Станок для лакировки спиннинговых удилищ.
Виктор Власенко г. Москва.
wwm@cityline.ru


Вместо вступления.

При периодической сборке новых и реставрации и ремонте старых удилищ поневоле сталкиваешься с необходимостью более качественного и простого выполнения той или иной технологической операции. К таким операциям можно отнести изготовление рукояток из пробки, установку пропускных колец, лакировку обмоток колец… "Фирмачи" разработали кучу всевозможных приспособлений для облегчения выполнения этих операций и их механизации. Краткий обзор таких приспособлений показывает, что все их многообразие можно свести к трем узкоспециализированным группам: приспособления для обдирки пробки и изготовления ручек (как правило это привод на основе электродрели), станки для намотки обмоток (ручные в виде простейших подставок для фиксации бланка во время намотки и механические, в которых бланк вращается от механического привода, управляемого при помощи педального регулятора) и станки для покрытия лаком обмоток (с тихоходным механическим приводом в 6 или 18 оборотов в минуту). В любом случае в основе станков лежит приспособление для горизонтального расположения бланка во время работы и механический привод с конкретными характеристиками по скорости вращения, создаваемому моменту и специфической конфигурацией органов управления (для механических станков).


Фото 1
"Фирменный" станок для сборки удилищ.

Фото 2
Тихоходный привод.

Большинству из перечисленных приспособлений при эпизодической сборке удилищ можно найти простой заменитель из подручных материалов в виде профильно разрезанной картонной коробки для подставки под бланк или токарного станка в соседней мастерской для изготовления пробковой рукоятки (хотя и эта операция делается довольно просто в домашних условиях при помощи электродрели и небольшого приспособления из шарикоподшипника с большим внутренним отверстием). Отдельно стоит остановиться на операции покрытия обмоток колец лаком. В процессе полимеризации лака на эпоксидной основе, которая длится несколько часов, на лакируемой поверхности медленно образуется подтек лака и для избежания этого необходимо периодически поворачивать бланк. Скорость вращения бланка довольно медленная (как и скорость образования подтека), а вращать приходится долго - до потери лаком текучести… Можно это делать и в ручную, но уж больно утомительно, поэтому это самое узкое место в технологической цепочке, которое в первую очередь требует механизации.

Основная идея станка.

Промучившись некоторое время с "ручным приводом" во время лакировки возникло желание его заменить… Первоначально мысль работала в стандартном направлении использовать электродвигатель, а необходимые обороты бланка (несколько оборотов в минуту) получить при помощи механического редуктора. От реализации этой задумки останавливало отсутствие готового редуктора с подходящими характеристиками и сложность и трудоемкость его самостоятельного изготовления в домашних условиях.

Переломный момент наступил, когда взор случайно упал на старый дисковод и узрел шаговый двигатель. Вот оно решение проблемы. Для вращения бланка использовать шаговый двигатель непосредственно на валу которого можно получить любую скорость вращения (из рабочих скоростей данного шагового двигателя) и эта скорость может легко меняться путем изменения параметров управляющих импульсных последовательностей. Тем самым решение проблемы получения малой скорости вращения переносится из механической плоскости в схемотехническую, а в домашних условиях это реализовать намного проще. Кроме того, за счет отсутствия сложной механики появилась возможность резко можно упростить конструкцию самого станка. Осталось только реализовать эту идею.

Шаговые двигатели (реальный взгляд).

Если в нескольких словах охарактеризовать, что из себя представляет шаговый двигатель, то получим что-то типа "электромеханического устройства с импульсным управлением имеющее дискретный угол поворота вала (шаг) в зависимости от количества и фазы управляющих импульсов, поданных на его обмотки". Шаг может составлять от нескольких градусов и выше. Шаговые двигатели широко применяются в различных устройствах автоматики и найти подходящий движок не проблема. Перепробовав кучу всевозможных двигателей были отобраны как "подходящие для реализации" шаговые двигатели от приводов головок старых 5-дюймовых FDD и HDD (Фото 3). Найти эти дисководы относительно несложно, т.к. еще совсем недавно они широко использовались в персоналках, а сейчас либо пылятся по загашникам, либо выбрасываются. Единственно, на что надо обратить внимание, так это на то, что в более поздних моделях 5-дюймовых FDD использовался шаговый двигатель с винтовым приводом, а он маломощен и не подойдет. Надо "взламывать" FDD с ленточным приводом (там как правило движок в виде кубика 40х40 мм). Другим "источником" шаговых двигателей можно порекомендовать старые 5-дюймовые HDD (ёмкостью 10-20 Мб), например ST225 - ST250. Из этих дисководов можно "позаимствовать" не только шаговый двигатель (более мощный, чем из FDD), но и еще парочку хороших деталей для изготовления патрона для фиксации бланка (Фото 4).


Фото 3
Шаговые двигатели от старых 5-дюймовых FDD и HDD.

Фото 4
Что можно использовать от 5-дюймового HDD (ST225 - ST250).

Для полноты картины следует кроме достоинств отметить и недостатки шаговых двигателей, основным из которых для нас является резкое падение мощности на валу при увеличении частоты управляющих импульсов. Экспериментально было определено, что используя вышеперечисленные двигатели реально получить скорость вращения бланка в 15 оборотов в минуту и медленнее. На некоторых движках удается получить 30 об/мин., но в любом случае мощности этих движков вполне достаточно для вращения бланка при лакировке. Второй отмеченный недостаток - эти движки в процессе работы греются и если для двигателей от FDD можно на это просто "закрыть глаза", то для более мощных двигателей от HDD необходимо предусмотреть меры по отводу тепла в виде радиатора или обдува воздухом от "компьютерного куллера". Более подробно на шаговых двигателях остановимся позже, а сейчас рассмотрим варианты состыковки бланка удилища с приводом.

Патроны (от простого к сложному).

Для фиксации бланка "фирмачи" используют либо трехкулачковые патроны с мягкими резиновыми губками (фото 5), либо чашкообразные патроны с эластичной диафрагмой, в отверстие которой вставляется бланк (фото 6). Оба эти варианта хоть и практичны в использовании, но довольно трудоемки в исполнении, поэтому рассмотрим как можно "отделаться малой кровью".

Самое простое решение - это использовать в качестве патрона цилиндрическую ёмкость от какого-либо подручного средства (банка, колпачок от аэрозоли и т.п.), а фиксацию бланка производить намотав на него полоску поролона и поместив этот конец бланка с поролоном в цилиндрическую емкость (фото 7). Фланец для крепления емкости на валу двигателя можно также сделать из подручных средств, например из заглушек от упаковок кабеля типа "витая пара" (фото 8).

Более "культурный" и более практичный патрон можно изготовить из ранее упоминавшихся деталей от 5-дюймового HDD. Разобрав узел крепления его "блинов" воспользуемся дюралевым кольцом и шайбой (фото 9) для изготовления патрона. Скрепив между собой эти шайбу и кольцо при помощи трех металлических стоек и нарезав в кольце три отверстия с резьбой М4 под фиксирующие винты мы получим аналог трехкулачкового патрона, в котором функции кулачков будут выполнять фиксирующие винты М4 (фото 10). Крепление этого патрона на валу двигателя можно выполнить "в натяг" или "на клею" изготовив фланец из плотного пенопласта.

Такая конструкция патрона имеет свои преимущества по сравнению с "фирменными патронами" и связано это со следующим. На "фирменных" станках производится лакировка обмоток на собранном удилище, т.е. вся конструкция имеет значительную длину в процессе работы, что мало заботит "фирмачей" с их вольготными производственными помещениями. В домашних условиях приходится работать на ограниченной площади, поэтому желательно по возможности сократить длину всей конструкции. Добиться этого можно проводя лакировку удилища не в собранном виде, а в разобранном т.е. воспользовавшись двумя приводами одновременно и зафиксировав в каждом из низ по одному колену удилища (для двухколенных бланков). При этом общая длинна рабочего станка существенно сокращается, но возникает вопрос с покрытием лаком участка обмотки на штекерном соединении. Т.к. этот участок расположен непосредственно рядом с торцом бланка, то зафиксировать бланк необходимо за пределами участка лакировки и в этом нам поможет вышеописанная конструкция патрона, если у него стягивающие стойки будут достаточной длинны.

Для исключения повреждения бланка при его фиксации винтами на бланк в районе фиксации можно сделать временную утолщающую подмотку из бумаги или изоленты, а можно и изготовить из резины колпачки на концы фиксирующих винтов - кому как больше нравится.


Фото 5
"Фирменный" трехкулачковый патрон для фиксации бланка.

