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自制数控雕刻机
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& 自制数控雕刻机
&&& 非常高兴能看到今年第6期《无线电》杂志做了一期关于雕刻机的专题，相信大家看过这个专题后，已经对雕刻机有了比较系统的认识。我是一个电子爱好者，也是一个雕刻机爱好者，本文中，我想将我的雕刻机制作过程介绍出来，希望能帮助广大朋友对雕刻机DIY有个更深入的了解。
&&& 本机采用固定龙门结构，设计之初平衡考虑了用途、强度、行程及器件尺寸组合的关系，外形尺寸：355mm×355mm×370mm，行程：X215mm×Y215mm×Z55mm，重约70kg，主要用于雕刻PCB、外壳等，偶尔雕刻点铜、铝等软金属。
&&& 机架是在一块20mm厚的A3钢板上平面磨床两面磨平后线切割而成的。20mm厚的钢板对于此机可以说是超标了，笔者制作时主要考虑A3钢板比较便宜，而且钢板厚了，能保证强度，也方便轴承座等的安装。本机主体主要包括两块立板、两块横板、XY轴托板、工作平台及Z轴滑台，见图1。
&&& Z轴是自制雕刻机过程中比较难的地方，如果选用成品雕刻机的二手拆机滑台，可为DIY起到事半功倍的效果，既能节省加工工作量及成本，又能保证精度。
&&& 立板和侧板分别在相应的四角打孔，攻丝后用螺丝固定。尽量不用焊接而选用螺丝，一是螺丝可以方便后期调整，二是焊接后由于应力作用，机架容易出现变形。
&&& 机架切割完成后，要在立板和横板上打孔，作为光轴及丝杆的固定孔。打孔时，需要使立板和横板分别两两对齐、重叠后再进行，以保证光轴及丝杆安装的平行度，这点非常重要。
&&& Y轴平台下为防尘隔板，可以防止雕刻碎屑落在光轴及丝杆上，减少光轴及丝杆的磨损，延长使用寿命。这项防尘设计是不可缺少的。
滑动及传动制作
&&& 滑动部分XY轴都选用了直径20mm的镀铬光轴，配合加长型箱式滑动单元，光轴长度为315mm，两头攻M8螺丝孔，通过螺丝固定在机架上，如图2所示。
&&& 加长箱式滑块长100mm，内部有两个直线轴承，全部滑动单元价格在300元左右。制作本机时，笔者为了减少工作量（可以少打螺丝孔）选用了这种一体的加长箱式滑块，因为每根光轴只有一个滑块，所以会对精度有一定的影响。读者在制作的时候尽量设计成每根导轨两个滑块，可以通过调整安装，消除滑块本身的误差，提高精度。丝杆选用了二手拆机的THK 1404滚珠丝杆，丝杆直径14mm，螺距4mm。丝杆安装在两根光轴的中间，一头用专用的固定座固定在机架上，这种固定座内部为两个配对的角接触轴承，可以消除丝杆的轴向攒动。另
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一头通过一个普通的深沟球轴承支撑在机架上，丝杆的螺母用于钢板做的方块和托板相连。
&&&&&& 读者在制作时尽量选用滚珠丝杆，在保证精度的同时，能显著提高机器的运行速度（传动效率高）、稳定性及使用寿命。二手拆机及全新国产滚珠丝杆都可选用。不同精度价格差距也比较大，业余制作选用200元左右的拆机或全新国产滚珠丝杆足矣，丝杆直径和导程自己选择，一般直径8~20mm，导程2~20mm。不建议使用弹簧双螺母消回差，传动效率底，寿命短，而且加工调试繁琐，有的爱好者自认为能节省成本，其实细算，得不偿失，最终钱没少花，机子做成的效果还不理想。当然，如果只是做实验，可以尝试一下弹簧双螺母消回差。
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&&&&&& 驱动部分每个轴各使用一个57步进电机，也是拆机二手件，为六线两相步进电机，价格30元左右。步进电机通过4个直径10mm、长度60mm的圆钢，两头攻M4螺丝孔固定在机架上。电机轴和丝杆轴用联轴器连接，以消除两轴误差，保证传动自如。见图3。&&&&&& 57两相步进电机的转动角为1.8°，就本机来说，步进电机每走200步旋转一周，丝杆直线距离行走4mm，由此可以算出机器分辨率为0.02mm。实际使用中，驱动电路是带细分的，你可以选择如2、4、8、16等不同等级的细分。使用细分，可以提高精度及步进电机运行的平稳性，但太高的细分也是没有意义的。高细分会提高驱动脉动频率，也就对器件提出了更高的要求，器件指标不过关，反而会出现一些莫名其妙的问题，如光耦的响应速度等。如本机驱动选用8细分，理论精度就是0.02mm除8，为0.0025mm，但实际上这个精度是达不到的。机子的精度是个综合性的问题，包括机架设计、导轨类型及精度、丝杆螺距及其精度、主轴精度等。所以选择丝杆时，不要追求太小的螺距，对提高精度没有太大帮助，反而会降低机器运行速度。业余制作的雕刻机精度能达到0.05mm就已经非常不错了。
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主轴及控制箱制作
&&&&& 本机主轴选用了低价的直流电机，额定电压110V，功率200W，转速能到9000转，配合直流调速电路，能方便地调节转速和功率／分，价格100多元。
电机夹头为ER11夹头，配合不同直径的夹头互换，以使用不同的刀具，主轴通过主轴夹具固定在Z轴上，见图4。&&
&&&&&&&这款直流电机用于业余条件下雕刻PCB、外壳等，已经足够用了。当然你也可以使用“大功率变频主轴+变频器”的组合，价格会在几千元不等。
&&&&&& 控制箱内部包括电源变压器、电源整流滤波板、步进电机驱动板及主轴电机调速板，见图5。控制箱前面板很简洁，有电源总开关、急停开关、主轴开关及调速旋钮，后面板为驱动信号接口及步进电机接口。步进电机通过四芯电缆及航空插头与控制箱连接，机架上面的活动线路用塑料拖链梳理固定。电机额定电流2.7A，空出绕组中心轴头接成大力矩模式，实际驱动电流为额定电流的0.7倍，即1.9A。步进电机驱动选用了接口驱动三轴一体的A3977驱动板，价格在200元左右。也可以运用TA8435H，电流1.5A，价格要梢便宜些，变压器为订做的220V/350W变压器，次级一路电压24V、功率150W，保证6A的电流输出，一路电压110V整流、滤波后通过调速电路给主轴直流电机供电，主轴电机直流调速板可以用NE555加MOS管自己制作，也可以在网上买到成品，价格几十元。
控制系统设计
&&&&&& 控制系统为一台计算机，可以使用商品的控制卡，如PCI插槽维宏控制卡，自带配套软件，也可以选用如mach等软件通过打印机并口控制。安装软件后，要根据驱动板脉冲输入端口对应设置好打印机并口脉冲输出端口，根据丝杆螺距及驱动细分设定脉冲数量及电机参数等。详细的设置过程网上可以查到，本文不再详述。
&&&&&& 以上简单介绍了我DIY雕刻机的过程，希望能够帮助广大读者对雕刻机DIY有个更深入的认识,相信还有很多朋友做得要比我好。我的机子还有很多不足，例如，为了省事我没有设计限位系统等。
&&&&&&&雕刻机的制作是个系统的工程，需要机械、电子等多方面的知识，希望大家不要盲目制作。要清楚自己制作雕刻机的用途，需要什么样的强度、行程，然后着手设计，系统规划，制定详细的制作计划，再采购必要的材料及零部件。设计过程中还要了解市场哪些配件能买到、哪些是标准件、易损件及以后的维护等诸多问题。除了材料及零部件，还需要配备一定的工具，如电钻、卡尺、百分表等。影响精度的关键零部件，如果没有加工条件，必要的外加工还是需要的。总之，雕刻机DIY虽然难，但只要虚心交流学习，坚持不懈，相信用不了几个月的时间，你也会拥有自己的雕刻机。
&&& 回差的产生是因为螺母和丝杆之间不可能绝对的吻合，螺母和丝杆的螺纹之间会有空隙，如图A中的a、b所示。这样，丝杆在一正、一反的传动过程中，螺母实际要少移动a+b的距离，这就是回差。
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关于弹簧双螺母消回差
&&& 丝杆的传动精度除受丝杆自身精度影响外（导程误差），还有丝杆安装造成的轴向攒动和丝杆的回差。丝杆的转动通过螺母转变为轴向的螺母直线运动，螺母再带着部件移动。这种移动是相互的，如果丝杆没有固定牢固，传动过程中除螺母移动外，丝杆会受螺母反作用力向相反方向移动，这就形成了丝杆的轴向攒动，造成传动误差。丝杆一般两端用轴承支撑固定，但必须保证一端与机架完全固定，使其没有轴向攒动。一般固定端用两个推力轴承或两个配对的角接触轴承，支撑端用一个深沟球轴承。
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原帖由 林大夫 于
20:33 发表
口气好大啊，呵呵
林大夫的签名什么时候更新了？要推出铝合金JJ了？
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想要,不会做,也没米:em15:
原帖由 林大夫 于
20:33 发表
这个机器能用来赚钱吗？ 做个电路板什么的应该没问题吧？做电路板是不是每个雕刻机都具备的功能啊？
首先谢谢大家的建议，主要是做电路板和 雕刻一些塑料和铝合金的机壳。买雕刻机主要是自己玩。没有别的用途。XY行程 200 300 mm&&z 100mm 就可以了。主要是买 数控铣 没地方放
楼主不看看z轴行程，100mm，但是龙门离台面才50mm，就是说你最大过料高度不能超过50mm，给你100mm的行程有啥用
这机器雕塑胶是可取的，要是你相信他们的网站，可以雕刻铝合金，那你就等着发毛吧。
台面重量3.8kg，我diy的机器，行程300X250，台面重量就25kg，不知道那网站这点也拿来吹嘘是啥道理。
想省钱，用了t型丝杠，美其名曰是将来的趋势，看的众大侠错愣不已，以为以前学的知识都打了水漂。
主轴电机用了两个轴承，这也拿来吹。。。。。各位有见过一个轴承的电机吗？
价格倒是问题不大，针对学习市场，无可厚非，但是非要挂上高新尖的光环，并且非要把其他网站和厂家踩上一脚，就是不厚道。
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用雕机来雕电路板我都放弃了，主要是电路板稍大一点就不平，中间一般会凸起，不好雕，还麻烦，导G码，定位，撕皮等，我试雕了一块板后，还是放弃用雕机雕线路板了，还是用感光板方便快捷。不过我买雕机的目的和楼主差不多，雕电路板功能可要可不要。:em21:
原帖由 如此执着 于
22:02 发表
首先谢谢大家的建议，主要是做电路板和 雕刻一些塑料和铝合金的机壳。买雕刻机主要是自己玩。没有别的用途。XY行程 200 300 mm&&z 100mm 就可以了。主要是买 数控铣 没地方放
雕电路板简单，雕机壳就难说了，看你怎么雕，如果你准备做平面形状拼接的简单机壳，就简单一些，如果你准备用整个毛坯料，雕出完美的机壳，就复杂多了，你要把整个过程都考虑好，包括怎么装夹？怎么定位？粗加工和精加工规划？常用毛坯材料的规格尺寸等等，这些都很重要。雕刻机最难的是建模软件，然后是刀路软件，其他的都很简单。雕刻机不象电脑，电脑怎么用都不会坏，雕刻机就很容易用坏，初学者99%会操作失误，撞刀是经常的事，最好是用全套1千以内的便宜学习机，弄坏了也无所谓，用好了再根据需要选择升级的机器。
楼主能设计出下面这个零件的3D立体模型吗？如果不会的话，先学建模软件，雕刻机可以迟一点再买
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原帖由 小菜鸟制造 于
23:39 发表
雕电路板简单，雕机壳就难说了，看你怎么雕，如果你准备做平面形状拼接的简单机壳，就简单一些，如果你准备用整个毛坯料，雕出完美的机壳，就复杂多了，你要把整个过程都考虑好，包括怎么装夹？怎么定位？粗加工和 ...
借这个地方请教一下小菜鸟制造，中了你放的毒，实在是让人欲罢不能。你用AB水铸造，懂的比较多，有个叫脱模剂应该怎样选择？比如我用蜡或者代木做了模型，用硅胶做模具，为了硅胶不粘到代木上，需要有一种脱模剂吧？喷到代木模型上？ 好像可以增加光滑程度，模子容易脱开。
请不吝赐教，谢谢！
楼主说的雕刻机，我查到行程了。
X，Y，Z行程分别是：210 * 155 * 100 mm
A4纸大小 210*297mm ，这台机XY行程比半张A4纸大 6.5mm。
3K多的价格好象算下来有点太贵了。
没想到大家对我这么热情，甚是感动:em25: 有需要帮忙的留言。本人专业热工仪表、计算机硬件系统、SCADA工业控制。我就会用这个东西 SolidWorks 2008& &我接受大家的意见，电路板用感官的方法做或者热转印。但是还是想玩雕刻机，忙过这几天也画个图到时请坛子里的有J的人加工下，电路自己搞没问题。现在单位就做 自动控制条件也有。抓紧画图中。。。
拍几张工作照
贴几张今天为朋友修的DELL服务器电源，质量真好贴上来给大家看看。他的是电源接成380V烧了保护电路。
功率650W 足功率
:em26: 好东西 顶一下
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济南欧盛数控设备有限公司是一家集研发、设计、生产、销售雕刻机服务于一体的高新科技型企业。主导产品为木工雕刻机、石材雕刻机、济南雕刻机、佛像雕刻机、数控雕刻机、电脑雕刻机、CNC雕刻机、四轴雕刻机、济南雕刻机、山东雕刻机、五轴雕刻机、模具雕刻机、金属雕刻机，雕刻机厂家直销高端数控雕刻机。注册商标“OS”、“CNC ROUTER ”。位于美丽的济南高薪技术开发区。
\'欧盛\'公司2004年成立，目前已跻身国内木工雕刻机、木工机械、雕刻机、广告雕刻机、数控加工中心、数控机床、Cnc Router、石材雕刻机等同行业前茅。目前工厂总面积 2 万平方米，拥有资产伍仟万元。产品通过ISO国际质量体系认证，欧盟CE认证。公司拥有自主进出口权，产品广泛应用于实木门，免漆门，工艺品，广告行业，墓碑行业等制作加工。
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山东 济南 历城区工业北路
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济南欧盛数控设备有限公司
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原帖由 林大夫 于
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口气好大啊，呵呵
林大夫的签名什么时候更新了？要推出铝合金JJ了？
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原帖由 林大夫 于
20:33 发表
这个机器能用来赚钱吗？ 做个电路板什么的应该没问题吧？做电路板是不是每个雕刻机都具备的功能啊？
首先谢谢大家的建议，主要是做电路板和 雕刻一些塑料和铝合金的机壳。买雕刻机主要是自己玩。没有别的用途。XY行程 200 300 mm&&z 100mm 就可以了。主要是买 数控铣 没地方放
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这机器雕塑胶是可取的，要是你相信他们的网站，可以雕刻铝合金，那你就等着发毛吧。
台面重量3.8kg，我diy的机器，行程300X250，台面重量就25kg，不知道那网站这点也拿来吹嘘是啥道理。
想省钱，用了t型丝杠，美其名曰是将来的趋势，看的众大侠错愣不已，以为以前学的知识都打了水漂。
主轴电机用了两个轴承，这也拿来吹。。。。。各位有见过一个轴承的电机吗？
价格倒是问题不大，针对学习市场，无可厚非，但是非要挂上高新尖的光环，并且非要把其他网站和厂家踩上一脚，就是不厚道。
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用雕机来雕电路板我都放弃了，主要是电路板稍大一点就不平，中间一般会凸起，不好雕，还麻烦，导G码，定位，撕皮等，我试雕了一块板后，还是放弃用雕机雕线路板了，还是用感光板方便快捷。不过我买雕机的目的和楼主差不多，雕电路板功能可要可不要。:em21:
原帖由 如此执着 于
22:02 发表
首先谢谢大家的建议，主要是做电路板和 雕刻一些塑料和铝合金的机壳。买雕刻机主要是自己玩。没有别的用途。XY行程 200 300 mm&&z 100mm 就可以了。主要是买 数控铣 没地方放
雕电路板简单，雕机壳就难说了，看你怎么雕，如果你准备做平面形状拼接的简单机壳，就简单一些，如果你准备用整个毛坯料，雕出完美的机壳，就复杂多了，你要把整个过程都考虑好，包括怎么装夹？怎么定位？粗加工和精加工规划？常用毛坯材料的规格尺寸等等，这些都很重要。雕刻机最难的是建模软件，然后是刀路软件，其他的都很简单。雕刻机不象电脑，电脑怎么用都不会坏，雕刻机就很容易用坏，初学者99%会操作失误，撞刀是经常的事，最好是用全套1千以内的便宜学习机，弄坏了也无所谓，用好了再根据需要选择升级的机器。
楼主能设计出下面这个零件的3D立体模型吗？如果不会的话，先学建模软件，雕刻机可以迟一点再买
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原帖由 小菜鸟制造 于
23:39 发表
雕电路板简单，雕机壳就难说了，看你怎么雕，如果你准备做平面形状拼接的简单机壳，就简单一些，如果你准备用整个毛坯料，雕出完美的机壳，就复杂多了，你要把整个过程都考虑好，包括怎么装夹？怎么定位？粗加工和 ...
借这个地方请教一下小菜鸟制造，中了你放的毒，实在是让人欲罢不能。你用AB水铸造，懂的比较多，有个叫脱模剂应该怎样选择？比如我用蜡或者代木做了模型，用硅胶做模具，为了硅胶不粘到代木上，需要有一种脱模剂吧？喷到代木模型上？ 好像可以增加光滑程度，模子容易脱开。
请不吝赐教，谢谢！
楼主说的雕刻机，我查到行程了。
X，Y，Z行程分别是：210 * 155 * 100 mm
A4纸大小 210*297mm ，这台机XY行程比半张A4纸大 6.5mm。
3K多的价格好象算下来有点太贵了。
没想到大家对我这么热情，甚是感动:em25: 有需要帮忙的留言。本人专业热工仪表、计算机硬件系统、SCADA工业控制。我就会用这个东西 SolidWorks 2008& &我接受大家的意见，电路板用感官的方法做或者热转印。但是还是想玩雕刻机，忙过这几天也画个图到时请坛子里的有J的人加工下，电路自己搞没问题。现在单位就做 自动控制条件也有。抓紧画图中。。。
拍几张工作照
贴几张今天为朋友修的DELL服务器电源，质量真好贴上来给大家看看。他的是电源接成380V烧了保护电路。
功率650W 足功率
:em26: 好东西 顶一下
【站内新闻】 /2
5iMX定制两款保温杯，这个冬天不太冷，快快来试试运气吧！
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