Условием выполнения профессиональных работ по дереву является наличие . Имеющиеся в продаже дороги и не всем «по карману». Поэтому многие изготавливают их своими руками, экономя деньги и получая от созидательного процесса удовольствие.
Имеется два варианта изготовления мини станочков для :
- приобретение набора деталей и его изготовления (наборы Моделист стоимостью от 40 до 110 тысяч рублей);
- сделать его своими руками.
Рассмотрим изготовление фрезерных мини станков с ЧПУ своими руками.
Выбор конструктивных особенностей
Перечень действий при разработке, изготовлению мини устройства для фрезерования по дереву следующий:
- Первоначально нужно определиться о каких работах идёт речь. Это подскажет, какие габариты и толщины деталей можно будет на нём обрабатывать.
- Сделать компоновку и предполагаемый перечень деталей на самодельный настольный станочек для изготовления своими руками.
- Выбрать программное обеспечение по приведению его в рабочее состояние, чтобы он работал по заданной программе.
- Приобрести нужные компоненты, детали, изделия.
- Имея чертежи, сделать своими руками недостающие элементы, собрать и отладить готовое изделие.
Конструкция
Самодельный станок состоит из следующих основных частей:
- станины с размещенным на ней столом;
- суппортов, имеющих возможность перемещения режущей фрезы в трех координатах;
- шпинделя с фрезой;
- направляющих по перемещению суппортов и портала;
- блока питания, обеспечивающего электроэнергией двигатели, контроллер или плату коммутации с использованием микросхем;
- драйверов для стабилизации работы;
- пылесоса для сбора опилок.
На станине устанавливают направляющие для перемещения портала по оси Y. На портале размещены направляющие для перемещения суппорта по оси X. Шпиндель с фрезой крепится на суппорт. Он двигается по своим направляющим (ось Z).
Контроллер и драйвера обеспечивают автоматизацию работы станка с ЧПУ за счёт передачи команд на электродвигатели. Использование программного комплекса Kcam позволяет использовать любой контроллер и обеспечивает управление двигателями в соответствии с внесённым в программу чертежом детали.
Конструкцию надо сделать жесткой, чтобы противостоять возникающим при работе рабочим усилиям и не приводить к вибрациям. Вибрации приведут к понижению качества получаемого изделия, поломке инструмента. Поэтому размеры крепежных элементов должны обеспечивать монолитность конструкции.
Самодельный фрезерный станок с ЧПУ используют для получения объёмного 3D изображения на деревянной детали. Она крепится на столе данного устройства. Его можно использовать и как гравировальный. Конструкция обеспечивает перемещение рабочего органа - шпинделя с установленной фрезой в соответствии с заданной программой действий. Перемещение суппорта по осям Х и Y происходит по шлифованным направляющим с применением шаговых электродвигателей.
Перемещение шпинделя по вертикальной оси Z позволяет изменять глубину обработки на создаваемом рисунке по дереву. Для получения рельефного рисунка 3D нужно сделать чертежи. Желательно использовать различные виды фрез, которые позволят получить лучшие параметры отображения рисунка.
Подбор комплектующих
Для направляющих применяют прутки из стали D = 12 мм. Для лучшего перемещения кареток они шлифуются. Длина их зависит от размера стола. Можно использовать закаленные стержни из стали от матричного принтера.
Шаговые двигатели можно использовать оттуда же. Их параметры: 24 В, 5 А.
Фиксацию фрез желательно обеспечить цангой.
На самодельный фрезерный мини станок лучше использовать блок питания заводского изготовления, так как от него зависит работоспособность.
В контроллере нужно использовать конденсаторы и резисторы в корпусах SMD для поверхностного монтажа.
Сборка
Чтобы собрать самодельный станок для фрезерования 3D детали по дереву своими руками нужно сделать чертежи, подготовить необходимый инструмент, комплектующие, изготовить недостающие детали. После этого можно приступать к сборке.
Очередность сборки своими руками мини станка с ЧПУ с обработкой 3D складывается из:
- направляющие суппортов устанавливают в боковины вместе с кареткой (без винта).
- каретки перемещают по направляющим до тех пор, пока их ход не станет плавным. Тем самым производится притирка отверстий в суппорте.
- затяжки болтов на суппортах.
- крепления сборочных единиц на станке и установка винтов.
- установки шаговых двигателей и соединения их с винтами при помощи муфт.
- контроллер выделен в отдельный блок для уменьшения влияния на него работающих механизмов.
Самодельный станок с ЧПУ после сборки обязательно должен быть опробован! Тестирование 3D обработки проводится посредством использования щадящих режимов для выявления всех неполадок и их устранения.
Работа в автоматическом режиме обеспечивается программным обеспечением. Продвинутые пользователи компьютеров могут использовать блоки питания и драйверы к контроллерам, шаговым двигателям. Блок питания преобразует поступающий переменный (220 В, 50 Гц) в постоянный ток необходимый для питания контроллера и шаговых двигателей. Для них управление станком с персонального компьютера проходит через порт LPT. Рабочими программами являются Turbo CNC и VRI-CNC. Для подготовки необходимых для воплощения в дерево рисунков используют программы графических редакторов CorelDRAW и ArtCAM.
Итоги
Самодельный мини фрезерный станок с ЧПУ для получения 3D деталей прост в управлении, обеспечивает точность и качество обработки. При необходимости сделать более сложные работы нужно использовать шаговые электродвигатели большей мощности (например: 57BYGH-401A). В этом случае для перемещения суппортов нужно для вращения винтов использовать зубчатые ремни, а не муфту.
Установку блока питания (S-250-24), платы коммутации, драйверов можно сделать в старом корпусе от компьютера, доработав его. На нём можно установить красную кнопку «стоп» для аварийного отключения оборудования.
Для изготовления объемного рисунка на деревянной поверхности применяются заводские фрезерные станки с ЧПУ по дереву. Сделать аналогичную мини-модель своими руками в домашних условиях сложно, но возможно при детальном изучении конструкции. Для этого необходимо разобраться со спецификой, правильно подобрать комплектующие и выполнить их настройку.
Принцип работы фрезерного станка
Современное деревообрабатывающее оборудование с блоком числового программного управления предназначено для формирования сложного рисунка по дереву. В конструкции должна присутствовать механическая электронная часть. В комплексе они позволят максимально автоматизировать процесс работы.
