自制雕刻机.doc

自制雕刻机其实谈不上自制，不过自己设计倒是不假，机身部分出图花钱请别人代工，自己组立，不过还是蛮烦的，陆陆续续花了几个月.有人搜集图纸在淘宝里卖，所以图片打上ID，请见谅。整体外观LOGO我设计并山寨的全铝机身微型CNC：设计新颖、造型独特、做工精良，轻便灵活.相当得力！取名“得力微刻”感谢同城坛友libingabc的指导、磁动力论坛以及大海作坊、模型论坛。还有神奇的淘宝！现将制作思路和过程全程分享给喜欢雕刻机的坛友。欢迎拍砖。其实我也不想自己捣鼓，全程相当费工。可是看到的DIY和淘宝里卖的产品，均不能让人满意，许多论坛里的作品几乎是贴贴图片，并没有详细而系统的阐述，于是决心自己捣鼓.本人来自2011年5月被雕刻机中毒以后，历时三月山寨了第一款雕刻机，用于学习精雕软件JDPaint5.20，效果还行。有一天，同城电子烧友看到此机，大喜并大诉PCB板制作苦衷，于是商量一下，重新设计一款行程适合、轻便灵活的迷你雕刻机，主要用途为PCB及刻字、面板等比较初级的配件。恰好大海作坊介绍有一款日鬼的迷你雕刻机，十分精致，就以这款为山寨蓝本，结合自己第一台机的缺点加以改进。经过一个多月的设计模拟，最终定案。因此我才有“设计提升山寨”的提倡。当然，这也只是我山寨的第二台雕刻机，并不见得很完善，在此希望高人们提供宝贵经验，使之日趋简约、实用。一、该机特点：1：具有独特的机身一体化的手提把，完全体现轻松、灵活的微型桌面化设计理念2：取消步进电机垫块，直接固定于机身，有效防止扭力损失，强度好而且美观3：精确定位的行程设计，在机身不加大的前提下，充分提高有效工作行程4：三轴防撞设计，使用知名的欧姆龙点触行程开关,设置机械原点和软件限位，有效防止操作中不慎所致的意外破坏5：固定龙门、全封闭式移动台面，有效提高加工精度，并完全避免飞屑对丝杠、光轴的影响。6:外径45mm电位器旋钮直接做的微调，无需更改，只需将丝杠加工时车成6mm即可，取材方便，旋转轻松。对于需要手动定位时方便操作，完全不必依赖昂贵的拨轮。7：主轴下方装有LED照明。8：四个橡胶地脚，适应不平表面，有效防止抖动。二、仿制依据拥有一款小型数控机床（微型雕刻机）是许多DIY爱好者的梦想，它可以用来做PCB版、PVC、压克力、图章、木材的平面雕刻、加工以及3D浮雕等。尤其是电子爱好者，可以用双色板来加工仪器仪表的面盘，使其接近工业成品。磁动力论坛、大海作坊、模型论坛里有许多DIY的雕刻机，不乏高品质作品。总体说来有三种方式：1：移动台面式X、Y轴移动，主轴只负责上下移动，这种适合大功率主轴，用于金属加工。2：移动龙门式优点是行程可以做的很大，缺点为加工速度大的时候不稳定，精度要求高。3：固定龙门式加工稳定，缺点是行程小，但是就加工精度、小行程来说是一个不错的选择。尤其在磁动力论坛、大海作坊里，许多人喜欢这个方式，可是这个方式的另外缺点是：丝杆与光轴外露，加工时的容易受灰尘影响。大海作坊里有介绍一款日本迷你雕刻机，我感觉是个好的的方式，于是做了改进，将整个台面封闭起来，丝杆与光轴就可以免受加工时产生的飞屑影响。三、设计许多爱好者是一边做一边设计，所以他们没有最终定案的图纸，一般是“见招拆招”，这类DIY堪称“高人”。需要相当的“意境”。我则比较注重设计，这样可以避免走弯路。并且可以方便地确定精准的孔位。甚至可以模拟。最关键是确定准确的孔位。先看看设计的效果图。设计活动行程26019075mm。增加限位后实际为25518570mm。整机完成后尺寸为宽475深435高460mm（不含调整脚垫），工作台尺寸为360360mm。许多坛友喜欢索要图纸，但是图纸往往不是最完美的，在制作的过程中会进行一些修改，在此我也把图纸转成图片档贴出来，供设计与参考之用。另外，为了体现原创，设计图打上了我的ID，可能对阅读有些影响，望坛友多多体谅。（一）思路1：设计思路之传动3轴雕刻机最基本的运行方式为三轴联动，所以传动部分的设计很关键。早期用T型丝杆，消回差。后来被精度更好的滚珠丝杆代替，建议使用滚珠丝杆，价格高但精度好。2：设计思路之机身机身要看行程和加工对象，因为主要针对轻雕,即雕刻非金属类，如双色板刻字、PCB、木材加工、雕刻等等，行程以X轴250mm、Y轴180mm、Z轴75mm为宜，大了就不是桌面型了，或者不叫迷你型了。