К сверлильным станкам общего назначения относятся вертикально-сверлильные и радиально-сверлильные. В крупносерийном и массовом производстве применяются агрегатные и многошпиндельные сверлильные станки. Расточные станки предназначены для обработки крупных деталей и имеют, обычно, горизонтальное исполнение.

Привод главного движения: реверсивный асинхронный коротко-замкнутый двигатель, реверсивный асинхронный двигатель с переключением полюсов, система Г-Д с ЭМУ (у тяжелых станков). Общий диапазон регулирования: вертикально-сверлильных станков (2-12) : 1, радиально-сверлильных станков (20-70) : 1.

Привод подачи: механический от цепи главного движения, гидропривод (у агрегатных станков). Общий диапазон регулирования: вертикально-сверлильных станков 1: (2-24), радиально-сверлильных станков 1: (3-40).

насоса охлаждения, насоса гидросистемы, подъема и опускания рукава (у радиально-сверлильных станков), зажима колонны (у радиально-сверлильных станков), перемещения суппорта (у тяжелых радиально-сверлильных станков), поворота рукава (у тяжелых радиально-сверлильных станков), поворота стола (у агрегатных станков).

Специальные электромеханические устройства и блокировки : электромагниты управления гидросистемой, автоматизация цикла посредством путевых переключателей (у агрегатных станков), автоматическое управление фиксацией стола (у агрегатных станков), автоматическая установка координат посредством программного управления (у координатно-сверлильных станков и координатных столов).

Двигатель привода шпинделя у сверлильных и радиально-сверлильных станков устанавливается обычно сверху на станине или суппорте так, что шпиндель и вал электродвигателя параллельны.

Стремление к сокращению числа промежуточных передач в отдельных случаях приводит к непосредственной связи вала электродвигателя со сверлильным шпинделем. Это возможно, например, при использовании сверл малых диаметров и широко применяется на станках часовой промышленности.

У агрегатных сверлильных станков широко используют самодействующие головки с подачей, осуществляемой от кулачка, винта или рейки, а чаще с гидроприводом и электрогидравлическим управлением. У многошпиндельных сверлильных станков часто применяют отдельные электродвигатели для каждого шпинделя, а также самодействующие электрогидравлические головки.

Многодвигательный привод широко распространен на радиально-сверлильных станках, где привод шпинделя, подъем и опускание рукава, зажим колонн, а иногда поворот рукава и перемещение сверлильного суппорта осуществляют отдельные электродвигатели. Зажим колонны у радиально-сверлильных станков производят несколькими способами, например с помощью разрезного кольца, которое стягивается посредством дифференциального винта, вращаемого электродвигателем, или тормозной колодки. Применяется также зажим электромагнитом с освобождением посредством противодействующей пружины. Имеются также устройства, где зажим колонны осуществляет пружина, а освобождение - электромагнит.

Контроль силы зажима производится посредством реле тока или путевого переключателя, на который воздействует элемент устройства, смещающийся под действием возрастающей силы.

Для сверлильных станков автоматическое уменьшение подачи при выходе сверла имеет большое значение для предотвращения поломки сверла при выходе. Для этого использовали различные средства автоматизации, например контроль скорости шпинделя, крутящего момента, силы подачи, тока, потребляемого электродвигателем.

У многошпиндельных сверлильных станков, предназначенных для одновременного сверления многих отверстий малых и очень малых диаметров, иногда применяют блокировки, останавливающие станок в случае поломки одного из сверл. Для этого сверла изолируют от станины станка, при поломке сверла разрывается цепь проходящего по нему тока. Такие устройства получили некоторое применение на станках часовой промышленности.

Особую задачу представляет собой автоматизация процесса глубокого сверления отверстий малого диаметра (до 10 мм). При таком сверлении применяют сверла со спиральной канавкой, которая забивается стружкой, отчего резко увеличивается момент сопротивления при вращении сверла. Поэтому сверление производят с периодическими отводами сверла, при которых стружка удаляется охлаждающей жидкостью. Управление осуществляли посредством реле времени, которое, независимо от накопления стружки, подавало сигнал на отвод сверла.

