Как собрать фрезерный станок с чпу. Создание чпу станка своими руками. II Набор механики фрезерного станка включает
Сложная обработка различных материалов давно перестала быть уделом заводских цехов. Еще двадцать лет назад, максимум, что могли себе позволить домашние мастера – это фигурное выпиливание лобзиком.
Сегодня, ручные фрезеры и режущие лазеры можно запросто купить в магазине бытового инструмента. Для линейной обработки предусмотрены различные направляющие. А как быть с вырезанием сложных фигур?
Элементарные задачи можно выполнить с помощью шаблона. Однако такой способ имеет недостатки : во-первых, надо изготовить собственно шаблон, во-вторых, у механического лекала есть ограничения по размеру закруглений. И наконец, погрешность таких приспособлений слишком велика.
Выход давно найден: станок с ЧПУ позволяет вырезать из фанеры своими руками такие сложные фигуры, о которых «операторы лобзиков» могут лишь мечтать.
Устройство представляет собой систему координатного позиционирования режущего инструмента, управляемую компьютерной программой. То есть, обрабатывающая головка движется по заготовке, в соответствии с заданной траекторией. Точность ограничена лишь размерами режущей насадки (фреза или лазерный луч).
Возможности таких станков безграничны. Существуют модели с двухмерным и трехмерным позиционированием. Однако стоимость их настолько высока, что приобретение может быть оправдано лишь коммерческим использованием. Остается своими руками собрать ЧПУ станок.
Принцип работы координатной системы
Основа станка – мощная рама. За основу берется идеально ровная поверхность. Она же служит рабочим столом. Второй базовый элемент – это каретка, на которой закрепляется инструмент. Это может быть дремель, ручной фрезер, лазерная пушка – в общем, любое устройство, способное обрабатывать заготовку. Каретка должна двигаться строго в плоскости рамы.
Для начала рассмотрим двухмерную установку
В качестве рамы (основы) для станка ЧПУ, сделанного своими руками, можно использовать поверхность стола. Главное, после юстировки всех элементов, конструкция больше не перемещается, оставаясь жестко прикрученной к основе.
Для перемещения в одном направлении (условно назовем его X), размещаются две направляющих. Они должны быть строго параллельны друг другу.
Поперек устанавливается мостовая конструкция, также состоящая из параллельных направляющих. Вторая ось – Y.
Задавая вектора перемещения по осям X и Y, можно с высокой точностью установить каретку (а вместе с ней и режущий инструмент) в любую точку на плоскости рабочего стола. Выбирая соотношение скоростей перемещения по осям, программа заставляет инструмент двигаться непрерывно по любой, самой сложной траектории.
Рама станка из ЧПУ сделана руками умельца, видео
Существует еще одна концепция: каретка с инструментом закреплена неподвижно, перемещается рабочий стол с заготовкой. Принципиальной разницы нет. Разве что размеры основания (а стало быть, и заготовки) ограничены. Зато упрощается схема подачи питания на рабочий инструмент, не надо беспокоиться о гибких кабелях питания.
Для большинства домашних умельцев изготовление такого агрегата, как фрезерный станок с ЧПУ своими руками- что-то на уровне фантастического сюжета, ведь подобные машины и механизмы представляют собой сложные в проектном, конструктивном и электронном пониманиях устройства.
Однако, обладая под рукой необходимой документацией, а также требуемыми материалами, приспособлениями, мини-фрезерный самодельный аппарат, укомплектованный ЧПУ, сделать собственноручно вполне возможно.
Данный механизм выделяется точностью выполняемой обработки, несложностью в управлении механическими и технологическими процессами, а также отличными показателями производительности и качества изделий.
Принцип работы
Инновационные машины для фрезерования с блоками на компьютерном управлении предназначается для выполнения сложных рисунков на полуфабрикатах. Конструкция обязана обладать электронной составляющей. В комплексе это позволит по максимуму автоматизировать рабочие процессы.
