Промышленный пенорез 2.

Наконец-то удалось посмотреть промышленный пенорез СРП32 в работе. В общем понравилось, хотя есть некоторые вопросы. Самое главное впечатление - надо строить большие станки. Когда машина разрезала блок пенопласта размерами 2х1х1 метр, стало грустно от возможностей собственного станка.

Внешний вид управляющей программы

Встроенное программное обеспечение понимает только plt файлы и ничего больше. В остальном программа реализована нормально. Можно регулировать скорости, накал струны. Также непосредственно в программе можно задать углы поворота для деталей вращения и коэффициент масштаба. Есть возможность использования клавиатуры для управления перемещениями и включения накала струны. В процессе работы программа отображает пройденный путь. В комплекте также находится много файлов примеров, порой весьма интересных.
К сожалению не было с собой фотоаппарата, поэтому снимков готовых изделий пока нет.

Foam cutting machine

Foam cutting machine, а если по русски пенорезка готова. Длительная работа над проектом практически закончена. Осталось только припаять и уложить нормальные провода и сделать крепление струны. Но так как терпения больше нет, был произведен тестовый запуск в рабочем режиме. Все оказалось работоспособным. На удивление легко двигаются оси. Мощности шаговиков похоже хватает. Единственная возникшая проблема - нагрев двигателей в режиме удержания. Особо страшного ничего нет, но требуется следить за включением станка в Mach3.

Пенорезка в сборе

Для пробной работы была установлена струна, с помощью простейших креплений. В качестве натяжителя использована пружина. Ток подан от трансформатора с помощью скруток. Не самое лучшее решение, но для первого раза достаточно и этого. Сразу же выявилась еще одна проблема. а именно необходимость регулирования тока. Так как струна была очень короткой, то прямое подключение привело к моментальному ее разогреву до ярко красного состояния. И это при напряжении 8 вольт. Для пробы накал был подобран удлинением струны, но в дальнейшем будет необходим регулятор тока.
Пробный запуск прошел неплохо. Детали вырезаны, получилось примерно то, что и ожидалось. Наблюдается отклонение в размерах, но необходимо точно подбирать накал струны. В общем остались мелкие доработки и электрика.
Можно подвести промежуточные итоги по затратам. Если не считать потраченного времени, которое обернулось удовольствием от работы и удовлетворением от результатов, то понадобилось следующее:

• лист фанеры 6 мм, размерами 300х1200 и стоимостью 30 рублей. Вообще-то их было два, но они также использовались для выпиливания всяческих снежинок, машинок и другой мелочевки.
• подшипники внутренним диаметром 8 мм - 8 шт по цене 50 рублей. На самом деле куплена только половина. остальные извлечены из запасов.
• шпилька М8 - 50 рублей. Использована для изготовления ходовых винтов.
• гайки М8 - 16 шт. Использованы в качестве ходовых и для крепления винта. 
• направляющие от киповских приборов - 6 шт. Бесплатно извлечены на основной работе.
• винты и гайки М3 и М4 для крепления отдельных элементов.
• китайский контроллер ЧПУ HY-DB4DV. Куплен на аукционе за 2000 рублей.
• блок питания MeanWell S-100-15 - 900 рублей. Мощность в 100Вт явно избыточна, но других моделей не было в наличии.
• шаговые двигатели из старых принтеров и дисководов - 4 шт.
• мелочевка вроде клея, проводов, мелких пружинок и других вспомогательных элементов.

Итого по деньгам 3180 рублей. Не много, но и не мало. В будущем потребуется еще 1500 рублей на покупку программы FoamWorks4, и на этом возможно все. Сейчас дело за освоением   резки пенопласта и выполнением первых серьезных проектов.

Промышленный ЧПУ-пенорез.

Довелось посмотреть конструкцию промышленного ЧПУ-пенореза, выпущенного одной из российских фирм. Эту конструкцию видел на фотографиях, но в живую она очень сильно удивила некоторыми решениями и применяемыми материалами.

