В статье описан самодельный станок с ЧПУ. Главное достоинство данного варианта станка – простой метод подключения шаговых двигателей к компьютеру через порт LPT.
Механическая часть
Станина
Станина нашего станка сделана из пластмассы толщиной 11-12мм. Материал не критичен, можно использовать алюминий, органическое стекло фанеру и любой другой доступный материал. Основные детали каркаса прикрепляются с помощью саморезов, при желании можно дополнительно оформить места креплений клеем, если используете древесину, то можно использовать клей ПВА.
Суппорта и направляющие
В качестве направляющих использованы стальные прутки с диаметром 12мм, длина 200мм (на ось Z 90мм), две штуки на ось. Суппорта изготавливаются из текстолита размерами 25Х100Х45. Текстолит имеет три сквозных отверстия, два из них для направляющих и одно для гайки. Направляющие части крепятся винтами М6. Суппорты Х и У в верхней части имеют 4 резьбовых отверстия для крепления стола и узла оси Z.
Суппорт Z
Направляющие оси Z крепятся к суппорту Х через стальную пластину, которая является переходной, размеры пластины 45х100х4.
Шаговые двигатели устанавливаются на крепежи, которые можно изготовить из листовой стали с толщиной 2-3мм. Винт нужно соединить с осью шагового двигателя при помощи гибкого вала, в качестве которого может быть использован резиновый шланг. При использовании жесткого вала, система будет работать не точно. Гайку делают из латуни, которую вклеивают в суппорт.
Сборка
Сборка самодельного ЧПУ станка, осуществляется в следующей последовательности:
- Для начала нужно установить в суппорта все направляющие компоненты и прикрутить их к боковинам, которые вначале не установлены на основание.
- Суппорт передвигаем по направляющим до тех пор, пока не добьемся плавного хода.
- Затягиваем болты, фиксируя направляющие части.
- К основанию крепим суппорт, узел направляющие и боковину, для крепления используем саморезы.
- Собираем узел Z и вместе с переходной пластиной прикрепляем его к суппорту X.
- Далее устанавливаем ходовые винты вместе с муфтами.
- Устанавливаем шаговые двигатели, соединяя ротор двигателя и винт муфтой. Обращаем строгое внимание на то, чтобы ходовые винты вращались плавно.
Рекомендации по сборке станка:
Гайки можно изготовить также из чугуна, использовать другие материалы не стоит, винты можно купить в любом строительном магазине и обрезать под свои нужды. При использовании винтов с резьбой М6х1, длина гайки будет 10 мм.
Чертежи станка.rar
Переходим ко второй части сборки ЧПУ станка своими руками, а именно к электронике.
Электроника
Блок питания
В качестве источника питания был использован блок на 12Вольт 3А. Блок предназначен для питания шаговых двигателей. Еще один источник напряжения на 5Вольт и с током 0.3А был использован для запитки микросхем контролера. Источник питания зависит от мощности шаговых двигателей.
Приведем расчет блока питания. Расчет прост — 3х2х1=6А, где 3 — количество используемых шаговых двигателей, 2 — число запитанных обмоток, 1 — ток в Амперах.
Контролер управления
Управляющий контроллер был собран всего на 3-х микросхемах серии 555TM7. Контроллер не требует прошивки и имеет достаточно простую принципиальную схему, благодаря этому, данный ЧПУ станок своими руками может сделать человек не особо разбирающийся в электронике.
