Category: производство

mult

CNC - Регулятор оборотов шпинделя/мотора

Понадобился тут (для нового станка) регулятор оборотов, т.к. на максимальных оборотах невозможно обрабатывать мягкие материалы (оргстекло, например, плавится). Плюс, из-за особености корпуса станка есть резонансные частоты, которые ухудшают обработку из-за дополнительной вибрации (т.е. режимы надо подбирать). Решил поискать готовый модуль для этого в интернет-магазине eBay. Требования для поиска были простые: ручка регулировки оборотов, небольшие габариты и характеристика мотора:
motor
12000RPM - 48V - 400W

Выбор оказался непростым. Большинство не подходило по номинальному напряжению в 48V (всё было меньше) и габаритам. Так же старался смотреть на фотографии плат, что на них установлено, ибо зная китайцев, не посмотрев можно оказаться по технологиям в "прошлом веке" (т.е. искал PWM/ШИМ).
В итоге нашел всего пару моделей - их и заказал:

MC01 MC02
Модель 1 Модель 2

Где-то через две недели пришла модель №1. Регулятор по началу мне очень понравился, начал с ним работать. Заметил одну особеность, на максимальных оборотах мотора, регулятор начинал греться. Значения этому не придал, т.к. внешне он был сделан очень добротно (толстые радиаторы внутри). Пока работал на маленьких оборотах - всё было замечательно, но понадобилось работать на максимальных, при длительном режиме. И тут он нагрелся, запах и сгорел! Хорошо я был рядом и успел остановить процесс обработки.
Попытка отремонировать модуль ни к чему не привела (детально рассматривать попытку ремонта не буду - не суть), но было открыто, что схема расчитана максимум на 40V (а не как обещал продавец 48). Не удивительно, что всё так закончилось. Пока возился с первым модулем - пришел второй.
С модулем №2 вышло ещё лучше: продавец мне прислал вовсе другую модель, да ещё все надписи были на китайском! :D После долгой переписки с ним выяснялось, что он по ошибке прислал не то, второй модуль был расчитан на напряжение до 32V. Т.е. он мне не подходит вообще. Вот как выглядят эти "чуда":

2014_10_18_10_36_44_HDR 2
Модель 1 Модель 2

Делать нечего, решил ещё поискать в интернете регуляторы оборотов (станок же должен работать в полную мощность). Выбора - ноль! То большие, то не подходят по электрическим характеристикам... Зная как китаец на всём экономит (да ещё и привирает регулярно), я решил "если всё не нравится - сделай это сам!". Ведь делать для себя любимого модуль оборотов халтурно не будешь. Решил использовать современные комплектующие (благо сейчас к ним есть доступ), плюс сразу появилось множество "хотелок".
Так появилось на свет моё чудо:

2014_11_01_21_17_17_HDR 1 2014_11_01_21_16_29_HDR 1

В сравнении с китайскими разработками выглядит это так:

2014_11_01_21_09_39_HDR 1

Габариты прототипа получились значительно больше, чем можно было бы сделать. Не хотелось мельчить при монтаже. Изначальная схема получилась небольших размеров (мало места занимала на макетке) и общий вес модуля был небольшим.

2014_11_01_21_01_21_HDR 1

Характеристики модуля:

Напряжения питания: 6-60В
Ток до: 5A
ШИМ: 15.6 КГц

А как же всего 5А для мотора в 400 Ватт (скажете Вы)?
Да никак.
По моим наблюдениям за разными режимами работы (обработка разного материала/фрезами), получилось, что ток больше 1 - 1.5А мотор не потребляет. Т.е. того, что есть - достаточно.

