Как сделать чпу станок своими руками
Перейти к содержимому

Как сделать чпу станок своими руками

  • автор:

Материал с ресурса RC Design. Автор — Сергей Павлов ( Граф )

Неожиданно много читателей, прочитавших мою статью, посвященную некоторым аспектам проектирования механики самодельного гравировально-фрезерного станка ЧПУ, высказали в своих откликах, как бы это помягче. недоумение тем обстоятельством, что о линейных шариковых подшипниках качения я упомянул вскользь и без должного восторга. Действительно, восторгов я не расточал. К линейным шариковым направляющим я отношусь спокойно, как к одному из возможных вариантов построения координатного стола. Как и у любого другого варианта, у этого есть свои достоинства и недостатки, из которых главное достоинство — относительная технологическая простота достижения заданных точностей при рабочих ходах больше метра, а главный недостаток — высокая цена комплектующих.

Я по-прежнему считаю, что небольшой станок, например, с рабочим полем 500х300 мм, проще, технологичнее и дешевле сделать, применив круглые направляющие с бронзовыми втулками скольжения. Однако, чем больше по размеру рабочее поле, тем сложнее обеспечить заданную точность за приемлемые деньги. Наконец, наступает момент, когда технологические трудности изготовления и монтажа направляющих скольжения, а значит и их стоимость оказывается сопоставимой со стоимостью блоков шариковых линейных подшипников на рельсах.

Вот и получается, что небольшой гравировально-фрезерный станок дешевле сделать на круглых направляющих скольжения с обычной винтовой передачей. Но, если рабочий ход хотя бы по одной из осей превысит некоторое значение, при котором выгодней купить шариковые направляющие, то конечно, проще купить. Само собой, упомянутое «некоторое значение» — вещь относительная. Стоимость изготовления механики в Москве и, например, на Урале отличается в разы. По моим оценкам, для Москвы размер рабочего хода, при котором стоит подумать о шариковых линейных направляющих, составляет 1000…1200 мм и более.

Статья планировалась из двух частей. Первая часть должна была быть посвящена выбору направляющих, особенностям проектирования и конструирования механики с использованием шариковых линейных направляющих, а вторая — практической реализации станка. Известно, теорию читать никто не любит, все сами «теоретики». Поэтому предвосхищая возгласы: «Все, что вы пишете, давно известно из книжек! К практике поближе!!», я решил ограничиться практической реализацией. Вообще, цель статьи не научить строить станки ЧПУ, а расширить горизонты интересующихся подобной техникой и показать, что станок ЧПУ в производстве (но не по цене!) не такая уж крутая вещь, как принято о ней думать.

Задача

Вообще говоря, «на скорую руку» делаются бутерброды и салаты, романтический ужин можно соорудить на скорую руку, но не станок. Тем не менее, я вынес это словосочетание в заголовок статьи. Почему? Попробую объяснить.

«На скорую руку» это значит технологично для домашнего производства. Т.е. станок должен быть сконструирован так, чтобы его можно было изготовить, используя минимальный набор самых обычных слесарных инструментов. Буквально, если у вас в арсенале имеется электролобзик с пилкой по металлу, сверлильный станок, плашки-метчики и напильник, то этого должно быть достаточно. На худой конец, сгодится простая ножовка по металлу и дрель.

Кое-кто скажет: «Ну, ты загнул, товарищ! Так не бывает», и будет прав. Так действительно не бывает. Потому что, если фрезерные работы можно исключить полностью, то без элементарных токарных работ нам не обойтись, значит, работ этих должно быть совсем не много, все остальное – ручками, на кухне.

Ставя перед собой такую задачу, надо хорошо понимать, что осуществить задуманное можно только при условии широкого применения покупных комплектующих и стандартных алюминиевых профилей. Направляющие – этакие краеугольные камни портального гравировально-фрезерного станка — тоже придется купить, а они дорогие. Так что, «на скорую руку» не значит дешево!

И последнее соображение. «На скорую руку» ассоциируется с понятиями просто и быстро. Если с определением «просто» можно согласиться, то быстро вряд ли получится. Изготовление даже простых деталей может затянуться на неопределенный срок, но как говорится, «терпение и труд – все перетрут».

