土砲 CNC 雕刻機完成驗收

本實驗室的土砲 CNC 雕刻機終於完成驗收, 確認工作正常


這裡記下最後幾步的修正


這是前篇 土砲 CNC：G code 轉換軟體 時驗證輸出做的

它不只是驗證輸出, 而是做出電磨機的前端固定座
這樣一來就可以更穩固的抓住電磨機, 不過只有一邊沒用
所以那時我還是用手抓著電磨機末端全程 "參與" 雕刻, 真是有夠累的
切這種大量刨除的都要二～三十分鐘啊！ 沒辦法, M8 螺桿 pitch 很短
所以 feedrate 最多 300 cm/min, 很慢的, 但也因為慢
才可以讓一般 3D 列印用的馬達就能提供足夠的推力, 不過我想應該還可以讓 pitch 長一點
它應該還是撐得住, 有空再找找看有沒有容易取得的長 pitch 螺桿

接著拆下人體 CNC 做的前端固定座, 裝上新做的固定座
這個換下來的固定座可不能丟掉, 太浪費了, 所以拿來再加工一下

中間較小的孔就是手工挖下的孔, 用雕刻機把孔挖大一些
它就可以當後端固定座

這樣一來電磨機就穩固的鎖在 Z 軸滑塊上了
接著加工一下前端固定座


挖出卸載工具的空間, 就可以這樣：

這樣就不用取下電磨機也可換刀

做完後興奮的開工, 馬上就看到問題

前篇提到的變形問題變得非常嚴重
原因是人體 CNC 時用手握著有很好的穩定功能, 所以沒有晃得太誇張
手移開了, 光是空載移動整台機器都搖搖晃晃的, Y 軸移動出來都是左右飄的
看老外有寫 Y 軸會 wabble 一開始看不懂, 看到這現象馬上懂了XD
對於 Z 軸行程高的機器, 像是木工用的, 這現象會更明顯
支點在上圖下方兩圓孔, 也就是 Y 軸光軸上, 接著再配這張圖：

於是這從工件那裡來的力就往上傳到離支點遠的地方, 形成大力矩
可是這樣的話應該是沿 Y 軸晃, 怎麼會是左右飄呢?
這我推測可能是來自電磨機的旋轉, 雖然是往 Y 軸走, 但旋轉是往 X 軸方向旋轉削下去
有作用力就有反作用力, 我想這或許是 Y 軸動但沿 X 軸飄的原因
若要改善這, 我想到的是減緩這個力矩, 縮短它的力臂應該可以改善, 於是我做了這變更

把 Z 軸高度往下降, X 軸上側光軸移到下側
經過這修改後 Y 軸空載移動時不會再飄, 而有負載時則會小飄, 應該會在 1mm 內
對精密加工來說這是很扯的誤差XD 不過我們做土砲機自用, 我認為這樣可以接受
下次若有改版 Z 軸就不要做太長, 除了避免大力矩外, 銑刀長度也就那麼短, 做長沒意義啊XD
除非是木工用要定位鑽孔, 木工鑽針就很長了, 此時長 Z 軸就有意義
不過我目前沒有這需求, 下次開規格時就要把這需求刪掉

然後 demo

終於不用再用手抓了XD
影片途中吸粉屑的是這台

這台 180W 是吸力, 電功率則是 600W, 很吃電, 但很有力
有一般用戶反應拿去家用很快就發熱, 我只吸一分鐘就熱了, 確實如此
不過我不常用, 這我不在意, 我這加工用吸力強比較重要, 所以家用要買就要考慮一下應用情境
這種型的吸塵器有另一款日本品牌對岸製造的
它是 150W 電功率, 15W 吸力, 那種應該就比較不熱, 但吸力少了十倍...
購買時比較後才選這台

加工完後...

發現 Y 軸滑塊固定螺帽噴了一顆XD 金屬加工真的是整台都會振動
要抗震就要厚重的金屬機台, 那個我可能就搬不動了, 所以還做輕量的讓它晃吧XD

這是前篇加工失敗時的照片


同一片鋁板再次加工, 這次變這樣：

終於被征服了！
不過有點瑕疵

箭頭為加工方向, 紅色往回的問題很多, 從影片仔細看會發現走最左邊的紅箭頭時晃得有點誇張
目前推測可能是鋁板沒有和刀面完全平行, 如果是機構不穩應該不會只在反方向才晃, 底下用木塊夾的
不平穩應該蠻正常的, 這可以再研究, 不管怎麼說至少能用了, 刀也沒斷刃
目前設定 6000 轉, feedrate 300, 每層 0.3mm, 這個參數設定是很有學問的
影響它的參數很多, 目前已知包含材質硬度, 刀刃尖端厚度, 刀刃刃數, 刀刃角度, 刀直徑, 刀長度
主軸轉速, 主軸扭力, feedrate...等
如果照一般公式算可能會失準, 有影片提到那是最糟假設, 不是最佳解, 而且我的主軸是 PID 控制
它的扭力會不斷改變, 這會增加更多變數, 這挺麻煩的, 所以目前我是用：看, 聽, 感覺！XD
修車專家都是這樣做的XD 感覺不對勁就切電源, 仔細觀察, 錄影下來多看幾次, 應該就會有心得
然後閱讀材料力學相關書籍


