Popri štúdiu na strednej škole, odbor mechatronika, som sa začal viac zaujímať o CNC stroje. Fascinovala ma využiteľnosť týchto strojov, ich vysoká presnosť a rýchlosť, s akou dokážu pracovať. Po prečítaní mnohých odborných článkov a postupov na ich výrobu, som sa odhodlal ku stavbe vlastnej CNC Gravírky.
Na internete sa nachádza veľké množstvo užitočných materiálov, z ktorých som čerpal pri stavbe svojho stroja. Okrem študijných materiálov som využil aj poznatky nadobudnuté na mojej odbornej praxi vo firme so sídlom v Dolnom Kubín a tiež vedomosti z odborných predmetov nadobudnuté počas štúdia na SŠ Tvrdošín.
Na začiatku práce som si určil rozmery pracovnej plochy gravírky. Konštrukciu som v úvode naskicoval na papier, a potom vyhotovil v programe Solid Edge ST4. Skúšal som rôzne kombinácie a návrhy tak, aby stroj splnil moje očakávania. V prvých krokoch som musel vyriešiť problematiku týkajúcu sa tuhosti stroja, rozmery pracovnej plochy (400 x 400 mm), neskôr bolo potrebné vytipovať materiály vhodné na obrábanie na tomto stroji.
V mojej práci som popísal mechanickú, elektrickú časť stroja a ovládacie programy.
Mechanickú časť, ako som už vyššie spomenul, som si najprv naskicoval na papier, a potom v programe Solid Edge ST4 som vyhotovil základný rám CNC Gravírky. Mechanickú časť som si rozdelil na konštrukciu: os x, os y, os z.
Rozhodoval som sa medzi dvoma variantmi konštrukcie. V prvom variante som uvažoval skonštruovať stroj z hliníkových profilov, ktoré by som následne pospájal skrutkami. Docielil by som pomerne nízku hmotnosť stroja a jednoduchú montáž. Od tohto variantu ma odradila skutočnosť, že stroj, ktorý je pospájaný skrutkami, nemá dostatočnú tuhosť pre navrhnuté materiály, ktoré budem na ňom gravírovať (drevo, plast, neželezné kovy).
V druhom variante som sa rozhodol zhotoviť stroj, ktorý by mal vyššiu pevnosť. Preto som konštrukciu rámu zvolil z oceľových profilov. Profily som spojil zváraním celej konštrukcie. Konštrukcia rámu bola zváraná metódou TIG. Touto skratkou sa označuje zváranie elektrickým oblúkom za pomoci netaviacej elektródy v ochrannej atmosfére inertného plynu argónu. Elektrický oblúk horí medzi netaviacou sa elektródou a základným zváraným materiálom.
Nevýhodou tohto variantu je vyššia hmotnosť, ktorá je síce nežiaduca pri manipulácií so strojom, ale výhodou je pevnosť stroja.
Na zváranie rámu stroja som zvolil oceľové profily prierezu 80 x 40 mm podľa normy EN 10219, ktoré mi najviac vyhovovali.
Os X
Os X stroja som riešil lineárnym vedením typu podopretých tyčí s guľôčkovými ložiskami, ktoré mi najviac vyhovovali cenou, vlastnosťami a rozmermi. Vedenia som upevnil o rám skrutkami s vnútorným šesťhranom. Najťažšie bolo docieliť súososť a rovnobežnosť vrchného a spodného vedenia. Ak by som to nedodržal, vedenia by sa mohli nerovnomerne opotrebiť. Došlo by ku zničeniu celého vedenia, ktoré by bolo nutné vymeniť. Na rám stroja som priskrutkoval uloženia axiálnych ložísk, o ktoré sa opiera trapézová tyč priemeru 14 mm.