Схема станка относится к двухкоординатным портальным системам с поворотным столом. Основу конструкции составляет алюминиевый профиль, похоже предназначенный для торгового оборудования. Портал ездит также по алюминиевым направляющим. При этом он никак не закреплен сверху и может быть свободно снят. Сам портал хлипковат и ощутимо болтается, если на него надавить. Над осью Y создатели не заморачивались вообще и просто вставили  второпластовый вкладыш в один из пазов профиля. На каждую ось установлен свой двигатель, воздействующий на подвижные части через тросовые передачи. Поворотная ось выполнена более солидно и представляет собой две шестеренки. Маленькая на валу двигателя, большая - стол. В столе не предусмотрено никаких крепежных отверстий, и как ставить заготовку непонятно. Также диаметр площадки не соответствует размерам станка, которые подразумевают большой размер используемой заготовки.

Поворотный стол

 В общем впечатления двойственные. С одной стороны промышленная конструкция, наверное доведенная до ума, с другой стороны не самые идеальные решения. Цена станка, перевалившая за 170 тысяч тоже не самая лучшая. Возможна она обусловлена используемым программным обеспечением, но по моему явно завышена. К сожалению в работе станок не наблюдался, и что-то сказать по программе и электронике сложно. Возможно, что первое впечатление будет сглажено работой пенореза.

Каретка по Y

Каретка по оси X

Программное обеспечение для пенорезки.

После первого запуска микропенорезки встал вопрос - какое использовать программное обеспечение. Мой Mach3 неплохо справился с управлением осями, но вся сложность заключается в необходимости подготовки управляющих программ. От стандартных они отличаются дублированием информации, для синхронного перемещения кареток. К сожалению освоенные CAD/CAM программы не дают возможности такое осуществить, а написать самому постпроцессор пока не под силу. В принципе можно обойтись дублированием двух координат X,Y на Z,A в уже готовом файле, но как-то это не совсем хорошо.
В процессе поиска было рассмотрено несколько программ, найденных по фразе Foam Cutter Soft. Большинство из них оказались не совместимы с контроллером, который требует наличия сигналов разрешения. По этому признаку был отметен JediCut. Хотя его можно использовать, если принудительно выставить сигналы разрешения в 1. По железу отказался и от FoamWorks3. Для нее вообще требуется наличие дополнительного электронного блока, хотя программа по отзывам хорошая.

Решение было найдено неожиданно в виде программы FoamWorks 4.  По своей функциональности это уже не ПО для непосредственного управления железом, а специализированный генератор G-кода. FoamWorks4 позволяет создавать УП для 4-х осевых станков, т.е. готовая деталь может иметь не просто один профиль по всей длине, а разные сечения на концах. Связано это с тем, что FoamWorks очень любим авиамоделистами для изготовления крыльев. Исходными данными для программы являются два dxf-файла с сечениями на концах деталей. При этом имеется встроенный калькулятор, позволяющий задать масштаб перемещения по осям, для получения нужного профиля на заготовках разной толщины. Также программ имеет встроенный симулятор обработки. Результат работы выдается в виде файла с расширением tap. Готовый код адаптирован под Mach3. Из недостатков следует отметь бедный интерфейс с не самым удобным расположением отдельных элементов.
FoamWorks при беглом изучении создает впечатление, что в нем есть все необходимое для работы 4-х осевой пенорезки. Большой плюс, что не надо использовать другую программу управления и перепаивать контроллер CNC. Программа платная, стоит 50$. В принципе сумма не большая, поэтому после тестового периода в 30 дней, ее можно легко приобрести, благо оплата есть через PayPal. 

Пенорезка. Тестовый запуск.

Свершилось. В первый раз запустил пенорезку. Все ездит, пусть пока и не очень хорошо. Мощности двигателей похоже хватает, оси не заедают. Есть небольшой люфт в каретках, связанный с использованием готовых изделий от приборов. Тем не менее думается, что для данного станка это не страшно.  Струну на первый раз не поставил, так как пока ничего не настроено, да и одна из башен не проклеена. Зато ее красиво колбасит при работе во всех плоскостях. Для окончательной сборки необходимо поставить крышки подшипников и склеить детали башни, поставить нормальные муфты, ну и навести небольшой марафет - уложить кабели, поставить разъемы и т.п.  Пока не решил насчет конечников, возможно применять их не буду. Из проблем обнаружилась только одна - верхние двигатели греются, при этом контроллер настроен на минимальный ток. Пока как решить не знаю, буду думать.