Описание и назначение выводов разъема порта LPT.
| Выв. | Название | Направление | Описание |
| 1 | STROBE | ввод и вывод | Устанавливается PC после завершения каждой передачи данных |
| 2..9 | DO-D7 | вывод | Вывод |
| 10 | АСК | ввод | Устанавливается в «0» внешним устройством после приема байта |
| 11 | BUSY | ввод | Устройство показывает, что оно занято, путем установки этой линии в «1» |
| 12 | Paper out | ввод | Для принтеров |
| 13 | Select | ввод | Устройство показывает, что оно готово, путем установки на этой линии «1 » |
| 14 | Autofeed | ||
| 15 | Error | ввод | Индицирует об ошибке |
| 16 | Initialize | ввод и вывод | |
| 17 | Select In | ввод и вывод | |
| 18..25 | Ground GND | GND | Общий провод |
Для эксперимента был использован шаговый двигатель от старого 5,25-дюймов. В схеме 7 бит не используется т.к. применено 3 двигателя. На него можно повесить ключ включение главного двигателя (фреза или сверло).
Драйвер для шаговых двигателей
Для управления шаговым двигателем используется драйвер, который из себя представляет усилитель с 4-я каналами. Конструкция реализована всего на 4-х транзисторах типа КТ917.
Применять можно и серийные микросхемы, к примеру — ULN 2004 (9 ключей) с током 0,5-0.6А.
Для управления используется программа vri-cnc. Подробное описание и инструкция по использованию программы находится на .
Собрав данный ЧПУ станок своими руками, вы станете обладателем машины способной выполнять механическую обработку (сверление, фрезерование) пластмасс. Гравировку по стали. Также самодельный станок с ЧПУ может использоваться как графопостроитель, на нем можно рисовать и сверлить печатные платы.
По материалам сайта: vri-cnc.ru
В домашней мастерской желательно иметь простейшие настольные станки — сверлильный, шлифовальный и т.д. Но если надо выполнить точные работы, то не обойтись без фрезерного агрегата. Для этого можно изготовить несложный ЧПУ своими руками. Это можно сделать двумя путями:
Самодельный станок ЧПУ необходим для точного сверления или обрезания, а также обточки деталей.
- купить набор для изготовления подобной конструкции;
- сделать такой фрезер самому.
Первый путь связан с определенными финансовыми расходами. Фирменные станки для домашнего использования имеют сравнительно высокую цену и не всем по карману.
С ЧПУ требует определенных знаний и владение инструментом для его создания.
С чего начать конструирование самодельного фрезера?
Для начала надо выбрать подходящую схему агрегата. За основу можно взять обычный сверлильный станок, только вместо сверла использовать в качестве рабочего инструмента фрезу. Естественно, надо будет продумать механизм его передвижения в трех плоскостях. Обычно для маленьких агрегатов используют переработанные каретки от принтера, с помощью которых рабочий инструмент может передвигаться в двух плоскостях. Это выгодно и с точки зрения подключения программного обеспечения для работы в автоматическом режиме. Но такие конструкции имеют один недостаток — они позволяют обрабатывать дерево, пластик и тонкие листы металла (1-2 мм).
Поэтому для более серьезных работ ЧПУ фрезер должен иметь шаговые двигатели повышенной мощности. Их можно сделать путем доработки стандартных электродвигателей этого класса, что позволит отказаться от применения винтовой передачи с сохранением всех ее достоинств. Для передачи усилия на вал лучше всего применить зубчатые ремни.
При использовании самодельных кареток для передвижения рабочего инструмента можно использовать части от больших принтеров. Ниже будет описана одна из самодельных конструкций подобного типа.
Вернуться к оглавлению
Изготовление ЧПУ фрезера своими силами
Этот станок по своей конструкции напоминает образцы промышленных агрегатов. Основой его служит низкая балка прямоугольного сечения, прямо закрепленная на направляющих. Это позволяет получить нужную жесткость конструкции и свести к минимуму сварочные работы при создании фрезера.
В качестве основы взята металлическая квадратная труба со стороной 75-85 мм. Для крепления к направляющим надо применить подошвы прямоугольного типа 65 х 25 мм. Это позволяет отказаться от сварки на данном этапе работ и поможет при точной настройке фрезера. Это нужно и для правильного выставления углов в 90 градусов. Основная балка и подошва соединяются с помощью 4 винтов М6, которые надо затянуть до упора, чтобы получить нужную жесткость. Это исключит люфт, хотя возможен прогиб направляющих при большой нагрузке и неполадки в подшипниках скольжения (можно применить любые подходящие, даже китайские).
Вертикальный подъем рабочего инструмента осуществляется с помощью винтовой передачи, а зубчатый ремень используется для отдачи вращения на ходовой винт. Это дает возможность избежать биений, понизить центр тяжести агрегата и сэкономить место. Сама вертикальная ось изготовляется из алюминиевой плиты. Ее надо обработать на фрезерном станке по размерам, нужным для самодельного станка. Если в домашней мастерской есть муфельная печь, то ее можно отлить из алюминия.
За осью надо установить два шаговых двигателя: первый вращает ходовой винт вертикального смещения, а второй обеспечивает передвижение по горизонтали. Вращение передается при помощи ремней. Некоторые детали надо заказать у токаря, если нет собственного токарного станка.
После изготовления всех элементов и сборки надо проверить ЧПУ фрезер в работе, используя ручное управление. После этого надо заняться контроллерами шаговых двигателей и программным обеспечением. Если нет соответствующих знаний, то можно обратиться в фирму, которая имеет в штате хороших программистов.
Еще может понадобиться станина из металла или искусственного камня, которую лучше заказать по нужным размерам.
Вернуться к оглавлению
Какие шаговые двигатели может иметь самодельный ЧПУ?
Это самые важные элементы будущего фрезера.
Для того чтобы достать такие электродвигатели, надо разобрать старые матричные принтеры (например, «Эпсон»). Внутри таких аппаратов есть два шаговых двигателя и хорошие стальные стержни из закаленной стали. Для постройки фрезера надо иметь 3 электродвигателя, поэтому придется разобрать 2 принтера.
С целью упрощения производства операций на самодельном станке лучше всего применить двигатели с 5-6 проводами управления: они имеют хороший крутящий момент, и с ними легко работать. Для правильной программной настройки надо знать число их градусов на шаг, рабочее напряжение и сопротивление обмотки.
Для привода на самодельный ЧПУ обычно используется гайка и шпилька. Для закрепления вала шагового двигателя обычно применяют кусок толстостенного резинового кабеля, с его помощью электродвигатель присоединяют к шпильке. В качестве фиксаторов используют самодельные втулки с винтом. Их делают из нейлона, применяя дрель и напильник.
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.
Это мой первый станок с ЧПУ собранный своими руками из доступных материалов. Себестоимость станка около 170$.
Собрать станок с ЧПУ мечтал уже давно. В основном он мне нужен для резки фанеры и пластика, раскрой каких-то деталей для моделизма, самоделок и других станков. Собрать станок руки чесались почти два года, за это время собирал детали, электронику и знания.
Станок бюджетный, стоимость его минимальна. Далее я буду употреблять слова, которые обычному человеку могут показаться очень страшными и это может отпугнуть от самостоятельной постройки станка, но на самом деле это всё очень просто и легко осваивается за несколько дней.
Электроника собрана на Arduino + прошивка GRBL
Механика самая простая, станина из фанеры 10мм + шурупы и болты 8мм, линейные направляющие из металического уголка 25*25*3 мм + подшипники 8*7*22 мм . Ось Z движется на шпильке M8, а оси X и Y на ремнях T2.5 .
Шпиндель для ЧПУ самодельный , собран из бесколлекторного мотора и цангового зажима + зубчатая ременная передача. Надо отметить, что мотор шпинделя питается от основного блока питания 24 вольта. В технических характеристиках указано, что мотор на 80 ампер, но реально он потребляет 4 ампера под серьёзной нагрузкой. Почему так происходит я объяснить не могу, но мотор работает отлично и справляется со своей задачей.
Изначально ось Z была на самодельных линейных направляющих из уголков и подшипников, позже я переделал её, фотки и описание ниже.
Рабочее пространство примерно 45 см по X и 33 см по Y, по Z 4 см. Учитывая первый опыт, следующий станок я буду делать с большими габаритами и на ось X буду ставить два мотора, по одному с каждой строны. Это связано с большим плечом и нагрузкой на него, когда работа ведётся на максимальном удалении по оси Y. Сейчас стоит один мотор и это приводит к искажению деталей, круг получается немного элипсом из-за возникающего прогибания каретки по X.
Родные подшипники у мотора быстро разболтались, потому что не рассчитаны на боковую нагрузку, а она тут серьёзная. Поэтому сверху и снизу на оси установил два больших подшипника диаметром 8 мм, это надо было бы делать сразу, сейчас из-за этого есть вибрация.
Здесь на фото видно, что ось Z уже на других линейных направляющих, описание будет ниже.
Сами направляющие имеют очень простую конструкцию, её я как-то случайно нашел на Youtube . Тогда мне эта конструкция показалась идеальной со всех сторон, минимум усилий, минимум деталей, простая сборка. Но как показала практика эти направляющие работают не долго. На фото видно какая канавка образовалась на оси Z после недели моих тестовых запусков ЧПУ станка.
Самодельные направляющие на оси Z я заменил на мебельные, стоили меньше доллара за две штуки. Я их укоротил, оставил ход 8 см. На осях X и Y ещё остались направляющие старые, менять пока не буду, планирую на этом станке вырезать детали для нового станка, потом этот просто разберу.
Пару слов о фрезах. Я никогда не работал с ЧПУ и опыт фрезерования у меня тоже очень маленький. Купил я в Китае несколько фрез, у всех 3 и 4 канавки, позже я понял, что эти фрезы хороши для металла, для фрезерования фанеры нужны другие фрезы. Пока новые фрезы преодолевают расстояние от Китая до Беларуси я пытаюсь работать с тем, что есть.
На фото видно как фреза 4 мм горела на берёзовой фанере 10 мм, я так и не понял почему, фанера чистая, а на фрезе нагар похожий на смолу от сосны.
Далее на фото фреза 2 мм четырёхзаходная после попытки фрезерования пластика. Этот кусок расплавленного пластика потом очень плохо снимался, откусывал по чуть-чуть кусачками. Даже на малых оборотах фреза все равно вязнет, 4 канавки явно для металла:)
На днях у дяди был день рождения, по этому случаю решил сделать подарок на своей игрушке:)
В качестве подарка сделал аншлаг на дом из фанеры. Первым делом попробовал фрезеровать на пенопласте, чтобы проверить программу и не портить фанеру.
Из-за люфтов и прогибаний подкову получилось вырезать только с седьмого раза.
В общей сложности этот аншлаг (в чистом виде) фрезеровался около 5 часов + куча времени на то, что было испорчено.
Как-то я публиковал статью про ключницу , ниже на фото эта же ключница, но уже вырезанная на станке с ЧПУ. Минимум усилий, максимум точность. Из-за люфтов точность конечно не максимум, но второй станок я сделаю более жестким.
А ещё на станке с ЧПУ я вырезал шестерёнки из фанеры , это намного удобнее и быстрее, чем резать своими руками лобзиком.
Позже вырезал и квадратные шестерёнки из фанеры , они на самом деле крутятся:)
Итоги положительные. Сейчас займусь разработкой нового станка, буду вырезать детали уже на этом станке, ручной труд практически сводится к сборке.
Нужно освоить резку пластика, потому как встала работа над самодельным роботом-пылесосом . Собственно робот тоже подтолкнул меня на создание своего ЧПУ. Для робота буду резать из пластика шестерни и другие детали.
Update: Теперь покупаю фрезы прямые с двумя кромками (3.175*2.0*12 mm), режут без сильных задиров с обоих сторон фанеры.
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: