Самодельный станок для намотки пластика. Намоточный станок на Arduino

Здравствуйте уважаемые друзья!

Думаю каждый из нас сталкивался с такой проблемой как перехлест пластика в катушке, когда не успел схватить конец прутка пластика, либо "недобросовестно" произведена намотка филамента, хотя может не каждый, но уверен многие встречались с этой проблемой.

И поэтому, сегодня я бы хотел рассказать, как я решил эту проблему. Итак, речь пойдет о самодельном станке по намотке пластика на катушку.
Что же нам приходится делать когда получается вот такое:

Или же вот такое:

Нам приходится снимать катушку, разматывать ее, и снова наматывать, и это в лучшем случае.
А что делать если Вы приобрели к примеру моток пластика длиной 400 метров?
Думаю здесь без посторонней помощи ну никак не справится, да и наматывать сотни метров пластика вручную как-то не очень.

В моем случае, когда я последний раз приобрел такой моток филамента без катушки, я поступил следующим образом, разрезал пустую катушку пополам, напечатал из пластика вставку, надел моток, и соединил две части катушки вместе.

Однако же, данный вариант мне не очень понравился, пластик свободно крутился на катушке, нет, в ходе печати это не создавало проблем абсолютно никаких, просто мне не понравилась свобода действий пластика .

И тут меня осенило, а почему бы самому не сделать станок, с помощью которого можно будет намотать пластик на пустую катушку, или же перемотать пластик с одной катушки на другую, в случае перехлеста, или же разделить пластик одного цвета, имеющийся только на одной катушке, на две катушки, чтобы печатать одновременно на двух принтерах.

Короче, я понял, что данный станок мне необходим

Ну и как все обычные люди настоящего времени, я рушил "погуглить"....однако же такого станка я не нашел, или умение поиска в сети интернет у меня ниже среднего, но это не суть).

Я решил изобрести станок сам, хотя это громко сказано... что там изобретать, ведь сам принцип действия такого станка уже давно известен - два вала, на которых находятся катушки, и шестерни, с помощью которых приводится в действие данный механизм.

Главными критериями создания моего станка должны быть простота в исполнении и доступность материалов сборки!

С учетом этих критериев, решил сделать из того что находилось под рукой. Основание я решил сделать из ДСП (древесно-стружечной плиты" толщиной 16 мм, а валы из металлических хромированных трубок диаметром 16 и 10 мм, такие трубки продаются в любом мебельном магазине. И то и то у меня имелось дома.

Размеры 680х130 мм и 160х130 мм.

Также в ход были пущены детали держателя катушки от кит-набора ZAV-MAX-PRO, который я приобрел больше полутора лет назад, лежавшие у меня без надобности.

Вот такой крепежный материал был использован при сборке станка (винты м3 и м5, еврошурупы, и обычные шурупы).

Собрав основание, я решил его покрыть краской, чтобы вид был более эстетичный.

После сборки и первом запуске, механизм на удивление работал отлично.

В итоге получился вот такой станок, очень функциональный и практичный.

Я даже не сомневаюсь, что многие будут сейчас кричать и кидаться камнями, называя сие "что за колхоз?!" на что я заранее отвечу: "Да может и колхоз, но колхоз рабочий!"
К примеру около 400 метров пластика я намотал на катушку в течение 5 минут.

Также хочу дополнить, что данный проект не окончательный, это всего лишь первая экспериментальная модель, в будущем я планирую поместить в центре натяжитель и укладчик прутка, чтобы пруток ложился слой к слою, а пока роль укладчика и натяжителя выполняет свободная рука.

Кстати файлы для печати я выложил в свободный доступ на сайт thingiverse.com.
Вот ссылка: https://www.thingiverse.com/thing:2883014

Если Вы дочитали статью до конца, хочу выразить свои благодарность и признание, и мне будет очень приятно, если хоть кому то будет полезен мой труд.

Всем удачи и пока!

Порой в радиолюбительской практике возникает необходимость намотки большого количества витков провода для создания трансформаторов, дросселей, катушек и им подобных моточных изделий. Если речь идет о сотне витков особых проблем нет, мотается при помощи простейших механических приспособлений. Но когда нужно намотать несколько тысяч витков, да еще и виток к витку, то тут задумываешься об автоматизации этого весьма утомительного процесса.

