Дата публикации: 20 апреля 2026
Самый первый станок в данном проекте. Разработан в демонстрационных целях, протестировать возможности шасси этой конструкции. Применены приводы осей разных принципов, чтобы на практике сравнить их характеристики.
Для практической демострации сконструирована голова, позволяющая чертить пишущим инструментом на полотне бумаги (плоттер).
Приходится использовать поддержки, которые довольно сложно отрывать изнутри проёмов. После этого остаётся много артефактов, мешающих прохождению профиля.
В большей степени это компенсация потенциально плохого качества печати этих соединителей.
На практике оказалось, что пластик всё равно трескается, а избыточные винты не сильно помогают прочности.
Вместо этого применены пружинные натяжители, что сильно снижает точность позиционирования, особенно на повышенных скоростях.
Для решения этой проблемы под крепления подшипников этой оси печатаются проставки разной толщины (от 1.8 до 2.4 мм с шагом 0.1мм). При сборке проставки подбираются так, чтобы на шпильку этой оси было минимальное воздействие на изгиб.
Основное воздействие на излом в этом месте происходит параллельно напечатанным слоям пластика. Из-за этого вся прочность сильно зависит от качества склейки слоёв между собой.
Банальная ошибка проектирования. Другое негативное следствие - необходимость рассверливания оси шкива на 60 зубьев под 8 мм шпильку. Готовых шкивов с нужным диаметром оси в продаже не нашлось.
Конструкция привода мотора на этой оси требует полного пересмотра.
Применён контроллер: MKS Robin Nano V3.1. Он заточен под 3D печать. Существующие прошивки, способные на нём запускаться, так же заточены больше под 3D печать.
Данный контроллер приобретался с целью выяснить, насколько он хорошо подходит под заданные цели. В целом, если доработать существующие прошивки под данный контроллер, либо написать свой контроллер, то данная плата вполне способна выполнять роль ЧПУ-станка.
Одной из базовых задач данного шаси была - обойтись только платой контроллера без подключения внешнего хост-компьютера. В целом задачу можно назвать решённой с множеством оговорок, связанных с тем, что прошивка всё время пытается применять переферию 3D-принтера, которой нет (нагрев стола, нагрев сопла и т.п.).
Необходимо выставить на плате перемычки, задав нужное аппаратное число микрошагов на каждом двигателе.
Перемычка M2 определяет режим UART (закрывает оба зелёных пина) или STEP/DIR (как на рисунке, замыкает зелёный пин и чёрный).
Перемычки M0/M1 (либо ставятся как на рисунке, замыкает зелёный пин и чёрный, либо отсутствует).
Для TMC2209:
| Число микрошагов | M1 | M0 |
|---|---|---|
| 8 | - | - |
| 16 | да | да |
| 32 | - | да |
| 64 | да | - |
Эти драйвера плохо работают в режиме 8 микрошагов. Выражается в регулярной нехватке момента на старте вращения, хотя в остановленном положении держат хорошо. Визжит, но не крутится, даже на малых скоростях. Переключение в режим 16 микрошагов решило проблему.
| Ось X | Ось Y | Ось Z | |
|---|---|---|---|
| Аппаратное число микрошагов | 32 | 64 | 16 |
| Перемещение за 1 оборот мотора | 8mm | 40mm | 1/3mm |
| Число шагов на 1mm | 800 | 320 | 9600 |
| Максимальная скорость | 30~50 | 50~100 | 10 |
| Максимальное ускорение | 20~100 | 40 | 1~3 |
| Шаговая точность | 1.25мкм | 3.125мкм | 0.1мкм |
| Реальная точность при смещении | 0.1mm | 50мкм | |
| Биения на рельсе | 0.7mm |
Большие люфты в движении по оси X (биения вдоль оси Y) вызваны плохой синхронностью работы моторов по оси Y и применением ремней с пружинным натяжителем. По той же причине низкая точность перемещений по оси Y.
