Frézka

14.5.2016 Konečně po několika letech jsem dostavěl frézku a po měsíci jsem se dostal k tomu, abych uveřejnil článek, který jsem trochu slíbil v kategorii o mně. Nejdříve trochu odbočím a popíši, jak jsem se vlastně k této tématice dostal a také o první verzi téměř hotové frézky. Začátek stavby je datován asi v polovině roku 2009, kdy jsem objevil CNC fórum, a hned první večer mě tyto stroje uchvátily. Postupně při pročítání fóra jsem získával nové informace, co použít jako posuvné vodení, jaké jsou typy, co použít za pohybové šrouby atd. Až jsem se po pár dnech rozhodl, že takovou frézku musím mít a že si jí postavím také!
Nejdříve jsem si zvolil typ konstrukce, a co chci vlastně obrábět. Obrábět jsem chtěl převážně dural. A protože jsem frézku od počátku plánoval jako CNC, tedy řízenou počítačem, zvolil jsem portálovou frézku. Jako nosnou konstrukci jsem zvolil duralový profil tvaru U. To se neukázalo jako úplně vhodné řešení, neboť tyto profily, alespoň ty prodávané ve Feroně, nemají nikde pravý úhel, jsou tak divně pokroucené. Profily byly v rozích sešroubovány přes duralové kvádry. Na ose Y jsem jako vedení použil kalené nepodepřené tyče délky 500 mm a průměru 20 mm, na nich lineární kuličková ložiska. Na osu X jsem pak sehnal použité lineární vedení THK SR20 délky 380 mm, bohužel pouze s jedním vozíkem na každou kolejnici, v tu dobu jsem měl ještě pocit, že to nebude výrazněji vadit. Na svislou osu Z přišlo tatkéž lineární vedení, avšak nové, s vysoce předepjatými vozíky IKO LWH20. Krokové motory jsem neměl, a tak jsem je koupil, maximální statický moment 1 Nm. Drivery pro krokové motory jsem různě posháněl také. Jako pohybové šrouby jsem použil závitové tyče s trapézovým závit Tr12×3 a k nim bronzové matice.
Konstrukce původně obsahovala i dřevěné díly, ty jsem následně nahradil duralem. S minimem strojního vybavení (jen malý stolní soustruh a stojanová vrtačka) to nedopadlo nejhůř, ale žádná hitparáda to také nebyla. Frézku jsem víceméně dokončil, ale zbývalo to nejdůležitější - vřeteno a počítač. Hnací motor jsem sehnal, jednalo se o DC motor 700 W, napětí 72 V, proud 10 A, maximální otáčky 4600 ot/min. Potřeboval jsem tedy zdroj. A na to už jsem neměl peníze (na stavbu spínaného zdroje jsem si v té době netroufal, použít klasický transformátor by jistě šlo také, ale už jsem na něj neměl...). Tak jsem frézku na stole přikryl, aby se na ni neprášilo, než seženu finance a chybějící díly dokoupím.
K tomu jsem se samozřejmě už nedostal a jak léta plynula, téměř hotová frézka mi na stole jen zabírala místo. V létě minulého roku jsem se rozhodl, že frézku prostě potřebuji k tomu, abych si mohl vyrábět některé díly, ať u už laserům, nebo kamkoliv jinam. Avšak už ne primárně řízenou počítačem, ale postaru na kličky, ale s přípravou na CNC (při konstrukci jsem počítal s osazenými motory).
Rozhodl jsem se, že stávající frézku předělám, přesněji řečeno použiji některé díly a postavím frézku jinou, hlavně s jinou konstrukcí. Jelikož je frézka primárně určena na kličky, portálová konstrukce je podle mého silně nevhodná. Proto jsem zvolil typ podobný klasické nástrojařské frézce. Od frézky jsem požadoval, že musí zvládat obrábět dural, a to ne ve smyslu vyrábění duralového prachu, ale špony. Ve skrytu duše jsem trošku myslel i na ocel..
