передача на тросах (тросиках) и зубатых ремнях

На самодельных cnc станках чаще всего применяется передача винт-гайка. но бывает нужна скорость перемещения оси, а не мощность.
это относится к таким станкам ЧПУ как пенорезка,  механизм перемещения осей сделан на базе тросов, кроме резки струной есть еще такие задачи как разводка печатных плат для последующего травления. схема наносится с помощью обычного перманентного маркера, потом травится в растворе для травления и хлорное железо выедает все, кроме закрашенных участков.
главное -  точность и скорость обработки, ведь данный вид cnc - фактически графопостроитель и нагрузок перо не испытывает.
поэтому  можно использовать  ременную передачу (тросик - это ее разновидность), так и передачу  зубчатым ремнем.
Рассмотрим для начала использование зубчатого ремня, как наиболее доступный материал, ведь 90% подобных станков собираются из старых принтеров, а там используется именно зубчатый ремень.

 

Самым простым вариантом является использование зубчатого ремня, для того, что бы ремень не проскакивал на зубчатом колесе используется пара прижимных подшипников.
Оптимальный диаметр зубчатого колеса 8-10 мм, если необходимо уменьшить шаг, то зубчатое колесо ставиться не на мотор напрямую, а через понижающую зубчатую передачу. Впрочем, обычно этого не требуется. На пенорезке точность шага в 1 мм вполне достаточная, для рисунка плат достаточно иметь шаг в 0.5 мм.  Большего не требуется. Если вам нужна высокая точность шага, то стоит отказаться от зубчато-ременной передачи в сторону ставшей классической передачи ходовой винт и гайка.
Для использования металлического  тросика необходимо изготовить ступицу, которая надевается на шаговый двигатель и намотать трос на эту ступицу в количестве 4-5 витков. Можно использовать обычный тросик из хозмага, диаметром в 1.5 мм, я покупал такие тросики по цене 20 рублей за 4 метра. При этом диаметр шкива должен быть от 15 до 20 миллиметров. Выбор диаметра шкива объясняется способностью тросика изгибаться, на меньший он просто не намотается.

Скорость по отношению к станку с передачей винт-гайка и шагом резьбы в 1 мм, на тросовой передаче возрастает в 45 раз! Она становиться около 14 см в секунду. Правда и мощность падает на такую же величину. Но как я уже писал, для пенорезки или графопостроителя ака чертежная машина - скорость это главное, а мощность им не нужна.

Для увеличения сцепления тросика со шкивом его необходимо очистить от смазки и натереть сосновой канифолью. После этого тросик обычно не проскальзывает. Для еще большего улучшения сцепления можно выбрать на шкиве ложбину полукруглой формы под трос. Это делается резцом, при этом диаметр углубления равняется диаметру троса, а глубина углубления половине диаметра. Такая проточка нанесенная на шкив по спирали очень сильно увеличивает сцепление за счет увеличения площади соприкосновения троса и шкива.
При желании, можно увеличить скорость перемещения осей путем увеличения диаметра шкивов.

Заделка концов тросика производиться следующим образом. Заделываемый край металлического тросика расплетается на 2 части. Длинна расплетения может составлять от 4 до 16 сантиметров в зависимости от диаметра троса. Расплетенные концы продеваются в петлю и, затем, обвиваются вокруг основной части тросика. При этом расплетенные половинки троса должны заплетаться по своему «привычному» положению. После этого на место сплетения надевается медная трубка и расклепывается сильными ударами молотка.
Внутренний диаметр медной трубки должен быть немного больше чем суммарный диаметр заплетенного троса. Соединение получается и надежное и прочное, при этом, он превосходит по прочности сам трос.

Устройство управления шаговым электродвигателем

управление шаговым двгатлем без компьютера

Шаговые электродвигатели незамени­мы при конструировании точных устройств позиционирования Многие из по­добных двигателей имеют на статоре по две многополюсные сдвинутые относи­тельно друг друге обмотки, каждая из них — со средним выводом Последние обычно соединяют с плюсом источника питания, а остальные выводы в опреде­ленной последовательности — с минусом

Когда через одну из половин обмотки те­чет ток. ее вторая половина обесточена. Устройство, схема которого показана на рисунке, управляет шаговым двигателем, заставляя его ротор вращаться в одну или другую сторону. Каждый из импульсов ге­нератора на элементах микросхемы DDI поворачивает ротор но одни шаг. Частоту импульсов (и шагов) изменяют перемен­ным резистором R3. Нужную последовательность уровней на­пряжения, подаваемых на обмотки двигателя, формирует кольцевой двухразряд­ный счетчик на D-триггер рах DD3.1 и DD3.2. С помощью двух элемен­тов -Исклю- чающее ИЛИ- (DD2.2 и DD2.3) при необходимости инвертируют сигналы об­ратной связи счетчика изменяя таким об­разом направления счета и вращения ро­тора двигателя Ml в зависимости от по­ложения выключателя SA1 Элементы DD2.1 и DD2.4 буферные.

