削工作台，需要在待加工板材下加垫另外的板材。亚克力板是便宜又好用的垫材

铝合金

  • 建议使用切削液
  • 若使用2mm直径的双刃铣刀，主轴转速15000r/min，进给率500mm/min，切深0.4mm，需要斜向下刀，角度约2°
  • 机床Y轴刚度稍差，建议粗加工时沿X方向铣削

门禁电磁铁安装板

  • 操作者：王若溪（讨论） 2015年10月22日 (四) 21:51 (CST)
  • 加工内容：8mm厚铝合金板开5mm宽贯通槽
  • 刀具：直径1/8英寸，刃长15mm，单刃螺旋
  • 建议参数：切深1.3mm，行距30%刀具直径，进给40英寸/分钟，主轴15000r/min，5°斜向下刀

ArtCAM软件给出的建议是切深2.54mm，行距30%刀具直径，进给40英寸/分钟，主轴15000r/min。第一次加工更改切深至1mm，感觉没效率；第二次用默认切深，不一会儿断刀；第三次更改切深至1.5mm，最终生成路径切深为1.3mm。

门禁电磁铁安装板2

  • 操作者：王若溪（讨论） 2015年10月28日 (三) 08:53 (CST)
  • 加工内容：8mm厚铝合金板开5.5mm宽贯通槽
  • 刀具：直径4mm，刃长15mm，单刃螺旋
  • 建议参数：切深1.3mm，进给率17mm/s，主轴1500r/min，5°斜向下刀

除切深外其他参数均用ArtCAM对3mm直径铣刀的默认值。加工过程中也许因为主轴固定装置刚度不足，主轴振动幅度很大。加工面（侧面）粗糙度可能达0.1mm，但不影响使用。

改装记录

外壳接地

外壳接地

购回后发现机床外壳和电源插座的地线未连接，解决之。

更换为基于LinuxCNC的数控系统

  • 使用带有Intel D525 CPU的Mini ITX主板（配有机箱）
  • 使用一个简单的并口控制卡
  • 把左侧的台灯换成显示器支架，支架上挂有显示器和键盘。
  • 增加了LHB04 USB有线手轮，LinuxCNC支持这款手轮，但需要参照example在机床配置文件里添加配置。

用冷水机冷却主轴电机

之前主轴冷却是用一桶自来水。桶内有潜水泵将水泵至主轴电机，主轴中的水经回水管流入桶内。这样有几个缺点：

  1. 一段时间后水会干，需要加水
  2. 桶内会落灰，同时自来水会结水垢，堵塞水管
  3. 稍有不注意，回水管会从桶里跳出来，把水弄得满地都是

所以现在改用加注蒸馏水的冷水机（激光切割机中常用它冷却激光管）组成主轴冷却水循环。更换后发现虽然水流正常，冷水机仍嫌水流量太少并始终报警。用水管直接连接出水口和回水口不会报警，所以应该是整个水路阻力太大。按照卖家指示短接了流量计的线，取消了流量报警功能。也许等管路被冲刷一段时间以后水路里的阻力会小一些。

增加平口钳、3D探针

顾兆元购买了：

  • 手动8寸平口钳
    • 非常精密的夹具，夹紧以后接触面看不出来缝隙
  • 3D探针
    • 非自动，需要人为读数

增加自动对刀

王若溪购买了一个电子对刀器，等待安装

改装计划

  1. 更换工作台
    1. 订做铸铁T槽工作台
    2. 安装，调整平行度
    3. 用无色透明亚克力制作工作台护栏
  2. 逐步将XYZ轴进给驱动更换为无刷伺服电机
    1. 与86步进电机尺寸相似的伺服电机是80伺服电机。可能需要自己制作转接座
    2. 可以购买的淘宝店有[4][5][6][7]
    3. 购买电机时注意考虑丝杠的力矩、转速等参数
  3. 将主轴更换为可以安装锥柄铣刀的铣床动力头
    1. 顺便解决现有主轴固定刚度不够的问题
    2. 锥柄铣刀换刀更方便快速
    3. 为增加自动换刀系统做准备
    4. 留下安装打刀器[8]的空间
  4. 增加自动换刀系统
    1. 目前看来最优的方案是在Y+极限处放一排固定刀架

参考文献

  1. ↑ 1.0 1.1 https://item.taobao.com/item.htm?id=4556230721
  2. ↑ 文件:雕刻机使用注意事项与日常维护.pdf（甲方提供）
  3. ↑ http://zhidao.baidu.com/question/396862671.html
  4. ↑ https://shop60014001.taobao.com/
  5. ↑ https://shop63166884.taobao.com/
  6. ↑ https://shop152819567.taobao.com/
  7. ↑ https://shop71634596.taobao.com/
  8. ↑ https://www.youtube.com/watch?v=kkGQuBYEGMM&t=520s
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