130593441960095422

Из других достоинств и хотелок появилось:

- плавный старт мотора (нет больших пусковых токов);
- защита от перегрева;
- защита по току;
- модуль практически не греется (чуть теплый);
- можно настраивать как работать модулю при включении (сразу запускать мотор или только по кнопке);
- расчет скорости оборотов мотора относительно входного напряжения;
- настройка характеристик мотора: напряжение и обороты в минуту (для расчета скорости);
- запоминание разных установок скорости, профили (можно быстро переключать обработку скажем: оргстекла или PCB);
- OLED - экран. ;)

Приблизительно как это всё работает:



Вот такой обкатываю функционал, пока устраивает, по мере необходимости буду улучшать.
mult

Roland iModela IM-01 - мод мотора

Продолжаю тему iModela, замучился я пилить оргстекло на штатном моторе. Очень долго и нужно ещё мониторить глазами процесс работы (чтобы не заклинило фрезу). Решил апгрейднуть мотор. В инете познакомился с одним англичанином, который имеет в этом большой опыт.
Он мне помог с чертежем крепежа мотора и размером шестерни. При помощи друга и своих рук (напильником), удалось довести механику до конца.
Единственная проблема была с шестернёй. Оказывается у нас в стране с этим очень туго дела обстоят, если только этот профиль не является вашим профессиональным. В общем, делать нечего - начал заказывать на просторах инета разные шестерни и по мере их прихода (в реал) - устанавливал/пробовал. Очень много не подходило сразу (на картинке не понять, что из себя представляет товар, а хар-ки не всегда и все пишут). В итоге одна из "миллионнов" шестерней наконец подошла (не идеально как хотелось, но всё же):


Через время идея использования серво-тестера меня не вдохновила, т.к. контроль мотора был ручным. Сам заранее включаешь перед использованием, сам выключаешь. Станок управлять мотором не мог. Решил исправить этот недостаток:


Т.к. штатный функционал станка поддерживает только два режима работы мотора (вкл/выкл) и слежение за нагрузкой (она же защита, на слабом моторе, обратная связь), то вместо серво-тестера решил использовать микроконтроллер "ATtiny45", который переводит в рабочий режим ESC-контроллер, следит за управляющим сигналом со старого мотора, и, в зависимости от этого, дает команду на запуск или остановку безколлекторного мотора.
Система получилась весьма гибкая, при желании можно добавить регулировку оборотов (правда я пока не понял, нужно это делать или нет).


mult

Roland iModela IM-01 - как есть

2014_02_12_16_19_28_HDRНа просторах инета есть такая игрушка как "iModela IM-01". Вещь не дорогая (в этой области), заманчивая. Характеристики весьма интересные (не то, что китайские поделки). Имеет автоматическую систему контроля скорости/нагрузки на шпиндель и защиты фрезы. Вообще, производитель эту "игрушку" позиционирует как учебное пособие/конструктор для детей (в этом кроется некая тайна, о которой напишу далее). Модель настолько привлекательная, что некоторые умельцы пытаются делать клоны, используя блоки станка. В пытливых руках станок можно использовать для:

- вырезания отверстий под индикаторы, разъёмы и кнопки в пластиковых корпусах (небольших размеров);
- вытачивания произвольной формы корпуса (изготовление);
- украшений и игрушек;
- фрезерования плат (вместо травки);
- гравирования;
- моделинга.

Это я перечислил для чего купил сей девайс. Вот из инета примеры работ:



Обрабатывать может: пластик, дерево, воск, пену (всё, что не жесткое). С виду выглядит просто сказочно, поле для фантазии очень большое - так я думал по началу.
Плюсы у данной модели бесспорно имеются: малые габариты, подключение по USB и простота эксплуатации.
Но когда я начал использовать данное чудо, оказалось далеко не всё так просто. Первое с чем пришлось столкнуться - это то, что в комплекте для проб идет всего лишь тонкое (1-2 мм) оргстекло (акрил), т.е. нет никакого материала для обработки, чтобы можно было вкусить все прелести станка. Был ещё один кусок мягкого пластика, который нужен для подкладывания между станиной/столом и заготовкой (вещь весьма неочевидная, по неопытности пытался его начать обрабатывать, а когда посмотрел на промежуточный результат, понял, что не нужно было этого делать). В общем этот материал нужен для обучения, чтобы не повредить сам стол, когда делаем сверление или вырезание. В итоге первый опыт работы с материалом быстро закончился, сумел сделать маленький брелочек:

2014_02_12_22_35_46_HDR 2014_02_12_22_41_40_HDR

Дальше нужно было искать материал для обработки на просторах инета. Оказалось найти его весьма не просто и стоит он не дешево. Так же есть проблема "полуфабрикат", т.е. покупаешь большой кусок и нужно его отрезать под нужные габариты станка. В общем тема материалов очень большая, рассматривать здесь её не буду, скажу только то, что взял, что было под рукой из имеющегося - поликарбонат.