Устройство, о котором пойдет речь, представляет из себя автоматический намоточный станок с укладчиком витков и индикацией процесса на символьном ЖК экране.
Интеллектуальным ядром устройства является знакомый многим микроконтроллер ATmega328P, расположенный на китайском варианте платы Arduino UNO. Контроллер через CNC Shield (плата расширения ЧПУ) управляет силовой частью устройства, состоящей из двух драйверов шаговых двигателей (ШД) на базе микросхемы DRV8825 и двух ШД 17HS3401 и 17HS4401 (полный оборот 200 шагов). Человеко-машинный интерфейс состоит из модуля поворотного энкодера KY-040 и символьного дисплея 16x2 с контроллером HD44780 и модулем связи по шине I2C на расширителе портов PCF8574A. Питание схема получает от импульсного БП 220AC-12DC 60W.

Микроконтроллер задействует драйвера «Z» и «A» при этом на CNC Shield-е для соединения драйвера «A» с пинами 12 и 13 ардуино необходимо установить перемычки D12-A.STP и D13-A.DIR. Режим работы DRV8825 выбираем с микрошагом 1/16 установив перемычки M2 на плате, это означает что на один шаг ШД (1,8°) необходимо подать 16 фронтов сигнала STP. Установку модулей DRV8825 необходимо произвести так как показано ниже.

После установки драйверов ШД необходимо обязательно выставить ограничение по току. При подключенном напряжении 12В к плате CNC Shield, но без электродвигателей, необходимо вращая подстроечный резистор выставить значения ограничений. Текущее значение контролируем мультиметром и вращая отверткой подстроечник, добиваемся значений напряжения для драйвера «Z» 0,68В и 0,52В для драйвера «A». Эти значения напрямую связаны с номинальным током ШД. Для 17HS4401 In = 1,7А, а для 17HS3401 In = 1,3А. Значение напряжения в щадящем для ШД режиме вычисляем по формуле Vref = 0,8*(In / 2).

Подключение I2C 1602 LCD выполняем к соответствующим выводам SCL, SDA, 5V, GND платы расширения. На модуле энкодера допаиваем подтягивающий резистор R1 10k если его там нет. Для устранения дребезга контактов необходимо собрать схему аппаратного подавления, ее можно оформить в виде модуля, дополняющего модуль KY-040 как показано ниже. Фильтры низких частот на R4-6 и C1-3 устраняют дребезг, а триггеры Шмитта МС 74НС14N восстанавливают фронт и спад сигнала.

Для подключения энкодера к ардуино соединяем пины X.STEP и CLK, Y.STEP и SW, X.DIR и DT а так же GND и +5V с соответствующими выводами платы.

Механическая часть намоточного станка это шесть стоек прикрученных к оргстеклу. Стоики напечатаны пластиком на 3D принтере, но при наличии должной пряморукости могут быть изготовлены другими способами и из других материалов. Основной вал (шпилька М6) приводится в движение ШД 4401 и на нем располагается каркас для намотки. Далее две стоики укладчика с валом диаметром 6мм и шпилькой М4 (шаг резьбы 0,7мм) на валу ШД 3401. Вращение двигателя приводит к линейному перемещению укладчика, при этом один шаг ШД дает перемещение L = шаг резьбы / шагов на оборот = 0,7/200 = 0,0035мм. Последние две стойки держат подающую катушку. Поджатием резиновой шайбы к подшипнику обеспечивается натяжение провода при намотке.

Программа для ATmega328P написана в среде разработки Arduino IDE на языке C++. Для успешной компиляции кода необходимо иметь установленную библиотеку LiquidCrystal_I2C.

Из основного меню можно попасть в подменю управления позицией шаговых двигателей POS CONTROL это необходимо для установки начальной позиции основного вала и укладчика. Подменю AUTOWINDING предназначено для ввода значений автоматической намотки. Работа с кнопкой энкодера, а также, с самим энкодером и драйверами ШД осуществляется через прерывания.