В современных сверлильных станках для этих целей используют индуктивные измерительные преобразователи (датчики) момента. Такое автоматическое управление является более точным, так как отражает заполнение канавки стружкой. Оно дает возможность повысить скорость сверления и предотвратить поломку сверла.

Привод главного движения : асинхронный короткозамкнутый двигатель, асинхронный двигатель с переключением полюсов, система Г-Д с ЭМУ, тиристорный привод с двигателем постоянного тока. Торможение: механическое с применением фрикционной муфты, посредством электромагнита, противо-включением, динамическое и с рекуперацией (при постоянном токе). Общий диапазон регулирования до 150: 1.

Привод подачи: механический - от цепи главного движения, система ЭМУ - Д у современных станков, тиристорный привод с двигателем постоянного тока. Общий диапазон регулирования до 1: 2000 и более.

Вспомогательные приводы применяют для: насоса охлаждения, ускоренного перемещения расточного шпинделя, насоса смазки, переключения зубчатых колес коробки скоростей, перемещения и зажима стойки, перемещения движка регулировочного реостата.

Специальные электромеханические устройства и блокировки: автоматизация управления главным приводом при переключении зубчатых колес коробки скоростей, устройства для освещения микроскопов, устройства для отсчета координат с индуктивным преобразователем.

Для привода подач, установочных и быстрых перемещений передней и задней стойки, суппорта, бабки и стола применяют двигатели постоянного тока. Каждый из них может поочередно подключаться к одному из двух ЭМУ, причем один ЭМУ обеспечивает рабочие подачи, а другой - установочные ускоренные перемещения. Таким образом, во время рабочей подачи одного элемента можно производить установочные перемещения других узлов станка. Широкий диапазон электрического регулирования такого привода позволяет полностью отказаться от применения коробок подач. Управление станком чрезвычайно облегчается вследствие замены штурвалов, рукояток и маховичков элементами электрического управления.

Разработка электронной схемы для управления электродвигателями постоянного тока в оптимизированном станке с ЧПУ.

Цель работы: оптимизация изготовления печатных плат с помощью оригинальной конструкции сверлильного станка с ЧПУ.

При изготовлении печатных плат в условиях любительской или учебной лаборатории имеется проблема быстрого сверления отверстии под ножки деталей, по рисунку предварительно спроектированной монтажной схемы. Проблема заключается в большой частоте и малом диаметре отверстий (допустим под микросхему), что делает неудобным и опасным (имеется вероятность скола сверла) проводить процесс сверления вручную.

В процессе работы, используя теоретический метод исследования, мы рассмотрели устройства, предлагаемые другими авторами для решения данной проблемы. Такими устройствами являются всевозможные станки с числовым программным управлением, которые высверливают отверстия на заготовке по предварительно внесенному в программу управления рисунку. Мы изучили основные отличительные особенности данных устройств и выявил их плюсы и минусы. Данные станки работают под управлением различных программ и имеют довольно-таки разное строение, но все же имеется одна черта, которая объединяет все предлагаемые конструкции. Этой чертой является использование в станках шаговых двигателей. Вариант самодельного станка с ЧПУ с применением шаговых двигателей показан на рисунке:

Это понижает плавность работы станка, так как шаговые двигатели работают рывками. Так же применение шаговых двигателей увеличивает стоимость станка, так как стоимость мощных шаговых двигателей начинается от 1500 рублей, а применять их нужно три штуки, либо, при условии применения двигателей меньшей мощности ставить их по два на каждую ось перемещения. Но замена шаговых двигателей на электродвигатели постоянного тока потребовала изменения драйверов управления. Принципиальная схема драйверов управления шаговыми двигателями показана на рисунке:

Электронная часть станка была изменена практически полностью.

