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本帖最后由 1971sam 于 2011-12-20 09:18 编辑
【参赛】DIY微型CNC，取名“得力微刻”，DIY爱好者的好帮手
为更好说明过程，本帖有点长，同好者请耐心阅读，谢谢！
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！
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......
本人来自福建省漳州市，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Φ6mm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260×190×75mm。增加限位后实际为255×185×70mm。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360×360mm。
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。
绘图
（二）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（具体的清单附后），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
（1）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DIY
3：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 340×270×12mm 各1片
上支板 370×160×12mm 1片
下支板 370×140×12mm 1片
2：Y轴 前、后立板 360×60×12mm 各1片
侧连接板 330×45×12mm 2片
3：Z轴 中活动板 227×110×12mm 1片
上连接板 110×60×12mm 1片
下连接板 110×46×12mm 1片
4：主轴 固定板 138×110×12mm 1片
5：台面 20120铝型材 360×120×20 3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20°0.2mm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 10－12mm1支，14－17mm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：材料成本
材料几乎全部是淘宝里买的。（见清单内淘宝参考价约3800元），自己所花的组立工时未计。从设计到成品又历时4个多月.....
七：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3－4mm，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35mm圆再焊一根导线即可，经济实惠又好用！
八: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http://www.xyzdiy.com/thread-3433-1-1.html的详细说明。
九：感想
做机器难。用机器也难.......
我差不多在1996年的时候就接触到数控机床，那时在广东一家工厂打工，厂里有一台德国进口的木工数控铣床，只能走2.5D，那时候几乎没有完善的CAD/CAM系统（或许不是没有，可能我没有接触到），加工程序需要手工编程录入，那时候最牛B的AUTOCAD是R12版的，学习得花千把元，那时的千元几乎是叫兽的2倍......由于工作的需要，后来慢慢接触到CAD/CAM，慢慢地对机器有些了解，但一直没有实际操作......
有一个问题一直困扰我，那就是如何实现三轴联动？其实这才是机床的“核心”，虽然现在已经有廉价三合一、四合一、五合一接口板，但其中核心部分仍然是IC，日鬼的IC.......
做机器只要精度OK就行了，要求不太高的地方，0.05～0.1mm就可以。至于使用部分，首先得强化CAD/CAM软件学习，毕竟机器做好了，mach3设置好了。机器就可以用了，可是忽然间发现机器如何使用？？？因为设置好参数以后就无需再设置，而加工物却在不断的变化。所以学会CAD/CAM以后才能很好的使用机器，如果有喜欢雕刻机的朋友想拥有一台微雕，首先得先问问自己：会不会CAD/CAM，不会的话，机器就成了摆设。我曾经去过一个木门厂，里面有一台意大利比雅斯的五轴加工中心，可以装18支刀，因为昂贵的操作薪资而请不起工人，机器没有产能，就是废铁.......
十：展望
平时手笨，D个东西，外观不好，心里不爽，有了“得力”的帮助，今后可以D出更好的作品。心目中的电子管超外差收音机、以及漂亮木制机箱、面板，相信在不久的未来就会实现的......
我也是只菜鸟，有喜欢微雕的坛友可以坛内短信互相学习交流，谢谢！ |
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发表于 2011-12-19 11:05:05
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