Намоточный станок

Самодельный ЧПУ станок

Самодельный намоточный станок из старого принтера

Эта статья продолжает тему самодельных ЧПУ станков начатую в статьях ЧПУ из подручных средств и ЧПУ станок из печатных машинок.

Сегодняшний разговор пойдет о намоточных станках. Такие станки промышленного изготовления стоят дорого, от нескольких десятков тысяч рублей до 150 тысяч вечнодеревянных денежных знаков нашей страны. Но, если вы не боитесь взять в руки отвертку, паяльник и молоток, то подобный компьютеризированный станок можно изготовить своими руками.

Для начала рассмотрим теоретическую часть построения намоточных станков с приводом от шагового двигателя и компьютерным управлением.

Как и во всех остальных самодельных ЧПУ станках основная задача состоит в том, что бы изготовить механику, точнее механическую часть станка. Электроника не сильно сложна, ее можно сделать самостоятельно, например по статье Простая электроника для ЧПУ станка или приобрести готовую — например взять контроллер от фирмы purelogic.ru.

Итак, описание намоточного станка

Достаточно подробное описание конструкции намоточного станка часто можно найти в старых журналах, например мне попадалось схема самодельного станка для намотки тороидальных трансформаторов в журнале Радио семидесятых годов.

Основа намоточного станка это прижимной механизм и подача намотки. Прижимной механизм состоит из двух пластин (изготавливается из текстолита или стали, можно использовать и дюралюминий). На одной пластине установлено два ролика с промежутком для третьего прижимного ролика. Вторая пластина подвижна и на ней закреплен прижимной ролик.

Укладочный механизм собран из мебельных направляющих и текстолитовой пластины все приводится по шаговым двигателем на котором установлен винт М8 а в механизме установлен дюралевый уголок с отверстием и резьбой М8.

Общий вид расположения блоков самодельного намоточного станка, по этому виду можно понять — как располагаются детали относительно друг друга.

Самодельный редуктор изготавливается из трех пластиковых шестеренок взятых от принтера. Передаточное отношение на нем 2,5 : 1.

На выходном вале редуктора нарезается резьба М6 для соединения через сгонную муфту с валом на котором закрепляется каркас катушки. Крепление каркаса делается при помощи подручных средств, например подходящих шайб и гаек М6.

Для практического изготовления можно использовать старый матричный принтер, например Epson LQ 100

Переделка данного принтера в самодельный намоточный станок, причем даже с сохранением изначальной компоновки заключается в следующем: — сдвигается направляющая для каретки в сторону от печатного валика, — заменяется обрезиненный валик на съемный вал с элементами крепления каркасов, — устанавливается на каретку самодельный укладчик провода, — изменяется схема управления шаговым двигателем, для этого достаточно поставить только контроллер, который подключается к ключевым транзисторам или напрямую микросхеме драйвера шагового двигателя принтера.

Как вариант для изготовления самодельного намоточного станка, в качестве шасси (то на чем закреплен сам станок) можно использовать блок питания от телевизора или персонального компьютера.

Кстати, для того, что бы не путаться в подсчете количества намотанных витков, например при отключении электроэнергии, можно поставить на самодельный намоточный станок механический счетчик или, как вариант, можно использовать геркон или оптронную пару заведенную на параллельный порт компьютера. В данном случае на ПК необходимо установить бесперебойный блок питания.

Самодельный ЧПУ станок

Принцип работы на станке

Трудиться на сконструированном станке несложно. Технологический процесс требует выполнения определенных действий:

1. Верхний вал подготавливают к работе: снимают шкив, задают нужную длину каркаса катушки, устанавливают правый и левый диски.
2. В отверстие верхнего вала вставляют крепежное изделие, центрируют и зажимают каркас специальной гайкой.
3. На подающий вал монтируют нужный шкив для первичной обмотки.
4. Напротив каркаса катушки устанавливается укладчик.
5. Пассик одевают на шкивы кольцом или восьмеркой, в зависимости от вида укладки.
6. Металлический провод заводят под дополнительный вал, укладывают в желобок, закрепляют.
7. Натяжение проволоки регулируют при помощи зажимов, расположенных вверху укладчика.
8. Провод должен плотно наматываться на основу катушки.
9. На калькуляторе фиксируют числовое значение «1+1».
10. Каждый оборот вала прибавляет заданный счет.
11. Если витки нужно отмотать назад, на вычислительном устройстве нажимают «–1».
12. Когда провод достигнет противоположной части каркаса, с помощью цангового зажима меняют положение пассика.