  • Для фрезерования бальзы, фанеры, дерева, пластиков и тонких (до 2 мм) алюминиевых сплавов.
  • На линейных шариковых направляющих и зубчатых ремнях.
  • Рабочее поле не менее 1000х300х90.
  • Разрешение позиционирования не хуже 0,1 мм.
  • Скорость позиционирования не менее 2 м/мин.

Икс

Начнем с простого – со стола-основания. Элементарный геометрический расчет показывает, что при ходе по Х равному 1000 мм длина стола должна быть 1300 мм. По крайней мере, у меня так получилось. При ходе по Y больше 300 мм ширина стола должна быть не менее 460 мм.

Изучив сортамент стандартных прессованных прямоугольных труб (боксов) из алюминиевого сплава АД31 (других промышленность, к сожалению, не выпускает) выбираем бокс 80х40х4 мм. Нарезаем из него несколько балок (1300 мм — 2 шт. и 460 мм -4шт.). Еще нам понадобятся два швеллера 50х30х4 длиной 1300 мм. В них отлично вписываются шариковые направляющие SBS15SL, которые я решил применить. В качестве ножек используем подходящие круглые ножки от дивана, купленные в магазине ОБИ. Сверлим во всем этом дырочки, кое-что красим, если есть такая возможность, и собираем каркас основания.

0021.jpg

0031.jpg

Получилось весьма крепко. Под нагрузкой швеллеры, в которые буду уложены рельсы слегка прогибаются, но ничего, поставим столешницу – будет совсем другое дело, основание по прочности и жесткости приобретет исключительную «дубовость».

0041.jpg

Они располагаются под столом и, как видите, относительно хорошо защищены от пыли и стружек. Не смотря на то, что шариковые блоки SBS снабжены скребками, предусмотреть дополнительную (пассивную) защиту рельс и блоков от прямого попадания стружек никогда не вредно.

Привинчиваем к шариковым блокам площадки, на которые впоследствии будет ставиться портал. Площадки эти — просто прямоугольные пластинки из сплава Д16Т с отверстиями для крепления портала и кронштейна под шаговый мотор.

0051.jpg

О кронштейне шагового мотора, и вообще о проводке зубчатого ремня поговорим отдельно.

Проводка зубчатого ремня

Да, шаговые моторы для перемещения портала по оси Х будут крепиться на самом портале! Почему-то когда говорят о приводе зубчатым ремнем, в мозгах рисуется ремень в виде кольца с мотором, установленным на раму, а натяжение ремня организуется на портале или каретке. Так делать можно, но лучший ли это способ? Не уверен. Мы пойдем другим путем. Устроим из ремня псевдо зубчатую рейку.

Концы ремня закрепим на раме. Одну прижимную планку зафиксируем жестко, а другая будет иметь возможность перемещаться для натяжения ремня в пределах расстояния между соседними зубьями, т.е. в пределах 5 мм. Зубчатое колесо, как обычно, насаживается на вал мотора. Ролики устанавливаются на том же кронштейне, что и мотор. В общем, все очевидно – мотор крутится и перемещает сам себя.

0061.jpg

Чем же такой способ лучше кольцевого ремня? Да, хотя бы тем, что расход ремня в два раза меньше, натягивать проще, экономия на зубчатых колесах, которые дорогие и их надо покупать вместе с ремнем. Ролики с осями можно подобрать готовые. В общем есть в таком решении плюсы. А минусы? Не знаю…. Кабели от моторов таскать за порталом? Так их все равно таскать от осей Y и Z, плюс-минус несколько проводов – не принципиально. Вес портала увеличится? Увеличится. И это, наверно, единственный минус, о котором стоит говорить. Цена вопроса 1,5…2 кг (вес моторов) и/или 100 долларов США (длинный ремень и дополнительные зубчатые колеса). Я выбрал экономию денег, а не веса. При таких размерах портала экономия двух килограммов его массы существенного выигрыша не дает. В конце концов, при использовании зубчатых реек моторы стоят именно на каретках.

Ремень надо брать с относительно мелким зубом. Я выбрал любезный моему сердцу ремень от хвостовой балки модели вертолета «Раптор 50». Он имеет шаг зубьев 5 мм. Зубчатое колесо тоже от этого вертолета. Его диаметр (по средней линии зубьев) 14 мм. Значит при включении двигателя в полушаговом режиме (400 шагов на оборот) перемещение каретки на один шаг будет 3,14*16/400 = 0,11 мм. Это больше, чем задумано. В микрошаге (1:6) перемещение на шаг получается 0,042 мм. То, что надо. И хотя «не тянущийся» ремень все равно чуть-чуть тянется, зато в ремне отсутствует накопленная ошибка, которая всегда присутствует в ходовом винте. В итоге, я думаю, мы уложимся в точность фрезерования 0,1 мм на длине 1000 мм. По крайней мере, по бальзе и четырехмиллиметровой фанере.

