Для многих проектов фрезерный станок с ЧПУ необходим для хороших и быстрых результатов. После некоторого исследования существующих на данный момент машин CNC, я пришел к выводу, что все машины с ценой до 150 тыс. не могут удовлетворить мои потребности в отношении рабочего пространства и точности.
Что я хочу:
- рабочее пространство 900 х 400 х 120 мм
- относительно тихий шпиндель с высокой мощностью на низких скоростях вращения
- максимально возможная жесткость (для фрезерования алюминиевых деталей)
- максимально возможная точность
- USB-интерфейс
- потратить до 150 тыс. рублей
С этими требованиями я начал 3D конструирование с разработкой схем и чертежей, проверяя множество доступных деталей. Основное требование: части должны сочетаться друг с другом. В конце концов я решил построить машину на гайке типа 30-B с 8 алюминиевыми рамами с 16-миллиметровыми шарикоподшипниковыми шпинделями, 15-мм шарикоподшипниковыми направляющими и 3-амперными шаговыми двигателями NEMA23, которые легко вписываются в готовую систему крепления.
Эти детали идеально сочетаются друг с другом без необходимости в изготовлении специальных деталей.
Шаг 1: Строим раму
Главное — это хорошее планирование…
Через неделю после заказа прибыли запчасти. И через несколько минут ось Х была готова. — Проще, чем я думал! 15-миллиметровые линейные подшипники HRC имеют очень хорошее качество, и после их установки вы сразу понимаете, что они будут работать очень хорошо.
Через 2 часа при сборке своими руками станка ЧПУ на Ардуино появилась первая проблема: шпиндели не хотят попадать в роликовые подшипники. Мой морозильник недостаточно большой для 1060 мм шпинделей, поэтому я решил достать сухой лед, что означало приостановить проект на неделю.
Шаг 2: Настройка шпинделей
Пришел друг с пакетом сухого льда, и после нескольких минут заморозки шпиндели отлично вписываются в роликовые подшипники. Еще несколько винтов, и это уже немного похоже на станок с ЧПУ.
Шаг 3: Электрические детали
Механическая часть закончена, и я перехожу к электрическим деталям.
Поскольку я очень хорошо знаком с Arduino и хочу иметь полный контроль через USB, я сначала выбрал Arduino Uno со щитом GRBL и степперами TB8825. Эта конфигурация работает очень просто, и после небольшой настройки машина стала управляемой на ПК. Отлично!
Но так как TB8825 работает максимум на 1,9 А и 36 В (становится очень горячим), этого достаточно для запуска машины, но я заметил потери в шагах из-за слишком малой мощности. Длительный процесс фрезерования при такой температуре представляется кошмаром.
Я купил дешевый TB6560 из Китая (300 рублей за каждый, доставка 3 недели) и подключил их к щиту GRBL. Номинальные напряжения не очень точны для этой платы, вы найдете номиналы от 12 до 32В. Поскольку у меня уже есть источник питания 36 В, я попытался приспособить именно его.
Результат: два шаговых привода работают нормально, один не может выдержать более высокое напряжение, а другой поворачивается только в одном направлении (невозможно изменить направление).
Итак, снова в поисках хорошего драйвера…
TB6600 — мое окончательное решение. Он полностью закрыт алюминиевым охлаждающим покрытием и прост в настройке. Теперь мои степперы работают по осям X и Y с 2,2А и по оси Z с 2,7А. Я мог поднять до 3А, но поскольку у меня есть закрытая коробка для защиты цепей от алюминиевой пыли, я решил использовать 2,2А, что достаточно для моих нужд и почти не выделяет тепла. Также я не хочу, чтобы степперы уничтожили машину в случае ошибки, когда я даю им слишком много мощности.
Я долго думал над решением для защиты блока питания степперов и преобразователя частоты от мелких алюминиевых деталей. Существует много решений, когда преобразователь устанавливается очень высоко или на достаточном расстоянии от фрезерного станка. Основная проблема в том, что эти устройства выделяют много тепла и нуждаются в их активном охлаждении. Мое окончательное решение — прекрасные колготки моей девушки. Я разрезал их на кусочки по 30 см и использовал в качестве защитного шланга, что очень просто и обеспечивает хороший воздушный поток.
Шаг 4: Шпиндель
Выбор подходящего шпинделя требует много исследований. Сначала я подумал о том, чтобы использовать стандартный шпиндель Kress1050, но, поскольку у него всего 1050 Вт на скорости 21000 об / мин, я не могу ожидать большой мощности на более низких скоростях.