Под разную толщину металлического провода соотносят шкив с шагом намотки.

Конструкция и принцип работы

Трансформатор — название слова происходит от латинского transformare, что в переводе означает превращать. Общепринятое определение для него следующее: трансформатор — это устройство, которое, используя явление электромагнитной индукции, способно изменять амплитуду напряжения без изменения формы и частоты сигнала.

Трансформатор — это электротехнический прибор, с помощью которого происходит уменьшение или увеличение переменного электрического напряжения. Такие трансформаторы называют понижающими или повышающими. При этом следует отметить, что существуют и такие приборы, которые оставляют величину синусоидального сигнала без изменения, они называются гальваническими или дроссельными.

Любой трансформатор в своей конструкции содержит следующие компоненты:

• магнитопровод (сердечник);
• обмотки;
• каркас для расположения обмоток;
• изолятор;
• различные дополнительные элементы (скобы для крепления, планки для вывода контактов и т. п. ).

Трансформатор в своей конструкции имеет две или более обмотки с индуктивной связью. Выпускаются они как проволочного, так и ленточного типа и всегда покрываются слоем изоляции. Обмотки закрепляются на магнитопроводе, изготовленном из мягкого ферромагнитного материала. Первичная обмотка подсоединяется к источнику напряжения, а вторичная к нагрузке.

Общий принцип работы устройства, независимо от его вида и назначения, заключается в следующем. На первичную обмотку прибора подаётся переменный сигнал, что приводит к появлению в ней переменного тока. Этот ток, в свою очередь, наводит в сердечнике переменное магнитное поле, под действием, которого происходит возникновение переменной электродвижущей силы (ЭДС) в обмотках. При подключении нагрузки к вторичной обмотке по ней начинает протекать переменный ток. Обмотка, на которую подаётся сигнал, называется первичкой. Обмотка, подключённая к нагрузке, называется вторичкой.

По способу охлаждения тороидальные устройства различаются на использующие воздушное и жидкостное охлаждение. Кроме этого, существуют трансформаторы с совмещённым охлаждением — жидкостно-воздушным. К главным техническим параметрам устройства относятся:

1. Величина входного напряжения: допустимое значение напряжения, подаваемое на первичку.
2. Величина выходного напряжения. Определяется коэффициентом трансформации.
3. Тип трансформации. Существует с повышением или понижением уровня сигнала.
4. Число фаз. В зависимости от сети, в которой используются трансформаторы, они делятся на однофазные или трехфазные.
5. Число обмоток. Существуют двухобмоточные или многообмоточные устройства.

К основным параметрам устройства относят: номинальную мощность и коэффициент трансформации. Единица измерения мощности вольт-ампер (ВА). Коэффициент трансформации показывает соотношение уровней напряжения на входе устройства к его выходу. Его значение прямо пропорционально отношению количества витков первички к вторичке.

В тороидальном трансформаторе в качестве основы используется кольцевой сердечник, геометрически представляющий собой тор. Преимущество такого вида магнитопровода заключается в простой перемотке трансформатора своими руками и получении наибольшего коэффициента полезного действия (КПД) по сравнению с другими типами трансформаторов при тех же габаритных значениях. К недостаткам торов относят повышенный нагрев при работе.

Каркас для трансформатора

Каркас трансформатора (или дросселя) нужен для изоляции обмоток от сердечника и для удержания в порядке обмоток, изоляционных прокладок и выводов. Поэтому он должен быть изготовлен из достаточно прочного изоляционного материала. Вместе с тем он должен выполняться из достаточно тонкого материала, для того чтобы не занимать много места в окне сердечника.

Обычно материалом для каркаса служат плотный картон (прессшпан), фибра, текстолит, гетинакс и т. п. В зависимости от размеров трансформатора или дросселя толщина листового материала для каркаса берется от 0,5 до 2,0 мм.