Для изготовления настольного по дереву своими руками следует ознакомиться с основными компонентами. Режущим элементом является фреза, которая устанавливается в шпиндель, расположенный на валу электродвигателя. Эта конструкция крепится на станину. Она может перемещаться по двум осям координат – x; y. Для фиксации заготовки необходимо сделать опорный столик.
Электронный блок управления соединяется с пошаговыми двигателями. Они обеспечивают смещение каретки относительно детали. По такой технологии можно сделать 3D рисунки на деревянной поверхности.
Последовательность работы мини-оборудования с ЧПУ, который можно изготовить своими руками.
- Написание программы, согласно которой будет выполнена последовательность перемещений режущей части. Для этого лучше всего использовать специальные программные комплексы, предназначенные для адаптации в самодельных моделях.
- Установка заготовки на стол.
- Вывод программы в ЧПУ.
- Включение оборудования, контроль за выполнением автоматических действий.
Для достижения максимальной автоматизации работы в 3D режиме потребуется правильно составить схему и выбрать соответствующие комплектующие. Специалисты рекомендуют изучить заводские модели, прежде чем сделать мини-фрезерный станок своими руками.
Для создания сложных рисунков и узоров на деревянной поверхности понадобится несколько видов фрез. Некоторые из них можно сделать самостоятельно, но для тонкой работы следует приобрести заводские.
Схема самодельного фрезерного станка с числовым управлением
Самым сложным этапом является выбор оптимальной схемы изготовления. Она зависит от габаритов заготовки и степени ее обработки. Для домашнего использования желательно изготовить настольный , сделанный своими руками, который будет иметь оптимальное число функций.
Оптимальным вариантом является изготовление двух кареток, которые будут двигаться по осям координат x; y. В качестве основания лучше всего использовать стальные шлифованные прутки. На них будут монтироваться каретки. Для создания трансмиссии необходимы шаговые электродвигатели и винты с подшипниками качения.
Для максимальной автоматизации процесса в конструкции мини-фрезерного станка с ЧПУ по дереву, сделанного своими руками, необходимо детально продумать электронную часть. Условно она состоит из следующих компонентов:
- блок питания. Необходим для подачи электроэнергии на шаговые электродвигатели и микросхему контроллера. Зачастую используют модель 12в 3А;
- контроллер. Он предназначен для подачи команд на электродвигатели. Для работы мини-фрезерного станка ЧПУ, изготовленного своими руками, достаточно простой схемы для контроля функционирования трех двигателей;
- драйвер. Также является элементом регулирования работы подвижной части конструкции.
Преимуществом этого комплекса является возможность импортирования исполняемых файлов самых распространенных форматов. С помощью специального приложения можно составить трехмерный чертеж детали для предварительного анализа. Шаговые двигатели будут работать с определенной частотой хода. Но для этого следует внести технические параметры в программу управления.
Выбор комплектующих для фрезерного станка с ЧПУ
Следующим этапом является выбор компонентов для сборки самодельного оборудования. Оптимальным вариантом является использование подручных средств. В качестве основы для настольных моделей 3D станка можно использовать дерево, алюминий или оргстекло.
Для правильной работы всего комплекса необходимо разработать конструкцию суппортов. Во время их движения не должно возникать колебаний, это может привести к неточному фрезерованию. Поэтому перед сборкой все компоненты проверяются на совместимость друг с другом.
- направляющие. Используются стальные шлифованные прутки диаметром 12 мм. Длина для оси x составляет 200 мм, для y — 90 мм;
- суппорт. Оптимальным вариантом является текстолит. Обычный размер площадки — 25*100*45 мм;
- шаговые двигатели. Специалисты рекомендуют использовать модели от принтера 24в, 5А. В отличие от приводов дисковода они имеют большую мощность;
- блок фиксации фрезы. Его также можно сделать из текстолита. Конфигурация напрямую зависит от имеющегося инструмента.
Блок питания лучше всего собрать заводской. При самостоятельном изготовлении возможны ошибки, которые впоследствии отразятся на работе всего оборудования.
Порядок изготовления фрезерного станка с ЧПУ
После выбора всех компонентов можно сделать настольный мини фрезерный станок с ЧПУ по дереву самостоятельно своими руками. Предварительно еще раз проверяются все элементы, выполняется контроль их размеров и качества.
Для фиксации элементов оборудования необходимо использовать специальные крепежные детали. Их конфигурация и форма зависят от выбранной схемы.
Порядок действий по сборке настольного мини оборудования с ЧПУ по дереву с функцией 3D обработки.
- Монтаж направляющих суппорта, их фиксация на боковых частях конструкции. Эти блоки еще не устанавливаются на основание.
- Притирка суппортов. Их необходимо двигать по направляющим до тех пор, пока не получится плавный ход.
- Затяжка болтов для фиксации суппортов.
- Крепление компонентов на основание оборудования.
- Монтаж ходовых винтов вместе с муфтами.
- Установка ходовых двигателей. Они крепятся к винтам муфт.
Электронная часть располагается в отдельном блоке. Это способствует уменьшению вероятности сбоя в работе во время функционирования фрезера. Также важным моментом является выбор рабочей поверхности для установки оборудования. Она должна быть ровная, так как в конструкции не предусмотрены болты регулировки уровня.
После этого можно приступать к пробным испытаниям. Сначала рекомендуется задать несложную программу фрезерования по дереву. Во время работы необходимо сверять каждый проход фрезы — глубину и ширину обработки, в особенности это касается 3D режима.
В видеоматериале показан пример как собрать большой фрезерный станок с ЧПУ, изготовленный своими руками:
Примеры чертежей и самодельных конструкций
Для того чтобы выполнить объемный рисунок на деревянной поверхности, обычно используются заводские фрезерные станки. Но сделать такую мини-модель самостоятельно вполне возможно, однако для начала необходимо ознакомиться с конструкцией. В основу может лечь запчасть от принтера, который можно приобрести за копейки.
Принцип работы станка
Если вы решили изготовить фрезер с ЧПУ своими руками, то должны ознакомиться с особенностями работы такого оборудования. Оно предназначено для формирования рисунка на деревянной поверхности. В конструкции должна быть электронная и механическая части. Вместе они позволяют автоматизировать работу.