Непосредственно коммуируют обмотки двигателя транзисторные ключи с откры­тым коллектором, входящие в состав мик­росхемы DD4 (использованы лишь четыре из семи имеющихся ключей). Все выходы микросхемы снабжены внутренними защитными диодами, общий катод которых — вы­вод 9 Таким образом каждая полуобмотка зашунтирована диодом, устраняющим коммутационные выбросы напряжения

Мощность электродвигателя M1 огра­ничена максимальным током через один ключ 300 мА и суммарной мощностью, рассеиваемой микросхемой DD4, 2 Вт при температуре окружающей среды 25 'С. Микросхему К1109КТ23 можно за­менить импортной  ULN2004A

 Входные цепи ключей микросхемы К1109КТ23 рассчитаны и на непосредственное подключение к выхо­дам микросхем структуры К МОЛ. Поэто­му микросхемы DDI-DD3 можно заме­нить функционалытыми аналогами из се­рии К561: К155ЛАЗ на KS61ЛА7. К155ЛП5 на К561ЛП2. K1SSTM2 на KS61TM2. учтя различия в назначении их выводов, уменьшив в 500 раз емкость конденсато­ра С1 и увеличив  во столько же раз со­противление резисторов R2 и R3. После такой замены устройство можно питать от одного источника напряжением 12 В. Цепи питания микросхем следует за шун­тировать конденсаторами.

кому лень собирать можно использовать готовый блок управления шаговым двигателем

упаравление шаговым двигателем

Теория
Шаговый двигатель
 Шаговые двигатели широко применяются в приложениях, требующих точность. В отличие от двигателя постоянного тока у шагового двигателя отсутствуют щетки и коммутатор - для этого там несколько отдельных обмоток, которые коммутируются внешней электроникой (драйвером). Вращение ротора происходит за счет коммутации обмоток шаг за шагом, без обратной связи. Здесь проявляется и один недостаток шаговых двигателей - в случае механической перегрузки, когда ротор не двигается, шаги начинают путаться и движение становится неточным. По виду обмоток, шаговые двигатели разделяются на два типа: униполярные и биполярные шаговые двигатели. По строению их делят еще на три вида:
 С переменным магнитным сопротивлением (высокая точность, низкий крутящий момент, низкая цена)
 С постоянным магнитом (низкая точность, высокий крутящий момент, низкая цена)
 Гибридный (высокая точность, высокий крутящий момент, высокая цена)
 У шаговых двигателей с переменным магнитным сопротивлением зубчатые обмотки и зубчатый ротор из железа. Максимальная сила тяги возникает при перекрытии зубьев обоих сторон. В шаговых двигателях с постоянным магнитом, как следует из названия, есть постоянный магнит, который ориентируется в зависимости от полярности обмотки. В гибридных используются обе технологии.
 Независимо от модели шагового двигателя для создания одного полного оборота вала (360 градусов) требуется сотня коммутационных шагов. Для обеспечения стабильного и плавного движения используют подходящую управляющую электронику, которая управляет двигателем в соответствии с его параметрами (инертность ротора, крутящий момент, резонанс и т.д.). Вдобавок в управляющей электронике можно применять различные методы коммутации. Коммутацию последовательно по одной обмотке называют полным шагом, но если коммутируется поочередно одна и две обмотки, то это называется полушагом. Используют так же синусоидальные микрошаги, что дает особую точность и плавность управления.


Униполярный шаговый двигатель

Обмотки униполярного шагового двигателя
 Униполярный шаговый двигатель имеет пять или шесть проводов. В соответствии со схемой привода запускается разом только одна четвертая обмоток. Линии Vcc обычно соединяются с положительным питающим напряжением двигателя. Концы обмоток 1a, 1b, 2a, и 2b соединяются при коммутации через транзисторы только с землей, в связи, с чем их управляющая электроника довольно простая.


Биполярный шаговый двигатель

Обмотки биполярного шагового двигателя
 Биполярный шаговый двигатель отличается от униполярного шагового двигателя тем, что полярность обмоток изменяется во время коммутации. Разом активируется половина обмоток, что обеспечивает в сравнении с униполярными шаговыми двигателями большую эффективность. У биполярных шаговых двигателей четыре провода, которые все соединяются отдельно полумостом. При коммутации полумосты прикладывают к концам обмоток положительное или отрицательное напряжение. Униполярные шаговые двигатели можно запускать и с помощью биполярного драйвера: для этого нужно соединить только линии обмоток 1a, 1b, 2a и 2b (Vcc остается не соединенным).
 Необходимые коммутации полного шага и полушага шаговых двигателей с обоими видами обмоток отображает следующая таблица. Так как в случае драйвера униполярного шагового двигателя происходит только отпирание транзисторов, то эти шаги представлены логическими числами 0 и 1. Управление биполярным шаговым двигателем может потребовать больше сигналов, и его шаги представлены выходной полярностью драйвера.  

Практика

 Цель упражнения запустить биполярный шаговый двигатель, вместо чего можно использовать по приведенному выше методу и униполярный двигатель. На плате модуля «Двигателя» имеются два драйвера L293D, которые управляются четырьмя входными выводами микроконтроллера. Каждый вывод обозначает один конец полярности обмотки. Напряжение конца обмотки положительное, если вывод высокий, и отрицательное, если вывод низкий. Концам 1A, 1B, 2A и 2B соответствуют выводы микроконтроллера PB0, PB1, PB2 и PB3.
 Для управления биполярным шаговым двигателем в библиотеке Домашней Лаборатории есть функция bipolar_init, которая настраивает выводы выходом и функция bipolar_halfstep, которая совершает вращение на определенное количество полушагов. Коммутация происходит по таблице полушагов, но используются более сложные битовые операции.

//
// Подготовка управления биполярного шагового двигателя
//
void bipolar_init(void)
{
 DDRB |= 0x0F;
 PORTB &= 0xF0;
}

//
// Передвижение биполярного шагового двигателя полушагами
//
void bipolar_halfstep(signed char dir,
 unsigned short num_steps, unsigned char speed)
{
 unsigned short i;
 unsigned char pattern, state1 = 0, state2 = 1;

 // Утверждение направления +- 1
 dir = ((dir < 0) ? -1 : +1);

 // Осуществление полушагов
 for (i = 0; i < num_steps; i++)
 { 
  state1 += dir;
  state2 += dir;

  // Создание шаблона
  pattern = (1 << ((state1 % 8) >> 1)) |
            (1 << ((state2 % 8) >> 1));

  // Обозначение выхода
  PORTB = (PORTB & 0xF0) | (pattern & 0x0F);

  // Создание паузы для ожидания выполнения шага
  sw_delay_ms(speed);
 }

 // Остановка двигателя
 PORTB &= 0xF0;
}

Использование функций демонстрирует пример программы, которая поворачивает двигатель попеременно в одну и другую сторону на 200 полушагов. Скорость вращения двигателя определяет длинна паузы, создаваемая между шагами. Если паузу настроить слишком маленькой, то двигатель не успевает осуществлять вращение в связи с инертностью ротора и вал не двигается.

//
// Тест-программа биполярного шагового двигателя
// модуля «Двигатели» Домашней Лаборатории
//
#include <homelab/module/motors.h>

//
// Основная программа
//
int main(void)
{
 // Настройка двигателя
 bipolar_init();

 // Бесконечный цикл
 while (true)
 {
  // Вращение в одну сторону 200 полушагов со скоростью 30 мс/шаг
  bipolar_halfstep(+1, 200, 30);

  // Вращение в другую сторону 200 полушагов со скоростью 30 мс/шаг
  bipolar_halfstep(-1, 200, 30);
 }
}

конструкция жала для выжигания по дереву на станке

появилась идея новой конструкции жала для выжигания по дереву
Идея заключается вот в чём, берём сопротивление 0.5 вт любое, оно пойдёт вместо корпуса
 

отрываем у него одну ножку аккуратно т.к сделано оно из керамики и может сломаться, затем из медного провода точим наконечник с рассчётом чтобы входил в сопротивление, и заодно его шлифуем чтобы по дереву скользил
 

затем вставляем внатяг его в нутрь нашего корпуса а поверх мотаем нихром у меня 0.5 мм чтобы вышло вот так

ну и ставим на станок, у меня плавающая головка на подшипнике, работает и от оси Z и от электромагнита

крепил на головке с помощью внутренностей 3х амперной колодки, есть во всех хозмагах

вот что в результате вышло,
 

выжигал шаг 0.3,время чуть больше 10 минут как сделать шаг меньше незнаю,  Буквы высотой 4мм.