Что касается кронштейна шагового мотора, то это, как видите, простая пластина с дырками. Ничего особенного, выпиливаем точно так же, как и основание. Пока за рамки ножовки, дрели и напильника мы не вышли. Будем продолжать в том же духе.

Устанавливаем все это дело на раму и проверяем, как ездит. Ездит хорошо!

0071.jpg

Собственно, это почти все с рамой. Осталось «причесать», придать изделию «товарный вид» и установить столешницу.

Товарный вид

«Made in дома» — не обязательно сикось-накось, коряво и неаккуратно. Меня удручают, закрепленные на уродских «курьих ножках» и торчащие во все стороны двигатели, пучки неубранных проводов, вывороченные наизнанку контроллеры и тому подобные «прелести» самодельных конструкций. Все бы ничего, в конце концов, каждый делает как может, пока автор очередного такого уродца не начинает всерьез рассуждать о серийном производстве своего детища для продажи, оправдывая неказистый вид станка, тем что это, дескать, опытный образец: «Тут подправим, там переделаем, кожухи понавесим, все покрасим, и будет это не станок, а конфетка». Не будет! Если для себя, любимого, автор не может сделать как надо, и ему не стыдно рекламировать свой недоделанный «товар» то и для покупателя он сделает тяп-ляп. Проверено, и не раз. Но это так, к слову….

Проложим пару дохленьких швеллеров, в которых будут размещаться петли кабелей от двигателей и концевых выключателей. Если контроллер большой и не лезет в подстольное пространство, то сделаем кронштейны для выходных соединителей. И, наконец, установим заглушки на торцы несущих профилей, чтобы в них не скапливалась грязь.

0081.jpg

Затраты труда на эти на первый взгляд необязательные мероприятия окупаются с лихвой.

Столешница

Станок планируется в основном для пиления бальзы, фанеры, пластиков, поэтому столешница может быть сделана из ламинированной панели для кухонной мебели толщиной 40 мм, т.е. той же толщины, что и алюминиевые боксы. Столешница крепится к двум несущим балкам рамы. Швеллеры, в которых проложены рельсы, также следует прикрепить саморезами к столешнице. В целом, конструкция получается ровная, прочная и жесткая. Можно спокойно встать на получившееся основание станка и походить по нему пешком – ничего не случится.

0091.jpg

0101.jpg

Некоторым «продвинутым» специалистам может понравиться наборная столешница из алюминиевого станочного профиля. Пожалуйста, принципиально ничего не изменится. Однако станок на зубчатых ремнях может пилить только то, на что рассчитан, а именно — фанеру, пластики и тонкий алюминий, и не более того, поэтому ужесточать столешницу – бессмысленно.

Игрек

Поперечная балка, на которую будут устанавливаться рельсы оси Y, получается длиной 510 мм. В целях унификации сделаем ее из того же алюминиевого бокса 80х40х4 мм. Рельсы поставим прямо на торцы балки.

0111.jpg

В большое прямоугольное отверстие на широкой грани профиля будет входить ось двигателя с насаженным на него зубчатым колесом. С противоположной стороны балки разместится каретка Z. Т.е. балка должна пройти как бы сквозь каретку Y. Для этого на шариковые блоки наденем две одинаковые детали, сделанные из отрезков стандартного алюминиевого швеллера 60х40х5 мм.

0121.jpg

Проводку зубчатого ремня выполним точно так же, как и по оси Х, только устройства для крепления и натяжения ремня сделаем на уголках.

0131.jpg

0141.jpg

Ремень оказывается хорошо защищен от стружек и грязи. В нижней части профиля (внутри) будет размещена петля кабеля от двигателей Y и Z. Осталось поставить заглушки на торцы балки и все.

0151.jpg

С лицевой стороны (со стороны каретки Z) балка не имеет отверстий, что очень хорошо, т.к. именно тут летит стружка. Как видите, балка с кареткой Y получилась очень простой.

