X2微型钻铣机床数控改造的详细过程.docx
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X2微型钻铣机床数控改造的详细过程
作者：
ss570122 原载:
磁动力电子论坛
X2微型钻铣机床数控改造的详细过程
（1）
大家新年好！
有好久没有在论坛上写帖子了，呵呵，主要是今年重任在身，在上海忙了大半年，总算把课题结束了，静下心来，还是想干点自己喜欢做的事情，想利用这个寒假的空闲时间把去年改造X2微型数控钻铣机床的计划完成，因为2007年初就已经准备好了寒假改造的计划和所需材料，不过临时有其它事情缠身，只好暂时放一放，这一放就是快一年了，回学校后看到布满灰尘的X2和改造材料，真是心痛。
人有时候真是无奈，为了更好的生活，不得不干一些自己不是很喜欢的工作。
但是也为了生活的更有乐趣，不得不牺牲业余时间，千方百计创造条件干些自己想干的事情。
尽管工作延误了我对X2微型钻铣机床数控改造的计划，但是也给了我充分思考的时间，所以在改造过程中更加成熟和完善，也希望能对有DIY改造钻铣机床的网友有所帮助和借鉴，我的这次X2的改造目的还是为了满足自己愿望和乐趣，充分体现论坛DIY的精神，尽量采用一般网友能够利用的工具和设备来完成改造的机械加工过程和电路制作过程，而且有一些新的改造设想和方案和大家共享，也希望有兴趣的网友对改造过程提出宝贵的建议。
X2微型钻铣机床数控改造分几部分进行:
1、机械部分都是采用二手的滚珠丝杆，从Y轴开始，其次X轴，Z轴的零部件比较复杂些，放在最后改造，也就是想先将X和Y轴做好，然后再利用先改造好的X2机床的二维数控加工制作Z轴的数控零部件，这样可能更好些，原则就是利用手里现有的手动工具和X2本身来完成这次改造过程。
充分体现DIY的改造过程。
2、控制驱动部分有几个内容，一个是利用我原来设计的第二版TA8435套件为控制驱动器，另一个是改造一个二手的东方五轴数控器作控制驱动器。
到时候比较一下看看那个更好一些。
另外也新设计了一套控制接口板和大电流高电压多细分驱动电路（也可以说是第三版的），也准备在这里试试，不过要一些时间来测试完成。
3、一是新增加了X2微型机床的三维数显尺功能，是利用数显卡尺改造后＋新设计的数显接口板显示加工三维数据。
配合电子手轮来手动控制X2的三维加工。
4、采用8吋液晶平板手写电脑作为控制计算机，软件是采用自己汉化的MACH3，新作一个800?
00的X2专门界面，改进保留三维运动控制、主轴转速控制、水冷液控制等主要功能，舍弃使用很少用的其它控制，尽量求得软件使用方便和简洁。
5、X2在原来的主轴基础上再增加一个水冷电主轴（可拆卸式结构），这样可以是X2可加工的材料范围更多一些。
对控制电源也做些简单的改造。
先上第一张图片，这是即将变性的X2的原图，呵呵，一定要有啊，要不改谁去啊。
图1（原文件名:
CNC080032_01.jpg）
改造X2需要的部分准备好的材料和配件（控制方案1）
图2（原文件名:
CNC080032_02.jpg）
改造X2需要的部分准备好的材料和配件（控制方案2）
图3（原文件名:
CNC080032_03.jpg）
改造X2的滚珠丝杆，都是1402的。
很不好找啊，是在淘宝网上经过网友微特电机给精心寻找得到的，成色很好，根据X2的结构和加工范围，我还是选用1402的丝杠，主要是从其受力情况考虑，电机选用57型2－3A电流的就足以使机床的能轻松灵活的运行。
图4（原文件名:
CNC080032_04.jpg）
最后选了这三个，上边的是用来做Y轴的，带电机架，经过简单加工可以直接用，省了不少加工的麻烦，规格1402，有效行程160mm，长了点，要截断一小节；中间的是用来做Z 轴的，双螺母，能够承受较重的主轴重量载荷，1402，有效行程260mm，正好够Z轴的最大行程；下面一根是用来做X轴的，1402，有效行程320mm，也不用加工改动，可直接用到X轴上。
图5（原文件名:
CNC080032_05.jpg）
这是准备作第四轴的小转台，五相电机，精度很高的，可以调节回差，调节后基本没有回差。
图6（原文件名:
CNC080032_06.jpg）
图7（原文件名:
CNC080032_07.jpg）
又买了一个80mm四爪卡盘安了上去，很不错，不过有点大了点。
有点小马拉大车的感觉。
图8（原文件名:
CNC080032_08.jpg）
控制方案1采用的8吋液晶平板手写电脑作为控制计算机，这是我原来用作汽车导航仪的电脑，后来换了一个新的导航仪，就拿来作为控制机，使用很方便，CPU是PII366，320M内存，800*00触摸式液晶显示屏，40M硬盘，原带一个USB接口，自己改造了一下，增加了一个USB接口，又配了一个PC并口卡，作为数控输出接口。
图9（原文件名:
CNC080032_09.jpg）
新编辑的MACH3 800*600界面，力求简洁，可以实现编码手轮控制
图10（原文件名:
CNC080032_10.jpg）
控制方案一，采用我原来的套件，步进电机是三洋57双轴头电机，2.9A，如果采用双向接线，实际工作电流应该是2.04A，套件基本可以使用，电源电压采用自己改造后的36V10A开关电源
控制方案二，使用二手的东方五轴数控器作控制驱动器，该驱动器自带开关电源，原来是110V，后来改造了一下，可以直接使用220V的电源，这个驱动器我试验了一下，是采用高压驱动步进电机，达160V，所以步进电机高速运转非常有力，速度非快，美中不足的是，只能二细分，低速噪音大些，另外电机发热量稍微大些，不过能高速大力矩运行步进电机的高电压驱动器，大多会使步进电机温度高些，但是，比步进电机的最大工作温度还是低不少。
图11（原文件名:
CNC080032_11.jpg）
增加的1200W水冷电主轴和2200W的变频器，电主轴选用的是直径62mm的，长180mm，用在X2上比较合适。
变频器采用主轴专用变频器，带手控板，特意配置了模拟电压控制接口和RS422微机数据接口
图12（原文件名:
CNC080032_12.jpg）
这是准备用来做机床三维数显的容栅式位移测量传感器，是用市场数显卡尺改的，带有数据输出接口，不过不是标准数据接口，要单独设计一个数据接口，将数据显示在控制面板上。
两根长300mm的用作X轴和Z轴位移测量，150mm用作Y轴位移测量，已经设计完三维数显接口，还没有进行调试。
这样配合脉冲手轮，可以很好的手动控制X2的三维加工。
图13（原文件名:
CNC080032_13.jpg）
数显卡尺的数据接口
图14（原文件名:
CNC080032_14.jpg）
电子手轮和接口板
图15（原文件名:
CNC080032_15.jpg）
开关电源电源，48V，13.5A，二手货，我拆开看了，用料十足，我准备用模块改成0到46V可调电源
图16（原文件名:
CNC080032_16.jpg）
图17（原文件名:
CNC080032_17.jpg）
DC-DC模块，稳压和调压性能非常好，最大电流可大12A
图18（原文件名:
CNC080032_18.jpg）
这是准备用来做桌面小控制台的，还没考虑面板的布置，要把三轴的位移数显、脉冲手轮和摇杆控制都放上，当然主轴调速和必要的控制开关等等也是少不了的。
图19（原文件名:
CNC080032_19.jpg）
X2微型钻铣机床数控改造的详细过程
（2）
X2的Y轴改造过程
第一天改造，因为即将要给X2解体了，先利用它给改造Y轴的滚珠丝杆加加工，这是Y轴电机座，利用滚珠丝杆原来的电机座加工改造了一下。
图1（原文件名:
CNC080033_01.jpg）
这是原来丝杠带的电机座，可以直接利用，省了不少的加工麻烦，因为前台有些高，和Y轴滑板干涉，所以采用砂轮硬是给磨下了16mm，亮的那部分就是抹掉的部位，很光滑，以后再做个烤黑处理或喷点黑漆。
图2（原文件名:
CNC080033_02.jpg）
钻连接孔，按照Y轴丝杆轴承座的原来连接尺寸钻两个连接孔，直径6.5mm，保证与底座很好的连接
图3（原文件名:
CNC080033_03.jpg）
丝杆长一点，看来要截去一小段。
图4（原文件名:
CNC080033_04.jpg）
用最简单的办法来切割，注意加冷却液，以防丝杠退火，降低耐磨和强度
图5（原文件名:
CNC080033_05.jpg）
先安到Y轴上试试看，合不合适
图6（原文件名:
CNC080033_06.jpg）
正式安装到Y轴底座上，先装轴承座，然后将将丝杆从里侧插入到轴承座里，上好压紧螺母，注意掌握好压紧力的大小，既没有轴向窜动，有保证转动灵活
图7（原文件名:
CNC080033_07.jpg）
装上步进电机和联轴器，步进电机是三洋57型，双轴头带个塑料手轮，以后要换成一个铝合金手轮
图8（原文件名:
CNC080033_08.jpg）
再来个Y轴局部放大图
图9（原文件名:
CNC080033_09.jpg）
制作固定丝杠螺母的调节压板，还是用最简单的办法，磨、磨、磨啊。
不过有加工条件的网友可不要笑话了，我只是想尽量利用业余条件来做做了
图10（原文件名:
CNC080033_10.jpg）
图11（原文件名:
CNC080033_11.jpg）
雏形出来了，在用卡尺好好量量，再磨。
呵呵！
图12（原文件名:
CNC080033_12.jpg）
大家知道磨了多少吧？
自己都不好意思了，加工方法实在是太土气了，不过还好，使用还是没有问题
图13（原文件名:
CNC080033_13.jpg）
知道是用来做什么的了吧
图14（原文件名:
CNC080033_14.jpg）
放好螺母压紧调节块，精心调节预紧螺丝，这一步很关键，一定要将滑座移动到靠近Y轴滚珠丝杠的轴承一侧进行调整才行，这样可以保证螺母和轴承在全程的同心度
图15（原文件名:
CNC080033_15.jpg）
从底座下部的角度看看
图16（原文件名:
CNC080033_16.jpg）
再看看
图17（原文件名:
CNC080033_17.jpg）
整体看一下
图18（原文件名:
CNC080033_18.jpg）
X2微型钻铣机床数控改造的详细过程（3）
X2的X轴改造过程
这是用来做X轴的滚珠丝杠，1402，有效行程320mm，也不用加工改动，可直接用到X轴上。
图1（原文件名:
CNC080034_01.jpg）
原来的丝杆是采用止推轴承，现在滚珠丝杠采用的是双角接触轴承。
外经一样大，都是26mm
图2（原文件名:
CNC080034_02.jpg）
原来的X轴承座通孔直径小了点，用电磨把通孔加大一些
图3（原文件名:
CNC080034_03.jpg）
磨好后的X轴承座通孔
图4（原文件名:
CNC080034_04.jpg）
另外滚珠丝杠的螺母原来是方的，大了一些，用砂轮将底部磨成X轴导轨底部形状一样的圆弧形状。
先放上试试，还不错
图5（原文件名:
CNC080034_05.jpg）
正式安装到X轴底座上，先装轴承座，然后将将丝杆从里侧插入到轴承座里，上好压紧螺母，注意掌握好压紧力的大小，既没有轴向窜动，又保证转动灵活
图6（原文件名:
CNC080034_06.jpg）
看看X轴整体的丝杠安装图
图7（原文件名:
CNC080034_07.jpg）
用细铁棒做几根步进电机的连接柱
图8（原文件名:
CNC080034_08.jpg）
用小车床简单加工处理一下，两边钻好孔
图9（原文件名:
CNC080034_09.jpg）
用M5的丝锥套螺口
图10（原文件名:
CNC080034_10.jpg）
与步进电机连接好
图11（原文件名:
CNC080034_11.jpg）
摆上位置试试，其实也不用试，都是已经计算好的了，不过还是忍不住试试看
图12（原文件名:
CNC080034_12.jpg）
有点着急试验，有没有找到合适的钢板，先用有机玻璃做个步进电机连接座看看，也顺便让原来做的雕刻机给X2的改造做点贡献，这是原来设计的AUTOCAD零件图纸
图13（原文件名:
CNC080034_13.jpg）
转换到atrCAM8.1里做切割刀路
图14（原文件名:
CNC080034_14.jpg）
装好有机玻璃材料，用手轮调节好刀头的原点位置
图15（原文件名:
CNC080034_15.jpg）
雕刻机的控制现场，很乱，叫大家见笑了，一直没有时间做控制箱，这次准备做一个
图16（原文件名:
CNC080034_16.jpg）
加工完的步进电机连接座。
做完试验再换成钢板的
图17（原文件名:
CNC080034_17.jpg）
把连接座和步进电机摆好看看，很合适
图18（原文件名:
CNC080034_18.jpg）
呵呵，其实在发帖前已经找到钢板了，这是用12mm钢板做的电机连接座，还是用比较原始的加工方法了，制作工艺图片就不上了，否则各位加工专业人士该见笑了。
不过还是等试验完再将有机玻璃的换下来
图19（原文件名:
CNC080034_19.jpg）
图20（原文件名:
CNC080034_20.jpg）
如上图，考虑到X轴丝杠太长，将悬空端安装一个支撑轴承要好些，否则X轴滑板运行到右侧时，空端丝杠会发颤。
没有找到合适的钢棒，用原来剩的铜棒车一个
图21（原文件名:
CNC080034_21.jpg）
车好后的轴承座，不过还是要用砂轮将底部磨成X轴导轨底部形状一样的圆弧形状
图22（原文件名:
CNC080034_22.jpg）
这是做好后的样子
图23（原文件名:
CNC080034_23.jpg）
放到X轴导轨底部，钻孔后再安装
图24（原文件名:
CNC080034_24.jpg）
图25（原文件名:
CNC080034_25.jpg）
X轴滚珠丝杠螺母比较大，如果还是固定在原来XY底座的位置上，要加工很深的底槽，所以我采取了一个很简单的固定方法。
直接用螺栓固定在XY底座的边。
但是以减少了X轴的10mm行程为代价的，不过以后可以在X轴的轴承座上加一个10mm厚垫板把行程补回来
图26（原文件名:
CNC080034_26.jpg）
图27（原文件名:
CNC080034_27.jpg）
这是X轴和Y轴改好后的X2图，很简洁。
先上一个，大家先看看
图28（原文件名:
CNC080034_28.jpg）
X2微型钻铣机床数控改造的详细过程（4）
X2的Z轴改造过程
先上个Z轴的结构图纸看看
图1（原文件名:
CNC080035_01.jpg）
这几天期末比较忙，今天抽时间做了步进电机的改造，Z轴的组件已经制作完成了，等有时间再组装。
先给大家上个图看看我的Z轴结构有什么特点
图2（原文件名:
CNC080035_02.jpg）
图3（原文件名:
CNC080035_03.jpg）
图4（原文件名:
CNC080035_04.jpg）
图5（原文件名:
CNC080035_05.jpg）
图6（原文件名:
CNC080035_06.jpg）
图7（原文件名:
CNC080035_07.jpg）
图8（原文件名:
CNC080035_08.jpg）
图9（原文件名:
CNC080035_09.jpg）
图10（原文件名:
CNC080035_10.jpg）
图11（原文件名:
CNC080035_11.jpg）
图12（原文件名:
CNC080035_12.jpg）
图13（原文件名:
CNC080035_13.jpg）
图14（原文件名:
CNC080035_14.jpg）
图15（原文件名:
CNC080035_15.jpg）
z轴改造全部完成，现在已经全部拆卸喷漆，等组装好后再上详细说明
已经组装好了，先看看XYX三轴的细节全貌
>X轴细节
图16（原文件名:
CNC080035_16.jpg）
Y轴细节
图17（原文件名:
CNC080035_17.jpg）
Z轴细节
图18（原文件名:
CNC080035_18.jpg）
图19（原文件名:
CNC080035_19.jpg）
XY轴组合
图20（原文件名:
CNC080035_25.jpg）
XYZ全貌
图21（原文件名:
CNC080035_26.jpg）
还没有完，过几天将数显尺部分和其它附属的小东西也装配上
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