這系列書不錯, 可以快速建立概念, 不過前提是要會微積分......這是工程類閃不掉的項目


去年的八月中開始進料, 今年六月中驗收完成, 耗時十個月
缺硬體就補硬體, 缺軟體就補軟體, 一步一腳印的確實走完
接下來就可以再用這機器去做些好玩的玩具(?)
這東西就是自用夠用, 做些簡易加工還行, 如果要精密迅速, 得找商業品

看它的 feedrate 都四位數的真是超變態XD
我切個鋁板慢吞吞的, 瞧它切中碳鋼像在削豆腐啊, 主軸穩固還可自動換刀
商業級的真是超強, 不論是性能還是 "售價" 都很強大XD

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更新：
鋁塊加工, 挖一個 20mm 深的圓孔

入口處有多層的痕跡, 那是銑刀沒鎖緊 + 機台晃動 USB 斷線導致多次重做的...fffffuuuuuu
後來我就知道要在 Arduino 下面墊海綿以防 USB 跳電
除了入口那幾層外, 裡面的加工結果就還蠻不錯的, 看起來頗光亮
由於圓孔有凹槽, 那裡只有 5mm 寬, 為了能探到底另外買了隻 4mm 銑刀

柄到刀刃都是直徑 4mm, 和上面影片中那隻不同, 影片那隻刃 3mm 柄 6mm, 挖深時就會卡到 6mm 那裡
這支 4mm 銑刀長 50mm, 要挖 20mm 深, 主軸夾頭能握的長度就縮減, 還蠻擔心會不會斷
不過以我這機台能輸出的動力看來應該是不用擔心的XD 而實驗結果也確實如此


拿去挖 17mm 深的 UPE 材料, 超高分子非常堅固
雖然楊氏模量只有鋁的 1/50 (印象中有看到買家問, 賣家答 1.3 GPa 的樣子, 印象中...)
但對於日常用品類的應用來說依然是非常夠用的, 而且耐磨耐拉扯, 切下來都是條狀
用吸塵器無法完全吸掉碎屑, 於是就只能像上圖那樣放任它像草叢一樣
此時我根本不知道它在切啥, 只能相信我的機器和我的 G code 轉換器XD
切完還花了不少時間拔除碎屑, 最後變這樣

上圖下方的邊沒有切很好, 可能卡太多碎屑打滑了, 沒有完全削掉, 要用刀片手動一下
不過內部深處的就不太有問題了, 尺寸還行, 也沒有因為掉步而偏差的樣子
這是 3D 模型的樣子

所以我這機器切削 UPE 等材料時進行大面積刨除時可能會因為碎屑阻擋而打滑
解法可能會是補上 Z 軸下方的阻擋塊, 那裡我偷料沒裝, 想說靠主軸重量下壓應該夠
但是對於 UPE 這種碎屑軟又軔的材料可能會擋住銑刀刀刃而打滑沒切到
現階段解法很簡單, 就注意銑大面積時用手握住壓一下即可XD
雖然 UPE 處理比較麻煩, 但我還是願意用這機器去加工
因為用鋸子切就知道......更難纏！碎屑會卡鋸片, 要不斷清理, 還要角度正確, 不然完全切不下！

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Bugs, Issues, Notes 區：
工作加上計畫, 土砲 CNC 系列的下次更新遙遙無期, 先在此記下, 但有可能永遠不修

Bugs：

＊出現了！是跨越輪廓的粉紅線！fffffuuuuuu！ 我再研究一下問題在哪......

Issues：
＊止推軸承用久了若沒上油會鎖死導致 miss step, 結構需修正
目前先上油解決 (砍掉重練時才改), 而且止推軸承間隙會 "貢獻" 不少誤差

＊Z 軸結構問題, 遇上 UPE 打滑問題很容易發生！

＊把虎鉗放在 Z 軸範圍內真是浪費空間, 會吃掉 Z 軸有效行程

Notes：
＊不要瞧不起小銑刀的轉動力量, 若只用螺絲鎖工件, 工件會飛起來... ffffffuuuuu

＊網友建議的順時針逆時針走線

＊對岸販售自動換刀主軸, 參考產品為 BT30, 掏寶有賣
光是主軸旋轉結構就和 2L 可樂瓶一樣大, 十分夭壽, DIY 玩家千萬別想不開XD
那種重機具都是 AC 伺服馬達才扛得動的, AC 伺服馬達 + 控制器一組都是萬元台票起跳
AC 伺服都是 220V 以上單或三相, 固定這些機具肯定是鋼板, 家裡開工廠的才有本錢玩