家電気と照明ボール盤制御。 DIY ボール盤産業機械の種類 - 穴あけ作業全般

電気と照明

ボール盤制御。 DIY ボール盤産業機械の種類 - 穴あけ作業全般

電動モーターを制御する電子回路の開発直流最適化された CNC マシンで。

仕事の目標:製造の最適化プリント基板を使用してオリジナルデザイン CNCボール盤。

アマチュアや教育機関の研究室でプリント基板を製造する場合、事前に設計された図面に従って部品の足の穴を素早く開けるという問題があります。配線図。問題は、穴の頻度が高く、穴の直径が小さいことです（たとえば、超小型回路の場合）。そのため、手動で穴開けプロセスを実行するのは不便で危険です（ドリルが欠ける可能性があります）。

仕事中、使用中理論的手法研究にあたり、この問題を解決するために他の著者が提案したデバイスを検討しました。このような装置は、制御プログラムに事前に入力されたパターンに従ってワークピースに穴を開けるあらゆる種類の数値制御機械です。私たちは主なものを勉強しました特徴的な機能これらのデバイスの長所と短所を特定しました。これらのマシンはさまざまなプログラムの制御下で動作し、まったく異なる構造を持っていますが、提案されたすべての設計を統合する特徴が 1 つあります。この特徴は工作機械におけるステッピングモーターの使用です。オプション手作りの機械ステッピングモーターを備えた CNC を図に示します。

これにより、ステッピングモーターがぎくしゃくして動作するため、機械のスムーズな動作が低下します。また、強力なステッピングモーターの価格は 1,500 ルーブルからあり、ステッピングモーターを 3 つ使用するか、低出力モーターを使用する場合は 2 つ取り付ける必要があるため、ステッピングモーターを使用すると機械のコストが増加します。それぞれの動きの軸。ただし、ステッピングモーターを DC モーターに置き換えるには、制御ドライバーを変更する必要がありました。回路図ステッピングモーター制御ドライバーを図に示します。

機械の電子部分はほぼ完全に変更されました。

実践的な研究手法を用いて開発した電子回路、電気モーターの回転方向の切り替えは、磁気リレー、リレー自体はトランジスタスイッチによって制御されます。 DC モーター制御ドライバーの回路図を次の図に示します。

この回路は次のように動作します。マシンの設計プロセス中に開発された制御プログラムは、論理レベル「0」と「1」を LPT ポートピンに出力します。トランジスタスイッチ VT1 ～ VT7 のベースは、対応するポートピンに接続されています。

トランジスタＶＴ１およびＶＴ２は電磁リレーＫ１およびＫ２を制御し、その接点は水平面内の横方向工具送りモータに接続されている。電磁リレーを切り替えることにより、電動モータM1の接点により電源電圧(12V)が切り替わります。リレー K1 がオンになると、エンジン M1 は右に回転し始め、K2 がオンになると左に回転します。両方のリレーがオフになると、両方の接点に負の電位が印加されるため、エンジンは停止位置になります。

水平面内での縦送りモーターの制御と、垂直面内でのツールの昇降の制御は、同じ原理に従って実行されます。縦送りモータＭ２は、トランジスタＶＴ３、ＶＴ４およびリレーＫ３、Ｋ４によって制御される。垂直面内でツールを上下させるモーター (M3) は、トランジスタ VT5、VT6 およびリレー K5、K6 によって制御されます。

主作業エンジン M4 はトランジスタスイッチ VT7 を使用してオンにされ、そのコレクタ負荷はエンジンです。

実験研究手法を用いて、開発した回路で制御されるDC電動機を使用した小型CNCボール盤を組み立てました。制御回路はブレッドボード上に組み立てられました。外観 DC 電気モーターを使用する機械を図に示します。

この機械は、Radiotekhnik 協会の研究室で、計画を達成するためのプリント基板の製造に使用されました。実務例: DC アンプ、オーディオ周波数発生器、マルチバイブレーターなど。

著者:マキシム・ソローキン、9年生（コストロマの中等学校30番）、ドミトリー・フェドロフ、10年生（コストロマの中等学校38番）
監督者:シェスタコフアレクサンダーアレクサンドロヴィッチ、教師追加教育 CDT「コモンウェルス」、ロシアの科学・社会プログラム「ステップ・イン・ザ・フューチャー」の教師兼革新者