Пенорезка в половинной готовности.

Китайский контроллер на 4 оси HY-DB4DV.

Наконец-то свершилось. Приехал китайский 4-х осевой контроллер HY-DB4DV, который планируется использовать для управления пенорезкой. Учитывая большое время ожидания, окончательная сборка механической части постоянно откладывалась на потом. В итоге сейчас есть все, что необходимо, но при этом ничего не собранно. Немного грустно от собственной лени.

Вернусь к контроллеру. После вскрытия посылки, первое, что бросилось в глаза, - комплектация. Кроме непосредственно силовой платы в антистатическом пакете,  в коробке был комплект разъемов для подключения ШД, LPT-кабель и CD с программным обеспечением. Также в коробке лежала бумажка, советующая, где можно скачать содержимое диска при его отсутствии.

Комплектность поставки

Конструкция контроллера отличается  достаточно качественной сборкой, хотя часть элементов запаяна вручную. Микросхемы и оптроны установлены на панельках. Для силовых преобразователей применены радиаторы, закрепленные к плате. Понравилась ширина дорожек в интерфейсной части платы. В отличие от уже ставших привычными  узких токопроводящих полосок с очень маленьким шагом, здесь дорожки больше напоминают то, что изготавливается вручную. А вот в силовой части, ширину можно было сделать и больше. Свободные участки платы образуют некое подобие экрана, хотя его качество вызывает сомнения. Нижняя часть платы покрыта какой-то дрянью, с отпечатками китайских пальцев. Похоже на не смытую паяльную пасту или что-то подобное.

Плата контроллера HY-DB4DV

В качестве силовых элементов, в данном контроллере используются микросхемы TB6560, изготовленные в Японии. Во всяком случае, это следует из их маркировки. Микросхемы установлены в специальные вырезы на плате. Ножки припаяны с двух сторон, что делает невозможным замену драйверов без снятия радиатора. Зато выпаять микросхему будет просто. Китайцы не стали сверлить дырки, а просто припаяли ножки к контактным площадкам. Радиатор общий, для всех четырех микросхем. Вызывает некоторое опасение его малая площадь, но возможно проблем не будет, особенно с теми двигателями, которые планируются к использованию. Порадовало наличие вентилятора, пусть и не большого размера. Для настройки силовой части используются DIP-переключатели. С их помощью задается ток через двигатель и шаг поворота.

Плата имеет возможность подключения шпинделя и конечных выключателей или иного оборудования. Также производитель предлагает в качестве опции индикаторы положения по всем осям и пульт ручного управления. Для их подключения установлены специальные разъемы.

Плата контроллера. Вид снизу.

На прилагаемом компакт-диске находится необходимая информация. В первую очередь это англоязычные описания всех подобных контроллеров, включающих трех-, четырех- и пятиосевые, а также документация по другому оборудованию – индикаторам положения и пультам ручного управления. К достоинствам документации следует отнести указания по настройке работы совместно с программой Mach3. Сама программ также есть на диске, причем с файлом лицензии. Так как у меня куплена персональная лицензия, проверять работоспособность дискового варианта нет смысла. Кроме Mach3 на диске записан архив ArtCAM.

В целом контроллер произвел неплохое впечатление. В отличие от первых изделий Purelogic, он не требует установки дополнительных элементов для запуска. Достаточно только подключить все соединения.

Пенорезка. Второй модуль направляющих.

За прошедшие выходные были изготовлен комплект деталей на вторую часть пенорезки. При этом устранены некоторые недостатки в конструкции и элементах крепления. осталось изготовить крупногабаритные основания, которые по размерам не умещаются на поле станка.

Детали для пенорезки

Также были опробованы шаговые двигатели трех моделей и по тактильным ощущениям выбраны самые мощные. В процессе исследований выяснилась нежизнеспособность муфты из термоусадочной трубки. Выглядит красиво и изготавливается просто, но усилие не держит. Хотя такая муфта и не планировалась при окончательной сборке, но все равно ожидания не оправдались.