Фото 6
"Фирменный" патрон с эластичной диафрагмой для фиксации бланка.

Фото 7
Простейшие самодельные патроны для фиксации бланка при помощи поролоновой вставки.

Фото 8
Патроны для фиксации бланка из подручных материалов.
Обойма патрона - крышка от аэрозольного баллончика, фланец - заглушка от упаковки кабеля "витая пара".

Фото 9
Шайба и кольцо от крепления "блинов" 5-дюймового HDD.

Фото 10
Самодельный патрон из деталей от HDD.

Если "не повезло" разобрать HDD и есть возможность связаться с токарем, то можно изготовить патрон по чертежам, приведенным на рис.1 (фото 11). Для станка потребуются два таких патрона, различающихся своей длиной (один более длинный для крепления колена бланка с обмоткой на штекерном соединении, второй - для крепления второго колена).


Рис.1
Патрон для фиксации бланка.


Фото 11
Патрон, изготовленный по чертежу (рис.1)

Фото 12
Двухмоторный привод станка в сборе.

Конструкция станка (привод).

Основу станка составляет двухмоторный привод (фото 12) к которому крепятся две трубчатые направляющие по которым происходит перемещение подвижной опоры. Чертежи двухмоторного привода и отдельных его деталей показаны на рис.2.

Конструктивно привод состоит из двух прямоугольных пластин из оргстекла, скрепленных между собой четырьмя дюралевыми стойками. На передней пластине закреплены два шаговых двигателя. В пластинах внизу по углам имеются два отверстия, в которые вставляются трубчатые направляющие. К задней пластине прикреплена накладка, служащая для фиксации трубчатых направляющих относительно привода при помощи барашков. Внутри привода размешен блок управления шаговыми двигателями и блок питания.


Рис.2
Двухмоторный привод станка.

Подвижная опора бланка.

Для горизонтального размещения бланка в процессе работы ему необходимо как минимум две точки опоры, одной из которых в нашем случае является патрон привода. В качестве второй точки опоры используется подвижная опора, которая может передвигаться по трубчатым направляющим и тем самым создать вторую точку опоры на участке бланка, свободном от обмотки и не требующем лакировки. Чертежи подвижной опоры и отдельных ее составляющих показаны на рис.3, а внешний вид на фото 13. Опора представляет из себя две разнесенные пластины, которые связаны между собой при помощи двух дюралевых стоек. По краям пластин имеются отверстия через которые пропускаются трубчатые направляющие. К одной из пластин прикреплена профильная пластина из фторопласта, на вырезы в которой непосредственно и опирается бланк во время работы. Изготовив две таких опоры можно их использовать отдельно без привода для выполнения операций крепления пропускных колец раз и навсегда забыв о всевозможных картонных коробках для изготовления подставок. Третий (центральный) вырез во фторопластовой пластине предназначен для увеличения "вместимости" конструкции при работе без привода. Вместо фторопластовой пластины можно изготовить и "классический" деревянный вариант покрыв треугольный вырез войлочной полоской (для исключения повреждения бланка в точке соприкосновения бланка и опоры, но следует помнить, что со временем войлок будет засаливаться… Можно при желании и возможности сделать и роликовую опору с шарикоподшипниками, впрессовав их в пластиковые шайбы (фото 14), но это более трудоемко, хотя и более профессионально.


Рис.3
Каретка станка.


Фото 13
Каретка станка

Фото 14
Вариант каретки станка с роликовой опорой на подшипниках.

Трубчатые направляющие.

Основное назначение этих направляющих - взаимно сориентировать между собой привод и опору бланка в процессе работы станка. Исходным материалом для их изготовления могут служить любые жесткие трубки диаметром 16 - 20 мм и длиной около 1,2 м (можно воспользоваться стеклопластиковыми лыжными палками или подобрать подходящие трубки в хозяйственном магазине). Почему именно трубки? Потому, что получить круглое отверстие в пластинах привода станка и каретки гораздо проще, чем отверстие другой формы. С целью взаимозаменяемости тубки должны быть одного диаметра. В один конец трубки вклеивается на эпоксидке болт М6, при помощи которого эта трубка и фиксируется в приводе станка.

Для вклейки болта изготавливается простейшая оправка (фото 15) из двух пластиковых пластин. В этих пластинах сделаны соосные отверстия с диаметром 6 мм в одной и диаметром трубки - в другой пластине. Пластины собираются в пакет и на внутреннюю поверхность отверстий наносится слой восковой мастики для пола. Далее на болт М6 навинчивается гайка, болт вставляется в отверстие и с другой стороны фиксируется второй гайкой. Разводится эпоксидка, трубка вставляется в приспособление (так, чтобы головка болта и гайка оказались внутри трубки) и эпоксидка заливается внутрь трубки через второй, свободный конец. Вся конструкция (трубка и приспособление) разворачивается вертикально и оставляется до полной полимеризации эпоксидки. Потом отвинчиваем фиксирующую гайку и снимаем приспособление. Получаем торец трубки с соосно вклеенным болтом, как на фото 16.


Фото 15
Приспособление для заделки торцов направляющих трубок.

Фото 16
Заделанный конец направляющей трубки.

Блок управления (возвращаясь к шаговым двигателям).

Вернемся теперь к шаговым двигателям и рассмотрим возможные варианты схемотехнических решений блока управления. Все многообразие шаговых движков от FDD и HDD по своей конструкции может иметь две или больше внутренних обмоток. Нас интересуют в первую очередь двухобмоточные двигатели, т.к. для них проще сформировать необходимую фазовую последовательность управляющих импульсов. При внешнем осмотре подсчитаем количество выходящих из двигателя проводов. Если их четыре, пять или шесть, то такой движок нам подойдет и он будет иметь одну из трех, показанных на рис.4 распаек обмоток. Замерив тестером сопротивление обмоток мы можем уточнить, где находится у нее начало (или конец), и где выход средней точки (для схем “a” и “b” на рис.4).


Рис.4
Наиболее часто встречающиеся варианты распайки шаговых двигателей от FDD и HDD.

Управляющие последовательности импульсов для движков с пятью и шестью выводами однотипны и для них можно использовать схему управления с четырьмя ключевыми каскадами, построенными на транзисторах. В случае четырехвыводного варианта шагового двигателя потребуется другое схемотехническое решение в котором в качестве выходных каскадов целесообразно использовать специализированную микросхему, специально разработанную для управления шаговыми двигателями.

Определившись с распайкой нашего двигателя перейдем к рассмотрению конкретных вариантов схем управления.

Вариант простой схемы управления, позволяющий менять скорость вращения движка и предназначенной для управления двухобмоточными вариантами двигателей, имеющих отводы от средних точек обмоток (“a” и “b” на рис.4) показан на рис.5. Блок управления состоит из задающего генератора, счетчика-делителя, схемы формирования фазовых последовательностей, выходных ключевых каскадов и стабилизатора напряжения.


Рис.5
Простая схема управления привода станка с шаговыми двигателями от FDD.
(для двигателей с распайкой a,b см. Рис.4)

В блоке управления цифровая часть построена на КМОП микросхемах серии К561, хотя можно воспользоваться микросхемами КМОП и других серий, подобрав соответствующие функциональные аналоги. При помощи переключателя SW1 можно переключать скорость движения двигателя от нескольких десятков оборотов в минуту до единиц оборотов в минуту. Шаговые двигатели в этой схеме имеют параллельное включение и управляются при помощи ключевых каскадов на транзисторах VT1-VT4. Учитывая то, что в рабочем режиме через эти каскады может протекать ток значительной величины (до 1 А в зависимости от применяемых двигателей) при замене этих транзисторов на другие следует проверить их соответствие предельно допустимому току. Выходные каскады питаются от нестабилизированного источника питания напряжением 12 В. От этого же источника через встроенный интегральный стабилизатор (DA1) на напряжение 5-6 В (в нашем случае 6В) происходит питание цифровой части блока управления. Изменить частоту импульсов, а следовательно и скорость вращения двигателя, в довольно широких пределах можно изменив номинал емкости C1 в задающем генераторе.

Второй вариант схемы блока управления показан на рис.6 и отличается от вышерассмотренного наличием возможности переключения направления вращения двигателей (переключатель SW2).