Исходный код содержит определенное количество комментариев для понимания работы, хотя понятно, что все разъяснить в комментариях невозможно и чужой код это всегда темный лес. Тем не менее, я думаю, что некоторые приемы, использованные в данной программе, пригодятся как начинающим ардуинщикам так и опытным пользователям этой платформы.

Результаты испытаний показали, что при правильном начальном позиционировании, станок обеспечивает точную автоматическую намотку слоев эмалированного провода диаметром от 0,06 до 0,5 мм. Варьируя значениями кол-ва витков (TURNS) и шага (STEP) можно добиваться режимов «виток к витку» и «равномерное заполнение окна».
На этом у меня все, прошу высказывать свое мнение в комментариях.

Список радиоэлементов

Установка печатающей головки 3D принтера на настольный ЧПУ, расширяет возможности использования гравировально-фрезерного станка, позволяя печатать 3Д модели из пластика. В итого получаем 3D ЧПУ способный воспроизводить изделия как из пластиковой нити методом печати так и из дерева методом фрезерования. Для управления процессом используются стандартные программы , и др.

Для 3D печати необходим файл формата STL, который поддерживается всеми программами 3D принтеров. Для конвертирования в STL можно использовать Soildworks, google Sketchup и другие программы. А также скачать готовые модели.

Для 3D печати на CNC станке Моделист3040 используем печатающую головку 3D принтера

Обычно в экструдерах 3Д принтеров используются терморезисторы 100К с нелинейной характеристикой, для работы с таким датчиком нужно использовать управляющую электронику от 3Д принтера. Чтобы использовать обычные доступные терморегуляторы датчик температуры необходимо заменить, например, на термопару типа К, что уже сделано в печатающих головках предлагаемых нашим магазином.

И любой терморегулятор, поддерживающий работу с термопарами типа К, например «ОВЕН 2ТРМ1-Н.У.РР», стоимость которого около 4 000,00 рублей.

Выбор двухканального терморегулятора, был связан с возможностью дальнейшего расширения и использования подогреваемой платформы

Так же понадобиться блок питания для нагревателя экструдера, с номинальным напряжением 12В и током не менее 3А, для возможности использования этого же блока и для питания нагревателя подогреваемой платформы и вентилятора экструдера, блок питания применен на ток 10А

Схема необходимых подключений показана на рисунке 1

Рисунок 1

1. Снять крепление шпинделя и закрепить печатающую головку 3Д принтера, как показано на рисунках 2 и 3

Рисунок 2

Рисунок 3

2. Установить печатающую головку на станок Моделист3040, рисунок 4. Аналогично можно установить и на любой другой станок серии "Моделист"

Рисунок 4

3. Настраиваем драйвер оси А, к которому подключается мотор экструдера:
Рабочий ток двигателя 0,57А.
Шаг 1/16 (для более плавного выдавливания пластика).

В программе «CNC USB controller»
Файл → Настойки → Оси: включаем 4-ю ось и присваиваем ей букву «А».
Файл → Настойки → Настойки → Шагов/Единицу: устанавливаем «85»

Управление осью «А» будет: вниз - выдавливание пластиковой нити через экструдеру, вверх - возврат нити.
Перед тек как нажать на кнопку «возврат каретки в нулевое положение», сбросить счетчик оси А отдельно, иначе экструдер выдавит леску наружу.

4 Генерируем G-код в любой программе для 3D принтеров, например «RepetierHost», рисунок 5.

Рисунок 5. Генерируем G-код в программе для 3D принтеров «RepetierHost»

Для настройки генерации кода в программе «RepetierHost» для печати на гравировально фрезерном станке с ЧПУ, необходимо удалить команды которые добавляются в начале и в конце G- кода: разогрева головки, поиск нуля, охлаждение детали,и т.д.

6. Открыть G-код простым блокнотом, командой «заменить все» заменить букву «Е» на букву «А».

7. И запускаем 3D печать на ЧПУ станке.

