Понимаю, что привычным порядком для мозга считается последовательность X-Y-Z(Й), но в случае постройки принтера типа “дрыгстол” с нуля, удобнее получается последовательность Y-Z-X. Потому что начинать строить всегда удобнее с основания. А для принтеров этой разновидности, основанием является ось Y. Потом к ней уже монтируется вертикальная ось Z и уж потом, в самую последнюю очередь – ось Х. Так, что последовательность постов в этом цикле будет соответствующей.

Итак, ось Y. Все началось с вот этой конкретной ее части:

Эта часть включает в себя 16mm направляющие с подшипниками CS16UU, крепления к раме, горячий стол, и мотор со шкивом, который этот стол перемещает по направляющим.

Сам стол, это тоже не просто доска на роликах. Это своего рода “многослойная” конструкция, состоящая из пластины-основы, к которой крепятся подшипники и, собственно, стола, который к этой пластине-основе крепится через пружины по углам для обеспечения настройки по горизонту во всех плоскостях. С этой основы под стол и начался весь проект:

В мечтах, это должна была быть массивная плита в четверть дюйма толщиной. Увы… Реальная жизнь накладывает изрядно ограничений на полёты фантазии.

Например, пойти в ближайший хозмаг и набрать там алюминия… Можно, конечно… Но это будет очень паршивый алюминий. Тонкостенный профиль и пластины чуть толще фольги. И стоить эти сопли будут, как эквивалентное количество адамантия! Алюминиевый брус найти в простом магазине так и вовсе почти невозможно.

Спасибо, друг навёл меня на небольшой магазин в соседнем городе… Магазин – слишком громко сказано. Больше похоже на какой-то притон в сарае для упоротых любителей железа… Не важно… Главное, что там я нашёл почти все необходимое и по вполне вменяемым ценам. В частности, настоящий 6061 с заводскими клеймами Made in U.S.A. Жаль, только, что репертуар размеров и форм у них был весьма скромен. Так, например, единственная широкая панель, подходящего мне размера, что там нашлись, была всего 1/8 дюйма толщиной. Но и на этом спасибо! К тому же, мне прям там на месте и порубили её в нужный размер:

По той цене, что мне озвучили, я ни на секунду не задумавшись забрал весь лист целиком. И то, что мне нарубили в размер под конкретные детали, и оставшиеся обрезки… Я б и опилки даже забрал, но отрубная машина не оставляет опилок… Очень уж хорош этот люминь оказался. После всего этого пластилина с которым пришлось возиться в последнее время (включая каркас для механической собачки) – прям, бальзам на душу. Приятно в руки взять…

Конечно, не все удалось нарубить точно в размер прямо в притоне. Многие детали резались или доводились уже дома самостоятельно. Но с основой под стол в этом плане мне оставалось только отверстий насверлить.

Впервые за долгое время начались проблемы с системами мер. Дело в том, что за последние десять лет я основательно привык оперировать “имперской” системой. Эти ваши миллиметры я даже и не вижу уже на линейке… Каша какая-то из чёрточек… И их там слишком дофига!

Весь материал тут в магазинах продаётся футами, дюймами и их долями. Весь измерительный инструмент работает с ними же по умолчанию. Да, чего уж там – все роботы у нас в цеху считают свои перемещения в “имперской” системе. Включая лазерные гравёры. Даже супернавороченная современная swiss machine от Mitsubishi оперирует дюймами (ну, тысячными долями дюймов). Все привыкли, я привык, все было хорошо…

Дюйм – это очень просто, удобно и наглядно. Не то, что эти ваши миллиметры привязанные к длине волны луча поноса в вакууме. И я был счастлив, пока не начался этот проект с чёртовым принтером!

Итак, все исходное “сырье”, как я уже сказал, покупалось тут в дюймах. Большая часть крепежа – тоже. Все мои программы моделирования заточены на работу в дюймах. Но электронные компоненты, которые закупались на амазонах, алибабаях и прочих, в подавляющем большинстве случаев имеют метрические размеры. Или, ещё круче: скажем, посадочные отверстия в мм, но общие габариты в дюймах. Полная каша…

В принципе, мне абсолютно до лампочки, какие цифры вбивать в поля программы при моделировании. Она сама прекрасно переводит все туда и обратно в зависимости от того, какой постфикс я указал после цифры. Написал “10 mm”, программа сама все “стандартизирует” в те юниты, которые для документа указаны. Могу потом эту модель скормить роботу, он по ходу дела тоже сам со всем прекрасно разберётся, переведя любые данные ему “попугаи” в свои шаги моторов.