Рис.6
Схема управления привода станка с шаговыми двигателями от FDD с возможностью реверса.
(для двигателей с распайкой a,b см. Рис.4)

Третий вариант схемы блока управления (рис.7) предназначен для работы с двухобмоточнми шаговыми двигателями без дополнительных отводов от средних точек обмоток (такие двигатели часто попадаются в HDD). Этот блок управления имеет более широкие функциональные возможности и позволяет осуществить независимое переключение скорости и направления вращения для каждого из двигателей. От рассмотренных ранее в этом блоке управления формируется фазовая последовательность управляющих импульсов другой формы, необходимой для работы шаговых двигателей с такой распайкой обмоток. Кроме того в качестве ключевых каскадов использована специализированная микросхема КР1128КТ4, специально разработанная для управления шаговыми двигателями. Вместо микросхемы можно естественно собрать управляющие ключевые каскады и на отдельных транзисторах, но в этом случае схемотехника резко усложняется (одна эта микросхема заменяет 8 транзисторов средней мощности, не считая других необходимых элементов).


Рис.7
Схема управления привода станка с шаговыми двигателями от HDD с возможностью реверса.
(для двигателей с распайкой c см. Рис.4)

Из других особенностей данного блока управления необходимо отметить применение переключателей (SW2) на три положения т.е. со средней точкой. Крайние положения этого переключателя позволяют осуществить вращение двигателя в прямом или обратном направлении, а при среднем (нейтральном) положении на управляющие ключевые каскады микросхемы подается сигнал их блокировки и двигатель полностью отключается от питающего напряжения (тем самым в состоянии покоя его мощность потребления оказывается существенно сниженной).

Для питания всех трех рассмотренных вариантов блоков управления используется нестабилизированный блок питания на напряжение 12 В и ток около 1 А. Схемотехника таких источников широко известна и здесь не приводится. При сохранении достаточного момента на валу двигателя питающее напряжение этого блока питания можно снизить до 9 В, а в случае необходимости увеличения момента – немного повысить… Следует только помнить, что питание от повышенного напряжения приводит к увеличению мощности, рассеиваемой на корпусе двигателя и может потребоваться принять специальные меры к его охлаждению.

Рассмотренные выше варианты блоков управления не являются единственно возможными и приведены здесь только в качестве рабочих примеров, проверенных на практике. В зависимости от конкретной потребности в тех или иных управляющих функциях блока управления на цифровой базе можно реализовать блок управления любой сложности, но это уже совсем другая тема…

В продолжение темы.

Используя вышеописанные принципы можно собрать станок и не руководствуясь приведенными здесь чертежами, а по своим потребностям и "габаритам". Естественно, это придется делать в любом случае, если в вашем распоряжении оказались шаговые двигатели в другими габаритами и установочными размерами. На фото 17 показан вариант станка, собранного на шаговых двигателях от HDD ST225. Внешний вид привода станка с зафиксированными бланками показан на фото 18. Как видно из фото, его конструкция отличается от вышеописанной и вызвано это тем, что тут потребовалось охлаждение движков при их питании от напряжения 12 В. Конструктивно это выполнено следующим образом. Двигатели крепятся к алюминиевой пластине на металлических стойках таким образом, что между ними и пластиной есть зазор в 5 мм. За двигателями в пластине сделаны круглые отверстия и непосредственно к пластине прикреплены два вентилятора на 12 В (от компьютера). Вентиляторы дуют непосредственно в торец двигателей и тем самым существенно снижают их температуру во время работы.


Фото 17
Вариант станка с шаговыми двигателями от HDD.

Фото 18
Фиксация бланка в приводе станка.

Вместо заключения.

Если Вы дочитали до этого места, то данная тематика Вас наверняка заинтересовала. Все вышеизложенное проверено на практике и является неким подведением итогов многочисленных раздумий и экспериментов. Кто то наконец соберется с силами с сделает самостоятельно себе станок по прилагаемым чертежам. Для других они могут стать отправной точкой для разработки самостоятельных схемных и конструктивных решений. Просто я хотел показать, что возможно изготовление из подручных материалов и простыми средствами устройства, которое мало чем по рабочим характеристикам отличается от "фирменных" станков, а местами и превосходит их. Это особенно актуально, если вспомнить, что "фирменный" станок такого класса стоит несколько сотен $ (не считая стоимости его заказа и доставки в Россию).

В любом случае я могу пожелать всем дерзнувшим на самостоятельное изготовление таких приспособлений только удачи.

Если же Вы не можете решиться на это, но у Вас есть необходимость в таком приспособлении, то возможно изготовление на заказ. Напишите об этом по
e-mail и сформулируйте Ваши требования к станку. Мы обо всем договоримся.

Copyright © 2002 by Victor Vlasenko
Изменен 29.08.2002