Jako základnu jsem použil ocelový profil U silnostěnný, s navařenými výztuhami, jako sloup stejný profil, s přivařenou zadní výztuhou. Sloup k základně je přišroubován, viz obrázky. Ocelovou konstrukci jsem opatřil slušivým, modrým kabátkem Alkyton, odstín RAL5010.
Pro křížový stůl jsem použil část osy Z z původní frézky, tedy lineární vedení IKO, pro osu X křížového stolu jsem použil linerání vedení z původní frézky (THK SR20). Nejdříve jsem měl pouze původní dva vozíky a docela to fungovalo, avšak nakonec, ještě v průběhu stavby, jsem další dva nové objednal, a rozhodně toho teď nelituji. Na křížový stůl jsem přidělal desku s T drážkami. Pro třetí osu jsem lineární vedení dokoupil za dobrou cenu, maličké HIWIN MGN12, avšak i přes malé rozměry je tuhost dostatečná. Pohybové šrouby jsem použil stejně jako u první frézky trapézové Tr12×3 s bronzovými maticemi. Mechanickou část jsem tedy dodělal, zbývalo vyřešit to samé jako před lety - vřeteno potažmo zdroj pro motor. Tentokrát jsem si už na stavbu spínaného zdroje troufl, ale abych nezačínal úplně od píky, prohledal jsem internet. Nějaké schéma jsem našel a to jsem si upravil k obrazů svému, přeci jen 700 W spínaný zdroj s výstupním napětím 70 V není zcela běžná konstrukce :-) Po počátečních problémech už pracuje dobře. Další na řadě bylo samotné řízení motoru - driver, tedy regulace otáček a logika, aby se chod motoru spoustěl jedním tlačítkem, druhým tlačítkem na druhou stranu, nešel dát tvrdý reverz a motor se rozáčel po rampě (dost sebou škubne, když se připojí natvrdo i na poloviční napětí, a to má 5 kg). Jako podmínku jsem si dal, že driver nesmí obsahovat procesor. Třetí verze driveru funguje k plné spokojenosti. Možná ho tu jednou utaké zvěřejním. Jedná se o klasický PWM regulátor s H můstkem (aby šel přepínat smysl otáčení - příprava pro řezání závitů), doplněný o spínací/vypínací logiku, výkonová část je oddělena optočleny (což se ukázalo jako velmi výhodné...). Ale především zvládne napětí 70 V, což většina klasických regulátorů kupodivu nezvládá. Jako samotné vřeteno jsem použil kleštinový upínač ER16, připojen přes pružnou spojku na motor (bohužel usazení není zcela souosé a pružná spojka dělá kravál).
Nedávno konečně nastal velký den a dotáhl jsem poslední šroubek. Zkusil jsem tedy frézování. Byl jsem mile překvapen. Nastavil jsem plné otáčky, tedy cca 4600 ot/min. Jako první frézování jsem zkoušel dural EN-AW 5083, fréza 10 mm, 4břitá, plná šířka nástroje, záběr 1 mm, šlo to naprosto bez problémů. Dále jsem zkoušel hrubovací frézu o průměru 6 mm, plná šířka, záběr 3 mm, také to nebyl problém (ale otáčky motory už trochu klesaly). A protože mi to nedalo, zkusil jsem i ocel. Nastavil jsem nižší otáčky, použil jsem stejnou hrubovací frézu průměru 6 mm, plná šířka, záběr 1 mm, materiál 11523, a také to šlo docela dobře.
Desítky, ne-li stovky, hodin se podle mého vyplatily a konečně mám frézku! Kdyby měla lepší vřeteno, jistě by toho zvládla více. Zbývá ještě dodělat odměřování (noniusy už mám vygravírované) a je na čase přemýšlet o lepším vřetenu, co se týče otáček i co se týče výkonu.
Teď už konečně přikládám pár fotografií nové frézky a pro ilustraci i jednu fotografii původní konstrukce. Ale ještě si neodpustím jednu poznámku pro případné stavitele - měřte jedním metrem!.