中心子どもたちの創造性コストロマ市「連邦」
協会「ラジオテクニック」

1 年以上にわたり、私は Prusa i4 3D プリンターの誇り高い所有者です。正直に言うと、今では彼なしではどうやってやっていたのか想像できません。ちなみにこれは愛する妻からのプレゼントです！
でも歌詞は置いといて。今日は、私のバージョンのプリント基板用のボール盤を紹介します。アマチュア無線家の皆さんは、チャック付きのモーターを手に持ちながら基板に穴を開けるのは少なくとも面倒であることをよく知っています。表面硬化ドリルは壊れやすいため、ここでは適していません。ドリルが半分に少し歪んでいました。そして、普通のドリルはすぐに鈍くなります。そして入口の穴は平らではなく、出口の穴は破れています。ボード上のトラックが薄い場合、これはまったく許容できません。ボール盤はこれらの問題を解決します。
インターネット上にはたくさんあります完了したプロジェクト。しかし、それらはすべて、私には（作者がお許しください）原始的なおもちゃのように見えました。ここで繰り返しの価値のある候補の 1 つを見つけました。 https://www.youtube.com/watch?v=xlxfG9IEH7Y&t=34s.
ただし、美学は傷つきました。結局のところ、プリンターでは何でも印刷できます。では、なぜそれを美しくやらないのでしょうか？ Solid Works と印刷に着手しました。途中の間違いを修正しました。そして、これが 3 番目のオプションです。

私はさまざまなエンジン用にいくつかのハウジングオプションを開発しました。 AlliExpress で販売されているすべてのエンジンがここに適しているわけではないことをすぐに言っておきます。たとえば、これは機能しません。

しかし、これが必要なのです。エンジン - 775。信頼性の高いアクスル。フロントベアリング。ビートはありません。

ベアリングが取り付けられているかどうか販売者に確認する必要がありますか? エンジンには、ブッシュ付きのものなど、さまざまな設計があります。

上下のカバーは支持ブラケットに簡単にネジ止めでき、モーターを内部にしっかりと固定します。

アキシアルブラケットの可動部分は 2 つの縦軸ベアリング上に組み立てられており、軸に沿って簡単にスライドでき、上部と下部は装飾的なオーバーレイで覆われています。

ちなみにロッドにも小さなベアリングが入っています。

アルミフレーム。次の新しいバージョンでは、フレームはプレキシガラスで作られました。私の意見ではもっと良く見えます。レーザー加工機でカットします。 ABSプラスチック。 0.1mmの層で印刷されます。印刷後、すべての部品はゼロおよびテトラヒドロフランで処理されます。
さて、これが稼働中のマシンです。
https://drive.google.com/file/d/1eVnMHNLl5y7OgC58LfgzOF5cP6kgi_jb/view?usp=sharing
プロジェクトは存続し続けます。次の改造ではレバーをやめたいと思います。これをステッピングモーターとワイヤレスペダルに置き換えてマシンを制御します。皆さん、ハッピーホリデーを！

ボール盤プリント基板用はミニ機器のカテゴリーに属します特別な目的。必要に応じて、入手可能なコンポーネントを使用してそのようなマシンを自分で作成できます。専門家なら誰でも、回路要素が特別なプリント回路基板に実装されている電気製品の製造において、そのような装置を使用せずに行うことは困難であることを確認するでしょう。

ボール盤に関する一般的な情報

ボール盤は、材料から作られた部品を効率的かつ正確に加工するために必要です。さまざまな素材。高精度の加工が必要な場合（穴あけ加工も同様）から、技術的プロセス可能な限り排除する必要がある肉体労働。自家製の問題を含め、誰でも同様の問題を解決できます。加工時に機械設備なしで行うことは事実上不可能です硬い材料、オペレーターの努力では十分ではない可能性のある穴の穴あけに使用します。

ベンチトップ型ベルト駆動ボール盤の設計 (クリックして拡大)

どのボール盤も、多くの部品を組み合わせて組み立てられた構造物です。コンポーネント、それらは確実かつ正確に相互に固定されます。耐荷重要素。これらのノードの一部は次のように固定されています。耐荷重構造厳密に固定されており、一部は 1 つまたは複数の空間位置に移動および固定できます。

加工プロセスを保証するボール盤の基本機能は、切削工具であるドリルの回転と垂直方向の移動です。多くの現代のモデルこのような機械の作業ヘッドには、切削工具水平面内で移動することもできるため、この装置を使用して部品を移動せずに複数の穴を開けることができます。さらに、最新のボール盤には自動化システムが積極的に導入されており、生産性が大幅に向上し、加工精度が向上しています。