Для клейки картонного каркаса можно употреблять конторский универсальный клей или обычный столярный клей. Лучшим клеем, обладающим хорошей влагоустойчивостью, следует считать нитроклей (эмалит, геркулес). Гетинаксо-вые или текстолитовые каркасы обычно не склеиваются, а собираются «в замок».

Фиг. 6. Соразмерность каркаса и пластин сердечника. а — для разъемных пластин; б — для пластин с просечкой среднего керна.

По размерам сердечника определяются форма и размеры каркаса, после чего вычерчиваются, а затем нарезаются его детали. Если применяются трансформаторные пластины с просечкой среднего керна,то высоту каркаса делают на несколько миллиметров меньше высоты окна, чтобы без затруднений можно было вставлять пластины сердечника.

Во избежание ошибок размеры пластин сердечника нужно тщательно измерить (если они неизвестны) и начертить на бумаге эскиз с размерами отдельных частей каркаса

Особенно важно согласование отдельных частей каркаса при сборке его «в замок». Соотношения размеров каркаса и пластин сердечника для разного типа пластин даны на фиг. 6

6.

Фиг. 7. Выкройка и склейка каркаса для трансформатора.

Обычный каркас для трансформатора можно изготовить так. Сначала вырезают щечки каркаса и выкраивают гильзу с отворотами на торцевых сторонах согласно фиг. 7. Сделав надрезы в местах сгиба, выкройку свертывают в коробочку, причем сторона 1 склеивается со стороной 5. После того обе щечки надеваются на гильзу.

Затем нужно отогнуть отвороты гильзы и, раздвинув щечки на края гильзы, приклеить отвороты к наружным плоскостям щечек. В углы на наружной стороне щечек можно вклеить кусочки того же картона, из которого изготовлялась гильза каркаса. Если клей достаточно прочен и надежен, то гильзу можно делать без отворотов, приклеивая щечки непосредственно на краях гильзы.

Фиг. 8. Детали сборного каркаса для трансформатора. а — ширина пластины сердечника, плюс зазор, плюс толщина материала деталей 3; б — толщина набора пластин сердечника плюс толщина деталей 2; в -толщина материала.

Более сложным в изготовлении является сборный каркас, но зато он обладает большой прочностью и не требует склеивания. Детали сборного каркаса изображены на фиг. 8.

Они изготовляются следующим образом. Размеры с эскиза путем разметки переносятся на лист материала (текстолита, гетинакса, фибры). Если материал не слишком толст, то детали вырезают ножницами.

Затем напильником пропиливают в них пазы. В щечках 1, после высверливания в них нескольких отверстий, выпиливают окна.

Фиг. 9. Сборка каркаса для катушек трансформатора в замок.

После этого, разложив детали на столе, производят подгонку сторон 2 и 3 гильзы так, чтобы при сборке каркаса сошлись все пропилы и выступы «замка». При разметке и изготовлении деталей 2 у одной из них можно «замочную» часть сделать значительно больших размеров (контуры показаны пунктиром на фиг.

8) для размещения на ней контактов или лепестков для подпайки выводов обмоток. Чтобы не спутать детали, их следует перед сборкой пронумеровать. Порядок сборки каркаса ясен из фиг. 9.

Сразу же после изготовления щечек лучше заранее насверлить в них «в запас» отверстия для выводов. При сборке каркаса или приклейке щечек необходимо учесть, с какой из сторон трансформатора (или с обеих) и на какой из сторон щечек будут сделаны выводы, чтобы правильно расположить стороны щечек, имеющие отверстия для выводов.

Надо обратить внимание на то, чтобы стороны щечек с отверстиями в случае квадратного сечения сердечника не оказались закрытыми пластинами сердечника. Готовый склеенный или собранный каркас нужно подготовить к намотке, для чего следует напильником скруглить углы гильзы и щечек, а также снять заусеницы. Полезно (но необязательно) промазать или пропитать каркас шеллаком, бакелитом и пр

Полезно (но необязательно) промазать или пропитать каркас шеллаком, бакелитом и пр

Готовый склеенный или собранный каркас нужно подготовить к намотке, для чего следует напильником скруглить углы гильзы и щечек, а также снять заусеницы. Полезно (но необязательно) промазать или пропитать каркас шеллаком, бакелитом и пр.