Na túto os som použil rovnaké vedenia ako aj na os x a os z. Tieto vedenia neprenášajú zaťaženie, ale zaťaženie sa prenáša do samotnej konštrukcie, čo je pre mňa veľkou výhodou. Portál, ktorý sa pohybuje, má totiž dosť veľkú hmotnosť. Ložiská na vozíkoch sú masívnejšie, čím sa kompenzuje to, že ložisko nie je plne uzavreté a stráca stranovú presnosť. Trapézová tyč na nachádza v strede stroja. Usadenia axiálnych ložísk som pripevnil o rám skrutkami, ktoré som zabezpečil proti uvoľneniu v dôsledku vibrácií, lepením.
Osadenie som si najskôr načrtol na papier, následne som si ho prekreslil a vytvoril program pre frézku. Upevnenie trapézovej matice o portál som vyriešil vyfrézovaním osadenia, ktoré som následne pospájal skrutkami.
Najviac práce pri stavbe som mal s vyhotovením Z - ovej osi stroja. Návrh portálu som si najskôr nakreslil. Ako materiál som použil plech hrúbky 10 mm z hliníka. Na platni 160x250 mm som vyfrézoval diery pre skrutky, zahĺbenia pre hlavy skrutiek a uloženia pre vozíky. Najväčší problém Z – ového portálu bola jeho hmotnosť spolu s vretenom a krokovým motorom. Pre tento stroj to však nebolo chybou, keďže som uvedenú skutočnosť na začiatku vyriešil dostatočným dimenzovaním. Po kompletnom vyfrézovaní platní a ich pospájaní som osadil vreteno a celý tento portál pripevnil na stroj. Snažil som sa docieliť čo najlepšiu presnosť.
Na riadenie CNC Gravírky som chcel použiť najjednoduchší variant. Ako napájací zdroj som použil toroidný transformátor.
V ďalšej časti som si vytvoril DPS, v ktorej som na výstupy priviedol potrebný prúd, a tak mohol napájať drivery.
Pre riadenie stroja som použil drivery typu TB 6560. Z diskusných fór som vedel, že spĺňajú moje požiadavky a nie sú finančne náročné a dobre spolupracujú s ovládacím programom MACH 3. Drivery môžem nastaviť podľa potreby. Ja som nastavil delenie kroku 2.
Do počítača som aplikoval LPT kartu pre komunikáciu medzi riadiacim programom a mikro kontrolérom. Komunikáciu zabezpečuje kábel LPT. Zabezpečuje ďalšie riadenie pre drivery, ktoré následne priamo riadia CNC Gravírku prostredníctvom krokových motorov.
Krokové motory som použil NEMA 23, tento motor mi postačuje na vykonávanie pohybu portálov. Spojenie hriadeľa motora s trapézovou tyčou som zabezpečil pomocou pružnej spojky.
Po pripevnení elektroniky o rám, som viedol káble cez rám pre krokové motory a koncové spínače.
Bezpečnosť stroja som vyriešil koncovými senzormi. Optické spínače fungujú na princípe dvoch proti sebe umiestnených diód. Taktiež má CNC Gravírka centrál stop.
Ovládanie CNC Gravírky som vyriešil zakúpením licencie na program MACH 3. Tento program skvele spolupracuje s mikrokontrolérom. Môžem v ňom nastaviť počet impulzov pre krokové motory, zapínanie a vypínanie vretena, koncové senzory, rýchlosť posuvu a informáciu o časovej dĺžke obrábania. Do programu nahrám G – kód, ktorý si vopred vytvorím na potrebnú súčiastku.
Skonštruovaný stroj používam pre súkromné účely. Uvedená CNC Gravírka je praktická v tom, že má optimálne rozmery obrábacej plochy, ľahko sa s ňou manipuluje, vyhotovenie G – kódu nie je náročné, náklady na jej výrobu sú pomerne prijateľné oproti trhovým cenám CNC Gravírok. Moje náklady na jej výrobu predstavovali 1700€. Zohľadňujúc tieto skutočnosti by mohol tento stroj slúžiť pre študentov stredných odborných škôl na vyučovanie predmetu programovanie CNCstrojov, nakoľko školy nemajú dostatok financií na vybavenie učební podobnými strojmi.