Полная инструкция по установке и работе идет в комплекте с набором для установки экструдера на станки серии "Моделист"

3d технологии все больше облегчают жизнь. Они уже практически полностью заняли место чертежей и расчетов на бумаге. Специальные программы позволяют увидеть объемную модель во всех проекциях еще на стадии разработки, тут же ее проверить и, в случае необходимости, устранить недостатки. Они сокращают время разработки до нескольких часов и практически исключают ошибки, присущие созданию вручную. Особенно это касается техники, где изготовление сложных деталей может занять много времени.

Печать деталей на 3d принтере - новая , способная изрядно «напрячь» поставщиков расходных материалов, и не только. Кто сталкивался с ремонтом техники, имеющей оригинальные элементы, тот знает истинную цену вопроса и понимает, насколько иногда трудно найти подходящие не то что детали, а хотя бы инструменты для работы с ними.

Деталей на 3d принтере - это по сути своей копирование имеющегося предмета и его послойное формирование из пластика или другого материала. Для обладателей 3d принтеров это волшебная палочка, решающая любые проблемы домашнего ремонта. На них печатают буквально все: мелкую фурнитуру, фиксаторы и зажимы, подставки, посуду, элементы декора, детали игрушек и конструкторов.

Все потому, что 3d печать имеет ряд преимуществ:

1. Относительная простота. Существует целый ряд 3d редакторов (OpenSCAD, 3D Max), позволяющих при наличии определенных навыков создавать модели, пригодные для печати. Наличие 3d сканера упрощает и эту задачу до минимума.

2. Скорость выполнения. Для создания изделия вручную может потребоваться от пары дней до месяца (зависимо от сложности). Изготовление деталей на принтере 3д занимает значительно меньше времени, в зависимости от размера, но обычно в пределах суток.

3. Стоимость - краеугольный камень. В целом она зависит от типа печати и качества расходных материалов. 3d печать пластиковых деталей или расходников по статистике выгоднее покупки оригинала.

4. Оригинальность и строгое соответствие. Многим знакома досадная поломка одной детали агрегата, который продается только в сборке. 3d печать деталей машин и техники позволяет воссоздавать конкретный необходимый элемент по строго заданным параметрам, что особо важно при конструировании или реставрации механизмов, части которых найти очень трудно.

5. Качество. Очевидцы утверждают, что воссозданные принтером детали при правильной плотности не уступают пластиковым оригиналам.

Давно вынашивал идею собрать мини сверлильный станок для моделизма и прочего сверления разнообразной мини-мелочёвки. Но всё время останавливала нехватка некоторых запчастей: каких либо направляющих, кулачкового мини патрона, блока питания. Да и не было чёткого представления схемы станка, который хотелось бы получить на выходе. Тем более, альтернативой мини-станку всегда был обычный шуруповёрт, дремель и комплект кривых рук:-) Недавно обзавёлся собственным 3D-принтером, собственно после этого события решил всё-же собрать станок, вернее частично переложить его сборку на алюминиевые плечи принтера, ибо полностью собирать сверлилку своими руками при наличии принтера, это как-то не правильно. К тому же, в последнее время что-то очень редко требуется сверлить что либо по диагонали, чаще нужна всё-же некоторая перпендикулярность относительно плоскости сверления, поэтому откладывать его сборку больше нельзя:-)

На днях, шляясь по строй-рынку, приобрёл огрызок кругляка из нержавейки диаметром 16мм, который будет служить вертикальными стойками и направляющими станка. А великий и могучий Китай помог найти всё остальное: кулачковый патрон, линейные подшипники, блок питания и регулятор оборотов, правда блок с регулятором всё ещё в пути, но это уже мелочи. В качестве основного электродвигателя станка, решил использовать Б/У-шный моторчик Elma Hartha 1223.3 на 24в, который пылится у меня без дела около 20 лет. Для начала пришлось избавиться от штатного червяка на валу двигателя. Подходящего шестигранника как обычно не оказалось, поэтому пришлось высверливать стопорные винтики (фото ниже).

Направляющая из нержавейки в виде единого прута длиной примерно 50 см, поэтому пилим его на две части чтобы получились две вертикальные стойки будущего сверлильного станка. Минут 10-15 махания обычной ручной ножовкой по металлу и на выходе получаем два кругляка одинаковой длины.

После подготовки моторчика и направляющих, решил заняться моделированием основных пластиковых деталей станка. Для начала пришлось посидеть около недели в редакторе 3DS Max, чтобы наконец-таки определиться со схемой и моделью будущего мини сверлильного станка и подогнать все размеры пластиковых деталей под направляющие, линейные подшипники и мотор. На фото ниже итоговый вариант того что получилось у меня в редакторе. Сама схема и принцип действия станка позаимствованы с Ютуба, там можно увидеть множество роликов с готовыми станками в работе. Пожалуй единственное отличие тех станков от моего, это то что они собраны на направляющих валах 8мм и соответственно они более миниатюрные и дешёвые. После создания 3D модели мини сверлильного станка можно приступать к печати всех этих пластиковых деталей.

Принтер не имеет подогреваемого стола поэтому печатать элементы станка буду из пластика PLA. На фото ниже печать приблуды (каретки) которая будет удерживать подшипники LM16UU, ну и к которой будет крепиться сам горизонтальный держатель мотора с хомутом. Заполнение выставлял не более 30-40 процентов, чтобы под конец печати все эти детали не сильно изгибались дугой:-)

Горизонтальный держатель мотора, она же вилка.

Примерный набор деталей для сборки станка (фото ниже).

После распечатки деталей, приступаем к сборке, но для начала нужно пройтись сверлом по всем отверстиям для винтов, чтобы избавиться от заусенцев и прочих дефектов печати.

С помощью переходной муфты, закрепляем на валу мотора кулачковый патрон, после чего сам мотор стягиваем хомутом на горизонтальном держателе станка (фото ниже). Этот патрон заказывал с Али (в этом магазине), с ним в комплекте так же идёт муфта на вал 5мм и ключи ().

Примеряем линейные подшипники LM16UU на направляющие. С помощью наждачной бумаги и трубки подходящего диаметра избавляемся от заусенцев внутри пластиковой каретки, после чего запрессовываем подшипники внутрь.

На фото ниже практически собранная вертикальная стойка. По одному, подшипники на валу немного люфтят, не знаю кто виноват, то ли подшипники а-ля Китай, то ли не калиброванный кругляк с Москворецкого рынка. Но в целом всё получилось довольно замечательно, ибо когда все четыре подшипника запрессовал в каретку и одел всё это дело на направляющие, то люфтов практически не стало.

Шляпки винтов оказались несколько великоваты посадочных мест, поэтому пришлось обточить их на наждаке.

Печать самой большой и ответственной детали станка, основания, размеры которого примерно 30х15х5см. При моделировании старался по максимуму облегчить подставку, расположив ребра жесткости вручную, но к сожалению это не помогло, под конец печати, углы всё же оторвало от стола и в результате нижняя часть основания получилась слегка изогнутой (лодкой). Видимо надо брать на заметку, что четыре периметра толщиной 0,8мм, это тоже довольно много для печати больших деталей без подогреваемого стола. В будущем надо будет попробовать печатать одним периметром с минимальным заполнением, лишь бы деталь не развалилась при снятии со стола. А в качестве заполнения использовать уже гипс, цемент, бетон, пол, смолу или иной, но не дорогой заливочный материал.

Стамеской и молотком отсекаем подложку по периметру основания (фото ниже).

Опять таки наждачкой подготавливаем отверстия под стойки, затем устанавливаем сами направляющие стойки. В начале запрессовались вроде туго, но в последствии, пока мотылял станок из угла в угол, у этих стоек появились покачивания (люфты), пришлось пролить их эпоксидкой.

На фото выше видно приподнятые уголки основания, радует хотя бы то что вся эта кривизна только внизу по углам, верхняя же часть горизонтальная и ровная. Чтобы хоть как-то прикрыть этот кривой ужас и выровнять основание подставки, решил распечатать нечто вроде плинтуса (фото ниже).

С этим плинтусом основание станка теперь смотрится логически завершённым (фото ниже), нежели предыдущий квадратный обрубок. К тому же выровнялось днище и станок теперь не качается как лодка на волнах.

