手工製作微型鑽孔機

這是一根0.1毫米的鑽頭 粗細只有牙刷毛的一半 其實它小到最好用掃描電子顯微鏡來看 大家能看到這個鑽頭我用過 所以尖端有些磨損 但我真正想展示的是這個鑽頭有多麼精巧 太不可思議了 這種鑽頭可不能直接裝在臺鑽上用 一用就斷 那這種微型道具到底該怎麼用呢 當然你可以花大價錢買專用設備 比如低跳動的高速主軸 但我想試試 就用我這間還算湊合的 微型機械工作室裏現有的工具 自己動手做一個 去年我搞到了一臺小洗牀 一直在Patreon上翻新它 想用它來幫我完成未來計劃的一些項目 我就想與其從零開始造一整臺洗牀 不如就拿它當基礎 給它做一個精密鑽孔附件裝上 這樣更合理 咱們直接切入正題 我會一邊操作一邊給你講清楚 這個部件會固定在洗牀主軸上 用來安裝其他零件 比如帶動鑽頭上下運動的連桿機構 測量鑽孔深度的指示表 還有用來精確設定 鑽頭上下形成極限的千分尺檔塊 原則上 這裝置只需在鑽頭旋轉時 讓它上下移動就行 但實際上這比聽起來要難得多 因為在這麼小的尺度上 對精度的要求非常高 舉個例子 一個高質量鑽夾頭 跳動量通常在30到50微米 比如用一根很常見的6毫米鑽頭 跳動量還不到鑽頭直徑的1% 但鑽0.1毫米的孔時 這個跳動量就接近直徑的一半了 你可以想象一下 用跳動量2、3毫米的鑽頭 去鑽6毫米的孔 根本鑽不了 更難的是 我們還得精準控制鑽頭施加的力度 現代數控機牀幾乎都採用位置控制 但我們手動鑽孔時 控制的通常是力度 想想你是怎麼用手鑽或抬鑽的 你並不是以某個固定速度來移動鑽頭 而是根據以往經驗施加一個特定的力 原理完全一樣 只不過這裡用的力不是幾十幾百牛頓 而是大約0.1牛頓 這就是我想出來的辦法 首先把仿形夾頭裝進洗牀主軸裡 它通過旋轉與一個副主軸偶合 但這個副主軸可以在仿形夾頭內上下滑動 這個主軸上裝有一個超高精度的跳動補償鑽夾頭 我設計了一個平衡連桿 能為0.1毫米到2毫米的微型鑽頭 提供最佳的力度和位移控制 它通過一個深鉤球軸承連接到鑽夾頭 用來承受推力 手柄我用的是Ti64 就是為了減重 理論是這樣的 手柄離平衡點最遠 所以減輕這裡的重量 比減輕卡盤附近的重量更關鍵 這比鋼手柄真的更實用嗎? 不會 配重塊只需要加重30克 但我想要鈦合金手柄 這個零件的末端需要鑽孔公司 才能裝上鈦合金手柄 正好借這個機會給大家展示一下 這臺機器為什麼這麼萬能 我可以把主軸和垂直支架拆下來 然後把主軸裝回 剛才拆下垂直支架的那個孔裡 這樣就能把它變成一臺臥室洗牀 這樣我就能加工長弓箭了 比如那些在傳統結構裡 需要工作臺和主軸之間 留出很大空間的零件 你看 如果在我這臺普通洗牀上 做同樣的操作 就得把機頭升得很高才行 光銅連桿 把兩個主體部件連起來 這個附件的主體部分就完成了 剛開始做這個裝置的時候 我忽略了一個現在看來挺明顯的問題 就是滾珠軸承的工作原理 我費了好大功夫加工了一個軸承座 裝了兩個軸承 還做了預警 就為了消除鏡像和軸像的竄動 結果到頭來發現 這軸承座本身就沒固定好 鏡像剛性全靠副主軸 跟那個假夾頭的配合撐著 我還是決定先繼續 反正已經陷這麼深了 後面我會再回來改 所以視頻後面你會看到這個改動 我發現套筒很適合用來當軸承沖頭 理想情況下最好用銅面錘 這樣不會損傷套筒 但可惜拍這段視頻的時候我手邊沒有 所以接下來你們會看到我虐待套筒的畫面 先道個歉了 我用穹通做了個假夾頭 因為它耐磨 我做了個手擰螺絲 來提供多餘的預警力調節 並在上面鑽了橫孔 用來裝一個頂絲把它鎖緊到位 