Для моделирования фрезерных механизмов, первоначально требуется ознакомиться с основополагающими элементами. В роли исполнительного элемента выступает фреза, которая монтируется в шпиндель, расположенный на валу электрического мотора. Эта часть закрепляется на основе. Она способна выполнять перемещение в двух координатных осях: Х и Y. Для фиксирования заготовок сконструируйте и установите опорный стол.
Электрический блок регулировки сочленяется с электрическими маршевыми моторами. Они обеспечат перемещение каретки относительно обрабатываемых заготовок или полуфабрикатов. По подобной технологии выполняется 3D-графическое изображения на деревянных плоскостях.
Последовательность выполнения работ за счет данного механизма с ЧПУ:
- Написание рабочей программы, за счет которой будут выполняться перемещения рабочего органа. Для данной процедуры лучше всего пользоваться специализированными электронными комплексами, призванные выполнить адаптацию в “кустарных” экземплярах.
- Монтирование полуфабрикатов на столик.
- Вывод программного обеспечения на ЧПУ.
- Запуск механизмов, контролирование прохождения автоматических манипуляций оборудования.
Для получения максимального уровня автоматизации в 3D-режиме, корректно скомплектуйте схему и обозначьте определенные составляющие. Эксперты настоятельно советуют первоначально изучать производственные экземпляры перед началом построения фрезерной машины собственными руками.
Схема и чертеж
Схема фрезерного станка с ЧПУ
Наиболее ответственная фаза в изготовлении самодельного аналога – поиск оптимального хода изготовления оборудования. Он напрямую зависит от габаритных характеристик обрабатываемых заготовок и необходимости достижения определенного качества в обработке.
Для необходимости получения всех необходимых функций оборудования, наилучшим вариантом является изготовление мини-фрезерного станка собственными руками. Таким образом, вы будете уверены не только в сборке и ее качестве, но также и технологических свойствах, наперед будет известно, как его обслуживать.
Составляющие трансмиссии
Самым удачным вариантом является конструирование 2-х кареток, передвигаемых по перпендикулярным осям X и Y. Как остов лучше применять металлические шлифованные прутья. На них «одеваются» передвижные мобильные каретки. Для корректного изготовления трансмиссии заготовьте шаговые электромоторы, а также комплект винтов.
Для улучшенного автоматизирования рабочих процессов фрезерных машин с ЧПУ, сконструированных собственноручно, требуется сразу до мелочей скомплектовать электронную составляющую. Она делится на следующие компоненты:
- используется для проведения электрической энергии на шаговые моторы и осуществляет питание микросхемы контроллера. Ходовой считается модификация 12в 3А;
- его предназначением выступает подача команд на двигатели. Для правильного выполнения всех заданных операций фрезерной машины с ЧПУ, достаточно будет применение несложной схемы для выполнения контроля работоспособности 3-х двигателей;
- драйверы (программное обеспечение). Также представляет собой элемент регулировки подвижного механизма.
Видео: фрезерный станок с ЧПУ своими руками.
Комплектующие для самодельного фрезерного станка
Следующий, и ответственный шаг в построении фрезерного оборудования – подборка комплектующих для построения самодельного агрегата. Оптимальный выход из данной ситуации – применение подручных деталей и приспособлений. За основу для настольных экземпляров 3D-станков возможно взять твердые деревянные породы (бук, граб), алюминий/сталь или органическое стекло.
Для нормальной работы комплекса в целом требуется разработка конструкции суппортов. В момент их передвижения не недопустимы колебания, это вызовет некорректное фрезерование. Следовательно, перед выполнением сборки, комплектующие проверяются на надежность работы.
Практические советы по выбору составляющих фрезерной машины с ЧПУ:
- направляющие – применяются стальные хорошо отшлифованные прутки Ø12 мм. Длина оси X равняется около 200 мм, Y - 100 мм;
- суппортный механизм, оптимальный материал – текстолит. Стандартные габариты площадки составляют 30×100×50 мм;
- шаговые моторы – знатоки инженерного дела советуют применять образцы от печатного устройства 24в, 5А. Они обладают достаточно значительной мощностью;
- блок фиксирования рабочего органа, его тоже можно построить с применением текстолита. Конфигурация прямо зависит от существующего в наличии инструмента.