Выбор контроллера для пенорезки.

Если рассмотреть варианты контроллеров, используемые для построения станков с ЧПУ, можно придти к интересным выводам. В настоящее время, множество фирм предлагают свои и не только варианты подобного оборудования. Рассмотрев несколько, и отбросив либо дорогие, либо самодельные изделия, остановил свой выбор, пока на трех вариантах.

• Вариант 1. Самостоятельное изготовление.

Имея опыт общения со связкой микросхем L297+L298 можно создать свой контроллер. Но что-то использовать устаревшие микросхемы не хочется, поэтому рассмотрел еще использование TB6560. Данная микросхема содержит полностью законченное решение для управления ШД и имеет неплохие отзывы. Цены брал в ChipDip.ru. Можно найти дешевле, но не факт, что с учетом пересылки будет выигрыш.

Картина получается такая:

- комплект микросхем L297+L298 на 4 оси стоит 1920 рублей

- комплект микросхем TB6560 на 4 оси стоит 2212 рублей

Кроме силовых драйверов потребуются разъемы, мелкая комплектуха, радиаторы и печатная плата + доставка. Все это вместе потянет в районе 1000 рублей.

Итого стоимость самодельного контроллера выходит под 3000 рублей. При этом необходимо учесть риски, связанные с ошибками в изготовлении.

• Вариант 2. Контроллер от Purelogic.

Два года пользуюсь ихним контроллером на своем станке и в принципе доволен. Основное нарекание было – необходимость изготовления радиатора и системы охлаждения. Сейчас Purelogic предлагает новый вариант на 4 оси под названием PLC330. В его основе лежат TB6560, установленные на радиаторе. Стоимость без доставки составляет 3885р. Еще, в данной конторе, появился интересный девайс - переходник USB-LPT для работы под Mach3. Стоит это чудо 2900р.

• Вариант 3. Китайский контроллер.

Нашел в сети предложение о 4-х осевом контроллере, изготавливаемом в Китае. Выполнен опять же на TB6560. Стоимость с учетом доставки 2400 рублей. Несмотря на некоторый риск напороться на Китайское качество, очень заманчивый вариант.

В итоге выводы: изготовление собственного контроллера не выгодно, если нет доступа к дешевым комплектующим, или нет фанатичной приверженности к самодельщине. (Здесь не рассматриваются варианты совсем простых моделей на транзисторных ключах). Стоимость фирменных контроллеров практически равна стоимости комплектующих. Лучшие цены (при неизвестном качестве) в Китае.

Пенорезка. Сборка осей.

Собрал вертикальную и горизонтальную ось в единое целое. Готовый вид порадовал, так как наконец-то появилась возможность увидеть результат.

Половина пенорезки

Вместе с тем вылез один неприятный момент - жесткость всей конструкции пока явно мала. Возможно это связано с тем, что сборка произведена на винтах, без клея и с некоторыми люфтами. При окончательной сборке многих неплотностей не будет и жесткость увеличиться. Тем не менее, вертикальную ось попробую немного усилить продольным ребром.
Следующий этап изготовления пенорезки - изготовление электроники. Пока рассматриваются три варианта:
- изготовление контроллера на основе микросхем типа L297+L298 или чего-то подобного
- изготовление контроллера на основе микросхем мелкой логики типа ТМ7
- покупка готового решения c прицелом на использование в других разработках.

Пенорезка. Вертикальная ось в сборе.

Собрал вертикальную ось микропенорезки, и опробовал работу двигателя. Сразу же вылезло несколько проблем. Первая - мощности двигателя похоже не хватает. Крутить - крутит, но можно легко остановить вал двумя пальцами. Хотя вопрос достаточно спорный, так как такую-же операцию можно проделать и на моем ЧПУ-станке, хотя конечно усилие там уже  на грани возможности. Пока менять двигатель не буду, поэкспериментирую с режимами работы и напряжением.

Вертикальная ось в сборе

Вторая проблема - большие люфты. Идея использовать только одну направляющую не оправдалась. В виду люфта винт-гайка, каретка ощутимо болтается. Хочется думать, что для пенорезки это не страшно.
Третья проблема - как закрепить вертикальную ось. Вариантов два - двигатель вверху и двигатель внизу. Второй вариант предпочтительней по развесовке системы. К сожалению нижняя возможная точка положения струны получается очень высоко. Потребуется подкладывать под заготовку какие-либо прокладки. Первый вариант имеет еще один плюс в простой замене двигателя, на модель с большими габаритами. 

Пенорезка. Вертикальная ось.

Потихоньку начала вырисовываться вертикальная ось. Думаю хватит только одной направляющей.

Сейчас осталось сделать крепление двигателя и каретку.

Пенорезка. Горизонтальная ось.

Следующая деталь пенорезки – опора под шаговый двигатель. Для пробы будет использоваться маленький мотор от 5-ти дюймовых дисководов. Его основное достоинство – наличие полного комплекта из 4 шт. Есть опасения по поводу нехватки момента, хотя в сети можно найти фото портальных станков с такими моторами. 

Опора под двигатель была изготовлена немного не правильно.  Было бы неплохо развернуть ее на 180 градусов, но переделывать уже не захотелось. Далее все опоры установлены на единое основание и фактически горизонтальная ось готова. Есть несколько вопросов, но лучше их решить в конце, что бы уменьшить возможный объем переделки.

Горизонтальная ось

Пенорезка. Каретка горизонтальной оси.

Работа над пенорезкой постепенно продолжается. Для отработки решений, детали изготавливаются только на одну половину станка. Следующая деталь – каретка по горизонтальной оси. Так как высокой точности от пенорезки не требуется, решено сделать ходовую пару винт-гайка из обычных шпильки и гайки М8. Подобное решение, но с компенсацией люфта, достаточно неплохо работает в экспериментальной оси из оргстекла. Главное его достоинство – простота и доступность материалов.

После выпиливания и сборки каретка стала двигаться на удивление легко. Дело осталось за электроприводом. Единственная возникшая проблема – подшипники. Нужного размера в магазинах, как назло, не оказалось. Придется искать в других городах или сети.

Первые детали пенорезки.

Наконец-то появилось окно в летних делах и были изготовлены первые детали на пенорезку. Решил все делать на своем станке с ЧПУ, поэтому несколько изменил концепцию. Также в процессе выпиливания подправлял вылезшие косяки. В итоге только третья опора была изготовлена так как надо.

Микропенорезка. Первые варианты.

Потихонечку начал рисовать детали будущей пенорезки. Первоначально хотел сделать стойки на монолитном основании, на затем решил, что отдельные модули будут лучше.

Прогнал все в RhinoCAM. Осталось только реально вырезать детали.

Микропенорезка.

Идея построить станок для фигурной резки пенопласта с помощью горячей струны обосновалась в голове давно. Были опыты по такой резке с помощью ручного приспособления, но хотелось большего. Изучение конструкций показало, что они имеют несколько базовых вариантов.

1. Использование хитрой приспособы для обычного станка с ЧПУ. Самый простой вариант. Не подходит, так как мой станок имеет небольшое поле, плюс установлен в пылезащитный ящик.
2. Использование алюминиевого профиля и рельсовых направляющих. Данный вариант был отвергнут сразу, так как требует больших затрат и больше подходит для промышленных вариантов.

3. Использование цилиндрических направляющих по осям. Подобную конструкцию имеют          много станков, но вариант опять же затратный.

4. Использование мебельных направляющих. Наиболее простая конструкция для изготовления «на коленке». По затратам чуть дешевле цилиндрических направляющих. Осложнена тем, что у нас таких изделий ни в одном магазине нет, а в Интернете ничего подходящего не нашел

В поисках материалов перерыл кучу сайтов в Интернет и решил пойти по принципу наименьших затрат, не особо обращая внимания на характеристики пенорезки. В итоге планируется использовать направляющие от киповских приборов, а конструкцию выполнить из фанеры. Шаговые двигатели будут ставить из тех. Что есть в наличии от старых дисководов. Надеюсь, момента хватит. Ориентировочное поле обработки 150х150мм, но для первого варианта думаю сойдет.