经过这样的思考，我选用12mm6061的铝板来做机身。3：光轴与滑块光轴的直径依据1、2两项来考虑，通常情况轻雕条件下X、Y轴的直径选用16mm就足够了，当然20mm也不为过。Z轴为垂直方向运动少，可以相应小一些直径，这台机器Z轴我用12mm光轴，主要原因在于滑块小，Z轴连接板可以小一些，增加X轴有效行程。为此确定光轴后，滑块就好确定了。我这里X、Y轴用SCS16UU，Z轴用SCS12LUU（加长型）。4：轴承座在第一台铝雕中用FL000型，内径10mm，但是这台是迷你型的，为了减小体积，选用FL08型的，内径8mm。外观体积也小很多，对于“迷你”而言再适合不过了。5：手轮（步进拨轮）如果步进电机带拨轮，则此项设计可以省略。若没有拨轮，最好设计手轮。我选用直径45mm的旋钮代用，内径为6mm。丝杠在设计的时候要结合步进电机考虑进去。6：联轴器主要考虑与丝杆的直径配合，有锁紧施与顶紧式，都好用。步进端为6.35直径，丝杆端我用8mm直径。因为“迷你”，所以采用2520的联轴器，25是长度25mm，20是直径20mm。（二）绘图介绍思路以及选用材料的目的，就是为了更好的绘图设计打基础。滑块的孔位、直径。距离等最好按照图示的技术规格进行绘制，然后根据轴承座、联轴器、手轮来确定丝杆加工图样。最后由自己对机型的喜好进行设计。（三）出加工图加工图主体分为三部分：光轴、丝杠加工和机身加工。1：光轴我采用端头攻牙组立方式2：丝杠两端的加工视手轮、联轴器孔径、机身厚度而定。3：机身孔位众多，最好每个配件单独出图，即分件图。四、用料清单材料的使用因人而异，不一而同，从木头、PVC、铝、铁、钢、铸铁等等。之所以采用铝，强度适中，加工容易为其首选，机器不啃金属，用铝就足够了。清单部分在此列出来，是给像我一样的菜鸟们参考的的，所以我就整理了一下，做个系统的介绍，还望老鸟多多指教。（一）电控1：24v开光电源最好为3组24v直流。作用如下用于主板（三轴联动）供电，（2）用于24V风扇散热（3）用于主轴照明2：主轴电机电源200瓦220v/90v的隔离变压器，配直流整流和手动调压，控制主轴转速3：主板我采用英非赛的6560三轴驱动板。仅供参考。关于主板，这里简单地说明如下：XYZ能够实现三轴联动，全靠主板，严格来讲，这才真正是机器的最核心部分，影响着机器的运转。目前主板很多，有三合一、四合一、五合一的主板，也有接口板步进分开驱动的（其实也相当于合一）；业余条件用合一的驱动板就可以了，机器好，精度可以达到0.05mm以下，可以胜任一般情况下很多的DIY加工工作。4：电控箱外箱淘宝购买5：准备的其他材料如4芯电线、急停开关、航空接头、电源插座、保险丝座、开关按钮、组立螺丝等等。（二）电气1：主轴电机200瓦二手110v直流电机配ER11夹头，对非金属基本可以胜任，如果要求高的话，可以选用变频水冷主轴，当然费用也要大大增加。2：主轴电机固定座铝制，我是淘宝里买的，事实上可以自己DIY3：步进电机三洋57型2.4A（二手）步进电机有带出轴的，这种比较好，可以省略手动拨轮，而且可以缩短丝杆长度。不管怎样，Z轴的步进电机最好要用这种款式，因为Z轴方向位置小，手动拨轮不方便。4：联轴器2520的，比较秀气，基本无碍，一端6.35接步进电机，另一端8mm接丝杠5：轴承座，FL08型，内径8mm，这种规格较小，可以有效减少安装空间。（三）传动传动部分由光轴、丝杠和滑块三种材料组成1:X、Y用16mm的光轴。Z轴用12mm的光轴这是个很纠结的部分。这个重点就是考虑行程的设计，尤其是Z轴部分，相当费劲。Z轴连接板宽度要尽可能的小，这样才能增加有效行程。Z轴用12mm光轴的目的就是如此。2：滑块箱式单元SCS16UU和SCS12UU，其中SCS16UU要多买两个不带直线滚珠的，要切开用，套在丝杠的T螺母上，作为传动连接配件。3：丝杠为保证良好的精度，采用1605滚珠丝杠，无回差的困扰（事实上回差相当小，可以忽略）。在配SCS16UU时要注意丝杠T螺母中心距为20mm，而滑块为19mm，所以T螺母要用角磨机磨去1mm。