Для изготовления настольного станка следует знать, что режущим элементом выступает фреза. Ее устанавливают в шпиндель на валу электрического двигателя. Вся конструкция фиксируется на станину. Она может перемещаться по двум осям координат. Для крепления заготовки следует выполнить опорный столик. С пошаговыми двигателями необходимо соединить электронный блок управления.
Мотор и блок управления обеспечивают смещение каретки по отношению к детали. Такая технология позволяет выполнить объемные рисунки на поверхности. Мини-оборудование работает в определённой последовательности. На первом этапе пишется программа, которая позволит подготовить план перемещения режущей части. Для этого используются программные комплексы для адаптации в самодельных моделях.
Следующим шагом станет установка заготовки. Программа вводится в ЧПУ. Оборудование включается, а дальше осуществляется контроль за автоматическими действиями. Для того чтобы обеспечить максимальную автоматизацию, необходимо составить схему и подобрать комплектующие.
Прежде чем приступать к изготовлению фрезера с ЧПУ своими руками, необходимо ознакомиться с заводскими моделями. Для получения сложных узоров и рисунков следует использовать несколько видов фрез. Некоторые из них вы сможете выполнить своими руками, однако для тонкой работы понадобятся заводские варианты.
Схема самодельного станка
Наиболее сложным и важным этапом при изготовлении описываемого оборудования выступает выбор схемы. Она будет зависеть от степени обработки и размеров заготовки. Для бытовых условий лучше использовать мини-станок, который будет устанавливаться на стол. Подходящим вариантом является конструкция из двух кареток, которые будут передвигаться по осям координат.
Основаниями могут стать металлические шлифованные прутки. На них устанавливаются каретки. Для создания трансмиссии понадобятся шаговые электродвигатели и винты, которые дополняются подшипниками качения. Для автоматизации процесса необходимо продумать электронную часть. Она будет состоять из:
- блока питания;
- контроллера;
- драйвера.
Изготавливая фрезер с ЧПУ своими руками, вы должны ознакомиться с конструктивными особенностями устройства. Например, блок питания требуется для подачи электроэнергии на шаговые двигатели и микросхему контроллера. Для этого используется модель 12В 3А. Контроллер необходим для подачи команд на двигатель. Для работы устройства достаточно будет простой схемы для контроллера, который будет подавать команды на три двигателя.
Элементом регулирования выступает еще и драйвер. Он будет отвечать за подвижную часть. Для управления следует использовать стандартные программные комплексы. В качестве одного из них выступает KCam, который обладает гибкой структурой для адаптации к любому контроллеру. Этот комплекс имеет одно важное преимущество, которое заключается в возможности импортирования файлов распространенных форматов. С помощью приложения вы сможете составить трехмерный чертеж заготовки для анализа.
Для того чтобы шаговые двигатели работали с заданной частотой входа, в программу управления необходимо будет внести технические параметры. При составлении программы следует сделать отдельные блоки. Они предназначены для:
- рисования;
- фрезерования;
- гравировки;
- сверления.
Это позволит исключить холостые передвижения фрезы.
Подбор комплектующих
Прежде чем выполнить фрезер с ЧПУ своими руками, вы должны выбрать компоненты для сборки. Подходящим вариантом выступает использование подручных средств. Основой станка может стать оргстекло, алюминий или древесина. Для правильного функционирования комплекса следует разработать конструкцию суппортов. Их движение не должно сопровождаться колебаниями, что может стать причиной неточной обработки детали.
Перед сборкой компоненты проверяются на совместимость. Что касается направляющих, то в качестве них выступят стальные шлифованные прутки, диаметр которых равен 12 мм. Для оси Х длина эквивалентна 200 мм, для У - 90 мм. Прежде чем вы начнете заниматься изготовлением фрезера с ЧПУ своими руками, должны подобрать суппорт. Подходящим вариантом является текстолит. Габариты площадки будут следующими: 25х100х45 мм.
Блок крепления фрезы можно изготовить из текстолита. Его конфигурация будет зависеть от имеющегося инструмента. Блок питания обычно используется заводской. Если вы хотите заняться этими работами самостоятельно, то должны быть готовы к возможным ошибкам, которые негативно отразятся на работе оборудования.
Если хотите собрать своими руками фрезер с то для этого можно использовать модель 24в. В качестве отличного варианта выступает и 5А. Его довольно часто сравнивают с приводами дисковода, первый из которых обладает более внушительной мощностью. Для пайки платы контроллера следует использовать конденсаторы и резисторы в SMD корпусах. Это позволит уменьшить параметры, а также сделать внутреннее пространство более оптимизированным.
Инструкция по изготовлению станка
Как только все комплектующие были выбраны, можно приступать к изготовлению устройства. Все элементы предварительно проверяются, что особенно касается их качества и параметров. Для крепления узлов следует использовать специальные детали. Их форма и конфигурация будут зависеть от выбранной схемы.
Конструкция обязательно должна иметь подъем рабочего инструмента. Для этого следует использовать Для отдачи вращения на нужно применить зубчатый ремень. Обязательным элементом оборудования является вертикальная ось. Ее можно изготовить из алюминиевой плиты. Этот узел подгоняется по размерам, которые были получены на этапе проектирования и занесены в чертеж.
Перед тем, как сделать фрезер с ЧПУ своими руками, вы можете отлить вертикальную ось, используя для этого муфельную плиту. Отличным материалом станет алюминий. На корпус монтируются два двигателя, которые будут располагаться за осью. Один из них будет отвечать за горизонтальное, а другой - за вертикальное перемещение. Вращение должно передаваться через ремни. Как только все элементы будут на своих местах, станок необходимо установить на ручное управление и проверить его работу. Если будут выявлены недочеты, их вы сможете устранить на месте.
Дополнительно о шаговых двигателях
Агрегаты с ЧПУ должны оснащаться электрическими двигателями шагового типа. В качестве такого мотора можно использовать тот, что будет позаимствован от матричного принтера. Обычно в них устанавливаются довольно мощные элементы. Матричные агрегаты обладают стальными стержнями, в основе которых прочный материал. Их тоже можно задействовать в самодельном станке.
Если вы задались вопросом о том, как сделать фрезер с ЧПУ своими руками, фото предварительно рекомендуется рассмотреть. Они позволят вам понять, как действовать. Конструкция может предусматривать наличие трех двигателей, что указывает на необходимость разборки двух матричных принтеров. Лучше, если моторы будут обладать пятью проводами управления, ведь функциональность станка при этом увеличится в несколько раз. При выборе шагового двигателя следует выяснить число градусов на один шаг и рабочее напряжение. Вам должно быть известно ещё и обмоточное сопротивление. Это позволит правильно настроить программное обеспечение.
Крепление вала
Если вы решили изготовить фрезер с ЧПУ по дереву своими руками, то в качестве привода можете использовать шпильку или гайку соответствующих размеров. Крепление вала лучше осуществлять резиновым кабелем с толстой обмоткой. Этот же подход актуален и при креплении двигателя к шпильке. Фиксаторы вы можете изготовить из втулки с винтом. Для этого используется нейлон. Помощниками-инструментами в этом случае выступают напильник и дрель.
Электронное обеспечение станка
Основным элементом описываемого оборудования выступает программное обеспечение. Вы можете использовать самодельное, которое будет предусматривать наличие всех драйверов для контролеров. Обеспечение должно иметь питающие блоки и шаговые двигатели. Если перед вами встала задача о том, как собрать фрезер с ЧПУ своими руками, вы должны позаботиться о наличии порта LPT. Необходима будет еще и рабочая программа, обеспечивающая контроль и управление необходимыми режимами работы.
Сам блок ЧПУ подключается к оборудованию через порт и установленные двигатели. При выборе программного обеспечения для станка необходимо делать ставку на то, которое уже доказало свою стабильную работу и обладает функциональными возможностями. Электроника повлияет на качество и точность выполняемых операций. После ее установки следует выполнить загрузку программ и драйверов.
Своими руками выполняется по такой же технологии. Однако он справится лишь с тонкими заготовками. Перед работой устройства необходимо проверить в работе электронное обеспечение и устранить недочеты.
Вместо заключения: особенности изготовления станка из сверлильного оборудования
Прежде чем приступать к работам по изготовлению фрезера с ЧПУ своими руками, пошагово необходимо рассмотреть инструкцию. Она может предусматривать использование той или иной принципиальной схемы, на основе которой будет работать мини-оборудование. В качестве таковой иногда выступает сверлильный станок, в котором рабочая головка заменяется на фрезерную.
Самое сложное заключается в том, что придётся конструировать механизм, обеспечивающий передвижения в 3 плоскостях. Этот механизм обычно собирается на основе тех же кареток от неработающего принтера.
К устройству подключается программное управление. Работать с помощью такого устройства можно будет с заготовками из листового металла, древесины или пластика. Это объясняется тем, что каретки от старого принтера, обеспечивающие перемещение режущего инструмента, не будут способны гарантировать достаточную степень жесткости.
На вопрос, как сделать станок с ЧПУ, можно ответить кратко. Зная о том, что самодельный фрезерный станок с ЧПУ, в общем-то, – непростое устройство, имеющее сложную структуру, конструктору желательно:
- обзавестись чертежами;
- приобрести надёжные комплектующие и крепежные детали;
- подготовить хороший инструмент;
- иметь под рукой токарный и сверлильный станки с ЧПУ, чтобы быстро изготовить.
Не помешает просмотреть видео – своеобразную инструкцию, обучающую – с чего начать. А начну с подготовки, куплю всё нужное, разберусь с чертежом – вот правильное решение начинающего конструктора. Поэтому подготовительный этап, предшествующий сборке, – очень важен.
Работы подготовительного этапа
Чтобы сделать самодельный ЧПУ для фрезерования, есть два варианта:
- Берёте готовый ходовой набор деталей (специально подобранные узлы), из которого собираем оборудование самостоятельно.
- Найти (изготовить) все комплектующие и приступить к сборке ЧПУ станка своими руками, который бы отвечал всем требованиям.
Важно определиться с предназначением, размерами и дизайном (как обойтись без рисунка самодельного станка ЧПУ), подыскать схемы для его изготовления, приобрести или изготовить некоторые детали, которые для этого нужны, обзавестись ходовыми винтами.
Если принято решение создать станок ЧПУ своими руками и обойтись без готовых наборов узлов и механизмов, крепёжных деталей, нужна та схема, собранный по которой станок будет работать.
Обычно, найдя принципиальную схему устройства, сначала моделируют все детали станка, готовят технические чертежи, а потом по ним на токарном и фрезерном станках (иногда надо использовать и сверлильный) изготовляют комплектующие из фанеры или алюминия. Чаще всего, рабочие поверхности (называют еще рабочим столом) – фанерные с толщиной 18 мм.
Сборка некоторых важных узлов станка
В станке, который вы начали собирать собственноручно, надо предусмотреть ряд ответственных узлов, обеспечивающих вертикальное перемещение рабочего инструмента. В этом перечне:
- винтовая передача – вращение передаётся, используя зубчатый ремень. Он хорош тем, что не проскальзывают на шкивах, равномерно передавая усилия на вал фрезерного оборудования;
- если используют шаговый двигатель (ШД) для мини-станка, желательно брать каретку от более габаритной модели принтера – помощнее; старые матричные печатные устройства имели достаточно мощные электродвигатели;
- для трёхкоординатного устройства, понадобится три ШД. Хорошо, если в каждом найдётся 5 проводов управления, функционал мини-станка возрастёт. Стоит оценить величину параметров: напряжения питания, сопротивления обмотки и угла поворота ШД за один шаг. Для подключения каждого ШД нужен отдельный контроллер;
- с помощью винтов, вращательное движение от ШД преобразуется в линейное. Для достижения высокой точности, многие считают нужным иметь шарико-винтовые пары (ШВП), но это комплектующая не из дешевых. Подбирая для монтажа блоков набор гаек и крепежных винтов, выбирают их со вставками из пластика, это уменьшает трение и исключает люфты;
- вместо двигателя шагового типа, можно взять обычный электромотор, после небольшой доработки;
- вертикальная ось, которая обеспечивает перемещение инструмента в 3D, охвачивая весь координатный стол. Её изготовляют из алюминиевой плиты. Важно, чтобы размеры оси были подогнаны к габаритам устройства. При наличии муфельной печи, ось можно отлить по размерам чертежей.
Ниже – чертёж, сделанный в трёх проекциях: вид сбоку, сзади, и сверху.
Максимум внимания – станине
Необходимая жесткость станку обеспечивается за счёт станины. На нее устанавливают подвижной портал, систему рельсовых направляющих, ШД, рабочую поверхность, ось Z и шпиндель.
К примеру, один из создателей самодельного станка ЧПУ, несущую раму сделал из алюминиевого профиля Maytec – две детали (сечение 40х80 мм) и две торцевые пластины толщиной 10 мм из этого же материала, соединив элементы алюминиевыми уголками. Конструкция усилена, внутри рамы сделано рамку из профилей меньших размеров в форме квадрата.
Станина монтируется без использования соединений сварного типа (сварным швам плохо удаётся переносить вибронагрузки). В качестве крепления лучше использовать Т-образные гайки. На торцевых пластинах предусмотрена установка блока подшипников для установки ходового винта. Понадобится подшипник скольжения и шпиндельный подшипник.
Основной задачей сделанному своими руками станку с ЧПУ умелец определил изготовление деталей из алюминия. Поскольку ему подходили заготовки с максимальной толщиной 60 мм, он сделал просвет портала 125 мм (это расстояние от верхней поперечной балки до рабочей поверхности).
Этот непростой процесс монтажа
Собрать самодельные ЧПУ станки, после подготовки комплектующих, лучше строго по чертежу, чтобы они работали. Процесс сборки, применяя ходовые винты, стоит выполнять в такой последовательности:
- знающий умелец начинает с крепления на корпусе первых двух ШД – за вертикальной осью оборудования. Один отвечает за горизонтальное перемещение фрезерной головки (рельсовые направляющие), а второй за перемещение в вертикальной плоскости;
- подвижной портал, перемещающийся по оси X, несет фрезерный шпиндель и суппорт (ось z). Чем выше будет портал, тем большую заготовку удастся обработать. Но у высокого портала, в процессе обработки, – снижается устойчивость к возникающим нагрузкам;
- для крепления ШД оси Z, линейных направляющих используют переднюю, заднюю, верхнюю, среднюю и нижнюю пластины. Там же сделайте ложемент фрезерного шпинделя;
- привод собирают из тщательно подобранных гайки и шпильки. Чтобы зафиксировать вал электродвигателя и присоединить к шпильке, используют резиновую обмотку толстого электрокабеля. В качестве фиксатора могут быть винты, вставленные в нейлоновую втулку.
Затем начинается сборка остальных узлов и агрегатов самоделки.
Монтируем электронную начинку станка
Чтобы сделать своими руками ЧПУ станок и управлять ним, надо оперировать правильно подобранным числовым программным управлением, качественными печатными платами и электронными комплектующими (особенно если они китайские), что позволит на станке с ЧПУ реализовать все функциональные возможности, обрабатывая деталь сложной конфигурации.
Для того, чтобы не было проблем в управлении, у самодельных станков с ЧПУ, среди узлов, есть обязательные:
- шаговые двигатели, некоторые остановились напримере Nema;
- порт LPT, через который блок управления ЧПУ можно подключить к станку;
- драйверы для контроллеров, их устанавливают на фрезерный мини-станок, подключая в соответствии со схемой;
- платы коммутации (контроллеры);
- блок электропитания на 36В с понижающим трансформатором, преобразующем в 5В для питания управляющей цепи;
- ноутбук или ПК;
- кнопка, отвечающая за аварийную остановку.
Только после этого станки с ЧПУ проходят проверку (при этом умелец сделает его пробный запуск, загрузив все программы), выявляются и устраняются имеющиеся недостатки.
Вместо заключения
Как видите, сделать ЧПУ, которое не уступит китайским моделям, – реально. Сделав комплект запчастей с нужным размером, имея качественные подшипники и достаточно крепежа для сборки, эта задача – под силу тем, кто заинтересован в программной технике. Примера долго искать не придётся.
На фото внизу – некоторые образцы станков, имеющих числовое управление, которые сделаны такими же умельцами, не профессионалами. Ни одна деталь не делалась поспешно, произвольным размером, а подходящая к блоку с большой точностью, с тщательным выверением осей, применением качественных ходовых винтов и с надёжными подшипниками. Верно утверждение: как соберешь, так и работать будешь.
На ЧПУ выполняется обработка дюралевой заготовки. Таким станком, который собрал умелец, можно выполнить много фрезерных работ.
Набор, с помощью которого можно собрать свой фрезерный станок с ЧПУ.
В Китае продаются готовые станки, обзор одного из них на Муське уже публиковался. Мы же с Вами соберем станок сами. Добро пожаловать…
UPD
: ссылки на файлы
Я все-таки приведу ссылку на обзор готового станка от AndyBig. Я же не буду повторяться, не буду цитировать его текст, напишем все с нуля. В заголовке указан только набор с двигателями и драйвером, будут еще части, постараюсь дать ссылки на всё.
И это… Заранее извиняюсь перед читателями, фотографии в процессе специально не делал, т.к. в тот момент делать обзор не собирался, но подниму максимум фоток процесса и постараюсь дать подробное описание всех узлов.
Цель обзора - не столько похвастаться, сколько показать возможность сделать для себя помощника самому. Надеюсь этим обзором подать кому-то идею, и возможно не только повторить, но и сделать еще лучше. Поехали…
Как родилась идея:
Так получилось, что с чертежами я связан давно. Т.е. моя профессиональная деятельность с ними тесно связана. Но одно дело, когда ты делаешь чертеж, а после уже совсем другие люди воплощают объект проектирования в жизнь, и совсем другое, когда ты воплощаешь объект проектирования в жизнь сам. И если со строительными вещами у меня вроде как нормально получается, то с моделизмом и другим прикладным искусством не особо.
Так вот давно была мечта из нарисованного в автокаде изображения, сделать вжжик - и оно вот в натуре перед тобой, можно пользоваться. Идея эта время от времени проскакивала, но во что-то конкретное оформиться никак не могла, пока…
Пока я не увидел года три-четыре назад REP-RAP. Ну что ж 3Д принтер это была очень интересная вещь, и идея собрать себе долго оформлялась, я собирал информацию о разных моделях, о плюсах и минусах разных вариантов. В один момент перейдя по одной из ссылок я попал на форум, где сидели люди и обсуждали не 3Д принтеры, а фрезерные станки с ЧПУ управлением. И отсюда, пожалуй, увлечение и начинает свой путь.
Вместо теории
В двух словах о фрезерных станках с ЧПУ (пишу своими словами намеренно, не копируя статьи, учебники и пособия).
Фрезерный станок работает прямо противоположно 3Д принтеру. В принтере шаг за шагом, слой за слоем модель наращивается за счет наплавления полимеров, во фрезерном станке, с помощью фрезы из заготовки убирается «все лишнее» и получается требуемая модель.
Для работы такого станка нужен необходимый минимум.
1. База (корпус) с линейными направляющими и передающий механизм (может быть винт или ремень)
2. Шпиндель (я вижу кто-то улыбнулся, но так он называется) - собственно двигатель с цангой, в которую устанавливается рабочий инструмент - фреза.
3. Шаговые двигатели - двигатели, позволяющие производить контролируемые угловые перемещения.
4. Контроллер - плата управления, передающая напряжения на двигатели в соответствии с сигналами, полученными от управляющей программы.
5. Компьютер, с установленной управляющей программой.
6. Базовые навыки черчения, терпение, желание и хорошее настроение.))
По пунктам:
1. База.
по конфигурации:
Разделю на 2 типа, существуют более экзотические варианты, но основных 2:
С подвижным порталом:
Собственно, выбранная мной конструкция, в ней есть основа на которой закреплены направляющие по оси X. По направляющим оси Х передвигается портал, на котором размещены направляющие оси Y, и перемещающийся по нему узел оси Z.
Со статическим порталом
Такая конструкция представляет и себя корпус он же и является порталом, на котором размещены направляющие оси Y, и перемещающийся по нему узел оси Z, а ось Х уже перемещается относительно портала.
По материалу:
корпус может быть изготовлен из разных материалов, самые распространенные:
- дюраль - обладает хорошим соотношением массы, жесткости, но цена (именно для хоббийной самоделки) все-таки удручает, хотя если на станок имеются виды по серьезному зарабатыванию денег, то без вариантов.
- фанера - неплохая жесткость при достаточной толщине, небольшой вес, возможность обрабатывать чем угодно:), ну и собственно цена, лист фанеры 17 сейчас совсем недорог.
- сталь - часто применяют на станках большой площади обработки. Такой станок конечно должен быть статичным (не мобильным) и тяжелым.
- МФД, оргстекло и монолитный поликарбонат, даже ДСП - тоже видел такие варианты.
Как видите - сама конструкция станка весьма схожа и с 3д принтером и с лазерными граверами.
Я намеренно не пишу про конструкции 4, 5 и 6 -осевых фрезерных станков, т.к. на повестке дня стоит самодельный хоббийный станок.
2. Шпиндель.
Собственно, шпиндели бывают с воздушным и водяным охлаждением.
С воздушным охлаждением в итоге стоят дешевле, т.к. для них не надо городить дополнительный водяной контур, работают чуть громче нежели водяные. Охлаждение обеспечивается установленной на тыльной стороне крыльчаткой, которая на высоких оборотах создает ощутимый поток воздуха, охлаждающий корпус двигателя. Чем мощнее двигатель, тем серьезнее охлаждение и тем больше воздушный поток, который вполне может раздувать во все стороны
пыль (стружку, опилки) обрабатываемого изделия.
С водяным охлаждением. Такой шпиндель работает почти беззвучно, но в итоге все-равно разницу между ними в процессе работу не услышать, поскольку звук обрабатываемого материала фрезой перекроет. Сквозняка от крыльчатки, в данном случае конечно нет, зато есть дополнительный гидравлический контур. В таком контуре должны быть и трубопроводы, и помпа прокачивающая жидкость, а также место охлаждения (радиатор с обдувом). В этот контур обычно заливают не воду, а либо ТОСОЛ, либо Этиленгликоль.
Также шпиндели есть различных мощностей, и если маломощные можно подключить напрямую к плате управления, то двигатели мощностью от 1кВт уже необходимо подключать через блок управления, но это уже не про нас.))
Да, еще частенько в самодельных станках устанавливают прямые шлифмашины, либо фрезеры со съемной базой. Такое решение может быть оправдано, особенно при выполнении работ недолгой продолжительности.
В моем случае был выбран шпиндель с воздушным охлаждением мощностью 300Вт.
3. Шаговые двигатели.
Наибольшее распространение получили двигатели 3 типоразмеров
NEMA17, NEMA23, NEMA 32
отличаются они размерами, мощностью и рабочим моментом
NEMA17 обычно применяются в 3д принтерах, для фрезерного станка они маловаты, т.к. приходится таскать тяжелый портал, к которому дополнительно прикладывается боковая нагрузка при обработке.
NEMA32 для такой поделки излишни, к тому же пришлось бы брать другую плату управления.
мой выбор пал на NEMA23 с максимальной мощностью для этой платы - 3А.
Также люди используют шаговики от принтеров, но т.к. у меня и их не было и все равно приходилось покупать выбрал всё в комплекте.
4. Контроллер
Плата управления, получающая сигналы от компьютера и передающая напряжение на шаговые двигатели, перемещающие оси станка.
5. Компьютер
Нужен комп отдельный (возможно весьма старый) и причин тому, пожалуй, две:
1. Вряд ли Вы решитесь располагать фрезерный станок рядом с тем местом, где привыкли читать интернетики, играть в игрушки, вести бухгалтерию и т.д. Просто потому, что фрезерный станок - это громко и пыльно. Обычно станок либо в мастерской, либо в гараже (лучше отапливаемом). У меня станок стоит в гараже, зимой преимущественно простаивает, т.к. нет отопления.
2. По экономическим соображениям обычно применяются компьютеры уже не актуальные для домашней жизни - сильно б/у:)
Требования к машине по большому счету ни о чем:
- от Pentium 4
- наличие дискретной видеокарты
- RAM от 512MB
- наличие разъема LPT (по поводу USB не скажу, за имением драйвера, работающего по LPT, новинки пока не изучал)
такой компьютер либо достается из кладовки, либо как в моем случае покупается за бесценок.
В силу малой мощности машины стараемся не ставить дополнительный софт, т.е. только ось и управляющая программа.
Дальше два варианта:
- ставим windows XP (комп то слабенький, помним да?) и управляющую программу MATCH3 (есть другие, но это самая популярная)
- ставим никсы и Linux CNC (говорят, что тоже очень неплохо все, но я никсы не осилил)
Добавлю, пожалуй, чтоб не обидеть излишне обеспеченных людей, что вполне можно поставить и не пенёк четвертый, а и какой-нибудь ай7 - пожалуйста, если это Вам нравится и можете себе это позволить.
6. Базовые навыки черчения, терпение, желание и хорошее настроение.
Тут в двух словах.
Для работы станка нужна управляющая программа (по сути текстовый файл содержащий координаты перемещений, скорость перемещений и ускорения), которая в свою очередь готовится в CAM приложении - обычно это ArtCam, в этом приложении готовиться сама модель, задаются ее размеры, выбирается режущий инструмент.
Я обычно поступаю несколько более долгим путем, делаю чертеж, а AutoCad потом, сохранив его *.dxf подгружаю в ArtCam и уже там готовлю УП.
Ну и приступаем к процессу создания своего.
Перед проектированием станка принимаем за отправные точки несколько моментов:
- Валы осей будут сделаны из шпильки строительной с резьбой М10. Конечно, бесспорно существуют более технологичные варианты: вал с трапециевидной резьбой, шарико-винтовая передача(ШВП), но необходимо понимать, что цена вопроса оставляет желать лучшего, а для хоббийного станка цена получается вообще космос. Тем не менее со временем я собираюсь провести апгрейд и заменить шпильку на трапецию.
- Материал корпуса станка – фанера 16мм. Почему фанера? Доступно, дешево, сердито. Вариантов на самом деле много, кто-то делает из дюрали, кто-то из оргстекла. Мне проще из фанеры.
Делаем 3Д модель:
Развертку:
Далее я поступил так, снимка не осталось, но думаю понятно будет. Распечатал развертку на прозрачных листах, вырезал их и наклеил на лист фанеры.
Выпилил части и просверлил отверстия. Из инструментов - электролобзик и шуруповерт.
Есть еще одна маленькая хитрость, которая облегчит жизнь в будущем: все парные детали перед сверлением отверстий сжать струбциной и сверлить насквозь, таким образом Вы получите отверстия, одинаково расположенные на каждой части. Даже если при сверлении получится небольшое отклонение, то внутренние части соединенных деталей будут совпадать, а отверстие можно немного рассверлить.
Параллельно делаем спецификацию и начинаем все заказывать.
что получилось у меня:
1. Набор, указанный в данном обзоре, включает в себя: плата управления шаговыми двигателями (драйвер), шаговые двигатели NEMA23 – 3 шт., блок питания 12V, шнур LPTи кулер.
2. Шпиндель (это самый простой, но тем не менее работу свою выполняет), крепеж и блок питания 12V.
3. Б/у компьютер Pentium 4, самое главное на материнке есть LPT и дискретная видеокарта + ЭЛТ монитор. Взял на Авито за 1000р.
4. Вал стальной: ф20мм – L=500мм – 2шт., ф16мм – L=500мм – 2шт., ф12мм – L=300мм – 2шт.
Брал тут, на тот момент в Питере брать получалось дороже. Пришло в течении 2 недель.
5. Подшипники линейные: ф20 – 4шт., ф16 – 4шт., ф12 – 4 шт.
20
16
12
6. Крепления для валов: ф20 – 4шт., ф16 – 4шт., ф12 - 2шт.
20
16
12
7. Гайки капролоновые с резьбой М10 – 3шт.
Брал вместе с валами на duxe.ru
8. Подшипники вращения, закрытые – 6шт.
Там же, но у китайцев их тоже полно
9. Провод ПВС 4х2,5
это оффлайн
10. Винтики, шпунтики, гаечки, хомутики – кучка.
Это тоже в оффлайне, в метизах.
11. Так же был куплен набор фрез
Итак, заказываем, ждем, выпиливаем и собираем.
Изначально драйвер и блок питания для него установил в корпус с компом вместе.
Позже было принято решение разместить драйвер в отдельном корпусе, он как раз появился. 
Ну и старенький монитор как-то сам поменялся на более современный.
Как я говорил вначале, никак не думал, что буду писать обзор, поэтому прилагаю фотографии узлов, и постараюсь дать пояснения по процессу сборки.
Сначала собираем три оси без винтов, для того чтобы максимально точно выставить валы.
Берем переднюю и заднюю стенки корпуса, крепим фланцы для валов. Нанизываем на оси Х по 2 линейных подшипника и вставляем их во фланцы.
Крепим дно портала к линейным подшипникам, пытаемся покатать основание портала туда-сюда. Убеждаемся в кривизне своих рук, все разбираем и немного рассверливаем отверстия.
Таким образом мы получаем некоторую свободу перемещения валов. Теперь наживляем фланцы, вставляем валы в них и перемещаем основание портала вперед-назад добиваемся плавного скольжения. Затягиваем фланцы.
На этом этапе необходимо проверить горизонтальность валов, а также их соосность по оси Z (короче, чтобы расстояние от сборочного стола до валов была одинаковой) чтобы потом не завалить будущую рабочую плоскость.
С осью Х разобрались.
Крепим стойки портала к основанию, я для этого использовал мебельные бочонки.
Крепим фланцы для оси Y к стойкам, на этот раз снаружи:
Вставляем валы с линейными подшипниками.
Крепим заднюю стенку оси Z.
Повторяем процесс настройки параллельности валов и закрепляем фланцы.
Повторяем аналогично процесс с осью Z.
Получаем достаточно забавную конструкцию, которую можно перемещать одной рукой по трем координатам.
Важный момент: все оси должны двигаться легко, т.е. немного наклонив конструкцию портал должен сам свободно, без всяких скрипов и сопротивления переместиться.
Далее крепим ходовые винты.
Отрезаем строительную шпильку М10 необходимой длины, накручиваем капролоновую гайку примерно на середину, и по 2 гайки М10 с каждой стороны. Удобно для этого, немного накрутив гайки, зажать шпильку в шуруповерт и удерживая гайки накрутить.
Вставляем в гнезда подшипники и просовываем в них изнутри шпильки. После этого фиксируем шпильки к подшипнику гайками с каждой стороны и контрим вторыми чтобы не разболталось.
Крепим капролоновую гайку к основанию оси.
Зажимаем конец шпильки в шуруповерт и пробуем переместить ось от начала до конца и вернуть.
Здесь нас поджидает еще пара радостей:
1. Расстояние от оси гайки до основания в центре (а скорее всего в момент сборки основание будет посередине) может не совпасть с расстоянием в крайних положениях, т.к. валы под весом конструкции могут прогибаться. Мне пришлось по оси Х подкладывать картонку.
