Электронный микроскоп в гараже. Токарная мастерская
Из вакуумщиков — в токари
Для восстановления и модернизации такого рода аппаратов (SEM, TEM и прочих вакуумных приборов) просто жизненно необходимо изготовление всяких нестандартных переходников, заглушек, держателей, приводов и манипуляторов. Конечно, если купить новый микроскоп от дилера, то они всё запустят, и будут проводить ежегодное обслуживание «под ключ». Но во-первых, цена этого удовольствия выходит из бюджета любого гаража, а во-вторых, это достаточно скучно.
Например, в случае с нашим микроскопом — в нём вообще нет ни одного стандартного вакуумного соединения: KF или CF. Поэтому любой вакуумный прибор из магазина подключить просто так не удастся. И единственно верным решением будет изготовление переходников на стандартные KF-фланцы.
С тем, как работает форвакуумный насос мы разобрались в прошлой статье. Теперь надо всё это подключить. Но даже если изготовить тройник, то понадобится ещё штуцер на форвакуумный насос, чтобы одеть вакуумный шланг. И самое главное: в колонне есть несколько отверстий, которые необходимо закрыть прежде, чем испытать удовольствие от полученного в ней вакуума.
Прикинем список того, что нужно сделать:
- Тройник для подключения двух форвакуумных входов к одному насосу
- Переходник на вакуумный насос
- Заглушка для датчика вторичных электронов (датчик кем-то снят на запчасти)
- Два переходника с проприетарного вакуумного разъёма JEOL на стандартный KF16 для подключения двух вакуумных датчиков на штатных местах (один оригинальный разбит, второй просто отклеился)
- Один переходник на KF25 для комбинированного датчика вакуума вблизи электронной пушки
- Пара штуцеров для компрессора
- Всякая мелочь
Купить это нельзя, всё индивидуальное. Можно начертить чертежи и заказать у токаря (ещё поискав хорошего токаря, т.к. там местами надо обеспечить хорошую точность). Но подгонять по месту не выйдет, а заранее всё предвидеть невозможно. Хочется попробовать, как лучше, как будет работать, как не будет. К тому же, у меня ещё много планов, чего можно сделать интересного и о чём вам рассказать.
Поэтому какой выбираем путь?
Конечно же изучить токарное дело! Как цитировали в комментариях к прошлой статье: засучить рукава дорого пиджака и вперёд, точить. Совершенно с нуля, я никогда даже и не видел токарного станка (в Бауманском многие проходят практику на кафедре металлообработки, но для разработчиков программного обеспечения сделали исключение, и в нашем учебном плане не было ни химии, ни металлообработки). Вооружаемся научным методом, и начинаем изучать предметную область.
В общем, есть два больших направления.
Первое — это станки с ЧПУ.
Второе — универсальные:
Если совсем по-простому, то станок с ЧПУ сам из заготовки, с помощью набора инструментов и программы создаёт нужную деталь. Другими словами, создание детали — это разработка программы, которую можно получить из 3D-модели, для этого есть соответствующее программное обеспечение. А на универсальных станках работает человек, и от его умения и мастерства зависит деталь, которую он сможет сделать.
Станок с ЧПУ имеет неоспоримое преимущество в двух случаях:
- серийный выпуск изделий
- сложная конфигурация изделия (например, гребной винт судна, или корпус модного гаджета)
Малый токарный станок
Чтобы как-то вникнуть в тему, я решил начать с малого и по-случаю приобрёл очень редкий и необычный токарный станочек Pilot L400, сделанный в Эскильстуне, Швеция. Редкий настолько, что эта статья будет второй во всём известном интернете, которая рассказывает про него. К этому станку в комплекте шла куча всего разного — делительная головка, координатный столик, синусный столик, часть сверлильного станка, резцы Sandvik, резцы японские, заготовки, и даже приспособления, предназначение которых я до сих пор не выяснил.
Для облегчения перевозки многие части сняли, включая патрон, поперечную подачу, резцедержку. Но суть на этой фотке видна: на деревянной тумбочке установлен этот станок. Сделан он хоть и давно, но очень аккуратно, и состояние просто идеальное (ржавчины нет вообще). Из необычностей, сразу бросившихся в глаза: его передняя бабка регулируется по высоте! Кучу фоток этого станка в похожей комплектации можно увидеть по ссылке выше.
Деревянный столик для токарного станка — это как-то несолидно. Поэтому для него был изготовлен из уголка новый стол. Двигатель заменён на гораздо более мощный советского производства, с частотным преобразователем Hyundai (в простонародье называемый частотником). Вообще, частотник делает работу на станках настолько удобнее, что я ещё вернусь к нему ниже по тексту. Очевидный недостаток — хорошие (на большую мощность) частотники стоят достаточно дорого.
Для увеличения максимального диаметра обрабатываемых деталей, рабочее положение передней бабки стало выше, и под резцедержку и заднюю бабку были изготовлены соответствующие проставки.
Были заменены подшипники шпинделя, выточен новый шкив для двигателя (на нём же, сам для себя запчасти точит станочек).
После всех переделок выглядит вот так: 
Точит вполне хорошо, и выручал многократно, даже реставрация большого станка (о чём ниже) выполнялась с помощью него. Но конечно мог бы быть жёстче. Большим отрезным резцом стальную заготовку невозможно отрезать, выгибает всё.
На этом станке я и начал вникать в токарное дело. Забегая вперёд скажу, что в связи с вводом в строй большого токарного, этот остался в резерве и сейчас используется очень редко.
Ресурсов для изучения основ работы на токарном станке сейчас очень много. Есть даже огромнейший форум, посвящённый этой тематике. Отмечу два видеоканала, которые оказались мне наиболее полезными:
Фрезерный станок НГФ
Что делать, если нужно изготовить деталь, которая не является телом вращения? Или же просто сделать плоскость на детали/заготовке? В проекте «Электронный микроскоп» нам такое точно понадобится. На помощь приходит фрезерный станок. Тоже начинаем с небольшого, и знатоки его знают по трём буквам НГФ: Настольный Горизонтальный Фрезерный станок. Фрезерные бывают вертикальные и горизонтальные, по расположению оси шпинделя. Сразу скажу, горизонтальные довольно специфичные, и в большинстве случаев требуются вертикальный фрезер. НГФ же универсальный — из горизонтального превращается в вертикальный установкой специальной головки. Сейчас всё увидите.
Станок этот учебный, их полно в классах труда советских школ. Поэтому удалось купить совершенно новый, простоявший много лет станок. К сожалению, фото сразу после покупки не сделал, поэтому нашёл из интернета похожее. То, что он новый — означает то, что в нём нет изношенных деталей. А вот плохо пришабренных деталей хватает. Покрашен унылой салатовой краской, вековая пыль, и окаменевшая смазка внутри. Разбираем всё на части, шкурим, красим, смазываем заново.
Но станок-то учебный, а значит предназначен для обучения, а не для реальных дел. Нужно доработать!
- Меняем подшипники в ВФГ (Вертикальная Фрезерная Головка) на более современные, смазываем всё хорошей смазкой.
- Разбираем продольную и поперечную подачи, устанавливаем туда подшипники качения, чтобы всё вращалось легко и непринуждённо (до этого там просто на трении всё основывалось, и из-за отсутствия автоподач процесс фрезерования становился слишком утомительным).
- Изготавливаем новый ходовой вал, который отвечает за перемещение по оси Z. Это позволяет расширить границы передвижения стола вниз (а это ох как нужно в этом станке)
- Пришабриваем ВФГ к станине так, чтобы не было люфта.
- Покупаем и устанавливаем современный цанговый патрон с набором цанг от 2 мм до 20 мм
На сегодняшний день станок в таком состоянии.
Этот фрезер выручил и продолжает выручать в трудных ситуациях. На нём сделано очень много всего интересного.
Большой токарный станок
На шведском токарном станке я получил бесценный практический опыт работы. Но у этого станка есть предел возможностей. Конуса (столь нужные для KF фланцев) точить не получается без дополнительного приспособления, нержавейку обрабатывать не получается, она для него слишком тверда, титан тоже не точится.
Всё удобно, небольшие размеры, точно и чётко, но… В общем начал потихоньку присматриваться к станкам побольше, почитал про ИЖ и прочие. Целенаправленно ничего не искал, просто следил за предложениями. И прочитал на форуме, что ребята привезли токарные станки С1Е61ВМ из ПТУ и продают по цене лома плюс им небольшое вознаграждение за доставку в Москву и работу.
Станков оказалось штук 10 или даже больше, и их действительно раскупали, как горячие пирожки. Приехали, посмотрели. Да, станки стоят в ряд, состояние — да, металлолом. Побитые, погнутые при погрузке, местами некомплектные. Я долго ходил туда-сюда, крутил ручки, естественно всё заедало из-за того, что испытало сильную деформацию.
И тут внимание привлёк самый невзрачный из всех экземпляр. Ржавый, с облупившейся краской, но полностью комплектный, включая патрон. Направляющие не заезженные, хоть и тронутые коррозией. И самое главное — он нигде не битый. Суппорт на месте, задняя бабка на месте, толстый слой масла за десятки лет работы предохранял от коррозии важные детали. Его и решили взять.
Вот, какой он был в тот момент, когда только привезли (заменил фон, а то зелёный станок на фоне зелёной травы не очень смотрелся).
И вот, во что он превратился в гараже: 
В нём также перебрали всё. Маслостанция, коробка подач, коробка передач. В передней бабке заменили все подшипники. Самый главный подшипник шпинделя оказался тронут ржавчиной, но даже при этом точность не страдала, а была проблема в излишней шумности. В любом случае всё это заменено на подшипники того же класса. Тоже самое коснулось и фартука станка. Был исправлен ряд небольших проблем, из-за которых, видимо, этот станок и мало использовался по-назначению. Например, не работал перебор, не включалась продольная подача и т.п.
Основной проект у нас — микроскоп, поэтому углублённо про восстановление станков могу рассказать подробнее при наличии интереса у читателей.
Но кое-что покажу. Например, вот как может старый трёхкулачковый патрон повышенной точности (на индикаторе самая правая значащая цифра — микроны):
(да, это частный случай, и на других диаметрах биение больше, но всё-равно токаря оценят).
Бюджет
- 20 тыс. руб — большой токарный станок
- (забыл сколько) — шведский токарный станок вместе с кучей всего остального
- 20 тыс. руб — фрезерный НГФ-110Ш4
- Бесплатно — немного резцов от разных людей. Но резцов всегда мало, пластинок к ним тоже (даже имея опыт, всё-равно иногда ломаются). Планирую найти ещё эльбор.
- Бесплатно — часовые индикаторы советские
Наверное, вы догадались, что всё это было сделано не за одну неделю и даже не за один месяц. Восстановление большого токарного станка из руин заняло достаточно много времени, и проще было найти рабочий станок типа 16К20 (но точность была бы ниже) или ИЖ. Но полученные знания того стоили.
Дальнейшее развитие
Если помечтать о будущем развитии, то кандидатами на замену становятся два настольных станка: малый токарный, т.к. функционально он не используется, и фрезерный НГФ.
В качестве замены НГФ может быть большой фрезерный, например 6Р12, или ещё лучше координатно-расточной 2А450. Он интересен тем, что дискретность позиционирования стола в нём составляет 0.001 мм, за счёт применения специальной оптической шкалы.
Если только не будет большого интереса к превращению процесса восстановления станка в отдельный видео-проект, то я бы не стал больше рассматривать варианты из металлолома. Тоже самое касается и шлифовального, если он вдруг понадобится.
Тем не менее, сейчас у нас есть всё (и инструменты и навыки) для того, чтобы изготавливать детали произвольной сложности для микроскопа и сопутствующих проектов.
С этого и начнём в следующей серии!
P.S. Узнав о моём интересе, один университет предложил забрать станки, которые им больше не нужны, в связи с приобретением новеньких ЧПУ-станков. Например, один из них — вот такой фрезер:
Но, выяснилось, что за то время, пока они там стояли, помещение успели перестроить так, что вытащить их без разрушения стены здания невозможно (или точнее, вытаскивать их по-кусочкам через длинный коридор будет стоить слишком дорого). Поэтому не сложилось.
