人體自動化實驗室 (HAL): 自製土砲車床 Part-1

颱風天就是要做車床啊不然要幹嘛？XD
做出來外觀就如上圖, 非常土砲, 完全是為了特定用途打造
所以它沒法做太多事情, 連車木條都做不到 (沒有另一邊的頂針)
主要參考這篇文章：自製迷你金工木工兩用車床
但是我並沒有完全採用他的設計, 因為有些零件買不到了
而且他有委外加工的項目, 那......很...貴...
我就是要閃委外加工才做這的, 所以只做到我需要的部份
但就算只是個土砲也是花了我不少心力
開始前建議先閱讀上面那個別人寫的 "自製迷你金工木工兩用車床" 文章
那是屬於比較通用型的機台, 和我這特定用途的相比他的比較好用
而且我的機器製作上會高度依賴 CNC 雕刻機
若要照我的作法你得先有台 CNC 雕刻機才行XD

車床是旋轉工件來加工的機器, 主要用於圓柱體類的加工
現代先進的 CNC 車床是車銑複合, 它不一定只能沿著圓型加工, 很厲害
而要旋轉工件就要有馬達, 看過許多 DIY 車床主要以交流馬達為主
直流馬達的也有, 但因為力量太弱大多是加工小東西, 像是釣魚用的浮標
交流馬達有刷無刷都有人用, 有刷的大概就是拿電鑽來改的
而我選的是無刷的, 和電鑽比功率更上一層

這是日立 TFO IP44 系列的 400W 三相交流馬達 (英規：1/2馬力)

接線盒裡有標接線方法, 若沒玩過這類馬達一看就傻眼XD
這種馬達是沒法直接在家裡使用的, 三相電只在工廠和農業區才有
所以我們需要一些設備來驅動它：

三菱 700 系列無刷交流馬達變頻器 FR-E710W-0.4K
這系列變頻器有最低階的三個型號可以接家裡 110V 電源
它會升壓同時變頻, 轉成三相 220V 輸出, 調整頻率即可改變轉速
現在最新的是 800 系列！

無與倫比高性能！

選這樣的組合完全是成本考量, 曾看過別的賣場問與答
功率大的馬達價錢越貴, 越小的卻不一定越便宜
三相 220V 400W 似乎是出貨量最多的規格, 因此各家都會做標準品
生產規模大, 價錢最好看
反而 110V 單相馬達屬於特規, 大多直接做成產品 (例：抽水機)
不會單賣馬達, 或是要買就要找二手
買二手的很講運氣, 那種躲在工廠角落轉了不知道幾年的馬達體質不一
我們要拿來加工用, 要是連轉軸都晃來晃去就麻煩了
而且這種馬達一顆都 10 公斤起跳, 可禁不起買錯, 堆家裡很擋路
所以我找全新品, 一顆三張小朋友多, 而變頻器就尋二手的, 也是三張
這就是本車床最貴的兩項零件, 剩下的全部加起來大約只有一張小朋友
還要再加一張買個百分表和磁鐵座, 大概就這樣

變頻器打開有一堆接點

我們只需要輸入 110V, 輸出三相 220V 接馬達, 還有兩條線接開關
這台變頻器買來需要設定一下

這取自網路上放的操作手冊, 將參數 79 設成 3 然後儲存
即可透過外部開關啟動馬達, 我把 SD 和 STF 拉出來接到開關
開關用有段開關, 短路時旋轉, 一斷開就會減速停止, 所以要選有段的

家裡若有做接地工程 (雖然多數都沒有) 變頻器地線應確實接地
以免漏電危險, 若無接地, 建議穿鞋絕緣後操作

這顆馬達軸上有方鍵來傳送動力, 功能可參考：
國立北門高級農工職業學校機械科/機械學程 > 互動學習 > 機械原理 04鍵與銷

背後有風扇散熱

不過馬達殼上沒有散熱片, 效果有限, 但這顆功率低, 沒有風扇應該也沒差

有了馬達接著要做夾具, 這樣才可以把工件固定到馬達上
本來想買現成的...一組四張小朋友, 露天上問賣家愛理不理的
一個沒回應, 一個問了說有貨, 等到要下標時就失去回應
我想做的東西要夾 60mm 左右, 要買到 80mm 夾頭, 重量不少
若從掏寶弄過來運費可能會有點貴, 所以只好另外想辦法
一開始打算以鋁柱為軸, 然後固定工程塑膠夾具, 用 CNC 雕刻機做了這

仔細銼了幾個小時總算裝上去了, 土砲機有誤差沒辦法XD

結果晃得很厲害, 表示中心沒有在圓心上, 而且還有前後晃
表示中間孔道也沒有和圓柱平行, 沒法用啊！
於是又上網找材料, 找到這：

剛好有給這種無刷馬達用的齒輪, 寫個概略的尺寸問賣家有沒有接近的標準品, 就拿了這

後面有特殊顏色的花紋, 不知道是啥, 後來問老爸
老爸待過鐵工廠, 說那是加熱硬化處理的
國立北門高級農工職業學校機械科/機械學程 > 互動學習 > 熱處理丙級熱處理程序
碳鋼或合金類經過加工, 為了讓加工過的區域更硬更堅固
會拿去把加工過的區域烤到火紅, 然後浸水或浸油快速降溫
像齒輪的齒, 攻牙過的孔等會這樣處理
而且這工法只有碳鋼或部份合金有效
加熱溫度和降溫速度要正確, 以前設備差, 都是靠師父感覺的XD
老爸那年代還用碳火烤的, 做壞了就丟掉, 反正人力便宜, 真糟糕XD

接著加工一塊圓的工程塑膠, 設計外型

應該不難看出是用來包住齒輪的, 右邊那堆是做配件用的模型
這個模型是我想做出來的結果, 但不是拿去做 G code 的模型
像中間銑掉大面積部份我會塞個圓柱去產生 G code
這樣可以減少加工時間

加工時要確實固定好, 為此特別處理了四塊木塊來固定
若不這樣做而只是用螺絲固定, 它就要起飛了XD

做出來：

然後把齒輪塞進去

因為有誤差裝起來有點緊, 用雕刻刀切除部份料後才比較容易裝上, 但又不至於容易鬆脫
每一齒往逆時針方向都有空隙, 那是因為銑刀就是 4mm 寬, 齒輪尖端只有 1mm
如果畫 1mm 的模型, 4mm 銑刀並不會走到底, 那裡就要手動加工
於是我加大模型空隙, 我知道這顆只會順時針轉 (背面看順時針, 正面看是逆時針轉)
在逆時針方向方向留下空隙並不影響運作, 留下空隙可以讓我不用耗時間一一處理