X2微型鉆銑機床數(shù)控改造的詳細過程

1、作者：ss570122原載:磁動力電子論壇    X2微型鉆銑機床數(shù)控改造的詳細過程(1)     大家新年好！有好久沒有在論壇上寫帖子了，呵呵，主要是今年重任在身，在上海忙了大半年，總算把課題結束了，靜下心來，還是想干點自己喜 歡做的事情，想利用這個寒假的空閑時間把去年改造X2微型數(shù)控鉆銑機床的計劃完成，因為2007年初就已經(jīng)準備好了寒假改造的計劃和所需材料，不過臨時有 其它事情纏身，只好暫時放一放，這一放就是快一年了，回學校后看到布滿灰塵的X2和改造材料，真是心痛。人有時候真是無奈，為了更好的生活，不得不干一些 自己不是

2、很喜歡的工作。但是也為了生活的更有樂趣，不得不犧牲業(yè)余時間，千方百計創(chuàng)造條件干些自己想干的事情。 盡管工作延誤了我對X2微型鉆銑機床數(shù)控改造的計劃，但是也給了我充分思考的時間，所以在改造過程中更加成熟和完善，也希望能對有DIY改造 鉆銑機床的網(wǎng)友有所幫助和借鑒，我的這次X2的改造目的還是為了滿足自己愿望和樂趣，充分體現(xiàn)論壇DIY的精神，盡量采用一般網(wǎng)友能夠利用的工具和設備來 完成改造的機械加工過程和電路制作過程，而且有一些新的改造設想和方案和大家共享，也希望有興趣的網(wǎng)友對改造過程提出寶貴的建議。 X2微型鉆銑機床數(shù)控改造分幾部分進行: 1、機械部分都是采用二手的滾珠絲桿，從Y軸開始，其次X軸，

3、Z軸的零部件比較復雜些，放在最后改造，也就是想先將X和Y軸做好，然后再利用 先改造好的X2機床的二維數(shù)控加工制作Z軸的數(shù)控零部件，這樣可能更好些，原則就是利用手里現(xiàn)有的手動工具和X2本身來完成這次改造過程。充分體現(xiàn)DIY 的改造過程。 2、控制驅(qū)動部分有幾個內(nèi)容，一個是利用我原來設計的第二版TA8435套件為控制驅(qū)動器，另一個是改造一個二手的東方五軸數(shù)控器作控制驅(qū)動 器。到時候比較一下看看那個更好一些。另外也新設計了一套控制接口板和大電流高電壓多細分驅(qū)動電路（也可以說是第三版的），也準備在這里試試，不過要一些 時間來測試完成。 3、一是新增加了X2微型機床的三維數(shù)顯尺功能，是利用數(shù)顯卡尺改造后

4、新設計的數(shù)顯接口板顯示加工三維數(shù)據(jù)。配合電子手輪來手動控制X2的三維加工。 4、采用8吋液晶平板手寫電腦作為控制計算機，軟件是采用自己漢化的MACH3，新作一個800?00的X2專門界面，改進保留三維運動控制、主軸轉(zhuǎn)速控制、水冷液控制等主要功能，舍棄使用很少用的其它控制，盡量求得軟件使用方便和簡潔。 5、X2在原來的主軸基礎上再增加一個水冷電主軸（可拆卸式結構），這樣可以是X2可加工的材料范圍更多一些。對控制電源也做些簡單的改造。 先上第一張圖片，這是即將變性的X2的原圖，呵呵，一定要有啊，要不改誰去啊。    圖1(原文件名:CNC080032_01.jpg) 

5、   改造X2需要的部分準備好的材料和配件（控制方案1）    圖2(原文件名:CNC080032_02.jpg) 改造X2需要的部分準備好的材料和配件（控制方案2）    圖3(原文件名:CNC080032_03.jpg)   改造X2的滾珠絲桿，都是1402的。很不好找啊，是在淘寶網(wǎng)上經(jīng)過網(wǎng)友微特電機給精心尋找得到的，成色很好，根據(jù)X2的結構和加工范圍，我還是選用1402的絲杠，主要是從其受力情況考慮，電機選用57型23A電流的就足以使機床的能輕松靈活的運行。    圖4(原文件名