преимущество: во первых можно любые сердечники ставить а главное нихром не снашивается! 
Есть конечно недостаток долго разжигается сей аппарат, нужно немного подождать после включения.

недостаток:  окислится и залипнет как жало в паяльнике, когда то в древнем (старше меня) номере журнале РАДИО была статья как подобным способом сделать микропаяльник правда для нагрева использовался сам резистор.
А если всё из керамики? или антипригарное жало от паяльника и керамонагреватель??

К сожалению теплопроводность керамики падает с повышением температуры выше 200 градусов. Наверное теоретически можно найти материал, который бы устроил и по теплопроводности и по стойкости к температуре около 300-330 градусов(температура воспламенения сосны на воздухе), да вот можно ли найти керамику с хорошей теплопроводностью и малой "угарностью"?
смотрим в таблице теплопроводности  , что если использовать в качестве рабочего органа алмазный стеклорез, вернее его рабочую часть с вставкой к которой прикреплен алмаз. ранее вставка сделана из меди или медного сплава, т.е соединить с медным прутком, на котором намотана спираль будет несложно.
Стоимость стеклореза порядка 100-150 рублей. 
Сам алмаз имеет гораздо более высокую теплопроводность- 900—2300 Вт/(м·К), чем медь-300-400 Вт/(м·К), то есть будет "концентратором" тепла на своем острие, алмаз выдерживает температуру до 850°C, что в 3 раза выше рабочей, то есть по всем параметрам теоретически должен подойти в качестве рабочего органа выжигателя.
Осталось попробовать.

У нас продают китайские, но насколько они алмазные?  медный наконечник действительно окислился через час работы вот что сделал с фото: я как-то сразу про это неподумал ведь паяльник действительно обгорает. Сменил жало на железное из гвоздя( временно, с трудом рукой вытащил старое было уже с окалиной, выпасть немогло, это к вопросу о выпадении) пробовал мелкий текст выжигать, говорить даже небуду и так всё видно, высота букв 3 мм
а вот просто выжигать думаю с алмазом можно попробовать.

Это хорошо, что не дали, теплопроводность нержавеющей стали всего 20 Вт/(м·К), что хуже чем у меди в 20 раз, т.е. примерно во столько же надо поднять мощность нагревателя. А алмаз - то что надо, зачекань хорошо и вперед! Еще бы место устаноки алмаза не обгорало, было бы вообще хорошо! основа алюминиевый стержень, у него теплопроводность чуть ниже чем у меди, но при этих температурах он не обгорает.

Алмаз в серебро было бы совсем великолепно! Можно поднять температуру и повысить скорость выжигания.

Вот небольшой фотоотчёт о проделанном эксперименте.Нижеперечисленным сообщаю, серебрянная проволока оказалась тонкой пришлось переплавить в каплю и из неё вытачивать пруток, с торца засверлил и вставил алмаз потом расчеканил чтобы не выпал вот до работы:

вот после часа выжигания, действительно не обгорает

вот вид в сопротивлении

Пока ставил сопротивление сломал сам надавил сильно снизу.

из плюсов конструкции хочу отметить следующее, после прогрева поднёс под головку дощечку и руками поводил, по сравнению с медью и железом алмаз катается как нож в масле или как по мылу, я даже текст в арткаме написал и повыжигал как фрезой, всё здорово пишет не цепляется!  из недостатков наверно как и в любой конструкции обнаружил вот эту неприятную бяку при выжигании тёмных участков из за малой скорости он сильно жгёт материал и цепляет за собой окалину, там где она под ним оказалась образуется зона повышенной температуры и даже на большой скорости головка режет чёрную полосу пока из под неё не выпадет окалина, причём на участках с фоном всё путём алмаз не обгорает и за собой как и перед ничего не тащит. Ещё заметил такую вещь, при выжигании полос стало меньше, может площадь больше или ещё что но мне кажется рисует лучше, для сравнения ту же фотографию выжег на тех же режимах, чуть добавил температуры, на меди уже пожёг бы. Температуру и скорость нужно подбирать заново однозначно, мелочь конечно не порисуешь а для выжигания на нормальном станке в самый раз. В магазинах поискал алмазный стеклорез пока не нашёл, хотел глянуть конструкцию.
Картинка преображается. Тонкость подготовки инструмента и упорство поражают.

а что  ФЕХРАЛЬ? Он действительно лучше нихрома и держит более высокую температуру, я применял его в точечном выжигании года четыре назад. Отковывал в петлю и затачивал под конус в нагретом состоянии, так как в холодном он очень хрупкий. Недостаток тот же - выгорает. Иглы хватало на 4-5 часов работы, но хуже всего - непредсказуемость момента выгорания.