К сожалению, не удалось полноценно выполнить замеры погрешностей из-за отсутствия подходящей технологии этой процедуры.
| Наименование | Кол-во | Дополнительная информация |
|---|---|---|
| Алюминиевый профиль 20x20 400mm | 4 | |
| Алюминиевый профиль 20x20 440mm | 2 | |
| Алюминиевый профиль 40x20 400mm | 4 | Должны быть два отверстия в торце |
| Рельс (линейная направляющая) MGN9 400mm | 4 | |
| Каретка на рельс MGN9H | 8 | Рельсы могут комплектоваться каретками |
| Рельс (линейная направляющая) MGN9 150mm | 2 | |
| Каретка на рельс MGN9C | 4 | Рельсы могут комплектоваться каретками |
| Ремень зубчатый 2GT 6mm | 2 метра | |
| Ремень зубчатый 2GT 6mm замкнутый, длина 200mm | 1 | |
| Шкив для зубчатого ремня 6mm натяжной M5 | 2 | |
| Шкив для зубчатого ремня 6mm на ось мотора 5mm 20 зуб | 2 | |
| Шкив для зубчатого ремня 6mm на ось мотора 8mm 60 зуб | 1 | В продаже только на 5 mm, надо сверлить |
| Прижим-рейка для зубчатого ремня 6mm | 2 | |
| Вал резьбовой 8mm, шаг=1mm, 1об=1mm, длина=200mm | 1 | |
| Вал резьбовой 8mm, шаг=2mm, 1об=8mm, длина=450mm | 1 | |
| Подшипник вала 8mm с креплением KFL08 | 1 | |
| Подшипник вала 8mm с креплением KP08 | 2 | |
| Алюминиевая гибкая муфта 5x8mm (например, D19L25) | 1 | |
| Кабель разноцветный 22AWG (6 цветов) | 6 цв x 3 м | |
| Разъём JST PH 2.0 (6P) | 5 | |
| Разъём JST XH 2.54 (4P) | 5 | |
| Разъём JST XH 2.54 (3P) | 5 |
| Наименование | Кол-во | Дополнительная информация |
|---|---|---|
| Винт M6x25mm | 12 | Притягивание торца профиля к пластику |
| Винт M5x10mm | 90 | Притягивание пластика к профилю |
| Винт M5x12mm | 2 | Подшипник оси Y |
| Винт M5x20mm | 4 | Подшипники оси Z |
| Винт M5x25mm | 2 | Ролик-натяжитель осей Y |
| Винт M4x12mm | 6 | Крепление инструмента к голове |
| Винт M4x25mm | 2 | Фиксация зубчатого ремня на несущих Y-X |
| Винт M3x8mm | 134 | Рельсы, каретки, моторы, электроника |
| Гайка M5 простая | 2 | Ролик-натяжитель осей Y |
| Гайка M5 с фланцем | 6 | Подшипники осей Y и Z |
| Гайка M4 простая | 6 | Крепление инструмента к голове |
| Гайка M3 простая | 8 | Рельсы оси Z |
| T-гайка M5 | 90 | |
| T-гайка M3 | 36 | |
| Гайка в пластик M3, внеш D=4.2mm, L=6mm | 30 | Электроника |
| Наименование | Кол-во | STL | Чертёж |
|---|---|---|---|
| Угол основания лево-фронт | 1 |  | |
| Угол основания лево-тыл | 1 |  | |
| Угол основания право-фронт | 1 |  | |
| Угол основания право-тыл | 1 |  | |
| Основание Т-образный уголок | 4 |  | |
| Несущая Y-X лево | 1 |  | |
| Несущая Y-X право | 1 |  | |
| Основа под голову на оси X | 1 |  | |
| Крепление головы под Z | 1 |  | |
| Ручка: направляющая | 1 |  | |
| Ручка: колпачок-натяжитель | 1 |  | |
| Площадк для БП нижняя | 1 |  | |
| Площадка для БП и контроллера | 1 |  | |
| Кожух электроники | 1 |  | |
| Дисплей: лицевая | 1 |  | |
| Дисплей: тыльная | 1 |  |
Данное шасси конструировалось как стартовое в многоэтапном плане. Как и ожидалось, обнаружено множество недочётов конструкции. Сделаны необходимые выводы для проектирования шасси следующей версии.
У большинства недочётов основная причина в использовании пластика в конструкции. Однако, это оправдано с точки зрения удешевления прототипов.
Однако, несмотря на все эти недочёты, шасси вполне пригодно к применению. Например, как плоттер, станок показал вполне удовлетворительные результаты. Средняя точность 0.1мм позволяет делать качественные чертежи, а основная часть погрешностей и люфтов ложится на конструкцию пера, закреплённую на голове станка.
Планируется минимум два экземплера шасси такого типа построения, чтобы:
На эту конструкцию возлагались задачи:
Все поставленные задачи реализованы, а первый блин вовсе не оказался "комом".