Проблемы начинаются, когда нужно разметить что-то руками и штангенциркулем. Например, кучу отверстий на этой панели. У посадочных отверстий для горячего стола расстояния между отверстиями – в мм, а для подшипников – в дюймах. И мне довольно быстро надоело переключать штангенциркуль туда-сюда по миллиону раз или пытаться оперировать какими-то невменяемыми долями мм или дюймов.

Поэтому я просто напечатал шаблон на самоклейке, экспортнув его напрямую с модели 1:1:

По наложенному шаблону кернил и сверлил отверстия:

Это вышло быстрее и точнее, чем ползать по всей поверхности с линейкой, угольником, штангелем. Переносить все эти мм, дюймы, попугаи, парсеки и прочие астрономические единицы. Принт, шлеп, тюк, дриль. И все. Таким же методом действовал в дальнейшем, для всех других деталей подобного рода…

Первая деталь готова… Осталось сделать годзилион оставшихся…

Настал черед кинематики. И, как известно, тут нельзя вот так просто взять купить пару стальных палок, несколько блоков подшипников, собрать все вместе и ожидать чуда. Увы…

Каждый подшипник нужно разобрать, тщательно отмыть от заводских консервов и опилок (!!!), набить хорошей консистентной литиевой смазкой и собрать обратно, постаравшись при этом, потерять не слишком много шариков.

Впрочем, это тоже не гарантирует нужного результата…

Зная чего ожидать, для каждой из осей я покупал на два подшипника больше, чем было нужно. Для оси Y, например, один подшипник ожидаемо отправился в помойку – заедал и хрустел, что бы я с ним ни делал. Зато он стал донором пары шариков, которых не хватало в набивке у двух других подшипников.

Ну, не в помойку, конечно, он отправился, а в загашник. С черной меткой “хрустик” маркером на боку. Может ещё сгодится в будущем для чего-нибудь менее критичного…

Ключевым элементом этой части конструкции является монтировка рельс.

Подшипниковая система такого типа очень чувствительна к различного вида перекосам направляющих, их перекручиванию и т.п. Соответственно, у меня и в мыслях не было использовать стандартные стойки-крепления, идущие в комплекте с рельсами. Они, вон, видны на фото выше. Использовались только в качестве временных подставок, пока подшипники до ума доводились.

Если использовать такие стойки, то нужно будет все выравнивать по четырём не связанным друг с другом точкам во всех плоскостях. Это и само по себе геммор, так еще и в будущем, когда эти четыре стойки будут связаны с общей рамой, любая самая незначительная деформация этой рамы вновь пустит всё похренам!

Соответственно, было решкно сделать крепления так, чтобы в принципе исключить любые возможные перекосы не только на стадии сборки, но и в будущем. Рельсы должны монтироваться на два вот таких массивных блока из чистого алюминиума:

Одинаковые расстояния между посадочными отверстиями для рельс и их параллельность гарантируется самим ЧПУ-фрезером. Все наши машины сертифицированы (есть официальный документ, обновляемый каждые пол года) для работы с точностью до 0.0001 дюйма (две тысячных мм).

Безусловно, это и близко не вершина мировой точности, но для задач оружейки – более чем достаточно. В общем случае допуска в размерах тут порядка 0.01-0.001. Вообще не помню, чтобы мне хоть раз приходилось оперировать допусками более четырёх порядков после запятой…
И не надо забывать, что речь идёт об агрегате с небольшую комнату размером. Лично я могу заходить в станок буквальным образом и, даже, весьма комфортно устроиться спать на его рабочем столе, на котором он будет убаюкивать мои пару сотню фунтов веса с точностью в две тысячных миллиметра…

Короче, в плане параллельности и расстояния между рельсами проблем нет никаких. Станок буквально вырежет то, что нарисовано в модели. Остаётся точность в диаметре отверстий под направляющие. И вот тут не все зависит от станка.

Формально, эти направляющие должны иметь диаметр строго 16 мм. Но на производстве, где их делали, есть свои допуски и нормативы. Подшипник способен принять довольно большую погрешность в диаметре рельсы. Полагаю, он и десятую долю мм сожрет не заметив. Так уж он устроен:

Но для креплений это важно! Чем точнее будут отверстия креплений, тем меньше будет в них вся палка шатал, тем выше будет параллельность между рельсами во всех плоскостях.

