Электронная гитара для токарного станка на arduino своими руками

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 04.10.2024

Ссылки на покупку комплектующих для самостоятельной сборки с модулей: Модуль Arduino Mega2560 ali.pub/384hcr .

Видео предназначено для начинающих токарей, либо для тех, кто еще не имеет токарного станка, а только интересуется .

Что нужно изменить в прошивке для электрогитары и как залить ее в ардуино. Программа для расчета резьб и конусов .

Собрал еще одну электронную гитару для токарного, получилось лучше чем у меня есть, придется собрать себе такую же)) .

Кому лень "курить" 700 с лишним страниц на Чипмейкере, но хочется в живую увидеть как это и что расположено .

Электронная гитара для настольного токарника. Основные комплектующие для сборки гитары Блок питания .

Электро-гитара"шестеренки" к токарному станку на микроконтроллере. Сделана к для ТВ16, но можно и к другому. Так-же .

Тест шума работы шагового двигателя.
Мотор Nema23, 3A, 19кг
Драйвер шаговика Leadshine DM556, 1/4 полушага
Питание 42 Вольта, импульсник.

Добавить временную метку

Включение данной опции позволит добавить к ссылке время начала воспроизведения видео, где H:M:S - часы:минуты:секунды

Фото обложки и кадры из видео

Электронная Гитара Для Токарного Станка, Ускоренные Перемещения, Ардуино. Тест На Шум, Олег

Подписывайтесь на наш Telegram канал! @thewikihow открыть Мониторим видео тренды 24/7

Что такое Arduino
Разработка электроники с Arduino
ЧПУ станок из дерева
Зачем нужны шилды
Для любителей выжигать на различных материалах
А как насчет взаимодействия
Вместо заключения

Что такое Arduino

Прежде всего, стоит разобраться, что такое Arduino.

Создавая на Ардуино устройства электроники, способные принимать сигналы от разных цифровых и аналоговых датчиков, подключенных к нему, как к основе. Поэтому в контексте данной статьи, речь будет идти о платах.

Разработка электроники с Arduino

Такая плата может быть самостоятельно собрана пользователем или покупается в сборе. Она способна принимать программное обеспечение компьютера. Arduino, упрощая работу с микроконтроллерами, имеет преимущества перед другими устройствами:

низкую стоимость;
кросс-платформенность (способность работать в нескольких ОС);
простую, понятную среду программирования (подходит для новичка, а также опытного пользователя);
в качестве основы Arduino применяются микроконтроллеры ATMEGA8 и ATMEGA168.

Один из умельцев по схеме создал первый самодельный станок с ЧПУ из доступных материалов себестоимостью в пределах 170$. Его предназначение – резка пластика и фанеры, раскрой деталей для создания любой самоделки. Электронную часть собрано на arduino с прошивкой GRBL. Для этого понадобились главные узлы:

платы Ардуина R3, cnc shield v3 Update или новая версия v4;
ШД (тип NEMA 17);
блок питания (24 В, 15 А).

Заготовил механику для самодельного ЧПУ своими руками, включая станину из фанеры толщиной 10 мм, шурупы и болты 8 мм. Чтобы сделать линейные направляющие, взял металлический уголок 25х25х3 мм и подшипники 8х7х22 мм. Движение оси Z на шпильке M8, а оси X и Y – зубчатые полиуретановые ремни T2.5. Использован самодельный шпиндель.

Рабочее пространство станка 45 см по X, 33 см по Y, 4 см по Z. Что касается фрезера, в Китае приобретено несколько фрез (3 и 4 канавки). Они идеальны для металла, а для фанеры (надо было вырезать шестерёнки) понадобились другие.

ЧПУ станок из дерева

Для него нужна Аrduino uno R3, G-сode Sender и GRBL. Необходимо заранее подготовить материалы и компоненты: фанеру, гайки с болтами, резьбовой вал и стержни из стали, шарикоподшипники, ШД Nema 23 и драйвера к ним, источник питания 24 В, 15 А, втулки из капролона, фторопласта и металла, провода.

Многое, входящее в электронику, прислали из Китая.

Основанием служат бруски из древесины с глухими, сквозными отверстиями. Стальной резьбовой вал, установленный по центру станка, служит приводом для оси Х. В момент его вращения – каретка (рабочий стол) выполняет перемещение вдоль этой оси Х.

ВНИМАНИЕ: чём толще фанера или деревянный брусок, тем меньшей будет вибрация, выше точность позиционирования.

Портал (ось Y) устанавливают на подвижном столе, фиксируя гайкой под столом. Ось Z служит для перемещения рабочего органа (он подает инструмент в вертикальном положении).

Для сборки понадобятся болты и гайки. Не стоит склеивать поломанные делали, лучше их заменить новыми. Подключая Arduino, ШД и драйверы к каждому из них, надо предусмотреть и блоки питания для них. Загрузив и настроив код GRBL, можно открыть G-сode Sender и подключить Arduino к ПК. Плата готова участвовать в процессе управления чпу станком.

Чтобы задать траекторию обработки, используются чертежи любой CAD программы. Затем используется CAM программа, формирующая G-код.

Зачем нужны шилды

Обладатели самодельных устройств наслышаны о платах расширения – Arduino cnc shield, применение которых расширяет функционал фрезерного оборудования.

Обычно шилду изготавливают под форм-фактор платы. Используют и несколько шилдов одновременно, устанавливая их на микроконтроллер (один на другой). Спектр их применения:

при помощи официального устройства Arduino – Ethernet cnc shield можно добиться независимости проекта от ПК, да и для хостинга веб-сервера его используют;
4 Relay Shield – возможность для того, чтобы подключать 4-х периферийные устройства;

ВАЖНО: надо соблюдать осторожность с контактами этого устройства, чтобы не повредить Arduino.

Рrotoshield – весьма полезный шилд в момент, когда собирается схема;
LCD Shield позволяет информацию с Arduino выводить напрямую на периферийный экран;
еnergy Shield – расширенные возможности для питания на Arduino. Реальна подзарядка мобильников и гаджетов;
мotor shield обеспечивает управление большим числом моторов и их защиту;
SD Card Shield служит для обработки и хранения больших массивов информации;

Wi-fi Shield, подключенный к серийному порту, обеспечит дистанционное управление приводами роботизированных проектов;
GPRS Shield оснащается антеннами для использования сети GSM/GPRS;
E-Ink shield – путь для использования технологии электронных чернил, дисплею нужен для питания минимум энергии;
мusic Shield способен воспроизводить музыку через Arduino в отличном качестве.

Реально создать лазерный 3D принтер, ЧПУ станок, употребляя бюджетные платы Arduino. С платой расширения CNC Shield можно работать на станках с числовым программным управлением, в гравировальной или фрезерной машине. А шилд для управления тремя ШД (трехосевой станок) имеет три разъема, чтобы не было проблем с каждым драйвером при подключении.

Для любителей выжигать на различных материалах

В сети можно увидеть многочисленные самодельные модели выжигателей, которые способны создавать рисунок на фанере, пластике, металле и даже на стекле. Причем достигается фотографическая схожесть и некоторая объемность изображения. Поверхность очищают, обезжиривают, грунтуют белым акрилом марки Kudo и, применяя лазерный ЧПУ выжигатель, его ещё называют пиропринтер, создают уникальные изображения. Иногда процесс длится 6 и больше часов.

Скорость работы выжигателя – стабильная 10 м/мин, и у программистов есть идеи, как ее поднять, не вмешиваясь в работу блока управления. Управлять выжигателем можно и с ноутбука (ОС Windows XP и 7), отказавшись от LPT кабеля. Это превратит выжигание в увлекательное занятие для детей и подростков с применением возможностей лазерных фрезеров.

А как насчет взаимодействия

Удивительно слушать заявления некоторых умельцев, что для ЧПУ Ардуино не подходит, тем более, невозможен симбиоз mach3 arduino, якобы они не желают взаимодействовать.

Другие же уверены в противном: ардуину можно реализовать для ЧПУ при помощи трёх вариантов:

Полностью автономный контроллер.
Плата-интерпретатор отвечает за движения, но они рассчитываются на компьютере.
Плата-транслятор (переходник) – выполняет роль виртуального ЛПТ-порта.

Многие пользователи в сети, у которых проблемная электроника, просят посоветовать им программу, чтобы станки под управлением таковой, могли работать чётко и бесперебойно. Фрезеры на станке призваны заготовку обрабатывать равномерно, выполняя сигналы программного блока.

Лазерный фрезер, даже сделанный своими руками, будет демонстрировать соблюдение всех параметров движения.

Вместо заключения

Мастера, технологи и фрезеровщики механообрабатывающих цехов, в станочных парках которых есть зубофрезерные станки, регулярно сталкиваются при изготовлении косозубых цилиндрических зубчатых колес с вопросом максимально точного подбора шестеренок гитары дифференциала.

Если не вдаваться в подробности работы кинематической схемы зубофрезерного станка и технологического процесса нарезания зубьев червячной фрезой, то данная задача заключается в сборке двухступенчатого цилиндрического зубчатого редуктора с заданным передаточным отношением (u) из имеющегося комплекта сменных колес. Этот редуктор и есть гитара дифференциала. В комплект (приложение к станку) входит, как правило, 29 зубчатых колес (иногда более 50) с одинаковым модулем и диаметром посадочного отверстия, но с разным количеством зубьев. В наборе могут присутствовать по две-три шестерни с одинаковым количеством зубьев.

Схема гитары дифференциала изображена ниже на рисунке.

Настройка гитары дифференциала начинается с определения расчетного передаточного отношения (u) по формуле:

u=p*sin (β)/(m*k)

p – параметр конкретной модели станка (число с четырьмя-пятью знаками после запятой).

Значение параметра (p) индивидуально для каждой модели, приводится в паспорте на оборудование и зависит от кинематической схемы привода конкретного зубофрезерного станка.

β – угол наклона зубьев нарезаемого колеса.

m – нормальный модуль нарезаемого колеса.

k – число заходов червячной фрезы, выбранной для работы.

После этого необходимо выбрать из набора такие четыре шестерни с числами зубьев Z1, Z2, Z3 и Z4, чтобы, установленные в гитару дифференциала, они образовали редуктор с передаточным отношением (u’) максимально близким к рассчитанному значению (u).

(Z1/Z2)*(Z3/Z4)=u’≈u

Как это сделать?

Подбор чисел зубьев шестеренок, обеспечивающий максимальную точность, можно выполнить четырьмя способами (по крайней мере, известными мне).

Рассмотрим кратко все варианты на примере зубчатого колеса с модулем m=6 и углом наклона зубьев β=8°00’00’’. Параметр станка p=7,95775. Червячная фреза – однозаходная k=1.

Для исключения ошибок при многократных расчетах составим простую программу в Excel, состоящую из одной формулы, для расчета передаточного числа.

Ссылка на скачивание файла Excel: raschet-peredatochnogo-chisla-gitary-differentsiala (xls 34KB)

Расчетное передаточное число гитары (u) считываем

в ячейке D8: =D3*SIN (D6/180*ПИ())/D5/D4=0,184584124

Относительная погрешность подбора не должна превышать 0,01%!

Вычисляем относительную погрешность выбранного варианта.

δ=|(u-u’)/u|*100=|(0,184584124-0,184584178)/0,184584124| *100=0,000029%

Плюсы и минусы

Среди достоинств устройства следует выделить:

Возможность более точной автоматизации производства. Человек здесь нужен только для проверки инструментов, их накладки, а также для установки и снятия заготовок. Таким образом, один мастер может работать сразу на нескольких токарных станках.
Повышение производственной гибкости. При необходимости изготовления иной детали нужно всего лишь подкорректировать программу.
Высокая точность работы станка, а также повторяемость обработки деталей. Благодаря этому токарный станок будет обрабатывать детали нужное количество раз и его производительность при этом не будет страдать в отличие от мастера, который устает в процессе работы.
Возможность расчета времени обработки заготовок, т. к. на каждую отведено определенное количество времени. Это помогает планировать производство более регламентировано.
Доступная стоимость деталей для сборки.

К недостаткам электронной гитары для токарного станка можно отнести:

довольно высокую стоимость при покупке данного оборудования. Гораздо бюджетнее собрать приспособление самостоятельно. Однако и самостоятельная сборка, установка и настройка довольно непростой процесс. Новый станок с ЧПУ обойдется мастеру не менее, чем в 2 000 000 рублей.
Сложность в подборе редуктора. Некоторые из-за высокочастотной подачи разгоняют станок так, что тот выходит за пределы номинала. Усилие также может превышать требуемое, поэтому рекомендуется учитывать работу используемого редуктора и других составляющих, они несомненно повлияют на качество работы.
Если разрешение энкодера малое, есть вероятность возникновения проблем при работе с резьбой, шаг которой больше 10 мм.

Настройка гитары по таблицам справочника.

Стандартный комплект В.А. Шишкова содержит 29 зубчатых колес с числами зубьев: 23; 25; 30; 33; 37; 40; 41; 43; 45; 47; 50; 53; 55; 58; 60; 61; 62; 65; 67; 70; 73; 79; 83; 85; 89; 92; 95; 98; 100.

Используем этот набор в решении нашей задачи.

Результат подбора по таблицам:

Z1=23 Z2=98 Z3=70 Z4=89

u’=(23*70)/(98*89)=0,184590690

δ=|(u-u’)/u|*100=|(0,184584124-0,184590690)/0,184584124| *100=0,003557%

Самый дешевый токарный станок с Aliexpress MX-180V удивительным образом веселит меня с самого своего появления в моей домашней мастерской уже больше полугода. Несмотря на то, что китайцы забыли прикрутить его к ящику, вследствие чего была помята лицевая панель.

Несмотря на неспособность этого устройства нарезать левую резьбу, вопреки клятвам продавца, что может. Несмотря на то, что входившая в комплектацию отвертка, разлетелась после первого к ней прикосновения.

Несмотря, наконец, на низкое качество изготовления данного прибора, я им пользуюсь, изготавливаю нужные мне детальки и, в целом, накапливаю скилл. Для меня прелесть домашних станков состоит в том, что не нужно рыться в мусоре, в поисках чего-то похожего на нечто необходимое, а просто самому это делать. Это самый прямой путь от идеи к воплощению. Так, постепенно, очередь дошла и до нарезания резьб. Потренироваться я решил на гвозде диаметром 6 мм, значит, чтобы ничего не обтачивать, это и будет диаметром болта с шагом резьбы 1 мм, для которого у меня была гайка. По таблице, которая находится на корпусе станка, нашел для выбранного шага необходимую комбинацию шестерен.

На валу шестерня с 80 зубами, затем 52, а между этой шестернёй и шпинделем должна стоять шестеренка с 50 зубами. Но среди 10 шестерен в моём наборе с 50 зубами не было.

Тут я начал в очередной раз расстраиваться, ну как же так, братья китайцы! Окончательно меня добил тот факт, что в моём наборе не было еще и второй шестерни на 80 зубов и 66, и 33-х-зубых шестерен. Немного поразмыслив, я понял, что для подачи в 1 мм на оборот важно лишь соотношение зубов на шпинделе и на валу, а промежуточные шестерни могут быть любыми, главное, чтобы они помещались туда. В итоге, первую в своей жизни резьбу М6×1 с помощью резца, а не плашки, я нарезал!

Одно только омрачало радостность этого события, несоответствие таблицы наличествующим у меня шестерням. Это означало, что теперь я не смогу просто так взять, посмотреть на таблицу и нарезать нужную резьбу, когда потребуется. Придется каждый раз думать, как поставить шестерни, каждый раз заново считать. В общем, с таблицей гораздо удобнее. Так судьба заставила меня углубиться в детали конструкции гитары и тонкости расчетов передаточных чисел редукторов.

Устройство редуктора не сложно и схематично четыре способа установки шестеренок (безотносительно их диаметров) можно изобразить так:

Для определенности будем называть их схемами зацепления. Мне было необходимо выяснить, какие комбинации шестерен допустимы с точки зрения возможности установки их в направляющую рейку, которая может поворачиваться вокруг оси вала и на которой фиксируются две оси промежуточных шестерен.

Верхняя ось не должна касаться шкива шпинделя, а потому первая ведомая шестерня не должна иметь менее 52 зубов. Кроме того, направляющая рейка не должна быть повернута слишком близко у валу шпинделя, во избежание задевания магнитиков тахометра.

Физическая попытка брутфорса этой задачи показала, что допустимых комбинаций достаточно много. На листочке уже стало не хватать места для ещё не проверенных наборов, я стал путаться. Был велик шанс пропустить комбинацию, либо наоборот, записать уже проверенную. Желание заниматься слепым перебором вариантов, сидя в неудобной позе перед станком, улетучилось очень быстро. Сколько и какие вообще комбинации и подачи возможны на этом станке? Требовалось призвать на помощь теорию, а труды по перебору вариантов возложить на компьютер, чтобы зря не стоял.

Надо будет найти или написать генератор размещений без повторений, так как каждая шестерня у меня только в одном экземпляре. Способов выбрать из 10 вариантов 3, 4 и 5 шестерен достаточно много, но какие-то из них, очевидно, следует отбросить из-за геометрических соображений. Понадобится фильтр, пропускающий только подходящие наборы шестерен. После фильтрации наверняка останется много комбинаций, которые будут давать одинаковый шаг подачи, не отличаясь при этом схемами зацепления и наборами шестерен, т.е. будут эквивалентные перестановки. От них тоже следует избавиться.

Не раздумывая, программировать решил на JS, хотя мог и на C++, но в своей практике я ещё не сталкивался с задачей, которую нельзя было бы решить в браузерном JS, когда дело не доходит до сброса данных на диск. В этом способе меня привлекает минимализм и достаточность инфраструктуры, блокнот и браузер, всё остальное лишне. Язык дает алгоритмизацию, браузер – графический интерфейс, интерпретатор и отладчик. Любую библиотеку можно либо быстро написать самому, либо найти и скачать. Когда не занимаешься промышленным или коммерческим программированием, то достаточно, просто, универсального калькулятора.

Генератор размещений я нашел и адаптировал быстро. Его назначение в программе переставлять индексы массива, в котором будут храниться экземпляры шестерен. Здесь в функции search генерируются размещения, а прошедшие фильтр запихиваются в массив result функцией test. Кроме того, в последней функции вычисляется подача. Для определенности обозначим все шестерни так, как на рисунке.

Выпишем формулы для расчета подачи, как функции шага вала подачи и числа зубов шестерен для каждой из схем зацепления:

Чтобы разработать фильтр следует поподробнее остановиться на геометрических параметрах гитары. Оси шпинделя, вала и верхней промежуточной шестерни образуют треугольник.

Сторона L которого измеряется непосредственно, а остальные вычисляются из радиусов шестерен. Радиус шестерен меньше их наружного радиуса на величину перехлеста при зацеплении. Поскольку шестерни изготовлены не идеально, величину перехлеста следует установить эмпирически. Перехлест должен быть таким, чтобы обеспечивал зацепление, но предотвращал заклинивание шестерен. В моём случае он оказался равен 1 мм. На сторону S накладывается следующее ограничение, ось верхней промежуточной шестерни не должна касаться шкива шпинделя. Она измеряется непосредственно, когда направляющая с осью верхнем положении повернута максимально близко к шпинделю, ось при этом должна почти касаться шкива. Расстояние V не может быть больше дистанции между осью вала и верхней промежуточной осью, отодвинутой до упора вверх по пазу. Также следует наложить ограничение на угол между L и V. Повернув рейку без шестерен и осей максимально близко к шпинделю, измерить или вычислить расстояние S между осью шпинделя и верхней точкой направляющей и рассчитать угол по формуле

Здесь V это расстояние от оси вала до верхней точки направляющей, а не до верхней точки паза (это может быть произвольная точка рельсы, главное, чтобы расстояния V и S измерялись до неё). По этой же формуле будет вычисляться угол при тестировании, но расстояния S и V будут зависеть от радиусов шестерен.

Кроме этого, шестерня B не может быть больше A, а C не может быть больше, чем D. D не должна касаться вала, а C не должна цепляться за A, при зацеплении B и D.

После того, как список удачных комбинаций построен следует избавить его от избыточности с помощью функции eliminate. Это осуществляется простым поиском уникальных в каком-либо отношении решений. Можно использовать уникальность шага, или уникальность набора шестерен и тому подобное.

В моем случае получается 751 комбинация, которые отличаются подачей, числом шестерен и их набором. Уникальных подач всего 222. Конечно, многие из них не являются общеупотребительными или вообще не применяются, зато присутствуют дюймовые.

Работая над этим текстом меня не покидала мысль, что способ решения этой задачи находится на уровне 5 класса, о котором даже стыдно рассказывать. Просто в данном случае результат (таблица подач) гораздо важнее способа её получения. Однако, станки, гитары, схемы редукторов, шестерни у каждого могут быть разными и не плохо было бы иметь в виду хотя бы один из подходов к построению такой таблицы.

В заключение привожу полный текст скрипта, который снабжен достаточным количеством комментариев, учитывая вышеизложенное.

Скрытый текст

Гитара дифференциала в режиме on-line.

Для нашего примера сервис не представил решений для точностей 5 и 6 разрядов после запятой. Зато для точности 4 знака после запятой выдал 136 вариантов. Мол — ковыряйтесь!

Лучший из представленных on-line сервисом результатов:

Z1=23 Z2=89 Z3=50 Z4=70

u’=(23*50)/(89*70)=0,184590690

δ=|(u-u’)/u|*100=|(0,184584124-0,184590690)/0,184584124| *100=0,003557%

Задание

Произвести настройку зубодолбежного станка модели 514 для нарезания прямозубого цилиндрического колеса по следующим данным:

Число зубьев	z	33
Модуль, мм	m	3
Диаметр долбяка, мм	Dд	75
Скорость резания, м/мин	v	21
Длина зуба, мм	b	35
Перебег, мм	a	4
Круговая подача	sкр	0,24
Радиальная подача, мм/дв. ход	sрад	0,048

Введение

Для получения прямозубых колес на зубодолбежных станках необходимо иметь следующие движения: главное (движение резания); движение круговой подачи; движение деления и обкатки; движение врезания (радиальной подачи).

Кроме перечисленных движений формообразования, на зубодолбежных станках обязательно имеется вспомогательное движение — качательное движение заготовки (или инструмента) при холостом ходе долбяка. Это движение необходимо для уменьшения трения долбяка о заготовку.

Указанные движения на зубодолбежных станках осуществляют одноименные кинематические цепи.

Цепь круговых подач.

При круговой подаче долбяк перемещается по дуге начальной окружности за один его двойной ход. Следовательно, цепь круговой подачи увязывает вращение долбяка и возвратно-поступательное движение штосселя.

Расчетные перемещения в цепи круговых подач:

Движение осуществляется по цепи: вал II, цепная передача вал IV, червячная передача вал V, коническая передача гитара круговых подач вал VII, XI, червячная передача штоссель XII, долбяк. Уравнение кинематического баланса:

откуда формула настройки гитары круговых подач:

где m и zд — соответственно модуль и число зубьев долбяка.

Станок снабжен тремя парами сменных колес гитары круговой подачи (сумма зубьев каждой пары 89), которые позволяют получить ряд значений Sкр. В приложении даны значения Sкр и число зубьев гитары для станка 514 при диаметре долбяка 100 мм. [3. табл.7.].

Цепь врезания долбяка в заготовку (радиальная подача).

Радиальное врезание долбяка в заготовку в станках мод. 514, 512, 5А12, 5В12, 5М14 и в других осуществляется при помощи кулачка, который может быть одно-двух- или трехпроходным. Соответственно выбранному кулачку заготовку нарезают за один, два или три прохода (в зависимости от материала, модуля и требуемой точности). Кулачок имеет два участка: врезания (а, В) и обкатки (вс).

На участке врезания радиус кулачка постепенно возрастает на величину Н — шага подъема спирали. При обработке в один проход после поворота кулачка на 90° поворота каждого из них (после врезания) стол с заготовкой сделал один оборот. Расчетное перемещение в цепи радиальной подачи

Кинематическая цепь радиальной подачи: вал II, цепная передача вал IV, XIII, гитара радиальных подач вал XIV, колеса EMBED Equation.3 вал XV, червячная передача EMBED Equation.3 муфта М2 , вал XVI, передача EMBED Equation.3 вал XVII, кулачок К1 радиального врезания.

Читайте также: