Рассказать друзьям
Техника 20 декабря 2012

Сверлильный станок оригинальной конструкции с ЧПУ (статья 2)

Оптимизация работы сверлильного станка с ЧПУ с помощью применения электродвигателей постоянного тока.

Цель работы: упрощение конструкции сверлильного станка с целью возможности его сборки в условиях учебной или любительской лаборатории.

При изготовлении печатных плат в условиях любительской или учебной лаборатории имеется проблема быстрого сверления отверстии под ножки деталей, по рисунку предварительно спроектированной монтажной схемы. Проблема заключается в большой частоте и малом диаметре отверстий (допустим под микросхему), что делает неудобным и опасным (имеется вероятность скола сверла) проводить процесс сверления вручную.

В процессе работы, используя теоретический метод исследования, были рассмотрены  устройства, предлагаемые другими авторами для решения данной проблемы.  Такими устройствами являются всевозможные станки с числовым программным управлением, которые высверливают отверстия на заготовке по предварительно внесенному в программу управления рисунку. После изучения основных отличительные особенностей данных устройств, были выявлены  их плюсы и минусы. Данные станки работают под управлением различных программ и имеют довольно-таки разное строение, но все же имеется одна черта, которая объединяет все предлагаемые конструкции.  Этой чертой является использование в станках шаговых двигателей. Это понижает плавность работы станка, так как шаговые двигатели работают рывками. Так же применение шаговых двигателей увеличивает  стоимость станка, так как стоимость мощных шаговых двигателей начинается от 1500 рублей, а применять их нужно три штуки, либо, при условии применения двигателей меньшей мощности ставить их по два на каждую ось перемещения.  Конструкция станка, сделанного по такому принципу в объединении «Радиотехник», показана на рисунке:

Используя экспериментальный метод исследования, был собран малогабаритный сверлильный станок с ЧПУ  с применением электродвигателей постоянного тока. Двигатели были применены те, которые имелись в нашей лаборатории, мощностью, чуть больше расчетной. Это позволило увеличить возможности станка по обработке заготовок, так как при применении таких двигателей появилась возможность установить на станок более мощный двигатель рабочего инструмента  – мини-дрель. На рисунке показан внешний вид этого станка:

Станок использовался в лаборатории объединения «Радиотехник» для изготовления печатных плат для выполнения плановых практических работ, таких как: усилитель постоянного тока, генератор звуковой частоты, мультивибратор и другие.


Автор: Арсеньев Дмитрий, 9 класс (СОШ №24 города Костромы)
Руководитель: Шестаков Александр Александрович, педагог дополнительного образования ЦДТ «Содружество», педагог-новатор Российской научно-социальной программы «Шаг в будущее»

Центр детского творчества города Костромы «Содружество»
Объединение «Радиотехник»

Комментарии ( 8 )
  • Administrator 21 декабря 2012, 07:01
    Арсеньев Дмитрий,   была ли рассмотрена возможность использования редукторов? Как раз решаете обе проблемы: можно использовать двигатель меньшей мощности + повышается плавность перемещения.
  • Арсеньев Дмитрий 22 декабря 2012, 02:19
    Administrator,   нас не устраивала мощность имеющихся у нас в наличие шаговых двигателей, собственно поэтому и встал вопрос о переходе на электродвигатели постоянного тока. Применение редукторов с шаговыми двигателями ничего не даст, так как для их движения задается количество шагов, то есть плавность от редуктора явно не прибавится, а в некоторых случаях он может вообще не сдвинуться с места (при малом количестве шагов). К тому же финансовый вопрос: редукторов у нас в наличии нет, значит их надо покупать - проще купить сразу более мощные двигатели. Примененные электродвигатели постоянного тока (мы выбрали из тех, что были в лаборатории кружка)нас устроили по своим характеристикам сами, так что применение редукторов с ними так же не рассматривалось.
  • Administrator 23 декабря 2012, 12:17
    Арсеньев Дмитрий,  

    "плавность от редуктора явно не прибавится"

    По моему, в данном утверждении вы ошибаетесь. Возьмите любой механизм с шестеренками, например, от старого будильника. Будете крутить маленькую шестеренку - большая будет поворачиваться очень плавно. Плавность увеличивается как передаточное число.