或者与其固定的连接板铣一个凹槽避开。X/Y/Z每一组丝杆配两只光轴，四个滑块（有加长型的滑块可以用两个）（四）机身机身12mm6061铝板，台面20120铝合金型材，壁厚4mm，强度相当好，原考虑用1590的型材，因壁厚不足，所以未采用。机身的加工是DIY中最困难的地方，孔位众多，精度要求极高，是影响精度的关键地方。有幸同城有CNC加工中心，于是其委托帮忙加工。费时两周完成机身。费用最大的一笔，如果能自己完成，可以大大降低费用，可能也是令很多同好者望而却步的主因.1：X轴左、右侧板34027012mm各1片上支板37016012mm1片下支板37014012mm1片2：Y轴前、后立板3606012mm各1片侧连接板3304512mm2片3：Z轴中活动板22711012mm1片上连接板1106012mm1片下连接板1104612mm1片4：主轴固定板13811012mm1片5：台面20120铝型材360120203片6：标牌、拖链.等收尾的配件。（五）辅助工具1：刀具使用中两种刀具必不可少，由于此机主轴功率不大，所以刀具轴径为3.175mm，因此3.175mm的螺旋铣刀和3.175轴径200.2mm尖刀是不可少的，尖刀用于精雕、刻字，铣刀用于切割、加工外形。2：工具装、下刀具以及固定工作物之用（1）：活动扳手1支（2）：开口扳手2支1012mm1支，1417mm一支（3）：老虎钳1把（4）：压板至少4个以及螺栓若干。五、装配与调试M4、5、6螺丝若干，紧固用。诸如扳手、起子、角尺等等.过程有些复杂，此处略去.可以参考图片。六、注意问题1：丝杆T螺母与滑块的落差1mm，必须用角磨机磨掉，很费工。这个和淘宝卖家沟通修改，但因为没有一定的数量，无法修改，想仿制的坛友就要辛苦了2：组立时螺丝不可以上紧，传动部分固定时让滑块靠边再组立，这样可以减小误差。先固定光轴，再固定丝杆，要按顺序操作。3：如果是自己制作机身，工程量不是问题，精度才是问题，但是我还是很懒，所以才想到加工中心来做。省事。我认为传动部分的孔位（X/Y/Z光轴12个孔、丝杆6个孔，共18个孔不可掉以轻心）。而相对其他只是涉及组装的孔位，精度就可以宽放一些，还便于组立。一定要有主次之分，减小加工难度。4：三轴垂直机身加工的直角度需严格保证，组装时要依据角度尺随时验证。5:对刀块的选用原先淘宝里买的对刀块，结果发现使用并不方便，先要在加工物上确定中心点，把刀具降到约34mm，找准中心点，而后要升高刀具，再用对刀块自动对刀，费工。后来改用单面覆铜板挖一个直径40mm圆再焊一根导线即可，经济实惠又好用！七、机器使用机器使用分为两个部分：CAD/CAM生成刀路，MACH3控制机器加工。数控机床的使用通常配有完备CAD/CAM系统，CAD绘图，CAM生成加工刀路。工业化机床自带强大功能的控件，所以CAM生成的加工刀路输入机床就可以加工了，但是业余条件下的控件一般用MACH3来实现对机器的控制运行。MACH3现在有汉化版了，大海作坊可以免费下载。CAD/CAM软件则相当多，个人建议喜欢雕刻机的DIYer们使用北京精雕的国产软件JDPaint5.19带狗版，免狗版无法输出刀路。淘宝买一只狗大概70元左右。JDPaint5.19可以实现平面、浮雕、四轴的加工刀路生成，满足当前多数加工项目。这款软件的CAD部分与autocad几乎相同，操作界面也雷同，相信有CAD基础的朋友很容易上手，软件还自带有帮助教程，便于学习巩固。不过我自己目前只会平面、浮雕部分，希望雕友多多交流指教。如果会artcam或者Kcam或是其他能够生成刀路的软件也都可以。MACH3控件控制机器的步进电机、三轴限位。机械归零、急停、自动对刀等等。MACH3设置好后机器才能安全运转。关于mach3的设置和使用，可以参考大海作坊/thread-3433-1-1.html的详细说明。八、感想做机器难。用机器也难.学会CAD/CAM以后才能很好的使用机器工作电气接线图工作电气接线图四轴主板接线说明效果图（工作台移到最前面）效果图（工作台移到最后面）效果图（底部）雕刻机的三种运动方式移动台面式移动龙门式固定龙门式用料清单电控主轴电机调速模块主轴电机电源电控电控箱尺寸电