Используя практический метод исследования, мы разработали электронную схему, где переключение направления вращения электродвигателей осуществляется с помощью магнитных реле, а сами реле управляются транзисторными ключами. Принципиальная схема драйверов управления электродвигателями постоянного тока показана на рисунке:

Схема работает следующим образом: разработанная в процессе проектирования станка программа управления выдает на выводы LPT порта логические уровни «0» и «1». К соответствующим выводам порта подключены базы транзисторных ключей VT1 – VT7.

Транзисторы VT1 и VT2 управляют электромагнитными реле К1 и К2, к контактом которых подключен двигатель поперечной подачи инструмента в горизонтальной плоскости. С помощью переключения электромагнитных реле осуществляется коммутация питающего напряжения (12В) с контактами электродвигателя М1. При включении реле К1 двигатель М1 начинает крутиться вправо, при включении К2 – влево. Когда оба реле выключены - двигатель находится в положении покоя, так как на оба его контакта подается отрицательный потенциал.

Управление двигателями продольной подачи в горизонтальной плоскости и подъёмом и опусканием инструмента в вертикальной плоскости осуществляется по тому же принципу. Двигатель продольной подачи М2 управляется транзисторами VT3 и VT4 и реле К3, К4. Двигатель подъема и опускания инструмента в вертикальной плоскости (М3) управляется транзисторами VT5 иVT6 и реле К5, К6.

Включение основного рабочего двигателя М4 осуществляется с помощью транзисторного ключа VT7, коллекторной нагрузкой которого, является двигатель.

Используя экспериментальный метод исследования, был собран малогабаритный сверлильный станок с ЧПУ с применением электродвигателей постоянного тока, управляемых с помощью разработанной схемы. Схема управления была собрана на макетной плате. Внешний вид станка с применением электродвигателей постоянного тока показан на рисунке:

Станок использовался в лаборатории объединения «Радиотехник» для изготовления печатных плат для выполнения плановых практических работ, таких как: усилитель постоянного тока, генератор звуковой частоты, мультивибратор и другие.

Авторы: Сорокин Максим, 9 класс (СОШ №30 города Костромы), Фёдоров Дмитрий, 10 класс (СОШ №38 города Костромы)
Руководитель: Шестаков Александр Александрович, педагог дополнительного образования ЦДТ «Содружество», педагог-новатор Российской научно-социальной программы «Шаг в будущее»

Центр детского творчества города Костромы «Содружество»
Объединение «Радиотехник»

Сверлильный станок для печатных плат относится к категории мини-оборудования специального назначения. При желании такой станок можно сделать своими руками, используя для этого доступные комплектующие. Любой специалист подтвердит, что без использования подобного аппарата трудно обойтись при производстве электротехнических изделий, элементы схем которых монтируются на специальных печатных платах.

Общая информация о сверлильных станках

Любой сверлильный станок необходим для того, чтобы обеспечить возможность эффективной и точной обработки деталей, изготовленных из различных материалов. Там, где необходима высокая точность обработки (а это относится и к процессу сверления отверстий), из технологического процесса необходимо максимально исключить ручной труд. Подобные задачи и решает любой , в том числе и самодельный. Практически не обойтись без станочного оборудования при обработке твердых материалов, для сверления отверстий в которых усилий самого оператора может не хватить.

Конструкция настольного сверлильного станка с ременной передачей (нажмите для увеличения)

Любой станок для сверления – это конструкция, собранная из множества составных частей, которые надежно и точно фиксируются друг относительно друга на несущем элементе. Часть из этих узлов закреплена на несущей конструкции жестко, а некоторые могут перемещаться и фиксироваться в одном или нескольких пространственных положениях.

Базовыми функциями любого сверлильного станка, за счет которых и обеспечивается процесс обработки, является вращение и перемещение в вертикальном направлении режущего инструмента – сверла. На многих современных моделях таких станков рабочая головка с режущим инструментом может перемещаться и в горизонтальной плоскости, что позволяет использовать это оборудование для сверления нескольких отверстий без передвижения детали. Кроме того, в современные станки для сверления активно внедряют системы автоматизации, что значительно увеличивает их производительность и повышает точность обработки.

Ниже для примера представлены несколько вариантов конструкции для плат. Любая из данных схем может послужить образцом для вашего станка.

Особенности оборудования для сверления отверстий в печатных платах

Станок для сверления печатных плат – это одна из разновидностей сверлильного оборудования, которое, учитывая очень небольшие размеры обрабатываемых на нем деталей, относится к категории мини-устройств.

Любой радиолюбитель знает, что печатная плата – это основание, на котором монтируются составные элементы электронной или электрической схемы. Изготавливают такие платы из листовых диэлектрических материалов, а их размеры напрямую зависят от того, какое количество элементов схемы на них необходимо разместить. Любая печатная плата вне зависимости от ее размеров решает одновременно две задачи: точное и надежное позиционирование элементов схемы относительно друг друга и обеспечение прохождения между такими элементами электрических сигналов.

В зависимости от назначения и характеристик устройства, для которого создается печатная плата, на ней может размещаться как небольшое, так и огромное количество элементов схемы. Для фиксации каждого из них в плате необходимо просверлить отверстия. К точности расположения таких отверстий относительно друг друга предъявляются очень высокие требования, так как именно от этого фактора зависит, правильно ли будут расположены элементы схемы и сможет ли она вообще работать после сборки.

Сложность обработки печатных плат состоит еще и в том, что основная часть современных электронных компонентов имеет миниатюрные размеры, поэтому и отверстия для их размещения должны иметь небольшой диаметр. Для формирования таких отверстий используется миниатюрный инструмент (в некоторых случаях даже микро). Понятно, что работать с таким инструментом, используя обычную дрель, не представляется возможным.

Все вышеперечисленные факторы привели к созданию специальных станков для формирования отверстий в печатных платах. Эти устройства отличаются несложной конструкцией, но позволяют значительно повысить производительность такого процесса, а также добиться высокой точности обработки. Используя сверлильный мини-станок, который несложно изготовить и своими руками, можно оперативно и максимально точно сверлить отверстия в печатных платах, предназначенных для комплектации различных электронных и электротехнических изделий.

Как устроен станок для сверления отверстий в печатных платах

От классического сверлильного оборудования станок для формирования отверстий в печатных платах отличается миниатюрными размерами и некоторыми особенностями своей конструкции. Габариты таких станков (в том числе и самодельных, если для их изготовления правильно подобраны комплектующие и их конструкция оптимизирована) редко превышают 30 см. Естественно, и вес их незначительный – до 5 кг.

Если вы собираетесь изготовить сверлильный мини-станок своими руками, вам необходимо подобрать такие комплектующие, как:

• несущая станина;
• стабилизирующая рамка;
• планка, которая будет обеспечивать перемещение рабочей головки;
• амортизирующее устройство;
• ручка для управления перемещением рабочей головки;
• устройство для крепления электродвигателя;
• сам электрический двигатель;
• блок питания;
• цанга и переходные устройства.

Чертежи деталей станка (нажмите для увеличения)

Разберемся в том, для чего предназначены все эти узлы и как из них собрать самодельный мини-станок.

Конструктивные элементы сверлильного мини-станка

Сверлильные мини-станки, собранные своими руками, могут серьезно отличаться друг от друга: все зависит от того, какие комплектующие и материалы были использованы для их изготовления. Однако как заводские, так и самодельные модели такого оборудования работают по одному принципу и предназначены для выполнения схожих функций.

Несущим элементом конструкции является станина-основание, которая также обеспечивает устойчивость оборудования в процессе выполнения сверления. Исходя из назначения данного конструктивного элемента, изготавливать станину желательно из металлической рамки, вес которой должен значительно превышать суммарную массу всех остальных узлов оборудования. Если пренебречь этим требованием, вы не сможете обеспечить устойчивость вашего самодельного станка, а значит, не добьетесь требуемой точности сверления.

Роль элемента, на котором крепится сверлильная головка, выполняет переходная стабилизирующая рамка. Ее лучше всего изготовить из металлической рейки или уголков.

Планка и амортизирующее устройство предназначены для обеспечения вертикального перемещения сверлильной головки и ее подпружинивания. В качестве такой планки (ее лучше зафиксировать с амортизатором) можно использовать любую конструкцию (важно только, чтобы она выполняла возложенные на нее функции). В этом случае может пригодиться мощный гидравлический амортизатор. Если же такого амортизатора у вас нет, планку можно изготовить своими руками либо использовать пружинные конструкции, снятые со старой офисной мебели.

Управление вертикальным перемещением сверлильной головки осуществляется при помощи специальной ручки, один конец которой соединяют с корпусом сверлильного мини-станка, его амортизатором или стабилизирующей рамкой.

Крепление для двигателя монтируют на стабилизирующей рамке. Конструкция такого устройства, в качестве которого может выступать деревянный брусок, хомут и др., будет зависеть от конфигурации и конструктивных особенностей остальных узлов сверлильного станка для печатных плат. Использование такого крепления обусловлено не только необходимостью его надежной фиксации, но также тем, что вы должны вывести вал электродвигателя на требуемое расстояние от планки перемещения.

Выбор электрического двигателя, которым можно оснастить сверлильный мини-станок, собираемый своими руками, не должен вызвать никаких проблем. В качестве такого приводного агрегата можно использовать электродвигатели от компактной дрели, кассетного магнитофона, дисковода компьютера, принтера и других устройств, которыми вы уже не пользуетесь.

В зависимости от того, какой электрический двигатель вы нашли, подбираются зажимные механизмы для фиксации сверл. Наиболее удобными и универсальными из таких механизмов являются патроны от компактной дрели. Если подходящий патрон найти не удалось, можно использовать и цанговый механизм. Подбирайте параметры зажимного устройства так, чтобы в нем можно было фиксировать очень мелкие сверла (или даже сверла размера «микро»). Для соединения зажимного устройства с валом электродвигателя необходимо использовать переходники, размеры и конструкция которых будут определяться типом выбранного электродвигателя.

В зависимости от того, какой электродвигатель вы установили на свой сверлильный мини-станок, необходимо подобрать блок питания. Обращать внимание при таком выборе следует на то, чтобы характеристики блока питания полностью соответствовали параметрам напряжения и силы тока, на которые рассчитан электродвигатель.

Вот уже более года я являюсь счастливым обладателем 3D принтера Prusa i4. Если честно, я сегодня не представляю, как раньше справлялся без него. Кстати, это подарок моей любимой супруги!
Но оставим лирику. Сегодня я представляю Вашему вниманию свой вариант сверлильного станка для печатных плат. Всем радиолюбителям хорошо известно, что сверлить плату, держа мотор с патроном в руке дело, как минимум хлопотное. Тут не годятся твердоспланые свёрла из-за их хрупкости. Чуть перекосил и сверло пополам. А обычные свёрла быстро тупятся. Да и ещё входное отверстие получается не ровное, а выходное рваное. Если дорожки на плате тонкие это совершенно не допустимо. От этих проблем избавит-сверлильный станок.
На просторах интернета имеется много готовых проектов. Но все они казались мне (да простят меня их авторы) примитивными игрушками. Один из достойных кандидатов для повторения я нашёл вот здесь: https://www.youtube.com/watch?v=xlxfG9IEH7Y&t=34s .
Однако царапала эстетика. Ведь на принтере можно напечатать всё, что угодно. Так почему бы не сделать это красиво? Я плотно засел Solid Works, а потом и за печать. Ошибки исправлял по ходу дела. И так это третий вариант:

Я разработал несколько вариантов кожухов для различных двигателей. Сразу скажу, что не все движки, что продают на АллиЭкспресс здесь годятся. Вот этот например не пойдёт:

А вот это то,что надо. Движок- 775. Надёжная ось. Передний подшипник. Отсутствие биений.Мощность.

Нужно уточнить у продавца установлен ли подшипник? Двигатели идут в разных исполнениях, в том числе и на втулках.

Верхняя и нижняя крышка легко накручивается на несущий кронштейн и надёжно фиксируют мотор внутри.

Подвижная часть осевого кронштейна собрана на двух продольных подшипниках, которые обеспечивают лёгкость скольжения по осям и закрыты сверху и снизу декоративными накладками:

Кстати на тягах тоже стоят маленькие подшипники.

Станина алюминиевая. В новом очередном варианте станину сделал наборную из оргстекла. Выглядит лучше на мой взгляд. Резал на лазерном станке. Пластик ABS. Печатал слоем 0.1мм. После печати все детали обработаны нулёвкой и тетрагидрофураном.
Ну а это станочек в работе:
https://drive.google.com/file/d/1eVnMHNLl5y7OgC58LfgzOF5cP6kgi_jb/view?usp=sharing
Проект продолжает жить. В следущей модификации я хочу отказаться от рычага. Заменю его шаговым двигателем и беспроводной педалью для управления станком. Всех парней с наступающим Праздником!

Сейчас аппаратура быстро устаревает. Всё, что остаётся не у дел, надо снова пускать в дело!
Например, механизмы приводов компакт-дисков применимы для постройки сверлильного станка.

Нам потребуется:
1) Кусок ДСП, лучше ЛДСП - станок должен быть красивым
2) Два механизма от CD привода
3) Уголок 25×25 … 35×35 из алюминия или дюралюминия Д16-Т, некритично
4) Труба прямоугольная 15×30 (размер важен)
5) Электродвигатель диаметром 25 мм, с максимально возможным количеством оборотов в минуту, например, типа ДПМ-25
6) Кнопка любая
7) Сверло перовое 25 мм
8) Винты М3 с гайками, саморезы
9) Кусок древесины, желательно твёрдых пород, отлично подходит 12 мм фанера - 12×27х30…50 мм

Итак, приступаем.
Размеры станка определяйте сами, они будут зависеть от максимального размера плат, которые вы будете изготавливать, плюс расстояние от механизмов до центра.
В механизмах CD приводов удалите электродвигатель привода диска, лазерную головку. Прямоугольная труба становится вместо лазерной головки идеально.

В прямоугольную трубу плотно вставьте 2 куска древесины длинной по 30-50 мм на клею или дополнительно закрепите саморезами.

В в верхней стенке прямоугольной трубы по центру просверлите отверстие 25 мм, в нижней стенке отверстие для вала двигателя.

Закрепите двигатель.

Закрепите оба механизма саморезами на прямоугольной трубе. В куске ЛДСП сделайте 2 пропила, закрепите всё это на куске ЛДСП. Сверху закрепите уголок с кнопкой S2 (см. схему).

Несколько крупных белых светодиодов освещают рабочую поверхность.

Трансформатор питания можно применить на 20-30 Ватт, напряжение вторичной обмотки зависит от вашего двигателя.

Конструкция «педали» понятна из фотографии. Два отрезка ДСП, мебельная петля и микропереключатель.

Перекос не возникает, после подъёма происходит выравнивание автоматически, у меня после годовой эксплуатации ни разу перекоса не было, двигатели подъёма вращаются синхронно.

Цангу закрепляю на двигателе и винтами юстирую до минимальных биений , т.к. твёрдосплавные свёрла при малейших биениях ломаются.
Мне удалось выставить практически без биений.

Видео сверлильного станка в работе