Порядок построения фрезерного оборудования с ЧПУ
После завершения подбора всех необходимых комплектующих можно совершенно беспрепятственно построить собственноручно негабаритный фрезерный механизм укомплектованный ЧПУ. Прежде, чем приступить к непосредственному конструированию, еще раз проверяем составляющие, производится контроль их параметров и качества изготовления. Это в дальнейшем поможет избежать преждевременного выхода из строя цепи механизма.
Для надежной фиксации комплектующих оборудования применяется специализированные крепежные запчасти. Их конструктив и исполнение напрямую зависят от будущей схемы.
Перечень необходимых действий для сборки небольшого оборудования с ЧПУ для выполнения процесса фрезеровки:
- Монтирование направляющих осей суппортного элемента, фиксирование на крайних частях машины.
- Притирание суппортов. Требуется передвигать по направляющим до того момента, пока не образуется плавное передвижение.
- Затягивание винтов для фиксирования суппортного устройства.
- Крепление комплектующих на основу рабочего механизма.
- Монтирование ходовых винтов и муфт.
- Установка маршевых моторов. Они закрепляются к болтам муфт.
Электронные комплектующие расположены в автономном шкафу. Это обеспечивает минимизацию сбоев в работоспособности в процессе проведения технологических операций фрезером. Плоскость для монтирования рабочей машины обязана быть без перепадов, ведь конструкция не предусматривает винтов регулирования уровней.
После завершения вышеперечисленного, приступайте к выполнению пробных испытаний. Сначала необходимо установить легкую программу для выполнения фрезеровки. В процессе работы нужно непрерывно сверять все проходы рабочего органа (фрезы). Параметры, которые подлежат постоянному контролю: глубина и ширина обработки. Особенным образом это относится к 3D-обработке.
Таким образом, ссылаясь на выше написанную информацию, изготовление фрезерного оборудования собственными руками, дает целый перечень преимуществ перед обычными покупными аналогами. Во-первых, данная конструкция будет подходить под предполагаемые объемы и виды работ, во-вторых, обеспечена ремонтопригодность, так как построена из подручных материалов и приспособлений и, в-третьих, такой вариант оборудования недорогой.
Имея опыт конструирования подобного оборудования, дальнейший ремонт не займет много времени, простои сведутся до минимума. Подобное оборудование может пригодиться вашим соседям по дачному участку для выполнения собственных ремонтных работ. Отдав в аренду такое оборудование, вы поможете ближнему товарищу в труде, в будущем рассчитывайте на его помощь.
Разобравшись с конструктивом и функциональными особенностями фрезерных станков, а также нагрузкой, которая на него ляжет, можете смело приниматься за его изготовление, опираясь на практичную информацию, приведенную по ходу текста. Конструируйте и выполняйте поставленные задачи безо всяких проблем.
Видео: самодельный ЧПУ фрезерный станок по дереву.
В наше время всё более частым становится производство мелких деталей из древесины, для тех или иных конструкций. Также в магазинах можно встретить разнообразие красивых объёмных картин, выполненных на древесном полотне. Такие операции совершаются при помощи фрезерных станков с числовым программным управлением.Точность деталей или картин из дерева достигается за счёт управления с компьютера, специализированной программой.
Фрезерный станок по обработке древесины с числовым управлением представляет собой высокопрофессиональную машину, созданную по последнему слову техники.
Вся работа заключается в обработке специальной фрезой по дереву, которой можно совершить работу по вырезке маленьких деталей из древесного материала, создание красивых рисунков. Работа осуществляется за счёт подачи сигналов на шаговые двигатели, которые, в свою очередь, двигают фрезер по трём осям.
За счёт чего и происходит высокоточная обработка. Как правило, вручную такие работы совершить невозможно так качественно. Поэтому фрезерные станки по дереву с ЧПУ является большой находкой для столяров.
Предназначение
Издавна, фрезеровка предназначалась для строгальных работ с древесиной. Но двигатель прогресса движется строго вперёд и в наше время, к таким станкам создали числовое программное управление. На этом этапе, фрезеровальный станок может выполнять разнообразные действия, которые касаются обработки дерева:
- Вырезание различных деталей из массива древесины.
- Отрезание лишних частей заготовки.
- Возможность делать пазы и отверстия различных диаметров.
- Рисование сложных орнаментов, посредством фрезы.
- 3D Трёхмерные изображения на массиве дерева.
- Полноценное мебельное производство и многое другое.
Какой бы ни была поставлена задача, она будет выполнена с высокой точностью и аккуратностью.
Совет: Во время работы на самодельном с ЧПУ оснащением, необходимо плавно снимать толщину древесины, иначе ваша деталь будет испорчена или сожжена фрезой!
Разновидность
В современном технологическом мире различают следующие виды фрезеровочных станков по дереву с числовым управлением:
Стационарные
Эти машины размешаются на производствах, так как имеют огромные размеры и вес. Зато такое оборудование способно изготавливать продукцию в больших объёмах.
Ручные
Это самодельные устройства или устройства из готовых наборов. Эти станки можно смело устанавливать в вашем гараже или собственной мастерской. К таким относятся следующие подвиды:
Оборудование с использованием портала, с числовым управлением
Непосредственно сам фрезер способен передвигаться по двум декартовым осям X и Z. У такого типа станка высокая жёсткость при обработке на изгибы. Конструкция портального фрезерного станка с числовым управлением достаточно проста в своём исполнении. Многие столяры начинают познание станков с ЧПУ именно с такого подтипа. Однако в данном случае размер заготовки будет ограничен размером самого портала.
С числовым управлением и передвижным порталом
Конструкция данного подтипа немного усложнена.
Передвижной портал
Именно этот тип передвигает фрезер по всем трём декартовым осям, по X, Z и Y. В данном случае необходимо будет использовать прочную направляющую для оси X, так как вся большая нагрузка будет направляться именно на неё.
С передвижным порталом очень удобен для создания печатных плат. По оси Y есть возможность обрабатывать длинные детали.
Фреза движется по оси Z.
Станок, на котором фрезеровочная деталь способна передвигаться в вертикальном направлении
Этот подтип обычно используют при доработке производственных образцов или при переделке сверлильного оборудования в гравировально - фрезерное.
Рабочее поле, то есть сама столешница имеет размеры 15х15 сантиметров, что делает невозможным обработку крупных деталей.
Такой тип не очень удобен в эксплуатации.
Безпортальный с числовым управлением
Этот тип станка очень сложен в своей конструкции, однако является самым производительным и удобным.
Заготовки можно обрабатывать длинной до пяти метров, даже если ось X составляет 20 сантиметров.
Такой подтип крайне не подходит для первого опыта, так как требует навыков на этом оборудовании.
Ниже мы рассмотрим конструкцию собственноручного фрезерного станка по дереву с ЧПУ, разберём принципы его работы. Узнаем, как сделать данное детище и как налаживается такое оборудование.
Устройство и принцип работы
Основными деталями устройства фрезерования являются следующие детали:
Станина
Непосредственно сама конструкция станка, на которой располагаются все остальные детали.
Суппорта
Узел, который представляет собой крепление для поддержки передвижения автоматического инструмента.
Рабочий стол
Область, на которой производится вся необходимая работа.
Вал шпинделя или фрезер
Инструмент, который выполняет фрезеровочные работы.
Фреза для обработки древесины
Инструмент, а точнее приспособление для фрезера, различных величин и форм, с помощью которых производится обработка древесины.
ЧПУ
Скажем так мозг и сердце всей конструкции. Программное обеспечение исполняет точный контроль всей работы.
Работа заключается в программном управлении. На компьютере установлена специализированная программа, именно она преобразует загруженные в неё схемы в специальные коды, которые программа распределяет на контроллер, а затем на шаговые двигатели. Шаговые двигатели, в свою очередь, передвигают фрезер по координатным осям Z, Y ,X, за счёт чего и происходит обработка деревянной заготовки.
Выбор комплектующих
Основным этапом в изобретении самодельного фрезерного станка является выбор комплектующих деталей. Ведь выбрав плохой материал, может пойти что - нибудь не так в
Пример сборки из алюминиевой рамы.
самой работе. Обычно используют простые материалы, такие как: алюминий, древесина (массив, МДФ), оргстекло. Для правильной и точной работы всей конструкции важно разработать всю конструкцию суппортов.
Совет: Перед сборкой своими руками , необходимо проверить все, уже подготовленные детали на совместимость.
Проверить, нет ли где загвоздки, которая будет мешать. А главное, чтобы не допустить различного рода колебаний, так как это напрямую приведёт к некачественному фрезерованию.
Существуют некоторые назначения по подбору рабочих элементов, которые помогут в создании, а именно:
Направляющие
Схема направляющих чпу для фрезера.
Для них используют прутья диаметром 12 миллиметров. Для оси X, длинна прута, составляет 200 миллиметров, а для оси Y длина составляет 90 миллиметров.
Использование направляющих позволит выполнить высокоточную установку движущих деталей
Суппорта
Суппорт фрезерного ЧПУ станка.
Суппорт в сборке.
Для этих комплектующих можно использовать текстолитовый материал. Довольно прочный материал в своём роде. Как правило, размеры текстолитовой площадки составляет 25х100х45 милли
Блок фиксации фрезера
Пример каркаса для фиксации фрезера.
Также можно использовать текстолитовый каркас. Размеры непосредственно зависят от имеющегося у вас инструмента.
Шаговые двигатели или серводвигатели
Блок питания
Контроллер
Электронная плата, которая распределяет электричество на шаговые двигатели, чтобы перемещать их по осям.
Совет: При паянии платы необходимо использовать конденсаторы и резисторы в специальных SMD корпусах (для изготовления корпусов таких деталей используют алюминий, керамика, пластик). Это уменьшит габариты платы, а также внутреннее пространство в конструкции будет оптимизировано.
Сборка
Схема самодельного станка с числовым программным управлением
Сборка не займёт у вас слишком много времени. Единственное что, процесс настройки будет самым долгим во всём процессе изготовления.
Для начала
Необходимо разработать схему и чертежи будущего станка с числовым управлением.
Если вам не хочется этого делать, то можно скачать чертежи из интернета. По всем размерам подготовить все необходимые детали.
Проделать все необходимые отверстия
Предназначенные для подшипников и направляющих. Главное соблюдать все необходимые размеры, иначе работа станка будет нарушена. Представлена схемас описанием расположения механизмов. Она позволит вам получить общее представление, особенно если вы собираете его в первый раз.
Когда все элементы и детали механизма у вас готовы, то можно смело приступать к сборке. Первым делом собирается станина оборудования.
Каркас
Должен быть геометрически правильно собран. Все углы должны быть ровненькими и равнозначными. Когда каркас готов, можно монтировать направляющие оси, рабочий стол, суппорта. Когда эти элементы установлены, можно установить фрезер, либо шпиндель.
Остаётся последний шаг - электроника. Установка электроники является основным этапом в сборке. К установленным на станке шаговым двигателям подключается контроллер, который и будет отвечать за их работу.
Далее контроллер подключается к компьютеру на котором уже должна быть установлена специальная программа для управления. Широко применяется торговая марка Arduino , которая производит и поставляет аппаратное оборудование.
Когда всё подключено и находится в режиме готовности, самое время запустить пробную заготовку. Для этого подойдёт любая древесина, которая не будет выходить за пределы рабочего стола. Если ваша заготовка прошла обработку и всё в порядке, то можно приступать к полноценному изготовлению того или иного продукта фрезерования.
Техника безопасности
Безопасность с фрезеровальным оборудованием является основой основ. Если не беречь себя, можно угодить в больницу с серьёзными травмами. Все правила для безопасности одинаковы, однако ниже будут перечислены самые основные:
- Необходимо заземлить ваше оборудование, во избежание ударов током.
- Не допускать детей к станку.
- Ни есть и не пить на рабочем столе.
- Одежду следует подбирать соответствующую.
- Не обрабатывать громоздкие детали, которые превышают размеры рабочего стола, станочного оборудования.
- Не бросать различные инструменты на рабочую область станка.
- Не использовать материал, (металл, пластик и т.д.).
Видео обзоры
Видео обзор деталей к станку и где их взять:
Видео обзор работы фрезерного станка по дереву:
Видео обзор электроники
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».)
Станки, оснащенные числовым программным обеспечением (ЧПУ) представлены в виде современного оборудования для резки, точения, сверления или шлифования металла, фанеры, дерева пенопласта и других материалов.
Встроенная электроника на базе печатных плат «Arduino» обеспечивает максимальную автоматизацию работ.
1 Что собой представляет станок с ЧПУ?
Станки ЧПУ на базе печатных плат «Ардуино» способны в автоматическом режиме бесступенчато менять частоту вращения шпинделей, а также скорость подачи суппортов, столов и прочих механизмов. Вспомогательные элементы станка ЧПУ автоматически принимает нужное положение, и могут использоваться для резки фанеры или алюминиевого профиля.
В устройствах на основе печатных плат «Arduino» режущий инструмент (предварительно настроенный) также сменяется в автоматическом режиме.
В устройствах ЧПУ на базе печатных плат «Ардуино» все команды подаются через контроллер.
Контроллер получает сигналы от программоносителя. Для такого оборудования для резки фанеры, металлического профили или пенопласта программоносителями являются кулачки, упоры или копиры.
Поступивший из программоносителя сигнал через контроллер подает команду на автомат, полуавтомат или копировальный станок. Если необходимо сменить лист фанеры или пенопласта для резки, то кулачки или копиры заменяются другими элементами.
Агрегаты с программным управлением на базе плат" Ардуино" в качестве программоносителя используют перфоленты, перфокарты или магнитные ленты в которых содержится вся необходимая информация. С применением плат «Arduino» весь процесс резки фанеры, пенопласта или другого материала полностью автоматизируется, сто минимизирует затраты труда.
Стоит отметить, что собрать станок ЧПУ для резки фанеры или пенопласта на базе плат Arduino своими руками можно без особых сложностей. Управление в агрегатах ЧПУ на основе «Ардуино» осуществляет контроллер, который передает как технологическую, так и размерную информацию.
Применяя плазморезы с ЧПУ на базе плат «Ардуино» можно освободить большое число универсального оборудования и наряду с этим увеличить производительность труда. Основные преимущества станков на базе «Ардуино», собранных своими руками, выражаются в:
- высокой (по сравнению с ручными станками) производительностью;
- гибкости универсального оборудования в сочетании с точностью;
- снижении потребности в привлечении квалифицированных специалистов к работе;
- возможности изготовления взаимозаменяемых деталей по одной программе;
- сокращенных сроках подготовки при изготовлении новых деталей;
- возможности сделать станок своими руками.
1.1 Процесс работы фрезерного станка с ЧПУ (видео)
1.2 Разновидности ЧПУ станков
Представленные агрегаты для резки фанеры или пенопласта, использующие для работы платы «Arduino», делятся на классы по:
- технологическим возможностям;
- принципу смены инструмента;
- способу смены заготовки.
Любой класс такого оборудования можно сделать своими руками, а электроника «Arduino» обеспечит максимальную автоматизацию рабочего процесса. Наряду с классами, станки могут быть:
- токарными;
- сверлильно-расточными;
- фрезерными;
- шлифовальными;
- станки электрофизического ряда;
- многоцелевые.
Токарные агрегаты на базе «Arduino» могут подвергать обработке наружные и внутренние поверхности всевозможных деталей.
Вращение заготовок может проводиться как в прямолинейных, так и в криволинейных контурах. Устройство также предназначается для резки наружной и внутренней резьбы. Фрезерные агрегаты на базе «Arduino» предназначаются для фрезерования простых и сложных деталей корпусного типа.
Кроме того они могут производить сверление и расточку. Шлифовальные станки, которые также можно сделать своими руками могут применяться для финишной обработки деталей.
В зависимости от вида обрабатываемых поверхностей агрегаты могут быть:
- плоскошлифовальными;
- внутришлифовальными;
- шлицешлифовальными.