Для моих требований к сухому фрезерованию алюминия и, возможно, некоторых стальных деталей мне нужна мощность на 6000-12000 об / мин.
Вот почему я, наконец, выбрал частотно-регулируемый привод на 3кВт из Китая (вместе с конвертером) за 25 тыс. рублей.
Качество шпинделя очень хорошее. Он довольно мощный и простой в настройке. Я недооценил вес в 9 кг, но, к счастью, моя рама достаточно крепкая и с тяжелым шпинделем проблем нет. (Высокий вес является причиной для привода оси Z на 2,7 А)
Шаг 5: Работа завершена
Готово. Машина работает очень хорошо, у меня было несколько проблем с шаговыми драйверами, но в целом я действительно доволен результатом. Я потратил около 120 тыс. руб., и у меня есть машина, которая точно соответствует моим потребностям.
Первый фрезерный проект был отрицательной формой в POM (Parallax occlusion mapping). Станок отлично справился с задачей!
Шаг 6: Доработка для фрезерования алюминия
Уже в POM я увидел, что крутящий момент на Y-образном подшипнике немного велик, и машина изгибается при высоких усилиях вокруг оси Y. Вот почему я решил купить вторую рейку и соответственно модернизировать портал.
После этого почти нет люфта из-за усилия на шпинделе. Отличное обновление и, конечно, стоит своих денег (10 тыс. рублей).
Теперь я готов к алюминию. При работе с AlMg4,5Mn я получил очень хорошие результаты без какого-либо охлаждения.
Шаг 7: Заключение
Создание собственного станка с ЧПУ на самом деле не ракетостроение. У меня относительно плохие условия работы и оборудование, но имея хороший план работ нужно всего несколько бит, отвертка, зажимы и обычный сверлильный станок. Один месяц в CAD и на план покупок, и четыре месяца сборки, чтобы завершить установку. Создание второго станка прошло бы намного быстрее, но без каких-либо предварительных знаний в этой области мне пришлось много узнать о механике и электронике за это время.
Шаг 8: Детали
Здесь вы можете найти все основные части станка. Я бы порекомендовал сплавы AlMg4,5Mn для всех алюминиевых пластин.
Электрические:
Я купил все электрические части на Ebay.
- Arduino + GRBL-Shield: ~ 1500 руб.
- Шаговый драйвер: 1000 руб.\шт
- Блок питания: 3000 руб.
- Шаговые двигатели: ~ 1500 руб.\шт
- Фрезерный шпиндель + инвертор: 25 тыс. руб.
Механические:
- Линейные подшипники: ссылка
- Линейные рельсы: ссылка
- Шариковые циркуляционные шпиндели: ссылка
- 2x1052mm
- 1x600mm
- 1x250mm
- Фиксированные подшипники шпинделя + держатель степпера: ссылка
- Плавающий подшипник: ссылка
- Шпиндельно-шаговые соединения: заказал китайские муфты за 180 руб.\шт
- Нижние профили: ссылка
- Х-профили для рельсов: ссылка
- Y-образные профили для установки степпера / шпинделя оси X: ссылка
Портальные:
- Профиль на линейном подшипнике X: ссылка
- Задняя панель / Монтажная панель: 5 мм алюминиевая пластина 600×200.
- Y-профили: 2x ссылка
- Z-профиль: ссылка
- Z-монтажная пластина: 5 мм 250×160 Алюминиевая пластина
- Z-скользящая пластина для крепления шпинделя: 5 мм 200×160 Алюминиевая пластина
Шаг 9: Программное обеспечение
Попользовавшись CAD, затем CAM и, наконец, G-Code Sender я очень разочарован. После долгих поисков хорошего программного обеспечения я остановился на Estlcam, которое является очень удобным, мощным и очень доступным (3 тыс. рублей).
Он полностью перезаписывает Arduino и самостоятельно контролирует шаговые двигатели. Есть много хороших задокументированных функций. Пробная версия обеспечивает полную функциональность программного обеспечения, лишь добавляя время ожидания.
К примеру, поиск края. Нужно просто подключить провод к контакту Arduino A5 и к заготовке (если не металлическая, то используйте алюминиевую фольгу, чтобы временно покрыть ее). С помощью машинного управления вы можете теперь прижимать инструмент для фрезерования к рабочей поверхности. Как только цепь замыкается, машина останавливается и устанавливает ось на ноль. Очень полезно! (обычно заземление не требуется, потому что шпиндель должен быть заземлен)
Шаг 10: Усовершенствование
До настоящего времени оси Y и Z имели временные пластиковые кронштейны для передачи усилий гаек шпинделя и соответственно перемещали фрезерный шпиндель.
