Причина разработки данной конструкции 3D-принтера
До сборки своего ЧПУ фрезера я планировал собрать 3D-принтер. Однако после того, как у меня появился ЧПУ фрезер, понял, что 3D-принтер мне в сущности не нужен. Но закупленный под него комплект (двигатели, линейный подшипники и пр.) и уже сделанный экструдер «раздражали» взгляд. Решил попробовать сделать компактную конструкцию на нестандартном для 3D-принтера приводе «рейка шестерня».
Конструкция получилась более похожая на классическую компоновку ЧПУ фрезера, но я так и задумывал. Хотя, поскольку не «вылизывал», то в процессе сборки нашлись некоторые огрехи (плохой доступ к винту регулировки рейки и пр. по мелочи).
Привод был выбран по следующим причинам:
- Нашел мало упоминаний о таком выборе для 3D принтера, и стало интересно «а почему его не используют?»
- У меня есть ЧПУ фрезер, который весьма точно вырезает шестерни и рейки с модулем 1mm.
Цель была проверить возможность конструкции с использование привода на паре рейка-шестерня.
Шестерни и рейки на ЧПУ фрезере
Возможность изготовлять шестерни самостоятельно давно меня интересовала. После многих экспериментов остановился на варианте плагинов для inkscape.
Плагин для inkscape «gears_evolvente.py» (Copyright © 2011 Dave Web), немного доработанный для формирования дополнительных элементов (обозначение центра, дырка, доп. окружность – pitch диаметр и пр.)
Плагин для создания рейки rack_gear.py (Copyright © 2013 Brett Graham). Тоже дорабатывал по мелочи.
Модуль 1мм, как минимальный модуль, который фреза 1мм вырезает без серьезных отклонений от необходимой формы. В качестве материала идеально подходит текстолит или стеклотекстолит. Дополнительная обработка не требуется.
Вырезанные таким методом шестерни использую и в других проектах. Шестерни выдерживают приличную нагрузку.
Затраты на сборку
На разработку конструкции (inkscape) и подготовку g-code (HeekCNC) ушло в сумме часов 5-6. На раскрой/фрезеровку деталей из 5мм листа стеклотекстолита – 2 вечера (где-то часа 4). Ушло около 1.2 кв. метра и одна убитая фреза. На сборку — не считал. Собирал не торопясь в течение 2-х недель и не каждый день. В качестве управляющего контроллера использовал свою же разработку для STM32F103 с нужными коэффициентами под механику данной конструкции. Управление 4-й осью (экструдером) добавил, а с нагревом и его контролем не стал возиться.
Характеристики собранного привода «рейка-шестерня»
Люфт рейки
Эксперименты на собранном 3D-принтере показали, что люфт в паре «рейка-шестерня» по микрометру с часовой шкалой составляет 0.05-0.07 мм при нагрузке на рейку в пределах 0.5-1Кг.
Данный люфт был при выставленном зазоре в паре достаточном, чтобы перемещение было легким и без заеданий. Зазор выставляется жестким прижимом рейки винтами (овальное отверстие на рейке). Шестерня на оси шагового двигателя. Двигатель намертво прикручен к основанию. Сколько из этих 0.07 мм дает изгиб довольно хлипких 8мм направляющих – сказать сложно.
Нелинейность рейки
К сожалению, точного инструмента, позволяющего замерить линейность перемещения — у меня нет. Используя штангенциркуль удалость только определить, что погрешность линейного перемещения на 50мм (по шагам шагового двигателя) не превышает 0.5мм (точнее определить сложно).
Уход зазора за счет износа при длительной работе – не проверял. Максимум гонял 2-3 часа. А это не время для того, чтобы понять есть, износ зацепления или нет.
На тестовых проходах «по воздуху» стандартных тестовых примерах (кубик), возврат в 0 с точностью не хуже 0.12 мм (по микрометру с часовой шкалой):
Некоторые выводы
Использование самодельных шестерней и реек для станков и 3D принтеров – вполне здравая идея.
- Себестоимость изготовления – минимальна;
- Точность вполне достаточна для 3D принтера с экструдером и для станков по обработки дерева.
Основной недостаток 3D-принтера на паре шестерня-река: Более шумная работа, чем при использовании ремня. Впрочем, этого и следовало ожидать:
Автор: mmMike