以下に、例として、ボードのいくつかの設計オプションを示します。これらの図はいずれも、マシンのモデルとして機能します。

プリント基板穴開け装置の特長

プリント基板穴あけ機は、穴あけ装置の一種です。小さいサイズそこで加工される部品はミニデバイスのカテゴリーに属します。

無線アマチュアなら誰でも、プリント基板が無線機を取り付ける基盤であることを知っています。構成要素電子的または電気図。このような基板はシート状の誘電体材料で作られており、その寸法は基板上に配置する必要がある回路素子の数に直接依存します。プリント回路基板は、そのサイズに関係なく、回路要素相互の正確かつ信頼性の高い位置決めと、そのような要素間の電気信号の通過の確保という 2 つの問題を同時に解決します。

プリント基板を作成するデバイスの目的と特性に応じて、小型から小型まで対応できます。大量の回路要素。それぞれをボードに固定するには、ドリルで穴を開ける必要があります。回路の要素が正しく配置されるかどうか、また組み立て後に完全に動作できるかどうかを決定するのはこの要素であるため、このような穴の相互位置の精度には非常に高い要求が課されます。

プリント基板の加工の難しさは、現代の基板のほとんどが電子部品寸法が小型であるため、配置する穴の直径を小さくする必要があります。このような穴を形成するために使用されますミニチュア楽器（場合によってはマイクロでも）。従来のドリルを使用してこのようなツールを使用して作業することができないことは明らかです。

上記のすべての要因により、プリント基板に穴を形成するための特別な機械が開発されました。これらのデバイスはシンプルな設計ですが、そのようなプロセスの生産性を大幅に向上させるだけでなく、高精度処理。簡単に手作りできるミニボール盤を使用すると、さまざまな電子・電気製品の組み立てに使用されるプリント基板に素早く正確に穴を開けることができます。

プリント基板に穴を開ける機械はどのように機能するのでしょうか?

プリント基板に穴を形成するための機械は、その小型サイズとその設計のいくつかの特徴において従来の穴あけ装置とは異なります。そのような機械の寸法（製造用のコンポーネントが正しく選択され、設計が最適化されている場合は、自家製のものを含む）が30 cmを超えることはめったにありません。当然のことながら、重量はわずかです - 最大5 kg。

自分の手でミニボール盤を作成する場合は、次のコンポーネントを選択する必要があります。

支持フレーム。
安定化フレーム。
作業ヘッドの動きを保証するバー。
衝撃吸収装置。
作業ヘッドの動きを制御するためのハンドル。
電気モーターを取り付けるための装置。
自分自身電気エンジン;
パワーユニット。
コレットとアダプター。

機械部品の図面（クリックすると拡大します）

これらすべてのコンポーネントが何のためにあるのか、そしてそれらから自家製のミニマシンを組み立てる方法を理解してみましょう。

ミニボール盤の構成要素

DIY ミニボール盤は互いに大きく異なる場合があります。それはすべて、製造にどのようなコンポーネントや材料が使用されたかによって異なります。ただし、工場と自家製モデルこのような機器は同じ原理で動作し、同様の機能を実行するように設計されています。

構造の耐荷重要素はベースフレームであり、掘削プロセス中の機器の安定性も確保します。この趣旨に基づき、構造要素、金属フレームからフレームを作成することをお勧めします。その重量は、他のすべての機器コンポーネントの総質量を大幅に超える必要があります。この要件を無視すると、自作機械の安定性を確保できなくなり、必要な穴あけ精度が得られなくなります。

掘削ヘッドが取り付けられる要素の役割は、移行安定化フレームによって実行されます。金属のストリップまたはコーナーから作るのが最適です。

バーと衝撃吸収装置は、ドリリングヘッドの垂直方向の動きとそのバネ荷重を確保するように設計されています。任意の構造をそのようなバーとして使用できます（ショックアブソーバーで固定することをお勧めします）（唯一重要なことは、それに割り当てられた機能を実行することです）。この場合、強力な油圧ショックアブソーバーが役に立ちます。このようなショックアブソーバーがない場合は、バーを自分で作るか、古いオフィス家具から取り外したスプリング構造を使用できます。

コントロール垂直方向の動きドリリングヘッドは特別なハンドルを使用して実行され、その一端はミニボール盤の本体、そのショックアブソーバーまたは安定化フレームに接続されています。

エンジンマウントは安定化フレームに取り付けられています。として機能するそのようなデバイスの設計木製ブロック、クランプなどは、構成とデザインの特徴プリント基板用のボール盤のその他のコンポーネント。このようなマウントの使用は、確実な固定の必要性だけでなく、電動モーターのシャフトを移動バーから必要な距離に移動する必要があるという事実によっても決まります。

自分で組み立てるミニボール盤に搭載できる電動モーターを選択すれば問題ありません。このような駆動ユニットとして、電気モーターは、コンパクトドリル、カセットレコーダー、コンピュータードライブ、プリンター、および使用しなくなったその他のデバイス。

見つかった電動モーターの種類に応じて、ドリルを固定するためのクランプ機構が選択されます。これらの機構の中で最も便利で多用途なのは、コンパクトなドリルのチャックです。適切なカートリッジが見つからない場合は、コレット機構を使用することもできます。非常に小さなドリル (またはマイクロサイズのドリルでも) を保持できるように、クランプ装置のパラメータを選択します。クランプ装置をモーターシャフトに接続するには、アダプターを使用する必要があります。アダプターの寸法と設計は、選択した電気モーターのタイプによって決まります。

ミニボール盤に取り付けた電気モーターに応じて、電源を選択する必要があります。この選択を行うときは、電源の特性が電気モーターの設計対象となる電圧および電流のパラメーターに完全に対応しているという事実に注意する必要があります。

ボール盤用一般的用途垂直穴あけと放射状穴あけが含まれます。大規模かつ大量生産では、骨材ボール盤や多軸ボール盤が使用されます。ボーリングマシン大型部品を処理するために設計されており、通常は水平です。

メインドライブ:リバーシブル非同期かご型モーター、リバーシブル非同期モーターポールスイッチング付き、 G-Dシステム EMU付き（重機用）。一般調整範囲：立形ボール盤（2～12）：1、ラジアルボール盤（20～70）：1。

送りドライブ: 主動作チェーンからの機械式、油圧式ドライブ (モジュール式機械の場合)。一般調整範囲：立形ボール盤1：（2～24）、ラジアルボール盤1：（3～40）。

冷却ポンプ、油圧システムポンプ、ホース昇降（ラジアルボール盤の場合）、コラムクランプ（ラジアルボール盤の場合）、キャリパー移動（大型ラジアルボール盤の場合）、ホース回転（大型ラジアルボール盤の場合）、テーブル回転（集約マシンの場合)。

特殊な電気機械装置とインターロック：油圧システム制御電磁石、トラックスイッチを使用したサイクルオートメーション（モジュール式機械の場合）、自動運転テーブルの固定 (モジュール式マシンの場合)、自動インストールプログラム制御による座標（座標ボール盤および座標テーブル用）。

ボール盤やラジアルボール盤用のスピンドル駆動モーターは、通常、スピンドルとモーターシャフトが平行になるようにフレームまたはサポートの上部に取り付けられます。

場合によっては、中間ギアの数を減らしたいという要望により、電気モーターのシャフトとドリルスピンドルが直接接続されることがあります。これは、たとえば小径のドリルを使用する場合に可能であり、時計業界の工作機械で広く使用されています。

モジュラーボール盤では、カム、スクリュー、またはラックから送りが実行される自動ヘッドが広く使用されており、多くの場合、油圧ドライブと電気油圧制御が使用されます。マルチスピンドルボール盤では、多くの場合、各スピンドルに個別の電気モーターと、自動動作する電気油圧ヘッドが使用されます。

マルチモータードライブはラジアルボール盤で広く使用されており、スピンドル駆動、アームの昇降、コラムのクランプ、そして場合によってはアームの回転と穴あけサポートの動作が個別の電気モーターによって実行されます。ラジアルボール盤のコラムクランプは、電気モーターまたはブレーキパッドによって回転される差動ネジによって締め付けられるスプリットリングを使用するなど、いくつかの方法で行われます。電磁石によるクランプと対向するスプリングによるリリースも使用されます。カラムをバネでクランプし、電磁石で解除する装置もあります。

クランプ力は電流リレーまたは移動スイッチによって制御され、増加する力の影響下で移動する装置の要素によって作用されます。

ボール盤の場合、ドリル出口時の自動送り減速機能が付いています。非常に重要脱出時にドリルが折れるのを防ぎます。このために使用したのはさまざまな手段自動化、たとえば主軸速度、トルク、送り力、電気モーターの消費電流の制御など。

小径および極小径の多数の穴を同時に穴あけできるように設計されたマルチスピンドルボール盤では、ドリルの 1 つが破損した場合に機械を停止するためにインターロックが使用されることがあります。これを行うには、ドリルを機械のベッドから隔離します。ドリルが破損すると、ドリルを通過する電流の回路が切断されます。このような装置は、時計業界の工作機械で使用されています。

特別な課題はプロセスの自動化です深堀り小さな直径の穴（最大10 mm）。このような穴あけ加工では、らせん状の溝を持つドリルが使用されますが、この溝に切りくずが詰まり、ドリル回転時の抵抗モーメントが急激に増加します。したがって、穴あけはドリルを定期的に引き抜いて実行され、その間に切りくずはクーラントによって除去されます。制御はタイムリレーを使用して実行され、切粉の蓄積に関係なくドリルを後退させる信号を送信しました。

最新のボール盤では、これらの目的に誘導型トルクトランスデューサ (センサー) が使用されています。この自動制御は、溝の切りくずの充填を反映するため、より正確になります。穴あけ速度の向上とドリルの折損防止が可能になります。

メインドライブ: 非同期かご型モーター、極スイッチング付き非同期モーター、EMU 付き G-D システム、DC モーター付きサイリスタドライブ。ブレーキ: 摩擦クラッチを使用した機械式、電磁石、カウンタースイッチング、動的、回生機能付き (定電流時)。合計制御範囲は最大 150:1 です。

フィードドライブ: 機械式 - 主な動作回路から、EMU - 最新の機械の D システム、DC モーターを備えたサイリスタドライブ。合計制御範囲は最大 1:2000 以上です。

補助ドライブは次の目的で使用されます。冷却ポンプ、ボーリングスピンドルの加速動作、潤滑ポンプ、ギアボックスのギアシフト、ラックの動作とクランプ、調整レオスタットエンジンの動作。

特別な電気機械装置とインターロック:ギアボックスのギアを切り替えるときのメインドライブの制御の自動化、顕微鏡を照明するための装置、誘導コンバーターで座標を読み取るための装置。

DC モーターは、前後のポスト、サポート、主軸台、テーブルの送り、取り付け、素早い動きの駆動に使用されます。それぞれの EMU は 2 つの EMU の 1 つに交互に接続でき、1 つの EMU は動作フィードを提供し、もう 1 つの EMU は設置加速動作を提供します。したがって、1 つの要素の加工送り中に、他の機械コンポーネントの取り付け動作を行うことができます。このようなドライブの幅広い電気制御により、フィードボックスの使用を完全に排除することが可能になります。ステアリングホイール、ハンドル、ハンドホイールを電気制御要素に置き換えることにより、機械の制御が非常に簡素化されます。

準備のためのトレーニングガイド
生産現場の労働者

配管工事の講習会

ボール盤制御

スピンドルのストロークリミットは、クイルを昇降させるハンドルを回す際に、スピンドルを上下方向に動かすことで調整します（図149）。ハンドルは、スピンドルの垂直ストロークの上端から下端まで、ぎくしゃくすることなくスムーズに回転する必要があります。ドリルを下向きに送り込む際、ドリルの刃先がテーブル面に接触しないように注意してください。

米。 149. ドリルによるスピンドルの垂直移動

さらに、ボール盤の調整はトランク (NS-12 マシン) の垂直方向の移動によって行うことができ、そのためにはトランククランプハンドルを 1 回転緩める必要があります。トランク昇降用ハンドルを回すと、トランクが機械のコラムに上がり、必要な高さに設置した後、固定します。

ボール盤の調整は、テーブルを上げ下げすることによっても行うことができます（設計でこれが提供されている機械の場合）。機械テーブルが低いとスピンドルアームが増加し、穴あけ精度が低下し、ドリルを部品に当てるのに多くの時間がかかります。

ボール盤は、ドリルのスリーブストップ (図 150) または機械に取り付けられた測定定規 (図 151) を使用して、所定の穴あけ深さに調整されます。調整するには、ドリルを部品の表面に持ってきて、ドリルコーンの深さまで穴を開け、定規の最初の読み取り値に矢印（ポインター）がマークされます。次に、指定された穴あけ深さがこの読み取り値に追加され、どの位置まで穴あけを行うべきかのマークが取得されます。

米。 150. ドリルのスリーブストップを使用した止まり穴の穴あけ

米。 151. 定規のストップに沿って穴あけ:
1 - 停止

たとえば、深さ 10 mm の止まり穴をドリルで開ける必要があります。これを行うには、ドリルを持ってきて、ドリルコーンの高さと同じ深さまで部品を穴あけし、インジケーターを使用してサイズ (たとえば、26 mm) を読み取り、指定された値で得られた読み取り値の合計を読み取る必要があります。穴あけ深さは26+10=36mmとなります。穴を開けるときは、定規の動きを監視する必要があります。サイズ 36 が指針と一致したら、穴あけを停止する必要があります。穴あけ深さは10mmとなります。

定規以外にも機構を備えた機械もあります自動給餌必要な深さまでのドリルストロークを決定するダイヤル付き。