西马特Super X0微型铣床传记-全面改装-打造家用DIY CNC数控小铣床-小雕刻机！

joyrus

2009年10月17日的完整系统试加工测试视频：

第一个视频：打矩阵孔测试视频

http://player.youku.com/player.php/sid/XMTI2MDAxNzcy/v.swf


跟多的视频和资料请看楼下的不断更新。

2009年9月28日的系统测试视频：

步进马达与Mach系统4轴控制板+驱动器的测试视频：

http://player.youku.com/player.php/sid/XMTIxOTMyNTQw/v.swf


X，Y轴运行测试视频：

http://player.youku.com/player.php/sid/XMTIxOTM1OTAw/v.swf


http://player.youku.com/player.php/sid/XMTIxOTM0MjAw/v.swf



先看看SX0的处女照：



技术参数：
HEADSTOCK TRAVEL        140 MM (Z轴）
CROSS AXIS(X)        160 MM  （X轴）
CROSS AXIS(Y)        100 MM （Y轴）
MOTOR POWER         150 W   （电机功率）
SPINDLE TAPER         MT1     （主轴锥度）
SPINDLE SPEED        L:100-1300RPM  H:200-2000RPM （转速）
SPINDLE ROTARY ANGLE         -45°～ +45°   （左右角度）
END MILLING CAPACITY        10MM (3/8")  （端面铣）
FACE MILLING CAPACITY        16MM (5/8")   （平面铣）
MACHINE WEIGHT        G.W:28KG（毛重）  N.W:25KG  （重量）

非常的小巧，使用便利，非常适合家庭小制作，或者制作模型小配件。

我的计划是要把SX0 DIY改造成数控铣床！

看看它的构造：



标准的X、Y十字工作台，Z轴立柱的床身结构，Z轴还可以正负45度偏转。





Y轴丝杠手轮，转一圈螺距2.5mm。手轮刻度很清楚，手感也很好。X轴丝杠两边各有一个手轮，非常人性化的设计，使用便利。





Z轴也是2.5mm螺距的丝杠，3轴丝杠的设计非常适合DIY改CNC数控铣床，不需要大费周折。



拆开Y轴防护罩可直接看到丝杠和螺母的安装方式与工作情况。

铜螺母很长，安装双螺母可组成消回差结构，成为低廉的入门CNC数控。



拆下Y轴组件，可以看清楚底座的燕尾导轨，最终我会为导轨贴塑，有效减少摩擦阻力，消除低速爬行的情况。

再看看主轴的机构，2段变速，用皮带的，没有齿轮了，150W的马达4000转，到主轴皮带轮减速后最高转速2000转，我以后会使用更小更高转速的模型用无刷马达，计划主轴转速提高到6000-24000转，这样就可以用来雕刻了，同时也是一台小雕刻机！





ProE设计中的步进电机座，编制数控加工程序G代码。



使用西马特KX3数控铣床，进行加工过程。



钻孔。



铣孔。



铣槽。





铣外轮廓。





通过KX3加工完成的各轴步进电机安装座。进行试安装。

X轴。







Z轴。





Y轴，同时试装步进电机。










用西马特C2-300车床车制步进电机的支柱。







对各轴丝杠进行试安装调试。用步进电机座代替原来的手轮座，安装手轮，测试安装。

Z轴。







Y轴。



X轴。



3轴安装后的全貌。



对各轴螺母进行调试。



给一个主轴部分的特写，这个主轴会有很大的改造空间。




X，Y，Z各轴的步进电机组合电机支柱，安装轴承。





















各轴丝杠与步进电机座组合，安装自制的轴连器，安装原来的平面推力轴承，消除丝杠的轴向间隙。













最后固定步进电机。













拆掉主轴箱上的所有部件，包括主轴电机，控制板，控制箱。整个Z轴的重量变的很轻，以后计划安装模型上用的大功率高速无刷电机。





把先前组合好的各轴系统安装上SX0。























后续对丝杠和螺母的改造。

原来使用的是12mm直径2.5mm导程的梯形丝杠(T型丝杠)，配合铜制单螺母，原配的螺母与丝杠配合比较好，回程间隙(回差)不大。但是要改数控的话就要设法完全消除回差。最好的选择是更换滚珠丝杠，但是成本比较高，3个轴的改造费用需要约500元，而且还是精度较低的轧制丝杠，如果使用高精度的磨制丝杠费用还要怎加约1倍，也就是要近1000元。

为了降低费用同时达到基本的使用精度，我选择使用双螺母消除回差的结构保留使用原来的梯形丝杠。我使用了下面的结构，可以很方便的随时调整两个螺母间的距离，借此消除回差。









两个铜螺母外用一个铝制的套圈+紧顶螺丝来固定，这是用于Y轴的丝杠和双螺母组合。








安装到SX0上后测试效果，由于铜的金属特性比较难做到完全消除回差，而且阻力比较大，磨损也比较快，会很快的重新出现回差，这样不利于长期使用。

为此我在接下来的X轴双螺母中使用了聚四氟乙烯作为螺母的核心部件，下面是双螺母的结构，顶丝还未安装。

与Y轴同螺母的比较很明显，可以基本完全消除回差，摩擦阻力远远低于铜制螺母，只是负载能力肯定是低于铜螺母，是否可以100%胜任工作时的负荷以及最大运行速度就需要之后实际运行的测试了。










今天是9月28日终于完成了X与Y轴的所有调试安装，连接步进马达测试运行成功了，详细的过程如下。





在淘宝上买的Mach系统5轴控制板集成了4个步进马达驱动器，具有最高8细分功能，只是电流低了一点，驱动57马达的力矩低一些。





我使用的是Mach3 CNC多轴数控系统。





首先测试已经调试完毕的X，Y轴，同时也对比2种双螺母的工作效果。





运行一段G代码程序，2轴工作状况良好。




通过这次运行测试，完全的比较了铜制螺母与聚四氟乙烯螺母的工作性能，从一开始的安装调试，聚四氟乙烯就体现出相当优良的机械特性，无论是静态摩擦还是动态摩擦基本没有什么区别，都远远小于铜螺母。启动-加速-减速，X轴的聚四氟乙烯螺母运行顺畅，步进马达的负载也远远小于Y轴的铜制螺母！

程序运行后Y轴马达已经温热，而同样的X轴马达却还是冰凉的！再检查丝杠与螺母的回差，发现聚四氟乙烯螺母几乎还是没有回差，而铜螺母的回差有了明显的放大！可以说在这次的无负载测试中，聚四氟乙烯螺母的性能远超铜制螺母。之后我还会再做负载测试，来比较关键的重复定位精度，最终检验两种材料的优劣。

明天上传今天测试的视频。

2009年9月29日

今天我完成了Z轴螺母的安装设计方案，同时使用45号钢料车制了关键部件，至此最关键的部分都已经完成了设计和制造工作。等待最后的组装即可，另外还会做导轨贴塑，并且进行对比测试。

马上就要10.1国庆大假了，祝大家国庆假期快乐！我们节后再见了。

国庆假期一结束我就匆匆忙忙的又开始了DIY CNC的历程。

对Z轴的改造完成了。




由于Z轴是最后改造的部分，所有在X，Y轴的改造期间已经完成对Z轴导轨的贴塑工作。现在的Z轴主轴箱在导轨上的摩擦阻力大幅度的减少，在Z轴没有配重的情况下，主轴箱上行也已经非常的轻松了，所以本来打算安装气弹簧配重的计划暂时推迟，等无配重测试后再安装对比测试。





Z轴丝杠螺母采用了聚四氟乙烯核心材料的双螺母结构，相对之前的结构又做了一些改进，目前几乎消除了丝杠回差，效果令人非常满意。由于Z轴的螺母与主轴箱的链接结构所限，所以原有的铜螺母不能直接利用，同时为了提高性能，我使用45号钢车制了一个Z轴螺母座。





现在数控驱动的核心部件都已经完成了，接下来要制作的就是主轴部分，原来的主轴保留，但是马达必须要更换，所以需要重新设计马达座等部件。

2009年10月17日最新的进度更新(已经完成了整体的加工测试，打孔和铣圆)，请看本帖14楼之后。

rs7cai

正在搜寻资料,准备自己DIY一台,楼主的帖强!

能否发份机构部分图纸和三维设计文件给我学习仿制?

谢谢楼主的分享

我的邮箱  rs7cai@126.com

再次感谢楼主

chanyinnam

真的很不错...我也准备入手SUPER X0...
我要学习了

ywwxj

都是高手

jjjc

可惜广州没有西马特的展厅，现在都是凭脑子想，闹心啊

joyrus

楼上的朋友你好，如果你在上海的话有空可以到西马特的展厅去逛逛，我的改装过程都是在哪里完成的，你可以直观的了解到所有的过程，同时你也可以直观的确定你需要什么样的机器。

cdpzq

非常强大，楼主计划什么时候供应套件呢？我主要想用于PCB版的雕刻，和塑料和薄铝外壳的开孔。看这个精度和可靠性估计用起来是没问题的。不知道楼主试雕过PCB没有。现在我本来是想卖一套其它DIY的论坛上的雕刻机。看过你这个感觉会更强，精度更好的。有没有供货时间和价格呢？我人在上海的。

joyrus

2010年，相去SX0改装数控后已经使用了5个月了，加工了各种各样的零件，主要都是铝合金与玻璃纤维制品，用于我的直升机产品开发。在使用过程中也多次的修改之前的设计，弥补缺陷，最终使SX0可以长时间的连续稳定工作，制造出的零件达到0.02-0.04的精度。

为了进一步满足我对产品制造的精度，能够达到0.01的要求，并且提高重复定位的能力，最近我又开始重新设计SX0的数控改装组件。

这次设计的目标明确，各轴使用同步皮带轮驱动，而不是联轴器直接连接步进电机，原因是我计划在使用步进电机测试完成设计之后使用伺服电机，所以必须要使用皮带轮来降低伺服电机到丝杠的转速，设计使用2.5：1的比例，将最高3000转的转速通过皮带轮降低到丝杠最高1200转，再配合1204的滚珠丝杠得到最快4800mm/分钟的速度，然后在mach中限制伺服电机最高1500转，扭力可提高2.5倍。最终可实现F2400(2400mm/分钟)的G00速度。对于各轴行程在100-160mm的SX0来说，这是速度飞快了。

为了能够在高速运动下是SX0长期稳定的工作，必须对SX0的各个轴导轨进行贴塑。否则，长期的快速移动将很快使导轨磨损，同时还要采取适当的润滑系统。

下面是我将xy轴贴塑的照片，已经开了润滑孔，以后可以进一步的使用集中润滑。

joyrus

楼上两位我的花费很少，除去SX0的购买费用，改装3个2手57步进100元，4轴控制板带驱动器360元，铝合金材料不到100元。其他基本上没有什么费用了。当然这里面没有计算加工费用，这些都是自己搞定的，如果算加工费的话少说也要个500元。

ipchb

我也想改。准备买sx0，楼主能把你用的材料写具体一些吗，比如步进电机是什么型号的等等。我是新人，还没入门，呵呵，谢谢了。