В привычной нам трехмерной системе координат есть три взаимно перпендикулярные оси (X, Y, Z), которые образуют базис.
Большинство станков с ЧПУ в начальной -базовой версии, производят только 3-х осевую обработку.
Однако для некоторых изделий сложной формы этого недостаточно. За счёт дополнительной модификации - установки поворотной оси, гравировально-фрезерные станки с ЧПУ способны производить 4-х осевую обработку.
Четырехосевая обработка на гравировально -фрезерном станке на станке с ЧПУ, с использованием поворотной оси- это в общем случае непрерывная обработка, как симметричных, так и несимметричных тел.
В отличие от обычной 3-х осевой обработки 3D модели, где деталь должна крепиться с одной стороны, к столу станка с ЧПУ, 4-х осевая фрезеровка даёт возможность обрабатывать изделие со всех сторон непрерывно, без дополнительных операций по перестановки детали на рабочем столе. Это позволяет получать изделия сложной формы. Изготовление балясин, капителей, колонн, столбов, ножек столов и стульев , шахматных фигур, а так -же различных статуэток, колец другой ювелирной и рекламно-сувенирной продукции это наиболее часто встречающиеся примеры такой обработки.
Многообразие форм, контуров - любой полет фантазии найдет воплощение при обработке деталей на гравировально - фрезерном станке с использованием 4-й поворотной оси.
Основной опцией модификации, как упоминалось ранее, 3-х осевого станка под 4-х осевой, является использование поворотной оси, рисунки 1 и 2.

На рисунке 1 представлена фотография поворотной оси для станка ЧПУ, которая позволяет вести многостороннюю обработку.

Рисунок 1 Поворотная ось для станка с ЧПУ.

фрезерный ЧПУ моделист3040

Видео резки сложной фигуры с использованием поворотной оси на примере шахматного коня

Установка поворотной оси на 3х осевой фрезерный ЧПУ cnc-3040al300

Рисунок 2 4-х осевой фрезерный станок с ЧПУ

Кроме этого, для непрерывной обработки по 4-м осям система ЧПУ станка должна ещё иметь возможность управлять установленной на нём повторной осью. Поэтому 4-х осевая обработка подразумевает не только наличие поворотной оси, но и использование соответствующей системы ЧПУ. Чаще всего для этого используется контроллер шаговых двигателей с 4-мя каналами управления или проще -4-х осевой контроллер. Пример контроллера приведён на рисунке 3. Канал А данного контроллера может использоваться для управления поворотной осью установленной на станке.

Рисунок 3.

Существует два типа 4-х координатной обработки: первый -непрерывная и второй - позиционная обработка (обработка с индексированием). Непрерывная обработка - в этом случае фреза одновременно перемещаются по всем степеням свободы.
Позиционная обработка - поворотная ось применяются только для изменения положения заготовки, а остальные операции производятся в режиме трехмерной обработки.

Для работы с поворотной осью необходимо произвести настройку программы управления. Ниже приведены настройки для Mach3 для поворотных осей с передаточным числом 6:1 и 4:1. На рисунке 4 приведены установки выводов LPT- порта для контроллера шаговых двигателей в алюминиевом корпусе показанного на рисунке 3.

Рисунок 4.

Рисунок 5 - настройки для поворотной оси с передаточным числом 4:1.

Рисунок 5.

Рисунок 6 — настройки для поворотной оси с передаточным числом 6:1.

Рисунок 6.

Рисунок 7.

Управляющие программы для работы с использованием многосторонней обработки возможна в программах DeskProto, PowerMill, и др.

На рисунке 8 показан результат многосторонней обработки на 4х осевом фрезерном чпу CNC-3040AL2

Рисунок 8. Многосторонняя обработка на 4х осевом настольном ЧПУ с использованием поворотной оси

Ну и отдельный плюс - это линейные подшипники сразу в корпусе, так как их проще устанавливать на самодельные конструкции. Простые LM08UU дешевле, но под них требуется сделать держатель (можно напечатать на принтере) - это отдельный разговор.

Итак, несколько слов про сам набор комплектующих для новой оси Y, затем про доработку. Получил посылку спустя 3 недели после заказа, в почтовом пакете и картонной узкой коробке для прочности. Это плюс, просто из пакета у меня цилиндрические валы выпадают, на Али почему то об этом продавцы не задумываются. А зря.


Каждая номенклатура из комплекта упакована отдельно в пакетик. В подшипниках присутствуют следы масла


Для оценки масштаба приложил к направляющим и винту линейку. Линейка на 30 см, железо на 40 см


Торцы винта и валов без заусенцев. Такое ощущение, что валы нарезают в стандартные размеры от большого хлыста, так как заметно чуть чуть нагара на торце. Но обработано после отрезки. В принципе, ту же самую операцию я могу провести самостоятельно, поэтому стараюсь брать как можно длиннее отрезки.