    Кроме того, как я уже говорил, необходимое усилие, наоборот, уменьшается как передаточное число. Т.е. к маленькой шестеренке нужно прикладывать совсем маленькое усилие, чтобы вращать большую, даже под нагрузкой. Собственно, это простейшая механика, которую вы, вообще-то говоря, уже должны понимать: при одинаковой работе увеличиваем силу за счет уменьшения перемещения.

    В принципе, я согласен, что отсутствие редуторов - это существенный фактор. Тогда возникает другой вопрос: как вы контролируете точность перемещения сверла? Суть шагового двигателя в том и состоит: сколько импульсов подали - на столько градусов и повернулся. С двигателем постоянного тока такой однозначности нет. Как решается этот нюанс?
  • Арсеньев Дмитрий 24 декабря 2012, 13:48
    Administrator,   я говорил про плавность редуктора в применении с ШАГОВЫМИ двигателями,так как они сами по себе двигаются рывками.Применение редукторов с обычными двигателями естественно добавит и мощности и плавности (в данном случае нас остановило только их отсутствие).Управление двигателями постоянного тока идет по принципу того, что сначала измеряется расстояние, на которое перемещается каретка если включить двигатель на 1 секунду. Затем эти данные вносятся в окно настроек программного управления станком. И соответственно программа выдает нужные потенциалы на схему управления двигателями: если надо переместить каретку по оси на некоторое количество миллиметров, то двигатель будет включен на некоторое количество милисекунд (на какое, зависит от проведенных ранее измерений и внесенных в программу настроек).
  • Сергей 24 декабря 2012, 19:37
    Арсеньев Дмитрий,   классная сделана работа! только вот так же как и выше возникает вопрос в уместности использования двигателей постоянного тока, аргумент стоимости, конечно, железный, но вот не пострадает ли идея? например, если установить плату довольно большого размера, сделать большое количество отверстий, не делая калибровки в процессе ее рассверливания, какова будет погрешность? Допустим, если взять например плату 10х10см и сделать в ней отверстия с шагом 1см (9х9 итого 81 отверстие), на сколько "уйдет" последний ряд отверстий относительно первого?
  • Арсеньев Дмитрий 24 декабря 2012, 22:32
    Сергей,   сначала вопрос: а что с применением шаговых двигателей погрешность отсутствует?. Количество отверстий на заготовке не влияет на погрешность - влияет размер заготовки. Вообще это больше вопрос программный, чем конструкционный. А о программах расскажет их автор в 4,5 и 6 статьях данного цикла.
    Но вообще на ДАННОЙ сборке станка погрешность 0,02 мм на 1 см перемещения. Но ведь мы предлагаем вариант конструкции и программное обеспечение для работы с ней, но конструкцию собрать можно более точно, чем это сделали мы и погрешность вообще "уйдет".
  • Сергей 25 декабря 2012, 03:18
    Арсеньев Дмитрий,   я имел в виду, что от количества отверстий зависит путь движения сверла, соответственно и погрешность (в моем примере, допустим вы пойдете змейкой, у вас будет по одной из осей 9 перемещений на расстояние между крайними отверстиями, т.е. 9х9=81см, по другой оси 9см - она не критична). Расскажите как замерили или рассчитали погрешность?
    На счет вашего вопроса, шаговые двигатели могут дать вам гораздо более точный угол поворота при правильном управлении, но если передаточное число у вас большое, то в конечном итоге погрешность несколько градусов на валу эд даст малую погрешность для линейного перемещения сверла, поэтому да, нет смысла их использовать, как хорошо вы мне вопросом на вопрос ответилиsmile
  • Арсеньев Дмитрий 26 декабря 2012, 00:27
    Сергей,   змейкой сверло не пойдет. Сначала высверливаются все отверстия по одной вертикальной линии (хоть их на ней одно, хоть 20)и только затем переходит на следующую вертикальную линию. Линии могут находиться друг от друга на расстоянии 1 мм - это особенность разработанного программного обеспечения. Погрешность определена опытным путем: рассверлено место под микросхему на 14 ножек и замерено расстояние "ухода" отверстий от заданных координат. Причем некоторые точки высверлены точно, некоторые с уходом в ту или иную сторону. Уход не критичный - микросхема вставилась. А для нас это главное, так как станок делался для практического применения. Чтобы замерить погрешность вместо микросхемы в отверстия были впаяны штырьки и микрометром измерено расстояние между ними, естественно с учетом толщины самих штырьков.
Ваш комментарий
 
Кому:
Ваше имя:
Ваш e-mail:
Комментарий:
 
  гостевые комментарии проверяются модератором