В реле и контакторах серебро в контактах нечистое а пропитывает основу чтото вроде керамики или песка точно незнаю,его там мало, если несколько взять думаю хватит на каплю то а для таких целей чистота не думаю что настолько важна обгорать то небудет,
 далее для более быстрого нагрева и поддержания стабильной температуры обматываешь устройство сверху чем нить теплоизолирующим, например асбестовой нитью. Б
Кстати, для контроля температуры можно использовать простой китайский мультиметр с термометром, модель не помню, кажется 830, но там датчик работает до температуры 1300 градусов и провода к нему термостойкие.
Сегодня купил алмазный китайский стеклорез, вставка в нём на латуни, попробовал из интереса поставил на выжигатель вставку, результат такой же, выжигает) Завтра буду разбираться с окалиной, уменьшу температуру вобщем поэкспериментирую) Да, о полосах, я же фотки ввиду малого количества фанеры выжигаю 8х8 или 6х6 см как прийдётся и если на них смотреть то полосы видно а на большой то наверно небудет ничего, вобщем пробовать буду.
А может использовать опыт изготовления одноразового жала для паяльника, смысл в том, что медное жало обмазывается субстанцией  (жидкое стекло + кварц песок из предохранителей (можно тальк), до состояния сметаны), затем сушится, потом на обмазку накручивается спираль, затем все заматывается стеклонитью и типа все, нагреватель готов. Делал так паяльник, года 3-4 назад, он работает и работает иногда сутками. Плюсы вместо керамики от резистора, обмазка на самом жале. Минус одноразовое жало.

Следующая версия: керамическую несущую взял из зажигалки что со спиралью, грел до 1000 градусов всё ок! внутрь вставил стержень 3 мм диаметром сточенный на конус и зашлифованный из серебра контактного, сверху надел 4 витка нихрома 0.8мм мотал на оправке потом вставил керамику в него, крепил также как и старую, всё довольно жёстко сидит холодное и горячее, вот фото :

Ещё, переделал схему выжигателя не по теме просто в кучу, транс от выжигателя домотал немного вторичку поднял напругу до 3х вольт, в первичной цепи убрал проволочный заводской реостат т.к грелся из за этого гуляло напряжение, поставил регулятор на симисторе от сгоревшего пылесоса, получил на выходе стабильную регулировку от 0 до 3х вольт. Головка нагревается допустим до 479 градусов за минуту, при контакте с деревом температура не падает, остывает долго, обжегся наматывая асбест(сверху обмотал 2х мм шнуром) вся конструкция держит нагрузку и с электромагнитом когда падает при отключении и так, не гуляет. завтра повыжигаю на новой фанере выставлю фото. Отвечаю на вопрос(если будет) почему отказался от алмаза, он немного толстоват, минус не заточишь  А стержень вывел как нужно мне. Интересно просто, кто нибудь выжигал мелкий текст 3мм высотой, получалось нет? или нереально  самоцелью неставлю просто интересно.
 От асбеста пришлось отказаться ввиду его разлохмачивания при нагреве,  писал текст арткамом и включил поднятие головки магнитом, асбест от вибрации начал сыпаться на заготовку  не весь конечно но есть. попробую обмазать силикатом и песком как предлагали выше.
вот фото проб работы арткамом, (если время после опускания головки сократить можно писать и мелочь, буквы вверху 3 мм)

далее обьединил 2 идеи в одну,

пробовал обмазывать песком с силикатом плохо выходит, решил пропитать асбест и обмотал им, сушил включив нагреватель на минимум гдето минут 30 потом добавил температуры,  получилось.... 

покрытие прочное, относительно конечно но не прыгать же на нём.
вот заключительные фото,

выжигал головкой что выше постом, полосы и точки на фото мои косяки (регулировал нагрев и недоработал в фотошоп) головка ведёт себя нормально,

после 6ти часов выжигания такая же как на фото. ещё попробовал выжигать используя обработку по вектору в арткам получилось так: немного поправил УП (сам виноват) и стало получаться так: буквы 4 мм

 но это уже другая история. Посмотрим насколько долго протянет эта модификация

потихоньку стало получаться,

обрабатывать фото в фотошопе нужно лучше, на глаз невидно а косяки всё равно вылазят(точки на лбу) или это програмный глюк?, буду разбираться. одно понял точно, под каждый материал своя скорость ни больше ни меньше иначе непопадаешь в гамму оттенков