[开源]立柱式CNC工业机
本帖最后由 jiangchun9981 于 2016-11-5 11:10 编辑机械设计新手，想弄一台自己设计的CNC，画图到80%的完成度了，SW的源文件见附件，请大家多多指点！
定位目标为高端，主要加工铝件和铁件这类金属，除了行程外和真正的工业机差别很小，完全的工业机设计思路。
整机重量在400KG左右，但单个零部件控制在100KG，可以上楼和装到小车后备箱，这点很重要，对普通用户来说。
整机架构采用单立柱式，精度高强度大，基本工业机都这个设计，缺点是行程比较小。
电机座采用一体式的，86规格，准备上高压闭环步进，高压闭环步进和伺服的价格也差不多了，但个人觉得这种低速高精度应用步进比伺服合适雕刻机。
主轴电机采用220V单相异步电机，200MM直径，3KW，1500转,提供高达60N.M的切削能力，普通电主轴的扭矩不过1N.M这样。而且这个电机不过600元！
配合的这个切削头,BT40夹具，真正的工业标准
https://gd3.alicdn.com/imgextra/i4/509718073/TB2nBx5XR_xQeBjy0FhXXbAoFXa_!!509718073.jpg
“上银”30规格的线轨，有靠山和压块设计
常见的人字形Z轴
SOLIDWORK 2015版本设计，包括所有建模过程，完成度85%这样，请大家给点建议！
{:sweat:}Z太重，会滑下去，最小加气撑撑一下啊，干嘛不上电主轴，无刷主轴，传统电机太沉了，都上线轨了，还在乎几百块的破电机。要是转速上不去，多大扭矩都没用，刀都断了{:lol:} Z轴电机要加刹车，急停和断电时要刹住，否则是灾烂。主轴用个2.5Kw或者3.7KW的伺服，会爽很多，刚攻都可以 自动供油做上去没有？这个非常非常重要，尤其XY轴，还有密封考虑进去未？接水盘？机罩？ 底座和立柱用铸铁？有无做时效处理？ 1105284241 发表于 2016-11-5 11:15
Z太重，会滑下去，最小加气撑撑一下啊，干嘛不上电主轴，无刷主轴，传统电机太沉了，都上线轨了， ...
电主轴2W4转的那种，扭矩非常小，适合加工木头这类精雕应用吧，对金属重加工是无能为力的。
看过日本马扎克的CNC，也基本是这样的设计思路和指标，低转速高扭矩，适合加工金属。
还有用伺服电机的选型计算软件进行过评估，这个动力电机的重量为30KG左右，切削头35KG，加电机座20KG，总共估计100KG，推荐使用的伺服扭力为2N的即可，所以电机重不是太大的问题。
线轨选择是30规格的，是参考过某型量产工业机出来的，这款机器总重量2.5吨，也用的是这个规格的线轨... amigenius 发表于 2016-11-5 11:22
Z轴电机要加刹车，急停和断电时要刹住，否则是灾烂。主轴用个2.5Kw或者3.7KW的伺服，会爽很多，刚攻都可以 ...
原来考虑过上3.7KW的伺服的，但要价接近3000，而且目前没有钻攻的需求
所以先上的这个600元的电机。
如果有需求换个Z轴电机平台问题也不大的。
铸件正在联系铸铁厂家搞，有推荐的吗 amigenius 发表于 2016-11-5 11:25
自动供油做上去没有？这个非常非常重要，尤其XY轴，还有密封考虑进去未？接水盘？机罩？ ...
自动供油重要吗？
目前这个机器的定位为做我的样品和小批量，估计不会像生产线那种开机时间那么多 又要走上 “不归路”。
不过，精神上支持你。 钢板防护罩，留有孔位，但是要下一个流程再搞
机械DIY 比咱电子DIY 破费多 jiangchun9981 发表于 2016-11-5 11:27
电主轴2W4转的那种，扭矩非常小，适合加工木头这类精雕应用吧，对金属重加工是无能为力的。
看过日 ...
不完全正确，看您用什么刀，10mm一下的刀具，2W4，2.2Kw的电主轴，加工铝合金，加工能力比加工中心（低速大扭矩的）要强，小刀上高转速非常必要，现在加工中心都不断想办法提高主轴转速，例如我在用的加工中心最高的是8000转，要1.2W转的要加钱。低速大扭矩适合用大刀（尤其粗皮刀）来开出，精加工时低转速，进给必须给很低，否则表面粗糙度不过关。
Z轴用2Nm不行。原因有几个：1.克服惯性，加速度考虑没有？2.闭环步进虽然无积累误差，但接近额定扭矩时，有静态误差。这个很多人不知道，做过闭环步进的人才会知道我在说什么？3.步进在转速高时扭矩会衰减。4.步进有退磁，您天天接近额定扭矩用，用个半年，扭力会变小。工业用的东西，余量要留至少一倍才保险。 jiangchun9981 发表于 2016-11-5 11:34
自动供油重要吗？
目前这个机器的定位为做我的样品和小批量，估计不会像生产线那种开机时间那么多 ...
您想天天加油，每次关机都要吹干净切削液然后刷一遍油，可以不加。而且还要您自己亲自开机才行哦，您找人开机，绝对没这个耐心和责任心。 各个部件用螺丝连接的地方有无打销钉定位孔？无的话，装配是个牛逼活，不小心撞机，每次拆装，会生不如死。 amigenius 发表于 2016-11-5 11:45
不完全正确，看您用什么刀，10mm一下的刀具，2W4，2.2Kw的电主轴，加工铝合金，加工能力比加工中心（低速 ...
扭矩是用的台达伺服的选型软件计算出来的，100KG的垂直负载需要0.6N左右。
高压闭环伺服额定有12N的力的。
依据您的经验，软件计算出来的准确吗？
jiangchun9981 发表于 2016-11-5 11:32
原来考虑过上3.7KW的伺服的，但要价接近3000，而且目前没有钻攻的需求
所以先上的这个600元的电机。
有认识的厂家，不过都是做加工中心的底座，单都排满了。铸，热处理，时效处理，大数控龙门铣，精磨，一条龙服务。 这个机器你只估算了结构重量 底座才是机械的大头中的大头
400KG已经不能上楼了 xivisi 发表于 2016-11-5 11:42
机械DIY 比咱电子DIY 破费多
无自己的加工设备，机械DIY就是在烧钱。 vermon 发表于 2016-11-5 11:56
这个机器你只估算了结构重量 底座才是机械的大头中的大头
400KG已经不能上楼了 ...
单个部件的重量控制在100KG的，上楼肯定是要拆装了才上的嘛，回来再整机组装。 另外单体零件100KG 也非常重
铣床的设计精髓并不是结构外形，内部支撑板的设计，结构的共振点与模态 传动系统的共振点，
加工的震动与结构的关系
你这个Z轴和Y轴之间怎么连接的？ 从图上看设计是有问题的，太薄弱
Y轴支撑下面应该有底座如果没有底座，会头重脚轻
Z轴的箱式结构翻模是否容易？ jiangchun9981 发表于 2016-11-5 11:53
扭矩是用的台达伺服的选型软件计算出来的，100KG的垂直负载需要0.6N左右。
高压闭环伺服额定有12N的 ...
不考虑摩擦，效率100%，在螺距5mm的丝杠，0.6Nm只能产生0.6*1256=75.36Kg的推力。
当然，您用12Nm的电机，带100Kg的负载走个F5000，是没问题。 vermon 发表于 2016-11-5 12:01
另外单体零件100KG 也非常重
铣床的设计精髓并不是结构外形，内部支撑板的设计，结构的共振点与模态 ...
行家！..... vermon 发表于 2016-11-5 12:01
另外单体零件100KG 也非常重
铣床的设计精髓并不是结构外形，内部支撑板的设计，结构的共振点与模态 ...
的确，您说的全部是目前的设计难点
目前比较难做的是保证设计强度前提下减重。
家里或者办公室的场所不可能像工厂那样的环境。
厢式结构翻模目前在和厂家沟通，但看过他们有类似的样品感觉问题不大。有铸造经验的请多说说这个。 家用200kg内合适，重了很蛋疼 jiangchun9981 发表于 2016-11-5 12:10
的确，您说的全部是目前的设计难点
目前比较难做的是保证设计强度前提下减重。
全封闭结构和半封闭结构 难度完全不在一个等级 你可以分析下刚度和动态特性 差别其实并不大 本帖最后由 3DA502 于 2016-11-5 12:55 编辑
楼主，去山东滕州买一台吧，和你设计的差不多，而且很便宜，，，超级便宜，那地方遍地都是搞这个的
你设计的缺少Z轴平衡块，没有平衡块Z轴丝杆导轨直接过载报废
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另外听滕州的人说，他们的机器很多卖给江苏的做五金的，一个机器做一批零件，用过就把机器扔掉，不知道他们把机器扔哪里了{:lol:} nnnkey 发表于 2016-11-5 12:26
家用200kg内合适，重了很蛋疼
严重同意。3kg的笔记本我都懒得带。 nnnkey 发表于 2016-11-5 12:26
家用200kg内合适，重了很蛋疼
单个100kg内还是可以接受的，例如一张餐桌拿到餐厅后就会希望板厚一些，密度大一些，如果搬得时候可以拆开十非常爽的。
要知道铸铁只要10元一公斤，400kg只要4000元！铸铁的刚性是铝没办法比的。 ggddll 发表于 2016-11-5 12:51
单个100kg内还是可以接受的，例如一张餐桌拿到餐厅后就会希望板厚一些，密度大一些，如果搬得时候可以拆 ...
初步打听询价的结果是铸件的价格大概类似于20元一公斤这样，包含材料费还有模具费还有人工时效，接触面精刮铲这些。
有搞过的说说吗 我听说是8元一公斤、批量，，小量是超过10元一公斤，模具费等是不含的。前提是没有手脚费而且需要烟酒开路。 ggddll 发表于 2016-11-5 13:26
我听说是8元一公斤、批量，，小量是超过10元一公斤，模具费等是不含的。前提是没有手脚费而且需要烟酒开路 ...
你说的是光铸铁的材料费吧
我说的是铸造厂可以交货的成品的价格换算过来大概的估价。 成本不低吧，铸件开模什么的都得不少 diy机器成本太高，来点标准件的组装就厉害了 bygreencn 发表于 2016-11-5 13:47
diy机器成本太高，来点标准件的组装就厉害了
这个哪有标准件，别告诉我说用工业型材搞啊
淘宝上全是光轴的机器，没见一个用伺服或者闭环的，性能吹嘘的比马扎克DMG还NB啊，而且价格还不便宜。 表示不懂 感觉是土豪的节目{:smile:} 别玩了，这个很大投入，有钱有闲除外 楼主加油！ 楼主加油，干吧！！ amigenius 发表于 2016-11-5 11:26
底座和立柱用铸铁？有无做时效处理？
没有时效处理会有什么问题？
shangwangmj 发表于 2016-11-6 13:37
没有时效处理会有什么问题？
变型，就算您今天打标1个u，过两天变成10个c 用了用1.1KW水冷2.4W转主轴感觉不错，木材的话基本切豆腐差不多。 高手，支持一下。。。 个人做的机床看你那结构，想雕铁，年轻了。一个震动就让你精度全无 这个东西不是随便哪个都能做的。没有下载文件查看，不过从图片上看，立柱前后厚度不足，虽然是人字结构，内部也无筋板，整机模态估计不行，也没有看到配重，Z轴电机会要求加大，XY与Z轴的匹配控制会比较困难，导致有Z轴的插补精度不足，特别是铣圆容易过冲，至少调整比较困难。线轨的安装需要准直仪，不然没有办法搞。另外不是有了三维模型就能生产，不同的零件，各个地方的精度要求也不相同，就是装好了，各轴的几何精度调整都是一件令人头疼的事，不是专业人士，很难调整得满意或者达到国标。学徒连机床调平都可能会调几天，因为把这里调平了，可能其它的几何精度又过不了了。所以非常不建议按好者来做这个，除非有专业人士指导。 我靠 这帖子挖的 这论坛防挖坟的工作没做到位啊。 有成品出来 了没？ 底座是铸铁的吗？这玩意家里玩邻居会不会投诉 szjqt 发表于 2021-6-12 22:49
这论坛防挖坟的工作没做到位啊。
(引用自48楼)
又被挖坟。
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