Составные части намоточного станка и принцип его работы

Элементы намоточного станка собирались неспешно. Почти все было взято от старой советской киноаппаратуры. Подвижные части: ручка, шпильки осей, направляющий ролик – все оснащено подшипниками. Шпильки, гайки, шайбы и уголки были куплены в магазине, торгующем метизами. Потратиться пришлось только на шпильки, длинные гайки и уголки. В остальном все сделано из подручных материалов, имеющихся в наличии.

Для точного подбора плотности намотки проволоки на шпильку укладчика нанизывается набор из нескольких шкивов. Так, в случае не плотной намотки, можно было на один размер перебросить пассик и подогнать скорость вращения осей. Пассик в процессе намотки проволоки перекручивают в зависимости от направления хода намотки по типу формы «Восьмерка» либо прямое расположение пассика. Следует сделать пару десятков пробных витков, чтобы правильно подогнать шкивы под диаметр проволоки.

Из дерева либо другого материала изготавливают основу по форме внутренней части катушки трансформатора и гайками-барашками фиксируется на шпильке. Так же для фиксации катушки можно сделать универсальные удерживающие уголки. Демонстрация работы намоточного станка показана на видео:

2 Электрический намоточный станок

Ручной намоточный станок не всегда в состоянии значительно облегчить работу по перемотке трансформаторов. Для того, чтобы сделать более совершенное устройство, следует обратиться к следующей информации, которая позволяет с использованием деталей матричного принтера создать более эффективную конструкцию.

Электрический станок для намотки трансформаторов, дросселей, катушек

Используя каркас принтера и многие его узлы и детали можно получить устройство со следующими особенностями:

• намоточный станок имеет небольшие размеры;
• его шпиндель плавно стартует и останавливается;
• наличие счетчика позволит избежать ошибок при подсчете витков;
• провод укладывается автоматически;
• возможность секционной намотки без перенастройки устройства;
• надежное закрепление каркасов, которые не имеют центрального отверстия.

Узлы и детали намоточного станка:

• катушка с проволокой (бобина подачи);
• механизм притормаживания вращения шпинделя;
• шаговый электродвигатель центровки бобины;
• направляющие (шариковая мебельная гарнитура);
• шторка оптических датчиков на механизме центровки бобины;
• ручка для перенаправления позиционера к другой секции (при секционной намотке);
• кнопки для ручного изменения направления укладки;
• светодиоды для контроля направления укладки;
• шаговый электродвигатель позиционера;
• шторки для оптических датчиков контролирующих границу намотки;
• регулировочный винт позиционера;
• катушка для намотки;
• электродвигатель намотки;
• счетчик количества витков;
• кнопки настройки устройства;
• оптический датчик синхронизации;
• регулятор скорости вращения.

Самодельный электрический станок для намотки трансформаторов

2.1 Назначение и принцип работы отдельных частей и узлов

Подающий узел — используется для установки в нем бобины с проводом с обеспечением нужной величины его натяжения при подаче. Состоит из приспособления для крепления бобин и системы притормаживания вращения вала.

Центровка подающей бобины необходима из-за небольших габаритов станка и выполняется при помощи центрирующего механизма, который работает следующим образом:

• провод, сматываемый с бобины, проходит через шторку, которая имеет форму вилки;
• шаговый двигатель, через редуктор с зубчатым ремнем, автоматически передвигает бобину по роликовым направляющим.

Позиционер — устройство, при помощи которого выставляются границы укладки провода. Шаговый электродвигатель перемещает укладчик до тех пор, пока шторка не перекроет один из контролирующих датчиков. Как только это происходит — направление укладки изменяется.

Укладчик — позволяет проводить перенастройку при намотке провода различного диаметра — от 0,2 до 0,4 мм.

Приемная катушка, на которую происходит намотка слоев

Приемный узел — вращение катушки, на которую наматывается провод, обеспечивается высокоскоростным электродвигателем, имеющим редуктор. Редуктор состоит из 3-х шестеренок с общим делением 18, что позволяет получить достаточный вращающий момент на небольших оборотах. Регулировка скорости вращения самого электродвигателя осуществляется за счет изменения величины подающегося к нему напряжения.

Подобная конструкция не является догматической. Все элементы, детали, отдельные узлы, подбираются в соответствии с конкретными задачами и возможностями любителя поработать своими руками. Главная идея заключается в том, что при достаточном желании и некоторых принципиальных знаниях, каждому мастеру вполне под силу самостоятельно собрать намоточный станок для любого типа трансформаторов.

Какую мощь будет иметь?

Как только вы сможете ответить на каждый из перечисленных вопросов, приобретайте требуемые материалы. Необходимые материалы вы можете без сложностей купить в специализированных магазинах. Вам потребуются провода, изоляция ленточного типа высшего качества, сердечник.

Трансформатор собственноручно требует намотку. В этих целях  следует создать станок, изготовление которого осуществляется из доски длиною сорок сантиметров и шириною десять сантиметров. На доску необходимо прикрепить несколько брусков, посредством шурупов.

С одной из сторон следует создать резьбу. Закрутив обустроенную шайбу, вы получите его ручку. Габариты станка для намотки можно выбрать на собственное усмотрение. Прежде всего, правильный выбор напрямую зависит от габарита сердечника. При кольцевидной его форме намотка создаётся вручную.

Согласно схеме трансформаторного устройства, аппарат может быть оснащён разнообразным числом витков. Требуемое их количество рассчитывается, ориентируясь на мощность. К примеру, при необходимости создания прибора до 220 вольт, мощность должна достигать не менее 150 ватт.

Форма магнитного провода должна быть о-образной. Можно обустроить его из бу телевизора. При этом сечение определяется посредством определённой формулы.

Особенности ремонта коллекторных приводов

У данного типа электромашин чаще возникают механические неисправности. Например, стирание щеток или засорение контактов коллектора. В таких ситуациях ремонт сводится к чистке контактного механизма или замене графитовых щеток.

Тестирование электрической части сводится к проверке сопротивления обмотки якоря. В этом случае щупы прибора двум соседним контактам (ламелям) коллектора, после снятия показаний производится измерение далее по кругу.

Отображенное сопротивление должно быть примерно одинаковым (с учетом погрешности прибора). Если наблюдается серьезное отклонение, то это говорит, что имеет место быть межвитковое КЗ или обрыв, следовательно, необходима перемотка.

Расчеты параметров самодельного трансформатора

На простом трансформаторе первичная обмотка имеет 440 витков для 220 вольт. Получается на каждые два витка по 1 вольту. Формула для подсчета витков по напряжению:

N = 40-60 / S, где S – площадь сечения сердечника в см2.

Константа 40-60 зависит от качества металла сердечника.

Сделаем расчет для установки обмоток на магнитопровод. В нашем случае у трансформатора окно 53 мм по высоте и 19 мм по ширине. Каркас будет текстолитовый. Две щеки внизу и вверху 53 – 1,5 х 2 = 50 мм, каркас 19 – 1,5 = 17,5 мм, окно размером 50 х 17,5 мм.

Рассчитываем необходимый диаметр проводов. Мощность сердечника трансформатора своими руками по габаритам 170 ватт. На обмотке сети ток 170 / 220 = 0,78 ампера. Плотность тока 2 ампера на мм2, стандартный диаметр провода по таблице 0,72 мм. Заводская обмотка из провода 0,5, завод сэкономил на этом.

• Обмотка простого трансформатора высокого напряжения 2,18 х 450 = 981 виток.
• Низковольтная для накала 2,18 х 5 = 11 витков.
• Низкого напряжения накальная 2,18 х 6,3 = 14 витков.

Количество витков первичной обмотки:

берем провод 0,35 мм, 50 / 0,39 х 0,9 = 115 витков на один слой. Количество слоев 981 / 115 = 8,5. Из середины слоя не рекомендуется делать вывод для обеспечения надежности.

Рассчитаем высоту каркаса с обмотками. Первичная из восьми слоев с проводом 0,74 мм, изоляцией 0,1 мм: 8 х (0,74 + 0,1) = 6,7 мм. Высоковольтную обмотку лучше экранировать от других обмоток для предотвращения помех высоких частот. Для того, чтобы мотать трансформатор, делаем обмотку экрана из одного слоя провода 0,28 мм с изоляцией из двух слоев с каждой стороны: 0,1 х 2 + 0,28 = 0,1 х 2 = 0,32 мм.

Первичная обмотка будет занимать места: 0,1 х 2 + 6,7 + 0,32 = 7,22 мм.