Дальше возникла проблема при обработке поликарбоната: материал жестче чем оргстекло (и, кстати, оргстекло бывает разного уровня жесткости), а как я упоминал ранее, станок не рассчитан на жесткие материалы. Проблема заключается в смазке, идущей в комплекте, и незащищенности винтов Х-координаты (горизонтальной), которые двигают фрезу. Закончилось всё тем, что её просто заклинило.
Долго не мог понять в чем проблема, оказалось, что на таких нагрузках обработки, стружка поликарбоната попадает на винты Х-координаты и от трения получается слипание частиц (образуется темная, густая масса). Чтобы решить эту проблему, нужно менять смазку и защищать конструкцию (или просто не обрабатывать жесткие материалы).
Дополнительно возникла проблема с мотором фрезы, который от долгой работы, да ещё под большими нагрузками очень сильно разогревается. Из-за этого он теряет мощность, ресурс и иногда электрический контакт (т.к. он скользящий). Также возникают проблемы с проскальзыванием шестеренок фрезы (1-2 редких щелчка). Можно попытаться уменьшить скорость обработки в программе (подачи заготовки), но в фирменном (из коробки) софте есть некие ограничения на минимальную скорость, и очень медленно обрабатывать не хочется, т.к. ресурс у мотора всего лишь 50 часов (на щетки) + как не крути, а станок работает не тихо, если обрабатывать что-то очень долго (чтобы было понятно, речь идет о сутках).
Чтобы увеличить ресурс использование мотора, можно попробовать использовать более крупные фрезы и пытаться его охлаждать, но и тут замкнутый круг получается. Чем больше радиус фрезы - тем больше мощности нужно на обработку, а для большей мощности у нас слабый мотор...
Раз станок является учебным пособием, то на него у производителя есть много видео материала, показывающего "на пальцах" как и что менять (блоками) и нет никакой технической информации на детали оборудования. Если что-то случается, то его полностью относишь/отправляешь на ремонт.
В общем все упирается в доработку/моды станка: замена мотора/механизма фрезы, защита винтов подачи фрезы, охлаждение мотора, постройка звукопоглощающей камеры. На англо-форумах уже обсуждались эти темы, если хотим делать что-то серьёзное на этой игрушке, то нужно его дорабатывать или просто искать очень мягкие материалы (оргстекло средней жесткости, модельный пластик).

Ещё есть (как говорил ранее) некоторые проблемы с фирменным ПО, если заниматься моделингом, то нужно разбираться с некорректной отработкой "MODELA Player 4" в двухсторонней обработке детали/заготовки.
Это расположение детали на первой стороне:



А это на второй:



Как видим, на первой стороне происходит смещение детали/отступа (выходит за пределы), в то время, как на второй стороне - нет проблем.
В итоге эта модель...



...выглядит со смещением где-то на 1 мм двух половинок детали.
Это на будущее можно учесть или доработать напильником, но почему и откуда эта проблема возникла - непонятно.


2014_04_29_21_45_15_HDR
(материал: пена)


Всё программное обеспечение не оптимизировано для детей или работает по длинному алгоритму. Например после создания проекта и при попытке его вывести на станок, может получится так, что вначале деталь вырежется, а только потом будет гравироваться, что с точки зрения надежности крепления детали - неправильно. Приходится процесс контролировать чуть ли не пошагово, пропуская его через симулятор.
При 3D-моделинге, "MODELA Player 4" работает очень долго, опытные люди проводили эксперимент, где вместо 8 часов, деталь изготавливалась 18 мин.

Ещё не хватает регулировки скорости вращения фрезы, но к этой модели фрезерного станка применить такую опцию штатно при таком маломощном моторе не получится. Нужно модифицировать (в интеренете есть реализации).

На сегодняшний день закрадывается в голову мысль "если бы знал я все эти трудности - купил бы я его?" - думаю лучше подкоптить денег и купить профессиональный станок, который стоит в 2.5 раза дороже (например: MDX-15), т.к. мне конструктор не нужен - нужен инструмент.

В дальнейшем буду стараться отписывать об успешных решениях ряда проблем (когда время будет).

(продолжение)