Пластиковые скобы были из прочного пластика, но я им не слишком доверяю. Представьте, что скоба оси Z будет тормозить, фрезерный шпиндель просто упадет (очевидно, в процессе фрезерования).
Вот почему я теперь изготовил эти кронштейны из алюминиевого сплава (AlMgSi). Результат прилагается на картинке. Они теперь намного прочнее, чем пластиковая версия, которую я сделал раньше без фрезерного станка.
Шаг 11: Станок в работе
Теперь с небольшой практикой ЧПУ станок по дереву своими руками уже дает очень хорошие результаты (для хобби). На этих снимках изображено сопло из AlMg4,5Mn. Я должен был фрезеровать его с двух сторон. На последнем фото то, что получилось еще без полировки или наждачной бумаги.
Я использовал фрезу VHM 6 мм с 3 лопостями. Я понял, что 4-6-миллиметровые инструменты дают очень хорошие результаты на этом станке.
Для многих домашних мастеров может показаться, что — это где-то на грани фантастики, так как данное оборудование представляет собой сложное в конструктивном, техническом и электронном плане устройство.
Между тем, имея под рукой соответствующие чертежи, весь необходимый материал и инструмент, мини фрезерный самодельный станок по дереву, оснащенный ЧПУ, сделать своими руками можно.
Конечно, для этого придется затратить определенные усилия, а том числе и финансовые, однако нет ничего невозможного, и если правильно и со знанием дела подходить к решению этого вопроса, самодельный настольно-фрезерный станок по дереву мини исполнения с блоком ЧПУ сделать своими руками сможет каждый домашний мастер.
Как известно, такой мини агрегат по дереву отличается точностью проводимой обработки, простотой управления всеми рабочими процессами, а также высоким качеством готового изделия.
В настоящее время реализовать самодельный настольно-фрезерный станок с ЧПУ в мини исполнении для работы по дереву и другим материалами можно несколькими способами.
В первую очередь, можно приобрести специальный набор для сбора данного типа конструкции, а можно все необходимые работы провести своими руками, получив на выходе готовое изделие с высоким качеством обработки.
Если принято решение всю необходимую работу по конструированию и сборке мини настольно-фрезерного станка для работы по дереву и другими материалами с ЧПУ проводить самому, своими руками, то начинать следует с выбора наиболее оптимальной схемы будущего агрегата.
В этом случае в качестве исходного оборудования можно взять небольшой старенький сверлильный станок и заменить рабочий орган в виде сверла непосредственно на фрезу.
Обязательно следует тщательно подумать о том, как будет устроен механизм, отвечающий за необходимое передвижение в трех независимых плоскостях.
Собрать такой механизм можно попробовать из переработанных кареток от старого принтера, что даст возможность обеспечить движение рабочей фрезе в двух плоскостях.
Здесь можно будет достаточно просто подключить необходимое программное обеспечение, что позволит сделать самодельный настольно фрезерный станок ЧПУ автоматическим, однако такая конструкция сможет работать только по дереву, пластику или тонкому металлу.
Чтобы самодельный фрезерный станок, собранный своими руками, смог выполнять более серьезные операции, его необходимо оснастить шаговым двигателем с высокими показателями по мощности.
Получить такой тип двигателя можно из стандартного варианта электродвигателя за счет небольшой доработки. Это позволит полностью исключить применение винтовой передачи, при этом все ее достоинства сохранятся в полном объеме.
Необходимое усилие на вал в самодельном агрегате лучше всего передавать через зубчатые ремни.
В том случае, если для обеспечения необходимого передвижения рабочей фрезы в самодельном фрезерном станке с ЧПУ принято решение использовать самодельные каретки от принтеров, то лучше для этих целей взять данные приспособления от больших моделей принтеров.
При создании фрезерного агрегата с ЧПУ своими руками, особое внимание следует уделить изготовлению механизма фрезера, для чего потребуются соответствующие чертежи.
Сборка фрезерного станка
За основу самодельного фрезерного станка лучше всего взять прямоугольную балку, которую следует прочно закрепить на направляющих.
Вся конструкция должна иметь высокую жесткость, при этом лучше, если сварочные работы будут сведены к минимуму.
Дело в том, что в любом случае, сварочные швы подвержены разрушению и деформации при определенных нагрузках, при работе станка его станина будет подвергаться, в том числе, и вибрации, что может негативно сказаться на данных элементах крепления, что, в свою очередь, приведет к сбою в настройках.
Балку и элементы крепления для усиления жесткости рекомендуется скреплять при помощи винтов определенных диаметров.
Это должно полностью исключить возможный люфт при работе фрезерного станка с ЧПУ, а также прогиб направляющих при серьезных нагрузках.
По точно такому же принципу собирается своими руками и самодельный фрезерно-гравировальный станок, оснащенный ЧПУ. О процессе сборки своими руками достаточно функционального станка фрезерного типа с ЧПУ, подробно рассказано на видео ниже.
В конструкции агрегата необходимо в обязательном порядке предусмотреть подъем рабочего инструмента в вертикальном положении, для чего рекомендуется использовать винтовую передачу.
В свою очередь, для необходимой отдачи вращения непосредственно на ходовой винт следует использовать зубчатый ремень.
Вертикальную ось, которая также является обязательным элементом любого фрезерного станка с ЧПУ, делают из алюминиевой плиты.
Ее следует точно подогнать по размерам, которые были получены еще на этапе проектирования агрегата и занесены в соответствующие чертежи.
В домашних условиях отлить вертикальную ось можно при помощи муфельной плиты, и в этом случае следует взять алюминий.
После этого непосредственно на корпус сразу за осью следует смонтировать два двигателя шагового типа, один из которых будет отвечать за горизонтальное перемещение, а второй, соответственно, за вертикальное.
Все вращение должно передаваться через ремни. После того, как все элементы будут находиться на своих местах, самодельный фрезерный станок следует обязательно проверить в работе при ручном управлении, и при выявлении недочетов, устранить их на месте.
Немного о шаговых двигателях
Любой агрегат с ЧПУ, в том числе и гравировальный станок, в обязательном порядке оснащается электродвигателями шагового типа.
При сборке самодельного фрезеровального оборудования с ЧПУ в качестве такого мотора можно использовать двигатели от старых матричных принтеров. В большинстве матричных принтеров установлено два таких элемента с достаточной мощностью.
Кроме этого, в матричных принтерах имеются еще и стальные стержни, изготовленные из прочной стали, которые также можно использовать в самодельном станке.
В этом случае следует отметить, что для сборки такого агрегата своими руками потребуется три отдельных двигателя шагового типа, а значит, придется искать и разбирать два матричных принтера.
Лучше, если такие двигатели будут иметь порядка пяти отдельных проводов управления, так как в этом случае функциональность самодельного станка увеличится в несколько раз.
Подбирая двигатели шагового типа для самодельного фрезерного станка с ЧПУ, необходимо выяснить число их градусов на один шаг, а также рабочее напряжение и обмоточное сопротивление.
Это поможет впоследствии правильно настроить все программное обеспечение оборудования.
Крепить вал двигателя шагового типа лучше всего при помощи резинового кабеля с толстой обмоткой. Он поможет и при присоединении самого двигателя непосредственно к шпильке.
Выполнить фиксаторы можно из изготовленной своими руками втулки с винтом. Для этого следует взять нейлон, а в качестве инструмента дрель и напильник.
О том, как сделать своими руками гравировально-фрезерный станок с блоком ЧПУ, подробно рассказано на видео ниже.
Электронное обеспечение
Главным элементом любого станка, оснащенного ЧПУ, является его программное обеспечение.
В этом случае можно использовать самодельное, которое будет включать в себя все необходимые драйверы для установленных контролеров, а также шаговых двигателей, а кроме этого, стандартные питающие блоки.
В обязательном порядке потребуется порт LPT. Также необходимо будет подумать и о рабочей программе, которая будет обеспечивать не только контроль, но и управление всеми необходимыми режимами работы.
Непосредственно сам блок ЧПУ следует подключать к фрезерному агрегату через вышеуказанный порт обязательно через установленные двигатели.
Подбирая для самодельного станка необходимое программное обеспечение, необходимо делать ставку на то, которое уже успело доказать свою стабильную работу и имеет огромные функциональные возможности.
Видео:
Следует помнить, что электроника будет, главным образом, влиять на точность и качество всех выполняемых операций на оборудовании с ЧПУ.
После того как будет установлена вся необходимая электроника, необходимо выполнить загрузку всех необходимых для работы настольно-фрезерного станка программ и драйверов.
Далее, непосредственно перед тем, как станок начнет эксплуатироваться по своему прямому назначению, следует проверить в работе электронное обеспечение и при необходимости устранить на месте все выявленные недочеты.
Все вышеописанные операции по сборке своими руками фрезерного станка с ЧПУ подходят и для создания самодельного координатно-расточного агрегата, а также многого другого оборудования данного класса.
В любом случае, если всю работу по сборке своими руками фрезерного агрегата, оснащенного ЧПУ, выполнить правильно и в соответствии с технологией, у домашнего мастера появится возможность выполнять множество сложнейших операций, как по металлу, так и по дереву.
О том, как сделать самостоятельно фрезеровальный станок с блоком ЧПУ, подробно рассказано на видео в нашей статье.
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.
Вам также могут быть интересны статьи:
Долбежный станок по дереву своими руками Как сделать строгальный станок по дереву своими руками Копировально-фрезерные станки по дереву
Итак, вы решили построить самодельный ЧПУ фрезерный станок или, может быть, вы просто над этим только задумываетесь и не знаете с чего начать? Есть много преимуществ в наличии машины с ЧПУ. Домашние станки могут производить фрезерование и резать практически все материалы. Будь вы любитель или мастер, это открывает большие горизонты для творчества. Тот факт, что один из станков может оказаться в вашей мастерской, еще более соблазнителен.
Есть много причин, по которым люди хотят построить собственный фрезерный станок ЧПУ своими руками. Как правило, это происходит потому, что мы просто не можем позволить себе купить его в магазине или от производителя, и в этом нет ничего удивительного, ведь цена на них немаленькая. Или же вы можете быть похожи на меня и получать массу удовольствия от собственной работы и создания чего-то уникального. Вы можете просто заниматься этим для получения опыта в машиностроении.
Личный опыт
Когда я впервые начал разрабатывать, продумывать и делать первый ЧПУ фрезер своими руками, на создание проекта ушел примерно один день. Затем, когда начал покупать части, я провел небольшое исследование. И нашел кое-какие сведения в различных источниках и форумах, что привело к появлению новых вопросов:
- Мне действительно нужны шарико-винтовые пары, или обычные шпильки и гайки будут работать вполне нормально?
- Какой линейный подшипник лучше, и могу ли я его себе позволить?
- Двигатель с какими параметрами мне нужен, и лучше использовать шаговик или сервопривод?
- Деформируется ли материал корпуса слишком сильно при большом размере станка?
- И т.п.
К счастью, на некоторые из вопросов я смог ответить благодаря своей инженерно-технической базе, оставшейся после учебы. Тем не менее, многие из проблем, с которыми я бы столкнулся, не могли быть рассчитаны. Мне просто нужен был кто-то с практическим опытом и информацией по этому вопросу.
Конечно, я получил много ответов на свои вопросы от разных людей, многие из которых противоречили друг другу. Тогда мне пришлось продолжить исследования, чтобы выяснить, какие ответы стоящие, а какие – мусор.
Каждый раз, когда у меня возникал вопрос, ответ на который я не знал, мне приходилось повторять тот же процесс. По большему счету это связано с тем, что у меня был ограниченный бюджет и хотелось взять лучшее из того, что можно купить за мои деньги. Такая же ситуация у многих людей, создающих самодельный фрезерный станок с ЧПУ.
Комплекты и наборы для сборки фрезеров с ЧПУ своими руками
Да, есть доступные комплекты станков для ручной сборки, но я еще не видел ни одного, который можно было бы подстроить под определенные нужды.
Также нет возможности вносить изменения в конструкцию и тип станка, а ведь их много, и откуда вы знаете, какой из них подойдет именно вам? Независимо от того, насколько хороша инструкция, если конструкция продумана плохо, то и конечная машина будет плохой.
Вот почему вам нужно быть осведомленным относительно того, что вы строите и понимать какую роль играет каждая деталь!
Руководство
Это руководство нацелено на то, чтобы не дать вам совершить те же ошибки, на которые я потратил свое драгоценное время и деньги.
Мы рассмотрим все компоненты вплоть до болтов, глядя на преимущества и недостатки каждого типа каждой детали. Я расскажу о каждом аспекте проектирования и покажу, как создать ЧПУ фрезерный станок своими руками. Проведу вас через механику к программному обеспечению и всему промежуточному.
Имейте в виду, что самодельные чертежи станков с ЧПУ предлагают немного способов решения некоторых проблем. Это часто приводит к «неаккуратной» конструкции или неудовлетворительному функционированию машины. Вот почему я предлагаю вам сначала прочитать это руководство.
ДАВАЙТЕ НАЧНЕМ
ШАГ 1: Ключевые конструктивные решения
В первую очередь необходимо рассмотреть следующие вопросы:
- Определение подходящей конструкции конкретно для вас (например, если будете делать станок по дереву своими руками).
- Требуемая площадь обработки.
- Доступность рабочего пространства.
- Материалы.
- Допуски.
- Методы конструирования.
- Доступные инструменты.
- Бюджет.
ШАГ 2: Основание и ось X-оси
Тут рассматриваются следующие вопросы:
- Проектирование и построение основной базы или основания оси X.
- Жестко закрепленные детали.
- Частично закрепленные детали и др.
ШАГ 3: Проектирование козловой оси Y
- Проектирование и строительство портальной оси Y.
- Разбивка различных конструкций на элементы.
- Силы и моменты на портале и др.
ШАГ 4: Схема сборки оси Z
Здесь рассматриваются следующие вопросы:
- Проектирование и сборка сборки оси Z.
- Силы и моменты на оси Z.
- Линейные рельсы / направляющие и расстояние между подшипниками.
- Выбор кабель-канала.
ШАГ 5: Линейная система движения
В этом пункте рассматриваются следующие вопросы:
- Подробное изучение систем линейного движения.
- Выбор правильной системы конкретно для вашего станка.
- Проектирование и строительство собственных направляющих при малом бюджете.
- Линейный вал и втулки или рельсы и блоки?
ШАГ 6: Компоненты механического привода
В этом пункте рассматриваются следующие аспекты:
- Детальный обзор частей привода.
- Выбор подходящих компонентов для вашего типа станка.
- Шаговые или серводвигатели.
- Винты и шарико-винтовые пары.
- Приводные гайки.
- Радиальные и упорные подшипники.
- Муфта и крепление двигателя.
- Прямой привод или редуктор.
- Стойки и шестерни.
- Калибровка винтов относительно двигателей.
ШАГ 7: Выбор двигателей
В этом шаге необходимо рассмотреть:
- Подробный обзор двигателей с ЧПУ.
- Типы двигателей с ЧПУ.
- Как работают шаговые двигатели.
- Типы шаговых двигателей.
- Как работают сервомоторы.
- Типы серводвигателей.
- Стандарты NEMA.
- Выбор правильного типа двигателя для вашего проекта.
- Измерение параметров мотора.
ШАГ 8: Конструкция режущего стола
- Проектирование и строительство собственных столов при малом бюджете.
- Перфорированный режущий слой.
- Вакуумный стол.
- Обзор конструкций режущего стола.
- Стол можно вырезать при помощи фрезерного станка с ЧПУ по дереву.
ШАГ 9: Параметры шпинделя
В этом шаге рассматриваются следующие вопросы:
- Обзор шпинделей с ЧПУ.
- Типы и функции.
- Ценообразование и затраты.
- Варианты монтажа и охлаждения.
- Системы охлаждения.
- Создание собственного шпинделя.
- Расчет нагрузки стружки и силы резания.
- Нахождение оптимальной скорости подачи.
ШАГ 10: Электроника
В этом пункте рассматриваются следующие вопросы:
- Панель управления.
- Электропроводка и предохранители.
- Кнопки и переключатели.
- Круги MPG и Jog.
- Источники питания.
ШАГ 11: Параметры контроллера Программного Управления
В этом шаге рассматриваются следующие вопросы:
- Обзор контроллера ЧПУ.
- Выбор контроллера.
- Доступные опции.
- Системы с замкнутым контуром и разомкнутым контуром.
- Контроллеры по доступной цене.
- Создание собственного контроллера с нуля.
ШАГ 12. Выбор программного обеспечения
В этом пункте рассматриваются следующие вопросы:
- Обзор программного обеспечения, связанного с ЧПУ.
- Подбор программного обеспечения.
- Программное обеспечение CAM.
- Программное обеспечение САПР.
- Програмное обеспечение NC Controller.
——————————————————————————————————————————————————–
В наше время у рукодельных людей всё чаще можно встретить новые станки, которые управляются не руками, как мы все привыкли, а компьютерной программной и компьютеризированной оснасткой. Такое новшество получило название ЧПУ (числовое программное управление).
Такая технология применяется во многих учреждениях, на больших производствах, а также в хозяйских мастерских. Автоматизированная система управления позволяет сэкономить очень много времени, а также повысить качество производимой продукции.
Автоматизированной системой управляет программа с компьютера. В эту систему входят асинхронные двигатели с векторным управлением, имеющие три оси движения электрического гравера: X, Z, Y. Ниже мы рассмотрим, какими бывают станки с автоматическим управлением и расчётами.
Как правило, на всех станках с ЧПУ используется электрический гравер, либо фрезер, на котором можно менять насадки. Станок с числовым управлением применяется для придания тем или иным материалам элементов декора и не только. ЧПУ станки, в связи с продвижениями в компьютерном мире, должны иметь множество функций. К таким функциям относятся:
Фрезерование
Механический процесс обработки материала, в процессе которого, режущий элемент (насадка, в виде фрезы), производит вращательные движения на поверхности заготовки.
Гравировка
Заключается в нанесении того или оного изображения на поверхности заготовки. Для этого используют либо фрезы, либо штихель (стальной стержень с заострённым под углом одним концом).
Сверление
Механическая обработка материала резаньем, с помощью сверла, за счёт которого получаются отверстия разных диаметров и отверстия, имеющие много граней различных сечений и глубин.
Лазерная резка
Способ раскроя и резанья материала, при котором отсутствует механическое воздействие, сохраняется высокая точность заготовки, а также деформации, совершаемые данным способом, имеют минимальные деформации.
Графопостроитель
Производится высокоточное рисование сложнейших схем, чертежей, географических карт. Рисование производится за счёт пишущего блока, посредством специализированного пера.
Рисование и сверление печатных плат
Производство плат, а также рисование электропроводящих цепей на поверхности диэлектрической пластины. Также сверление маленьких отверстий под радиодетали.
Какие функции будет выполнять ваш будущий станок с программным управлением решать только вам. А дальше рассмотрим конструкцию станка ЧПУ.
Разновидность станков ЧПУ
Технологические признаки и возможности данных станков приравниваются к универсальным станкам. Однако, в современном мире, выделяют три разновидности станков ЧПУ:
Токарные
Предназначение таких станков заключается в создании деталей по типу тел вращения, которое заключается в обработке поверхности заготовки. Также производство внутренних и наружных резьб.
Фрезерные
Автоматизированная работа этих станков заключается в обработке плоскостей и пространств различных корпусных заготовок. Осуществляют фрезеровку плоскую, контурную и ступенчатую, под различными углами, а также с нескольких сторон. Производят сверление отверстий, нарезание резьб, развёртывание и растачивание заготовок.
Сверлильно — расточные
Выполняют рассверливание, сверление отверстий, растачивание и развёртывание, зенкерование, фрезеровка, нарезание резьб и многое другое.
Как мы видим, станки ЧПУ имеют большой ряд функционала, которые они совершают. Поэтому и приравниваются к универсальным станкам. Все они стоят очень дорого и купить какую-нибудь установку из вышеперечисленных просто невозможно, в силу финансовой недостаточности. И можно подумать, что придётся совершать все эти действия вручную, на протяжении всей жизни.
Можно не расстраиваться. Умелые руки страны, ещё с первого появления заводских станков ЧПУ, начали создавать самодельные прототипы, которые работают не хуже профессиональных.
Все комплектующие материалы для станочков ЧПУ можно заказать в интернете, где они находятся в свободном доступе и стоят довольно-таки недорого. Кстати, корпус автоматизированного станка можно изготовить своими руками, а за правильными размерами можно обратиться в интернет.
Совет: Перед выбором станка ЧПУ определитесь с тем, какой материал вы будете обрабатывать. Этот выбор будет иметь главное значение при сооружении станка, так как это напрямую зависит от размеров оборудования, а также затрат на него.
Конструкция станка ЧПУ полностью зависит от вашего выбора. Можно приобрести уже готовый стандартный набор всех необходимых деталей и просто собрать его в своём гараже или мастерской. Или заказывать всё оснащение отдельно.
Рассмотрим стандартный набор деталей на фото :
- Непосредственно рабочая область, которая производится из фанеры - это столешница и боковой каркас.
- Направляющие элементы.
- Держатели направляющих.
- Линейные подшипники и втулки скольжения.
- Опорные подшипники.
- Ходовые винты.
- Контролёр шаговых двигателей.
- Блок питания контролёра.
- Электрический гравер или фрезер.
- Муфта, соединяющая вал ходового винта с валом шаговых двигателей.
- Шаговые двигатели.
- Ходовая гайка.
Используя данный перечень деталей, вы смело сможете создать свой собственный фрезерный по дереву с ЧПУ станок с автоматизированной работой. Когда вы соберёте всю конструкцию, можете смело приступать к работе.
Принцип работы
Пожалуй, самым главным элементом на этом станке является фрезер, гравер или шпиндель. Это зависит от вашего выбора. Если у вас будет стоять шпиндель, то хвостик фрезы, который имеет цангу для крепления, будет плотно крепиться в цанговый патрон.
Сам патрон непосредственно закреплён на шпиндельном вале. Режущая часть фрезы подбирается исходя из выбранного материала. Электрический мотор, который располагается на движущейся каретке, вращает шпиндель с фрезой, что позволяет обрабатывать поверхность материала. Управление шаговыми двигателями происходит от контролера, на который подаются команды с компьютерной программы.
Электроника станка работает непосредственно на обеспечении компьютерного обеспечения, которое должно поставляться с заказываемой электроникой. Программа передаёт команды, в виде G - кодов на контролер. Тем самым эти коды сохраняются в оперативной памяти контролера.
После выбора на станке программы обработки (чистовой, черновой, трёхмерной), команды распределяются на шаговые двигатели, после чего происходит обработка поверхности материала.
Совет: Перед началом работы, необходимо протестировать станок, специализированной программой и пропустить пробную деталь, чтобы убедиться в правильности работы ЧПУ.
Сборка
Сборка станка своими руками не займёт у вас слишком много времени. Тем более что в интернете сейчас можно скачать очень много различных схем и чертежей. Если вы купили набор деталей для самодельного станка, то его сборка будет очень быстрой.
Итак, разберём один из чертежей собственно ручного станка.
Чертёж самодельного станка ЧПУ.
Как правило, первым делом из фанеры, толщиной 10-11 миллиметров, изготавливается каркас. Столешница, боковые стенки и подвижный портал для установки фрезера или шпинделя, изготавливаются только из фанерного материала. Столешница делается подвижной, используются мебельные направляющие соответствующих размеров.
В итоге должен получиться вот такой вот каркас. После того, как каркасная конструкция готова, в дело вступает дрель и специальные коронки, с помощью которых можно сделать отверстия в фанере.
Каркас будущего станка ЧПУ.
В готовом каркасе необходимо подготовить все отверстия, чтобы установить в них подшипники, направляющие болты. После этой установки, можно производить установку всех крепёжных элементов, электрических установок и т.д.
После того, как сборка завершена, важным этапом становится настройка программного обеспечения станка и компьютерной программы. При настройке программы проверяется работа станка на правильность заданных размеров. Если всё готово, можно приступать к долгожданным работам.
Совет: Перед началом работы необходимо проверить правильность крепления заготовочного материала и надёжность крепления рабочей насадки. Также убедиться в том, что выбранный материал соответствует изготовленному станку.
Наладка оборудования
Наладка станка ЧПУ производится непосредственно с рабочего компьютера, на котором установлена программа для работы со станком. Именно в программу загружаются необходимые чертежи, графики, рисунки. Которые в последовательности преобразуются программой в G - коды, необходимые для управления станком.
Когда всё загружено, совершаются пробные действия, относительно выбранного материала. Именно при этих действиях совершается проверка всех необходимых предустановленных размеров.
Совет: Только после тщательной проверки работоспособности станка можно приступать к полноценной работе.
Техника безопасности
Правила и техника безопасности при работе с данным станком ничем не отличается от работы на всех остальных станках. Ниже будут представлены самые основные:
- Перед работой проверить исправность станка.
- Одежда должна быть заправлена должным образом, чтобы нигде ничего не торчало и не могло попасть в рабочую зону станка.
- Должен быть одет головной убор, который будет прижимать ваши волосы.
- Около станка должен быть резиновый коврик или невысокая деревянная обрешётка, которые защитят от утечки электричества.
- Доступ к станку детям должен быть категорически запрещён.
- Перед работой со станком проверить все крепёжные элементы на их прочность.
Совет: К работе на станке необходимо подходить с трезвой головой и пониманием, что при неправильной работе вы можете нанести себе непоправимый вред.
С полными требованиями к безопасности при работе со станком вы сможете найти во всемирной паутине, т.е. в интернете и ознакомиться с ними.
Видео обзоры
Обзор сборки станка самодельного с ЧПУ
Видео обзор простого станка с ЧПУ
Обзор возможностей самодельного ЧПУ станка
Обзор шаговых двигателей
Обзор видео многоканального драйвера для шаговых двигателей