Повышающая обмотка из 17 слоев, толщина 0,39, изоляция 0,1 мм: 17 х (0,39 + 0,1) = 6,8 мм. Поверх обмотки делаем слои изоляции 0,1 мм.

Получается: 6,8 + 2 х 0,1 = 7 мм. Высота обмоток вместе: 7,22 + 7 = 14,22 мм. 3 мм осталось для накальных обмоток.

Можно сделать расчет внутренних сопротивлений обмоток. Для этого рассчитывается длина витка, берется длина провода в обмотке, определяется сопротивление, зная удельное сопротивление по таблице для меди.

При расчете сопротивления секции первичной обмотки получается разница около 6-ти Ом. Такое сопротивление даст падение напряжения 0,84 вольта при токе номинала 140 миллиампер. Чтобы компенсировать это падение напряжения, добавим два витка. Теперь во время нагрузки секции равны по напряжению.

Намоточный станок с шаговым двигателем схема

После намотки нескольких десятков трансформаторов вручную, невольно возникает идея как нибудь автоматизировать этот процесс. Немного поразмыслив, возникла идея создать намоточный станок с микроконтроллерным управлением. Порывшись в хламе, я нашёл шаговый двигатель, который когдато выдернул из лазерного принтера. Двигатель оказался 4-х фазным, 24-х вольтовым, имеющим 44 шага на 1 оборот.

На бумаге накидал схему, определился с количеством необходимых ног микроконтроллера, порывшись в интернете, заказал самый дешёвый PIC контроллер, подходивший моим нуждам, им оказался контроллер марки PIC16F883. Этот микроконтроллер богат портами ввода/вывода, что сильно упростило всю схему.

Из навесных деталей только стабилизатор на 5В, ограничительные резисторы для индикатора и буфферный каскад для двигателя.

Для отладки программы устройство было выполнено на монтажной плате, в качестве индикатора заиспользован индикатор с общим катодом от многофункционального телефона.

Двигатель может быть практически любым, на любое напряжение питания. В соответствии с двигателем подбираются силовые транзисторы.

В данный момент в программе заложены следующие возможности:

• Изменение скорости вращения двигателя;
• Пошаговое вращения двигателя в обе стороны;
• Послойная намотка (количество витков в слое задаётся от 1 до 200 витков);
• Безконечная намотка (остановка и запуск производиться кнопкой Start/Stop);
• Сохранение в памяти намотонного числа витков, скорости вращения двигателя, числа витков в слое.

В прикреплённом видео наглядно показаны все возможности устройства:

В архиве две прошивки, одна для индикатора с общим анодом, другая — с общим катодом.

Связанные статьи

Расчёт и перемотка силового трансформатор

Сегодня вы узнаете как рассчитать и перемотать силовой трансформатор. Но сначала узнаем из чего состоит трансформатор. Трансформатор имеет магнитопровод, выполненный.

Трансформатор из статора электродвигателя

Наверняка у вас при создании электронных девайсов появлялся вопрос, чем же запитать устройство большой мощности. Делать импульсный источник питания или мотать силовой.

Источник

Принцип работы намоточного станка

На сегодняшний день намоточный станок является весьма востребованным оборудованием, при его применении проводится создание однослойных и многослойных катушек трансформаторного типа. За счет подобного механизма можно равномерно распределить проволоку на подготовленные барабаны. Выделяют ручные и автоматические варианты модели станков, оба работают по похожему признаку:

• Основное вращение передается от установленного электрического привода или механической рукоятки. В случае рукоятки, она крепится на вал, который используется для крепления барабана.
• Укладка проволоки упрощается благодаря специальному направляющему элементу. Именно он и обеспечивает равномерность распределения мотков.
• Специальный счетчик может определять количество витков, укладываемых на барабан. При изготовлении самодельных конструкций в качестве счетчика может применяться велосипедный спидометр.

Использование специального механизма позволяет проводить рядовую и тороидальную, перекрестную укладку проволоки. Электрический вариант исполнения характеризуется большой эффективностью, вращение передается от электрического двигателя через ременную передачу и шкивы. Фрикционная муфта делает работу намного более плавной, что исключает вероятность обрыва.

Современные варианты исполнения имеют цифровое оборудование. Установленные блоки памяти могут считывать количество витков, а также запоминать эту информацию.