После пары экспериментов с диаметрами отверстий (палки, на самом деле были не строго 16мм, а где-то около 16.01-16.015 мм) я получил свои “идеальные” крепления:

Накосячил только в одном месте. Надо было сперва сверлить отверстия для стопорных винтов и нарезать в них резьбу и только потом выбирать отверстия для направляющих. Этот момент я прочепушил самым позорным образом и, как видно на фото, получил “корону” внутри отверстия для рельсы вокруг резьбы стопорного винта… Пришлось аккуратно срезать скальпелем…

Направляющие рельсы для подшипников всасываются туда без малейшего люфта. В сущности, стопорные винты в конструкции – просто формальность. Оно прекрасно все держит само себя без всякого дополнительного крепежа абсолютно ровно и совершенно перпендикулярно:

Стопорные винты, конечно, обязательны. Надёжно оно держит само себя, пока остаётся статичным. А когда по рельсам начнут активно ползать и дрыгаться подшипники с тяжёлой платформой наверху…

Пока все идёт просто шикарно и строго по плану. Настало время попробовать все это пошевелить немного.

Чтобы пошевелить этой осью принтера, к ней надо прибабахать мотор.

Для этого в заднем креплении есть резьбовые отверстия для монтировки платформы мотора:

На самом деле, оба крепления для направляющих рельс подшипников абсолютно идентичны – так было проще и быстрее с точки зрения разработки и производства. Поэтому, крепёжные отверстия для платформы мотора есть не только на заднем креплении оси, но и на переднем, где они, в общем то и не нужны. Но им найдётся применение, не сомневайтесь…

Монтировка к мотору делалась уже из пластины в четверть дюйма.

Такого размера материал нашёлся в притоне металлистов. Мрачного вида косматый Леонтьев (как он выглядел году эдак в 1980м), порывшись где-то в углу сарая, выволок на свет божий четвертьдюймовую полосу материала, слегка погрызенную по краям дикими фрезами и со слоем пыли в палец толщиной. Не такая уж и длинная полоса, но её хватило, чтобы нашинковать крепления для моторов:

Ясен пень, отверстия в пластине делались не дома на сверловочном станке, а при участии все того же ЧПУ-фрезера на работе. Зато выглядит вполне по-взрослому.

Ещё один немаловажный элемент должен быть добавлен в конструкцию, прежде чем начать пробовать что-то шевелить. Эту деталь даже и не видно почти, ни на рендерах, ни на фотографиях. Но она есть и она исключительно важна. Без неё ничего нормально шевелиться не будет.

Натяжной ролик для приводного ремня. Вон он там в специальной нише крепления притаился:

Он не так прост, как кажется. И уж точно не так прост, как его делают 99% самоделкиных в своих принтерах. Да и китайцы в своих принтерах делают его так же: берут стандартный ролик для ремня 2GT и прям живьём сажают на винте к корпусу. На Чёрной Вдове у меня оно там так и было… В качестве особо изысканного издевательства, высоту расположения ролика регулируют бутербродом из гайки и контргайки.

Я, может, конечно, слишком придираюсь, но меня вот эти гайки и внутренняя втулка подшипника на ролике голым мясом по резьбе дрянного шурупа… Прям до кровавой пелены перед глазами! С учётом того ещё, что диаметр винта почти никогда не совпадает точно с диаметром подшипника. И чтобы ролик не болтался, его притягивают ещё одной гайкой. И обычно, после этого, подшипник тупо блокируется. И ремень просто скользит по стоящему колом ролику… У-ро-ды! Не-на-ви-жу!

Во-первых, крепление ролика организовано таким образом, чтобы вертикально он всегда был строго по центру направляющих рельс. Это полностью избавляет меня от необходимости регулировать его так, чтобы ремень был параллелен оси движения каретки. У него просто нет других вариантов.

Во-вторых, ось крепления ролика закреплена и сверху, и снизу. Сквозное резьбовое отверстие через всю нишу. Это полностью избавляет ролик от перекоса по вертикали (что часто приводит к ослаблению и соскакиванию шкива).

В третьих, крепёжный винт ролика вообще не взаимодействует напрямую с подшипником. Потому, что между ним и подшипником организованы специальные вкладочки. Внешний диаметр вкладок в точности соответствует внутреннему диаметру втулки подшипника, а внутренний диаметр вкладки в точности соответствует диаметру винта.

Ничего не требует регулировки, никто ни на кого не давит, ничего не перекашивается, все свободно и мягко вращается:

Плоскости вкладышей специально оставлены необработанными до поры. Я подшлифовывал их мелкой шкуркой на плоскости по ходу установки так, чтобы не было ни мельчайшего зазора между ними и нишей крепления:

Все почти готово к заветному движению. Остаётся добавить приводной ремень.

Чтобы не мумукаться постоянно с прижимными пластинами и “галстуками”, для крепления и натяжки концов ремня, я “изобрел” специальные замки:

В сущности, ремень держит себя сам, цепляясь своими зубами за свои же зубы. Замки просто не дают хвостикам ремня разойтись в стороны. Эдакое, очень приблизительное подобие застежки-молнии получилось. Вполне надёжно, легко фиксируется и легко снимается:

Все. Можно шевелить…

Вот, самое первое почти самостоятельное движение, которое сделало это устройство:

Щелчки, которые вы слышите, когда стол меняет направление движения – это я, выполняющий роль лимит-свича.

На тот момент, нормальный контроллер для принтера ещё находился в процессе доставки. Но пошевелить столом очень хотелось. Для таких случаев, какое-то время назад, я на скорую руку соорудил некое подобие универсального драйвера для шаговых моторов. Очень простой и удобный:

Левый тумблер у него трёхпозиционный. Причём, нижнее положение – нефиксируемое. Вниз он работает, как простая кнопка. Верхнее положение – как у обычного тумблера. Центральное – выкл. Т.о. я могу заставлять мотор вращаться либо постоянно, без контроля с моей стороны, либо “повинуясь пальцу”: отпустил-остановился. Это особенно удобно в ситуациях с непредсказуемым исходом. Что у всякого рода прототипов случается сплошь и рядом – есть шанс успеть отдёрнуть палец и мгновенно прервать движение до того, как что-нибудь куда-нибудь влепится с размаху. Вместе с тем, если ничего опасного не предвидится, то – тумблер вверх, коробку на стол и танцуй себе спокойно вокруг с отвёрткой и прочим инструментом.

Крутилка по центру – скорость вращения.

Второй тумблер справа от крутилки, управляет направлением движения. По часовой стрелке или против. Вот его щелчки и слышны на видео.

Ну и последнее в этой части повествования…

Общая несущая рама принтера создавалась параллельно его осям движения. Не вижу смысла выделять описание её постройки в отдельный пост.

Часть рамы, непосредственно связанная с осью Y, это всего четыре перекладины, собранные в квадрат:

С перекладинами все просто. Обычный алюминиевый профиль 1х1 дюйм, с толщиной стенок 1/16. Нарезка, разметка, сверловка, избавление от заусенцев и острых кромок, грунтовка, покраска – ничего особенного:

Но, вот, с их креплениями по углам, было решено заморочиться больше обычного.

Совершенно точно я не хотел использовать для их соединения популярные в самоделкинской среде “мебельные” уголки. Их почему-то в первую очередь всегда хватают, когда речь заходит об алюминиевом профиле квадратного сечения:

Я понимаю, что это самый доступный и дешёвый вариант. Но такие уголки совершенно для подобных целей не предназначены.

Неа! Ни-за-что! Помимо их совершенно паскудного внешнего вида, который способен опустить любую самоделку до уровня “из говна и палок”, выдержать строгий угол между перекладинами при помощи таких штук почти невозможно. Прочность получившегося соединения даже не обсуждается…

ОК. Изобретём свой велосипед… Например, массивный блок из хорошего твёрдого алюминия, который соединит перекладины под гарантированно прямым углом и будет удерживать их в таком положении без разбалтывания сколь угодно долго при любых динамических нагрузках:

И я совершенно точно помню, что видел такие крепления уже готовые где-то в продаже. Но, хоть убей не могу вспомнить где и в контексте чего. Целый день интернет лопатил… В итоге, пришлось пожертвовать ещё парой драгоценных часов на ЧПУ-фрезере:

Теперь можно собрать всю ось Y целиком, включая и относящуюся к ней часть рамы:

Смешно тут то, что я, в итоге, не могу с полной уверенностью сказать, держит ли рама сборку из направляющих и мотора или наоборот. Оба компонента вышли весьма самодостаточными, прочными и не склонными к деформации. Откровенно говоря, если бы не “резиновый” приводной ремень и дохлая NEMA 17, то на такой основе вполне можно было бы собрать неплохой хобби-фрезер для металла…

Продолжение читайте в следующих частях цикла…