Funktioner
Allmänna funderingar
CNC maskinbygget är en hobby i sig själv, men det jag vill åstadkomma är en maskin som klarar många olika operationer så att en enda maskin duger till många olika hobbyaktiviteter.
Den erfarenhet som jag har fått från mitt första cnc-bygge är att även om jag har byggt en maskin som inte är tillräckligt stabil för annat än plast så är det ändå möjligt att fräsa i aluminium och verktygsstål om man har små krav på bearbetningshastighet.
Denna första maskin har enkla trapetsgängade ledskruvar med hemtillverkade muttrar av POM. Muttrarna är brotchade med hjälp av en bit av trapetsskruven som har svarvats konisk och givits tänder genom att den har slitsats med en vanlig bågfil. Med andra ord mycket primitivt men näst intill glappfritt utan vidare finesser. Olinjäriteten i skruvarna kan kompenseras i styrsystemet EMC2.
I denna maskin har jag även gjort försök med automatiserade verktygsbyten som jag har för avsikt att vidareutveckla till nästa maskin. Dels är det praktiskt att kunna använda samma verktyg, dels är det högsta prioritet att man ska kunna använda billiga verktyg. I denna maskin har jag tex fräst verktyg för gängfräsning.
En fjäderbelastad spännhylsa greppar ett 8mm cylindriskt verktygsfäste. En medbringare fixerar verktyget i höjdled och även mot vridning. Spännhylsan öppnas med tryckluft. Spindeln drivs av en modellflygmotor som lätt kan styras till olika varvtal och som ger ett mycket bra moment till en mycket låg kostnad. Det är försås en mångpolig borstlös motor som kan gå i många timmar utan att man behöver fundera på slitage.
Spindeln är nog en av de svåraste delarna som man kan ge sig på, men det fungerar förstås utmärkt även med en liten hobbyborrmaskin vilket jag har prövat för att borra och fräsa kretskort. Dessvärre måste jag dock konstatera att även om det är svårt att själv bygga koncentriska spindlar med verktygsfästen utan kast så är enkla hobbymaskiner inte heller någon bra lösning, men man kan ha mycket kul även med halvbra precision.
Min första maskin är i princip en 5-axlig maskin men jag har aldrig fullt ut implementerat mer än fyra axlar. Den fjärde axeln är en roterande A-axel som även duger för svarvning av plast. B-axeln utgörs av en "vickbar gantry" vars motorstyrning inte är implementerad. Jag har här dragit slutsatsen att denna lösning inte är så bra därför att vickningen inkluderar Z-axeln vilket innebär att små vinkelfel kraftigt påverkar verktygsspetsens läge då Z är positionerad långt från B-axeln.
Då jag har vant mig vid linjärstyrningarna så inser jag att denna del av maskinen utgör den lätta delen. Det är med andra ord viktigt att vridaxlarna placeras så nära verktygsspetsen som möjligt.
För att åstadkomma detta tänker jag mig att hela "överliggaren" manövreras i Z med dubbla skruvar, och att överliggaren enbart hanterar vridaxlarna för bästa stabilitet och noggrannhet. Denna lösning ger bättre modularitet så att jag kan exprimentera med de olika delarna oberoende av varandra. Denna lösning kan även underlätta för montering av alternativa spindlar då det är svårt att täcka alla varvtal med endast en spindel.
XY rörelserna blir då hanterade som i ett konventionellt XY-bord, vilket begränsar maskinens arbetsområde i förhållande till det erforderliga arbetsutrymmet. Här har jag tänkt begränsa X-rörelsen till ca 650 mm. Min första maskin med fast bord klarar X rörelser på drygt 1200 mm utan att vara särskillt utrymmeskrävande. En bra hobbymaskin får ju inte vara alltför stor även om den ska klara allt.
Min första maskin är byggd på ett stativ av stålrör i full bordshöjd men här hade jag tänkt att låta maskinens Z-moduler dvs gavlarna, sträcka sig en liten bit nedaför Y-modulen som binder ihop gavlarna. Dessutom monterar jag en tvärbalk med ett par maskinskor under vardera Z-modul. Med dessa enkla åtgärder så blir maskinen stabil med X-modulerna i ändlägena. Maskinbordets höjd över golvet blir då 450 mm vilket räcker för att undvara andra stativkonstruktioner.
Jag har nu kommit fram till realiseringen av vridlederna. Det finns nu inte en mer eller mindre självklar lösning som är baserad på inköpta komponenter. Jag har realiserat både B-leden och A-leden samtidigt som jag har rätt så dimmiga föreställningar om hur drivningarna ska konstrueras. 5 axlar ger en flexibel maskin till sin användning men är även motsvarande svår att realisera då flexibiliteten ska underordnas maskinens kontrollfunktioner och inte utelämnas till glapp och bristande styvhet.
Jag har börjat med A-leden som kan drivas med ett litet kugghjul mot en stor kuggsektor för plus minus 60 grader. Kopplingen mellan motor och det lilla drivhjulet kräver lite ytterligare funderingar då motorn måste placeras där den inte är i vägen. Dessvärre har jag inte kunnat realisera annat än rak kugg vilket kan resultera i att vridrörelsen kommer att gittra något vilket kan vara svårt att kompensera med styrsystemet.
Det blir nog svårare att realisera drivningen till B-leden så jag avvaktar erfarenheterna från A-leden. Jag har varit noga med modulariseringen så att lösningarna för de olika lederna inte interagerar med varandra genom krånglig mekanik. Det är bara enkla skruvförband mellan de olika modulerna. Jag tror att B-leden kan behöva en stor konisk kuggsektor med vriden kugg. Den kan bli svår att tillverka. En tillfällig lösning kan kanske bytas ut då den nya maskinen är klar nog för att bistå med att förbättra sig själv.