Многоцелевые агрегаты могут применяться для резки фанеры или пенопласта, выполнять сверление, фрезерование, расточку и токарную обработку деталей. Перед тем, как сделать станок с ЧПУ своими руками, важно учитывать, что деление оборудования производится и по способу смены инструмента. Замена может производиться:
- вручную;
- автоматически в револьверной головке;
- автоматически в магазине.
Если электроника (контроллер) может обеспечивать автоматическую смену заготовок с использованием специальных накопителей, то аппарат может длительное время работать без участия оператора.
Для того, чтобы сделать представленный агрегат для резки фанеры или пенопласта своими руками, необходимо подготовить исходное оборудование. Для этого может быть пригоден бывший в употреблении .
В нем рабочий орган заменяется на фрезу. Кроме того сделать механизм своими руками можно из кареток старого принтера.
Это позволит двигаться рабочей фрезе в направлении двух плоскостей. Далее к конструкции подключается электроника, ключевым элементом которой является контроллер и платы «Arduino».
Схема сборки позволяет сделать своими руками самодельный агрегат ЧПУ автоматическим. Такое оборудование может быть предназначено для резки пластика, пенопласта, фанеры или тонкого металла. Для того, чтобы устройство смогло выполнять более сложные виды работ, необходим не только контроллер, но и шаговый двигатель.
Он должен обладать высокими мощностными показателями – не менее 40-50 ватт. Рекомендуется использовать обычный электродвигатель, так как с его применением отпадет необходимость в создании винтовой передачи, а контроллер будет обеспечивать своевременную подачу команд.
Нужное усилие на вал передачи в самодельном устройстве должно передаваться посредством зубчатых ремней. Если для передвижения рабочей фрезы самодельный станок с ЧПУ будет использовать каретки от принтеров, то для этой цели необходимо выбрать детали от принтеров больших размеров.
Основой будущего агрегата может послужить прямоугольная балка, которая должна быть прочно закреплена на направляющих. Каркас должен отличаться высокой степенью жесткости, но использовать сварку не рекомендуется. Лучше применять болтовое соединение.
Сварочные швы будут подвергаться деформации из-за постоянных нагрузок при работе станка. Элементы крепления при этом разрушаются, что приведет к сбою настроек, а контроллер будет работать некорректно.
2.1 О шаговых двигателях суппортах и направляющих
Агрегат с ЧПУ, собранный самостоятельно, должен быть оснащен шаговыми электродвигателями. Как уже упоминалось выше, для сборки агрегата лучше всего использовать двигатели от старых матричных принтеров.
Для эффективного функционирования устройства понадобится три отдельных двигателя шагового типа. Рекомендуется применять двигатели с пятью отдельными проводами управления. Это позволит увеличить функциональность самодельного аппарата в несколько раз.
При подборе двигателей для будущего станка нужно знать число градусов на один шаг, показатель рабочего напряжения и сопротивление обмотки. Впоследствии это поможет произвести корректную настройку всего программного обеспечения.
Крепление вала шарового двигателя производится с применением резинового кабеля, покрытого толстой обмоткой. Кроме того, с помощью такого кабеля можно присоединить двигатель к ходовой шпильке. Станину можно изготовить из пластмассы с толщиной в 10-12 мм.
Наряду с пластиком возможно применение алюминия или органического стекла.
Ведущие детали каркаса крепятся с помощью саморезов, а при использовании древесины можно крепить элементы клеем ПВА. Направляющие представляют собой стальные прутья с сечением в 12 мм и длиной в 20 мм. На каждую ось приходится по 2 прута.
Суппорт изготавливают из текстолита, его размеры должны составлять 30×100х40 см. Направляющие части текстолита скрепляются винтами марки М6, а суппорты «Х» и «У» в верху должны иметь 4 резьбовых отверстия для закрепления станины. Шаговые электродвигатели устанавливаются с помощью крепежей.
Крепления можно сделать с использованием стали листового типа. Толщина листа должна составлять 2-3 мм. Далее винт соединяется с осью шагового двигателя посредством гибкого вала. С этой целью можно задействовать обычный резиновый шланг.