2. Ход вала может быть очень тугим. Если Вы исключили все перекосы, то может сыграть роль натяжение, тут необходимо поймать момент натяга фиксации гайками к установленному подшипнику.
Разобравшись с проблемами и получив свободное вращение от начала до конца переходим к установке остальных винтов.
Присоединяем к винтам шаговые двигатели:
Вообще при применении специальных винтов, будь то трапеция или ШВП на них делается обработка концов и тогда подключение к двигателю очень удобно делается специальной муфтой.
Но мы имеем строительную шпильку и пришлось подумать, как крепить. В этот момент мне попался в руки отрез газовой трубы, ее и применил. На шпильку она прямо «накручивается» на двигатель заходит в притирку, затянул хомутами - держит весьма неплохо.
Для закрепления двигателей взял алюминиевую трубку, нарезал. Регулировал шайбами.
Для подключения двигателей взял вот такие коннекторы:
Извините, не помню как называются, надеюсь кто-нибудь в комментариях подскажет.
Разъем GX16-4 (спасибо Jager). Просил коллегу купить в магазине электроники, он просто рядом живет, а мне получалось очень неудобно добираться. Очень ими доволен: надежно держат, рассчитаны на бОльший ток, всегда можно отсоединить.
Ставим рабочее поле, он же жертвенный стол.
Присоединяем все двигатели к управляющей плате из обзора, подключаем ее к 12В БП, коннектим к компьютеру кабелем LPT.
Устанавливаем на ПК MACH3, производим настройки и пробуем!
Про настройку отдельно, пожалуй, писать не буду. Это можно еще пару страниц накатать.
У меня целая радость, сохранился ролик первого запуска станка:
Да, когда в этом видео производилось перемещение по оси Х был жуткий дребезг, я к сожалению, не помню уже точно, но в итоге нашел то ли шайбу болтающуюся, то ли еще что-то, в общем это было решено без проблем.
Далее необходимо поставить шпиндель, при этом обеспечив его перпендикулярность (одновременно по Х и по Y) рабочей плоскости. Суть процедуры такая, к шпинделю изолентой крепим карандаш, таким образом получается отступ от оси. При плавном опускании карандаша он начинает рисовать окружность на доске. Если шпиндель завален, то получается не круг, а дуга. Соответственно необходимо выравниванием добиться рисования круга. Сохранилась фотка от процесса, карандаш не в фокусе, да и ракурс не тот, но думаю суть понятна:
Находим готовую модель (в моем случае герб РФ) подготавливаем УП, скармливаем ее MACHу и вперед!
Работа станка:
фото в процессе:
Ну и естественно проходим посвящение))
Ситуация как забавная, так и в целом понятная. Мы мечтаем построить станок и сразу выпилить что-то суперкрутое, а в итоге понимаем, что на это время уйдет просто уйма времени.
В двух словах:
При 2Д обработке (просто выпиливании) задается контур, который за несколько проходов вырезается.
При 3Д обработке (тут можно погрузиться в холивар, некоторые утверждают, что это не 3Д а 2.5Д, т.к. заготовка обрабатывается только сверху) задается сложная поверхность. И чем выше точность необходимого результата, тем тоньше применяется фреза, тем больше проходов этой фрезы необходимо.
Для ускорения процесса применяют черновую обработку. Т.е. сначала производится выборка основного объема крупной фрезой, потом запускается чистовая обработка тонкой фрезой.
Далее, пробуем, настраиваем экспериментируем т.д. Правило 10000 часов работает и здесь;)
Пожалуй, я не буду больше утомлять рассказом о постройке, настройке и др. Пора показать результаты использования станка - изделия.
Как видите в основном это выпиленные контуры или 2Д обработка. На обработку объемных фигур уходит много времени, станок стоит в гараже, и я туда заезжаю ненадолго.
Тут мне справедливо заметят - а на… строить такую бандуру, если можно выпилить фигуру U-образным лобзиком или электролобзиком?
Можно, но это не наш метод. Как помните в начале текста я писал, что именно идея сделать чертеж на компьютере и превратить этот чертеж в изделие и послужили толчком к созданию данного зверя.
Написание обзора меня наконец подтолкнуло произвести апгрейд станка. Т.е. апгрейд был запланирован ранее, но «руки все не доходили». Последним изменением до этого была организация домика для станка:
Таким образом в гараже при работе станка стало намного тише и намного меньше пыли летает.
Последним же апгрейдом стала установка нового шпинделя, точнее теперь у меня есть две сменные базы:
1. С китайским шпинделем 300Вт для мелкой работы:
2. С отечественным, но от того не менее китайским фрезером «Энкор»…
С новым фрезером появились новые возможности.
Быстрее обработка, больше пыли.
Вот результат использования полукруглой пазовой фрезы:
Ну и специально для MYSKU
Простая прямая пазовая фреза:
Видео процесса:
На этом я буду сворачиваться, но по правилам надо бы подвести итоги.
Минусы:
- Дорого.
- Долго.
- Время от времени приходится решать новые проблемы (отключили свет, наводки, раскрутилось что-то и др.)
Плюсы:
- Сам процесс создания. Только это уже оправдывает создание станка. Поиск решений возникающих проблем и реализация, и является тем, ради чего вместо сидения на попе ровно ты встаешь и идешь делать что-либо.
- Радость в момент дарения подарков, сделанных своими руками. Тут нужно добавить, что станок не делает всю работу сам:) помимо фрезерования необходимо это все еще обработать, пошкурить покрасить и др.
Большое Вам спасибо, если Вы еще читаете. Надеюсь, что мой пост пусть хоть и не подобьет Вас к созданию такого (или другого) станка, но сколько-то расширит кругозор и даст пищу к размышлениям. Также спасибо хочу сказать тем, кто меня уговорил написать сей опус, без него у меня и апгрейда не произошло видимо, так что все в плюсе.
Приношу извинения за неточности в формулировках и всякие лирические отступления. Многое пришлось сократить, иначе текст бы получился просто необъятный. Уточнения и дополнения естественно возможны, пишите в комментариях - постараюсь всем ответить.
Удачи Вам в Ваших начинаниях!
Обещанные ссылки на файлы:
- чертеж станка,
- развертка,
формат - dxf. Это значит, что Вы сможете открыть файл любым векторным редактором.
3Д модель детализирована процентов на 85-90, многие вещи делал, либо в момент подготовки развертки, либо по месту. Прошу «понять и простить».)