主軸是那種特別關鍵的部件 我喜歡慢慢來,把它做仔細 我讓它跟假夾頭一起轉動的辦法 是用了一個消槽機構 效果不錯 只是開槽加工讓主軸產生了輕微彎曲 雖然只有幾微米 但也許用更傳統的建槽方式會更好 就像我之前說的 最關鍵的一點就是要保證同心度 通常來說 筒夾是實現同軸度的最佳選擇 但也要考慮便利性 所以我最後還是選了鑽夾頭 有幾個選擇 但我手頭能用的 要麼是4毫米的Jacob's夾頭 要麼是3毫米的Albrecht 我選了Albrecht 因為它不用扳手 而且精度其實比Jacob's夾頭更高 我這個Albrecht的夾頭是二手的 買二手總歸有點風險 你看這卡爪看著好像沒對齊 但我實際一測 精度簡直好得讓人不敢相信 但當我裝上假軸 夾頭和主軸後 跳動簡直糟透了 接下來的一週 我都在撓頭 拼命想找出問題出在哪 診斷這麼困難 就是因為故障時好時壞 根本不固定 有時候還行 有時候偏得肉眼可見 我重新做了主軸 還拆掉了一個多餘的軸承 讓卡盤更靠近洗牀主軸 這麼做稍微好了一點 但顯然不是問題的根源 我把主軸驅動梟 從夾夾頭裡拆下來 你看 如果我只靠夾夾頭和主軸之間的摩擦力 來驅動主軸 偏差會非常大 但如果我握住軸承再轉動主軸 精度就非常高 由此可以推斷 卡盤沒問題 我主軸加工得也不錯 這說明 洗牀主軸偏了 或者那個夾夾頭偏了 但奇怪的是 我打表測它內孔 跳動是好的 那這到底是怎麼回事 那段時間我試了各種辦法 比如重新打磨洗牀主軸 調整拉桿扭矩 改變夾夾頭的槽口尺寸 直到最後終於搞明白了 這個問題其實很難發現 除非你知道自己在找什麼 所以才花了我這麼長時間 但你看看這 洗牀主軸上的那個夾頭定位銷 看起來像是已經損壞了 但它還算完整 感覺跟夾頭配合得還行 我把洗牀主軸拆開 取出救銷釘 重新做了一個 然後一切就順利運轉了 現在我來演示一下這有多厲害 接下來你將看到 我實時鑽一個0.1毫米 深1.8毫米的孔 一刀不剪 想想這個深近比 就知道這測試有多極限了 這相當於鑽一個6毫米的孔 深度超過100毫米 是標準麻花鑽長度的兩倍 順便說一下 主軸正以每分鐘4000轉的 最高速度運行 這比最佳轉速慢得多 但更重要的是 鑽頭是同心旋轉的 在這個鏡頭裏 你能看到火柴頭旁邊 有個0.1毫米的小孔 再往下還有個0.3毫米的孔 這個配件我用起來簡直太享受了 一部分原因當然是因為這是我自己做的 但更重要的是 我現在能清晰感覺到0.1毫米的鑽頭 這種感覺以前從來沒有過 不過,如果我想鑽更大的孔 比如2毫米的 我依然能通過連桿機構 精準地控制所需的力度 再大一點的孔 用普通臺鑽或者尺條進給 就能輕鬆搞定 所以這塊我倒不擔心 我想看看能把它做到多小 於是給自己出了個難題 在一根硬鋼絲的端面上 沿圓周鑽6個0.1毫米的孔 這根鋼絲的直徑只有回形針的一半 給你個參照 如果你視力特別好 不放大也勉強能看到那6個孔 但我真正想看的 不僅僅是這些孔洞的位置 還有它們內壁上的那些表面細節 我覺得用光學顯微鏡很難做到這一點 但多虧了南安普頓的DIU 我們就不用擔心了 我用掃描共聚焦顯微鏡拍了圖像 一眼就能看出這些孔在PCD上的位置不太對 我算出的定位誤差標準差是8微米 我覺得這不算差 但說實話我本來希望能更好一點的 所以我以後還得再下點功夫 把這個精度提上去 不過我對這些孔本身的質量非常滿意 這些孔非常遠 鑽頭進入金屬的地方幾乎看不到任何偏移 不過如果你湊近仔細看 還是能發現一絲絲的 而且重點是孔內的表面光截度好的驚人 不過越往深處光截度會稍微差一點 接下來我們