На торцах сделана фаска. Если отрезаете самостоятельно (а я подрезаю немного в размер), то фаску можно снять на точиле/вручную. Она в основном декоративная, чтобы не было заусенцев и при установке подшипников не задевало за шарики.


Микроны не ловил, диаметр вала вполне 8 мм. К точности изготовления цилиндрических валов вопросов нет, главное чтобы не погнули при доставке. У меня больше претензии к подшипникам. Взял на Али несколько лотов дешевых LM08UU, так вот некоторые сидят внатяг, а некоторые слегка люфтят. На подшипниках это заметно сильно, особенно если на один и тот же вал установить.


Суппорты SK8 удобная штука. Устанавливаются сразу на профиль (любой), и зажимается вал. При желании, можно использовать в любительских конструкциях, для зажима чего угодно с диаметром 8мм (например, центра для станка).


Габаритные и установочные размеры найти не проблема, они стандартные. Если требуется - пишите в личку или смотрите в первых двух темах, там были чертежи.


Первоначально при примерке конструкции и до заказа использовал 3Д печатные суппорты. Сейчас удалил из за ненадобность. С металлическими получается гораздо жё стче конструкция


Суппорты-подшипники KP08 для фиксации ходового винта. Для зажима есть два винта под шестигранник на 1,5.
Данные суппорты очень удобно использовать в любительских конструкциях: их применяют в 3Д принтерах для оси Z, а также можно сделать самодельные ременные передачи, зажав отрезок вала 8мм в этом подшипнике и установив на вал шестерню. Обратите внимание: для установки установки винта Т8 на пластину на оси X в данной копии CNC2417 используются подшипники KFL08, в виде фланца.


Ну и последнее - корпусной линейный подшипник SC08UU. Стоит чуть дороже(раза в два) простого LM08UU, но в нем присутствует резьба М4 для установки крепежный винтов. Также очень удобно использовать в любительских конструкциях из-за простоты установки. Есть вариант SC08LUU, удлиненный, который у меня используется в слайдере оси Z.

Про комплект все, теперь про доработку.

Начал сборку с осей X и Y, ну и кареток соответственно.
Для начала собираем ось Y: двигатель, суппорт, винт с гайкой и муфта.
Устанавливаем двигатель на держатель. Все просто: четыре винта М3. Длина небольшая, в основном зависит от используемой пластины (толщина) и шайб.


Двигатель с пластиной перед установкой на профиль.


Далее устанавливаем KP08 напротив, выдерживая расстояние от центра оси двигателя и от центра оси суппорта одинаковым




Далее устанавливаем суппорты вала SK8, четыре штуки, по паре на один вал. При установке валов не забываем про подшипники.

Далее собираем пластину с двигателем X, а также пластину с суппортом KFL08


Пластины сделаны симметричными, причем можно собрать с обоих сторон винт на KFL08, предварительно установив двигатель на (M3 Brass Spacer - удобно брать наборами).


Изначально был 3Д печатный KFL08, но пока собирал и тестировал успел заказать и получить нормальный)))

Собираем дальше ось Х. Устанавливаем пластины на раму


Устанавливаем вторую пластину.
Пластины обеспечивают дополнительную жесткость конструкции, одновременно являются держателем оси Х. Для усиления использовано 3 цилиндрических вала 8 мм.


Далее в отверстия пластин устанавливаем валы (три штуки) плюс подшипники SC08UU (три пары соответственно)




Фотография поближе. По 10 мм цилиндрического вала с каждой стороны зажимаются в суппорт SHF08. И желательно оставить около 20 мм ходового винта для установки ручки (ручное перемещение каретки).


Устанавливаем пластину-каретку Х на подшипники. Не забываем про гайку. Я использовал 3Д печатный держатель гайки. Купить держатель достаточно проблематично. Из вариантов купить есть или сразу плоскую пластиковую гайку (POM) с отверстиями для крепления (варианты и ). Видел в продаже , но деньгам стоят дорого. Так что пока печатный держатель…




Проверяем свободный ход каретки от начала до конца оси, затягиваем винты.


На пластину уже крепится слайдер оси Z. Можно сделать их отрезка профиля 2080 и суппортов SK8, можно изготовить самостоятельно, можно

Основы эффективного программирования

Работа с осью вращения (4-ой координатой)

Нередки случаи, когда на трехкоординатный станок с ЧПУ дополнительно монтируют управляемый поворотный стол (делительную головку). Управляемый поворотный стол – это устройство, которое способно поворачивать закрепленную в нем деталь на требуемый угол по определенной команде. Обычно 4-ая ось управляется при помощи адресов А или В, а числовое значение определяет угол поворота в градусах.

Рис. 10.4. Управляемые поворотные столы HAAS

Существуют два варианта работы с управляемым поворотным столом. Первый вариант – нам просто необходимо повернуть его на определенный угол и затем выполнить какую-либо технологическую операцию (индексация). Второй вариант – нужно выполнить фрезерование одновременно с поворотом стола. В этом случае мы имеем синхронное линейное перемещение исполнительного органа станка по трем (или менее) координатам с вращением стола. При этом СЧПУ станка должна поддерживать данный вид интерполяции.

Для управления поворотным столом достаточно в кадр с линейной интерполяцией, позиционированием или постоянным циклом добавить адрес А (В):

• G00 X_Y_Z_A_ – позиционирование;
• G01 X_Y_Z_A_F_ – линейная интерполяция.

Типичный формат для работы с постоянным циклом:

G81 Х0 Y0 Z-5 А0 F45 R0.5
А15
А30
А45
G80

Программирование 4-ой оси не должно вызвать у вас особых трудностей. Прос то нужно учесть несколько технических особенностей при работе с управляемым поворотным столом. Во-первых, поворотный стол может вращаться как в положительном, так и в отрицательном направлении. Направление вращения и соответствующий знак определяются по правилу правой руки. Во-вторых, поворот стола может быть запрограммирован как в абсолютных, так и в относительных координатах. В-третьих, у многих станков существует ограничение на числовое значение угла поворота. Например, вам нужно повернуть стол на 400°, а СЧПУ позволяет указывать угол не более 360°. Придется запрограммировать дополнительный кадр с углом в 40° относительно предыдущего положения стола. Ну и напоследок учтите, что чем дальше мы удалимся от центра вращения, тем большей будет ошибка линейного перемещения.

Следующие примеры помогут вам понять, как программируется дополнительная ось вращения. В первом случае необходимо просверлить отверстия на периферии диска. Во втором случае нужно получить винтовую канавку на поверхности вала, используя одновременное линейное перемещение фрезы и вращение поворотного стола.

Рис. 10.5. Требуется просверлить 4 отверстия на периферии диска, закрепленного в кулачках поворотного стола. Чтобы просверлить такие отверстия, нужно поворачивать стол через 90°

Рис. 10.6. Необходимо получить винтовую канавку на поверхности вала. Вал закреплен в кулачках управляемого поворотного стола. Самый простой способ обработки такой канавки – расчет при помощи CAD/САМ-системы

Поворотная ось предназначена для обеспечения поворота деталей на требуемый угол. Она представляет собой поворотный механизм, который позволяет осуществлять вращение заготовки в необходимом направлении и под определенным углом. 4 поворотная ось может быть использована для обработки заготовок из таких материалов, как пластик и дерево. Кроме того, ось применяют и для гравировки металлов. Поворотная ось для фрезерного станка ЧПУ позволяет создавать изделия различной сложности: с ее помощью можно изготавливать балясины, ручки, элементы декора с гравировкой, разнообразные статуэтки и другие сложные формы.

Существуют поворотные оси на ременном и гармоническом редукторе. В чем состоит их различие? Первый вариант больше подходит для обработки пластика и дерева, а второй – для работы с твердыми материалами, в частности, с металлом. Кроме того, оси подразделяются на 3-х и 4-х кулачковые. Ось первого типа предназначена для центровки заготовок, которые имеют круглую форму, а 4-х кулачковая ось – для заготовок прямоугольного сечения.

Преимущества поворотной оси для фрезерного станка,

Какие преимущества дает поворотная ось ? Эта деталь значительно расширяет возможности станков с ЧПУ: благодаря позиционированию заготовки в пространстве, становится доступным изготовление сложных изделий. Применение поворотной оси решает проблему автоматизации выполняемых работ: после ее установки обработка заготовок начинает осуществляться в автоматическом режиме. Кроме того, поворотная ось чпу позволят существенно сократить время на изготовление изделия. И, безусловно, поворотная ось делает работу на станке с ЧПУ не только более быстрой, но и более комфортной: после установки оси исчезает необходимость перестановки заготовки, поскольку для обработки потребуется закрепить ее только один раз. Важно отметить, что установка поворотной оси не вызывает сложностей: как правило, оси подходят для любых станков, а стандартные программы позволяют подключение данных устройств, поэтому перенастраивать их не понадобится.

Таким образом, поворотная ось ЧПУ для станков дает возможность в максимально короткие сроки изготавливать качественные изделия, требующие высокой точности. Соответственно, установка поворотной оси позволит существенно повысить производительность и увеличить прибыль.