Крохотная проблема всех аналогичных мини-станков с монолитным основанием в том, что не всегда есть возможность просверлить крупногабаритную деталь, ибо она тупо не помещается под сверлом станка и его основанием. Если постоянно сверлить печатные платы или какую-либо другую мелочевку то с этим проблем не возникает, но в моделизме могут возникнуть проблемы при сверлении больших деталей. Поэтому чтобы не браться в таких случаях за шуруповёрт, при создание 3D модели сверлильного станка, решил предусмотреть возможность сверления негабаритных деталей прямо сквозь основание станка. Реализовано это в виде небольшого окошка в основании подставки, под которое всегда можно подставить большую деталь и просверлить в ней отверстие. При обычном использовании станка, в этот проем установлен лоток для сверл, ключей и другой разнообразной мелочевки, а также стаканчик в центре для сбора стружки (фото ниже).

Так же распечатал барашки для регулировки мотора по высоте и для ограничителя глубины сверления.

Рычаг опускания выполнен из фрагмента обычной строительной шпильки М8. На роль ограничителя глубины сверления, приспособил какую-то ось или вал диаметром 5мм из остатков оргтехники (фотки ниже).

В качестве рабочей поверхности можно было бы использовать текстолит или оргстекло, но друзья подкинули кусок нержавейки толщиной 3 мм, поэтому решил использовать его, тем более этот лист будет служить хорошим противовесом от заваливания станка на бок. После подгонки общих размеров листа к основанию станка, накерниваем и сверлим отверстие под сверло станка (фото ниже).

Придаём наждачками гламурный внешний вид нашему листу и устанавливаем его на свое место.

Печаталось всё на принтере MihaNiko D-BOT, поэтому решил и этот станок обозвать аналогичным образом. Тем более на основании станка имеется идеальное место для установки такого шильдика (фото ниже).

Переходим к испытанию сверлильного станка. Моторчик конечно слабоват но со своими мини-задачами справляется изумительно, особенно порадовало то что все отверстия сверлятся перпендикулярно плоскости, теперь нет необходимости постоянно смотреть на сверло с двух сторон, как это обычно происходило с шуруповёртом. В теории этот мотор на 24в, но под боком все блоки только 12, поэтому к ним и подключал во время тестов. Когда с Али всё же приедет блок на 24в, то возможно мощности у сверлилки чуть прибавится.

На фотке выше, самодельная подъёмная пружина каретки, намотанная из обычного кухонного венчика, минус которой в том что она не калёная, и к тому же в сложенном состоянии она занимает очень много полезного места, практически 2,5 см, соответственно на эти 2,5 см сверло не может опуститься ниже. Можно конечно отказаться от одного линейного подшипника и тогда пружина полностью складывалась бы внутри каретки. Но чтобы не провоцировать появление люфтов, решил заменить пружину. В интернет-магазине автозапчастей, заказал кучу разнообразных пружинок стоимостью не дороже 50 руб, чтобы уже по месту определиться с нужным размером и жёсткостью.

Примерно через три дня забрал аж две посылки из пункта самовывоза CDEK, по фото ниже видно что кто-то где-то явно облажался (не буду показывать на себя пальцем), так как одна пара пружин оказалась просто огромной, чуть ли не больше самого станка:-) Даже как-то не ожидал что за 50р можно приобрести новую пружину таких размеров.

Новая пружина состоит теперь из пяти-шести витков и в сжатом состоянии занимает теперь раза в три меньше места, чуть меньше 1 см. В прайс-листе она прописана вроде как - пружина рычага переключения передач ВАЗ 1118.

На электродвигателе щёточная крышка слегка выступает, поэтому решил распечатать пластиковую гильзу и одеть её на мотор, чтобы под хомутом станка мотор можно было максимально регулировать по высоте.

На фотках ниже практически собранный мини сверлильный станок, осталось дождаться из Китая блок питания и регулятор оборотов. После чего, можно будет окончательно определяться с расположением проводки, регулятора и блока питания. Регулятор конечно хотелось бы установить, но сомневаюсь что при снижении оборотов двигателя будет сохраняться мощность на сверле, ибо этот мотор без редуктора. Поэтому установка регулятора пока под вопросом, заказал пару простеньких, как приедут, испытаем и решим. Общие габариты станка, получились примерно 29х29х14см.