6、:CNC080032_04.jpg) 最后選了這三個，上邊的是用來做Y軸的，帶電機架，經(jīng)過簡單加工可以直接用，省了不少加工的麻煩，規(guī)格1402，有效行程160mm，長了 點，要截斷一小節(jié)；中間的是用來做Z 軸的，雙螺母，能夠承受較重的主軸重量載荷，1402，有效行程260mm，正好夠Z軸的最大行程；下面一根是用來 做X軸的，1402，有效行程320mm，也不用加工改動，可直接用到X軸上。    圖5(原文件名:CNC080032_05.jpg)  這是準備作第四軸的小轉(zhuǎn)臺，五相電機，精度很高的，可以調(diào)節(jié)回差，調(diào)節(jié)后基本沒有回差。 &#

7、160;  圖6(原文件名:CNC080032_06.jpg)    圖7(原文件名:CNC080032_07.jpg)   又買了一個80mm四爪卡盤安了上去，很不錯，不過有點大了點。有點小馬拉大車的感覺。    圖8(原文件名:CNC080032_08.jpg)  控制方案1采用的8吋液晶平板手寫電腦作為控制計算機，這是我原來用作汽車導航儀的電腦，后來換了一個新的導航儀，就拿來作為控制機，使用很 方便，CPU是PII366，320M內(nèi)存，800*00觸摸式液晶顯示屏，40M硬盤，原帶一個US

8、B接口，自己改造了一下，增加了一個USB接口，又 配了一個PC并口卡，作為數(shù)控輸出接口。    圖9(原文件名:CNC080032_09.jpg)    新編輯的MACH3 800*600界面，力求簡潔，可以實現(xiàn)編碼手輪控制    圖10(原文件名:CNC080032_10.jpg)    控制方案一，采用我原來的套件，步進電機是三洋57雙軸頭電機，2.9A，如果采用雙向接線，實際工作電流應該是2.04A，套件基本可以使用，電源電壓采用自己改造后的36V10A開關電源 控制方案二，使用

9、二手的東方五軸數(shù)控器作控制驅(qū)動器，該驅(qū)動器自帶開關電源，原來是110V，后來改造了一下，可以直接使用220V的電源， 這個驅(qū)動器我試驗了一下，是采用高壓驅(qū)動步進電機，達160V，所以步進電機高速運轉(zhuǎn)非常有力，速度非快，美中不足的是，只能二細分，低速噪音大些，另外 電機發(fā)熱量稍微大些，不過能高速大力矩運行步進電機的高電壓驅(qū)動器，大多會使步進電機溫度高些，但是，比步進電機的最大工作溫度還是低不少。    圖11(原文件名:CNC080032_11.jpg)  增加的1200W水冷電主軸和2200W的變頻器，電主軸選用的是直徑62mm的，長180mm，用在X2

10、上比較合適。變頻器采用主軸專用變頻器，帶手控板，特意配置了模擬電壓控制接口和RS422微機數(shù)據(jù)接口    圖12(原文件名:CNC080032_12.jpg)     這是準備用來做機床三維數(shù)顯的容柵式位移測量傳感器，是用市場數(shù)顯卡尺改的，帶有數(shù)據(jù)輸出接口，不過不是標準數(shù)據(jù)接口，要單獨設計一個數(shù)據(jù)接 口，將數(shù)據(jù)顯示在控制面板上。兩根長300mm的用作X軸和Z軸位移測量，150mm用作Y軸位移測量，已經(jīng)設計完三維數(shù)顯接口，還沒有進行調(diào)試。這樣配 合脈沖手輪，可以很好的手動控制X2的三維加工。    圖13(原文件名:

11、CNC080032_13.jpg)  數(shù)顯卡尺的數(shù)據(jù)接口    圖14(原文件名:CNC080032_14.jpg)  電子手輪和接口板    圖15(原文件名:CNC080032_15.jpg)  開關電源電源，48V，13.5A，二手貨，我拆開看了，用料十足，我準備用模塊改成0到46V可調(diào)電源    圖16(原文件名:CNC080032_16.jpg)  圖17(原文件名:CNC080032_17.jpg)   DC-DC模塊，穩(wěn)壓

12、和調(diào)壓性能非常好，最大電流可大12A    圖18(原文件名:CNC080032_18.jpg)  這是準備用來做桌面小控制臺的，還沒考慮面板的布置，要把三軸的位移數(shù)顯、脈沖手輪和搖桿控制都放上，當然主軸調(diào)速和必要的控制開關等等也是少不了的。    圖19(原文件名:CNC080032_19.jpg)     X2微型鉆銑機床數(shù)控改造的詳細過程(2) X2的Y軸改造過程 第一天改造，因為即將要給X2解體了，先利用它給改造Y軸的滾珠絲桿加加工，這是Y軸電機座，利用滾珠絲桿原來的電機座加工改造了一下

13、。     圖1(原文件名:CNC080033_01.jpg)   這是原來絲杠帶的電機座，可以直接利用，省了不少的加工麻煩，因為前臺有些高，和Y軸滑板干涉，所以采用砂輪硬是給磨下了16mm，亮的那部分就是抹掉的部位，很光滑，以后再做個烤黑處理或噴點黑漆。    圖2(原文件名:CNC080033_02.jpg)  鉆連接孔，按照Y軸絲桿軸承座的原來連接尺寸鉆兩個連接孔，直徑6.5mm，保證與底座很好的連接    圖3(原文件名:CNC080033_03.jpg)  

14、;絲桿長一點，看來要截去一小段。    圖4(原文件名:CNC080033_04.jpg)    用最簡單的辦法來切割，注意加冷卻液，以防絲杠退火，降低耐磨和強度    圖5(原文件名:CNC080033_05.jpg)    先安到Y軸上試試看，合不合適    圖6(原文件名:CNC080033_06.jpg)    正式安裝到Y軸底座上，先裝軸承座，然后將將絲桿從里側插入到軸承座里，上好壓緊螺母，注意掌握好壓緊力的大小，既沒有軸向竄動，有保證

15、轉(zhuǎn)動靈活    圖7(原文件名:CNC080033_07.jpg)  裝上步進電機和聯(lián)軸器，步進電機是三洋57型，雙軸頭帶個塑料手輪，以后要換成一個鋁合金手輪    圖8(原文件名:CNC080033_08.jpg)    再來個Y軸局部放大圖  圖9(原文件名:CNC080033_09.jpg)  制作固定絲杠螺母的調(diào)節(jié)壓板，還是用最簡單的辦法，磨、磨、磨啊。不過有加工條件的網(wǎng)友可不要笑話了，我只是想盡量利用業(yè)余條件來做做了    圖10(原文件名:CN

16、C080033_10.jpg)  圖11(原文件名:CNC080033_11.jpg)  雛形出來了，在用卡尺好好量量，再磨。呵呵！    圖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，加工方法實在是太土氣了，不過還好，使用還是沒有問題    圖13(原文件名:CNC080033_13.jpg)  知道是用來做什么的了吧    圖14(原文件名:CNC080033_14.jpg)&#

17、160; 放好螺母壓緊調(diào)節(jié)塊，精心調(diào)節(jié)預緊螺絲，這一步很關鍵，一定要將滑座移動到靠近Y軸滾珠絲杠的軸承一側進行調(diào)整才行，這樣可以保證螺母和軸承在全程的同心度    圖15(原文件名:CNC080033_15.jpg)  從底座下部的角度看看    圖16(原文件名:CNC080033_16.jpg)  再看看    圖17(原文件名:CNC080033_17.jpg)  整體看一下    圖18(原文件名:CNC080033_18.jpg)

18、60;  X2微型鉆銑機床數(shù)控改造的詳細過程(3) X2的X軸改造過程 這是用來做X軸的滾珠絲杠，1402，有效行程320mm，也不用加工改動，可直接用到X軸上。     圖1(原文件名:CNC080034_01.jpg) 原來的絲桿是采用止推軸承，現(xiàn)在滾珠絲杠采用的是雙角接觸軸承。外經(jīng)一樣大，都是26mm    圖2(原文件名:CNC080034_02.jpg) 原來的X軸承座通孔直徑小了點，用電磨把通孔加大一些    圖3(原文件名:CNC080034_03.jpg) 磨好后的X軸

19、承座通孔    圖4(原文件名:CNC080034_04.jpg) 另外滾珠絲杠的螺母原來是方的，大了一些，用砂輪將底部磨成X軸導軌底部形狀一樣的圓弧形狀。先放上試試，還不錯    圖5(原文件名:CNC080034_05.jpg)     正式安裝到X軸底座上，先裝軸承座，然后將將絲桿從里側插入到軸承座里，上好壓緊螺母，注意掌握好壓緊力的大小，既沒有軸向竄動，又保證轉(zhuǎn)動靈活    圖6(原文件名:CNC080034_06.jpg) 看看X軸整體的絲杠安裝圖   &

20、#160;圖7(原文件名:CNC080034_07.jpg) 用細鐵棒做幾根步進電機的連接柱    圖8(原文件名:CNC080034_08.jpg) 用小車床簡單加工處理一下，兩邊鉆好孔    圖9(原文件名:CNC080034_09.jpg) 用M5的絲錐套螺口    圖10(原文件名:CNC080034_10.jpg)    與步進電機連接好    圖11(原文件名:CNC080034_11.jpg) 擺上位置試試，其實也不用試，都是已經(jīng)計

21、算好的了，不過還是忍不住試試看    圖12(原文件名:CNC080034_12.jpg)    有點著急試驗，有沒有找到合適的鋼板，先用有機玻璃做個步進電機連接座看看，也順便讓原來做的雕刻機給X2的改造做點貢獻，這是原來設計的AUTOCAD零件圖紙    圖13(原文件名:CNC080034_13.jpg) 轉(zhuǎn)換到atrCAM8.1里做切割刀路    圖14(原文件名:CNC080034_14.jpg) 裝好有機玻璃材料，用手輪調(diào)節(jié)好刀頭的原點位置    圖15(

22、原文件名:CNC080034_15.jpg) 雕刻機的控制現(xiàn)場，很亂，叫大家見笑了，一直沒有時間做控制箱，這次準備做一個    圖16(原文件名:CNC080034_16.jpg) 加工完的步進電機連接座。做完試驗再換成鋼板的    圖17(原文件名:CNC080034_17.jpg)   把連接座和步進電機擺好看看，很合適    圖18(原文件名:CNC080034_18.jpg)  呵呵，其實在發(fā)帖前已經(jīng)找到鋼板了，這是用12mm鋼板做的電機連接座，還是用比較原始的加工方

23、法了，制作工藝圖片就不上了，否則各位加工專業(yè)人士該見笑了。不過還是等試驗完再將有機玻璃的換下來    圖19(原文件名:CNC080034_19.jpg)  圖20(原文件名:CNC080034_20.jpg)  如上圖，考慮到X軸絲杠太長，將懸空端安裝一個支撐軸承要好些，否則X軸滑板運行到右側時，空端絲杠會發(fā)顫。沒有找到合適的鋼棒，用原來剩的銅棒車一個    圖21(原文件名:CNC080034_21.jpg) 車好后的軸承座，不過還是要用砂輪將底部磨成X軸導軌底部形狀一樣的圓弧形狀  圖22

24、(原文件名:CNC080034_22.jpg)     這是做好后的樣子    圖23(原文件名:CNC080034_23.jpg) 放到X軸導軌底部，鉆孔后再安裝    圖24(原文件名:CNC080034_24.jpg)      圖25(原文件名:CNC080034_25.jpg)  X軸滾珠絲杠螺母比較大，如果還是固定在原來XY底座的位置上，要加工很深的底槽，所以我采取了一個很簡單的固定方法。直接用螺栓固定在XY底座的邊。但是以減少了X軸

25、的10mm行程為代價的，不過以后可以在X軸的軸承座上加一個10mm厚墊板把行程補回來    圖26(原文件名:CNC080034_26.jpg)    圖27(原文件名:CNC080034_27.jpg) 這是X軸和Y軸改好后的X2圖，很簡潔。先上一個，大家先看看    圖28(原文件名:CNC080034_28.jpg)   X2微型鉆銑機床數(shù)控改造的詳細過程(4) X2的Z軸改造過程 先上個Z軸的結構圖紙看看    圖1(原文件名:CNC080035_01.jpg)   這幾天期末比較忙，今天抽時間做了步進電機的改造，Z軸的組件已經(jīng)制作完成了，等有時間再組裝。先給大家上個圖看看我的Z軸結構有什么特點    圖2(原文件名:CNC080035_02.jpg)  圖3(原文件名:CNC080035_03.jpg)