Зет

Ход по Z планируется сделать 90 мм. Почему 90? Потому что мне достаточно 90, а можно сделать и 150 мм. Это не принципиально.

Каретка Z и все, что с ней связано, самая многодельная и трудоемкая часть нашего станка. Оно и понятно, привод по оси Z нельзя сделать на ремне. При каждом выключении станка под действием своего веса и веса шпинделя каретка будет съезжать вниз, и терять «0». Кроме того, от двигателя требуется значительный момент удержания, который должен компенсировать не только усилие фрезерования, но и вес шпинделя. Только винт с шагом не более 5 мм (лучше 3 мм) спасает положение. Итак, вот детали, которые надо изготовить.

0161.jpg

Ходовой винт

Начнем с винта. Я уже писал подробно о ходовых винтах и гайках в статье «Механика самодельного станка ЧПУ», не буду повторяться. НО. Так ли уж необходим в данном случае на оси Z ходовой винт с гайкой, выполненный по всем правилам точной механики? Вряд ли. Станок предназначен для плоского фрезерования, по сути, это просто лобзик с ЧПУ – опустил фрезу на нужную глубину и – погнали выпиливать. Тут сгодится катаный винт. Да, чего там катаный, простой винт с метрической резьбой сгодится! И гайка капроновая сгодится! Другое дело, если планируется 3D фрезерование, например барельефов и медалей…, но такая задача плохо согласуется с ременным приводом остальных осей. Так что, винт можно применить ЛЮБОЙ. Любой то любой, но я применил катаный винт Tr12х2 и бронзовую гайку с компенсацией люфта. Т.к. сегодня у меня это просто лобзик, а завтра я, возможно, захочу поставить винты на все оси. Конструкция позволяет.

Кстати, ходовой винт, переходная втулка для двигателя и опорные кольца подшипников – единственные детали, для изготовления которых нам потребуется токарный станок. Даже если вы купили резьбовую шпильку на рынке, концы такого винта нужно разделать.

Конструкция подшипникового узла ходового винта описана в вышеупомянутой статье. Она оказалась удачной, поэтому в новом станке сделаем точно также.

0171.jpg

Отверстие в стенке под подшипники растачивать по посадке не обязательно, достаточно просто просверлить. Рабочие нагрузки направлены по оси винта, и если радиально-упорные подшипники будут слегка елозить в поперечном направлении, то ничего страшного, на точности работы оси это практически не скажется.

Сборка

Устанавливаем ходовой винт внутрь основания-швеллера, сделанного из профиля 60х40х5 мм, какого же, как и тот, который мы использовали для каретки Y. К торцам основания привинчиваем рельсы.

0181.jpg

Внимательный читатель скажет: «Ага! Деталь, на которую ставится двигатель, фрезерованная. ». Необязательно. Ее можно сделать из двух плоских деталей и свинтить вместе. Например, так.

0191.jpg

Устанавливаем уголки на шариковые блоки. Уголки сделаны из профиля 50х50х5 мм. Это единственный доступный профиль из сплава Д16Т.

0201.jpg

Спереди на уголки ставится панель, которая, по сути, и есть каретка Z. Но перед этим установим перемычку, которая свяжет уголки с ходовой гайкой.

0211.jpg

На первый взгляд эта деталь лишняя. Ходовую гайку можно закрепить сразу на передней панели. Но в этом случае, существенно возрастают требования к точности изготовления деталей, и монтаж гайки придется производить вслепую. Т.к. станок у нас «на скорую руку» и делаем мы его на кухне, то в данном случае такая переходная деталька может оказаться полезной. Впрочем, кто в себе уверен, может ее и не ставить.

Последний штрих. Устанавливаем переднюю панель и кронштейн для шпинделя.

0221.jpg

Кронштейн может быть фрезерованный, а может быть и просто плоский. Это у кого как получится. Ходовой винт по оси Z оказался хорошо защищен от прямого попадания стружки. В целом, каретка Z получилась компактной, ее ширина 118 мм. Неплохой результат, если учесть, что основные детали сделаны из стандартных профилей.

X-Y-Z

Устанавливаем Z на Y.

0231.jpg

Устанавливаем боковые стенки портала и клеммную коробочку для кабелей.

0241.jpg

Устанавливаем портал на раму.

0251.jpg

0261.jpg

Вот и все. Станок получился удобный, стройный, я бы даже сказал поджарый, ничего не торчит, к рабочему полю хороший доступ со всех сторон, никаких кожухов, которые чего-то там прикрывают, нет «гусениц» для проводов, все провода спрятаны. Кстати, в моем экземпляре контроллер тоже спрятан под стол, к станку подходит только шнур питания и кабель LPT порта от компьютера.

0271.jpg

0281.jpg

0291.jpg

Даже если вы все кривовато выпилили и не очень точно просверлили отверстия, вы все равно сможете доработать станок, довести его до ума и заставить нормально работать. Потому что в этой конструкции все определяется заведомо точными покупными направляющими и приемлемой геометрической точностью прессованных профилей (параллельность и перпендикулярность граней). Тут в принципе нет сложно выполнимых посадок и жестких допусков на линейные размеры. Однако, само собой разумеется, чем точнее вы сделаете детали, тем лучше и для станка и для тех изделий, которые вы будете на нем выпиливать.

А можно…?

Отвечаю сразу — МОЖНО! Все можно! Только нужно ли?

«А можно вместо четырех шариковых блоков поставить на каретку два? Будет почти в два раза дешевле» — Можно! Но я поставил четыре, и вам советую.

«А можно заменить обычные профили станочными? Будет лучше» — Можно! В каком-то смысле действительно будет лучше. Скажем так, будет лучше ровно на столько, на сколько, к примеру, станут лучше «Жигули», если поставить на них семнадцатидюймовые колеса от «Мерседеса», Но дороже будет, это точно!

«А можно для увеличения прочности заменить не внушающие доверия алюминиевые профили хорошими стальными?» — Можно! Если удастся подобрать подходящие по размеру, и при условии замены шариковых направляющих на 20-й типоразмер. Кстати и ремни нужно взять потолще, и двигатели помощнее, и, чего там мелочиться, лучше сразу на ШВП перейти.

«А можно такой станок сделать размером 2х3 метра, и чтобы 10 мм фанеру пилил со скоростью 600 мм/мин.?» — Можно! Только профили нужно брать станочные и крепить их к стальным сварным рамам, и ремни заменить зубчатыми рейками и моторы брать с редукторами, и прочее по мелочам.

«А можно вместо дорогих шариковых направляющих применить обычные шарикоподшипники, чтобы все так же ездило?» — Можно! Ездить будет! Но я все-таки разорился на рельсы и дорогие линейные подшипники, сами догадайтесь почему.

«А можно вместо импортных шариковых линейных направляющих использовать наши, отечественные, мебельные, или компьютерные?» — Можно! См. ответ на предыдущий вопрос.

«А вот у меня нет ни дрели, ни ножовки по металлу. Как быть?» — Займите у соседа или купите… лучше сразу готовый станок.

«Хочу построить такой же станок как у вас. Не могли бы вы: дать мне готовые чертежи, ткнуть носом, где продаются все комплектующие, отвести за руку к дяде, который выточит нужные детали, оказать помощь в изготовлении, сборке и настройке станка, консультировать, отвечать на вопросы, и вообще, всячески содействовать?» — Мог бы, если у вас хватит денег на все это содействие.

Станок с ЧПУ своими руками или купить заводской?

Люди, планирующие работать с ЧПУ оборудованием, часто сталкиваются с дилеммой: собрать самодельный 3Д станок ЧПУ по дереву своими руками или купить уже собранный в заводских условиях. Как правило, сфера ЧПУ вызывает интерес у людей с техническим складом ума, которые хорошо разбираются в материалах и инструментах, то есть у мастеров-любителей с опытом или у инженеров. Поэтому и встает вопрос: зачем покупать станок, если можно сделать его самому, предварительно изучив, как собрать ЧПУ станок своими руками? Рассмотрим достоинства и недостатки самодельных станков и готового заводского оборудования.

Самостоятельная сборка ЧПУ станка

  • можно собрать ЧПУ станок любого размера своими руками по собственному проекту с учетом индивидуальных потребностей и задач;
  • если у вас имеются все необходимые инструменты или своя мастерская, то гораздо дешевле и выгоднее купить нужные комплектующие и собрать ЧПУ станок своими руками, чем приобрести уже готовый;
  • при самостоятельной сборке приходится уделять много внимания каждой детали, поэтому можно не сомневаться в качестве и надежности готового устройства;
  • самостоятельное изготовление ЧПУ оборудования — это неоценимый опыт и знания, которые нельзя получить только из книг или при изучении схем, чертежей, этапов и пошаговых инструкций по сборке станков ЧПУ своими руками на тематических сайтах. Имея углубленные знания об особенностях станка, вы сможете без особого труда модернизировать его или починить в случае поломки.
  • сборка ЧПУ станка по дереву своими руками – весьма трудоемкий процесс, требующий больших временных затрат на кропотливую работу и массу терпения;
  • могут возникнуть сложности при поиске необходимых комплектующих, связанные с вашим местоположением. К примеру, могут потребоваться расходы на транспорт или возникнуть проблемы в связи с ограничениями на импорт некоторых деталей или материалов;
  • если у вас нет соответствующего опыта и вы знаете, как сделать ЧПУ станок своими руками, лишь в теории, то в процессе сборки аппарата вы можете совершать ошибки, в том числе, требующие финансовых затрат на исправление;
  • конечная стоимость станка может оказаться выше, чем было предусмотрено изначально. Но это могу повлиять самые разные непредвиденные обстоятельства, возникающие в ходе работ;
  • для того, чтобы даже небольшой или мини ЧПУ станок, сделанный своими руками, работал надежно и корректно, для его изготовления необходимо использовать хорошие инструменты и подходящую мастерскую.

Покупка готового ЧПУ оборудования заводской сборки

Достоинства:

  • в отличие от домашних ЧПУ станков, собранных своими руками, профессионально изготовленные на заводе станки гарантированно соответствуют всем действующим нормам, в том числе, в плане техники безопасности;
  • в случае необходимости оборудование можно без проблем модернизировать;
  • точная стоимость заводского станка известна заранее и не может измениться столь же значительно, как при сборке конструкции ЧПУ станка своими руками;
  • предоставляется квалифицированное сервисное обслуживание и дается длительная гарантия бесперебойной работы оборудования;
  • при возникновении каких-либо проблем всегда можно поискать решение в руководстве по эксплуатации или воспользоваться профессиональной помощью сотрудников технической поддержки по электронной почте или по телефону.
  • стоимость доставки может зависеть как от габаритов оборудования, так и от вашего местонахождения относительно поставщика, и может оказаться довольно высокой. Но наша компания предоставляет эту услугу бесплатно;
  • если у вас нет возможности осмотреть заводской станок заранее, то уже после его покупки могут выявиться производственные дефекты или обнаружиться механические повреждения, возникшие во время транспортировки на ваш объект;
  • покупка заводского станка может оказаться чрезмерно затратной, в особенности для любителей, не планирующих пользоваться им в бизнес-целях. В таких случаях дешевле собрать ЧПУ станок своими руками, например, на базе алюминиевого профиля;
  • если окажется, что готовый станок не в полной мере отвечает вашим потребностям, вам придется внести изменения в его конструкцию;
  • в случае необходимости замены какой-либо детали, может понадобиться время на восстановление работоспособности оборудования.

Вывод

Нельзя однозначно сказать, что лучше – купить готовый заводской аппарат или сделать станок ЧПУ по дереву своими руками. Многое зависит от того, располагаете вы необходимыми знаниями и ресурсами для самостоятельного изготовления ЧПУ оборудования или нет. Возможно, в вашем распоряжении нет достаточной суммы на приобретение нужного устройства. В таком случае можно использовать другие ресурсы – набраться терпения и выделить время на изучение специальных материалов и изготовление собственного 3Д станка ЧПУ своими руками.

По нашему мнению, наиболее оптимальный вариант – ознакомиться с ассортиментом и ценами на станки ЧПУ, представленные в продаже. Даже если вы не сможете или не захотите приобрести готовое оборудование, у вас будет возможность собрать аппарат, повторяющий конструкцию понравившейся вам модели готового станка.

Строим фрезерный станок с ЧПУ своими руками [Схемы + Чертежи]

Это руководство покажет вам, как я построил свой фрезерный станок с ЧПУ. Я надеюсь, что вы почерпнете вдохновение из моей сборки и что эта инструкция будет полезна для ваших будущих проектов. В этом руководстве показаны все шаги, которые я прошел при проектировании и создании этого фрезерного станка с ЧПУ.

Главное, что мне нравится в фрезерном станке с ЧПУ, это его универсальность. Поскольку моя мастерская очень маленькая, у меня не было места для всех инструментов и станков, но я все же хотел иметь возможность делать очень точные детали для разных проектов. Вот почему я задумал построить фрезерный станок с ЧПУ.

Примечание: данная статья является переводом.

Когда я начинал этот проект, у меня было несколько главных параметров:

  • Стоимость проекта должна быть в пределах 550$.
  • Дизайн должен быть простым.
  • Фрезерный станок должен хорошо выглядеть.
  • У него должна быть защита от пыли.
  • Для его постройки потребуются только простые инструменты: дрель, дремель, лобзик/ножовка.
  • Есть 3D-принтер или хотя бы доступ к нему.

Исходя из этого, я начал рисовать эскизы и через несколько дней пришел к основной идее. Фрезерный станок с ЧПУ будет закрыт сбоку, также будет возможность добавить футуровый плексигласовый кожух сверху. Вся электроника будет находиться сзади.

Примечание: некоторые детали, которые должны быть напечатаны на 3D принтере, сделаны из алюминия, потому что у меня была возможность сделать их во время стажировки во время учебы.

Шаг 1: Необходимые детали

Куплено в магазине DIY:

  • Березовая фанера толщиной 15 мм.
  • 600×570мм МДФ толщиной 10-20 мм для резки.
  • 8×1м алюминиевый Т-образный профиль (см. план в PDF).
  • 142 x Винты по дереву длиной от 22 до 30 мм.
  • 8 x M4 Phillips с плоской головкой длиной 25 мм.
  • 8 x M4 надежная гайка.
  • 32 x M5 винт с шестигранной головкой длиной 35 мм.
  • 32 x M5 винт с шестигранной головкой длиной 16 мм.
  • 32 x M5 безопасная гайка.
  • 20 x гайка M5.
  • 44 x шайба M5.
  • M5 1м резьбовая шпилька.
  • Резьбовая шпилька M8 1м.
  • 6 x гайка M8.
  • 6 x гайка M8.
  • 20 x шайба M8.

Куплено на Ebay:

  • 16 x V-образный подшипник.
  • 5м ремень ГРМ GT2, ширина 6 мм, шаг 2 мм.
  • Закрытый зубчатый ремень 280, ширина 6 мм, шаг 2 мм.
  • 2 x Держатель для ремня ГРМ GT2.
  • 3 x шкив GT2 с отверстием 6,35 мм (для шагового двигателя) (также 3D печать).
  • 1 x подшипник MR148zz для резьбовой шпильки на оси Z.
  • 1 x шкив GT2 с отверстием 8 мм (также 3D-печать).
  • 2 x подшипник шкива GT2 с отверстием 5 мм.
  • 1 x 300 мм ось винта для оси Z.
  • 1 x штекер для розетки.
  • 1 x Источник питания 24V 15A.
  • 8 x 608zz шарикоподшипник Dint 8mm.
  • 3 x Nema 23 шаговый двигатель 270oz.in, 3A, модель 23HS8430.
  • 3 x драйвер шагового двигателя TB6560 3A.
  • 2 метра каждый, 4 цвета 22AWG проводов.
  • 20 x 684ZZ подшипников.

Вам понадобятся:

  • 1x фрезер, я использовал Makita RT0700C.
  • 1x Arduino uno.
  • Биты для роутера.

Шаг 2: Деревянные планки

Поскольку почти все доски квадратные, я пошел в магазин DIY и попросил деревянные доски с правильными размерами для маленьких планок. Те, что побольше, я сделал сам с помощью лобзика, но заказ непосредственно в магазине DIY дает лучшие результаты.

Я рекомендую вам быть особенно точным с деревянной планкой для оси X и отверстий. Как вы увидите, некоторые доски имеют продолговатые (длинные отверстия). Они предназначены для регулировки положения подшипников во время сборки. Я сделал их, просверлив несколько отверстий, а затем зашлифовал с помощью напильника, как показано здесь:

Шаг 3: Корпус и ось Y

Я рекомендую вам уделить особенное внимание точности сборки направляющей оси X. Она должна быть как можно более горизонтальной с равным расстоянием между винтами по всей длине направляющей. Я рекомендую использовать от 6 до 10 винтов между дном корпуса и боковой стороной корпуса. И 3-4 винта между боковой стороной корпуса и внутренней стороной корпуса и задней стороной.

Примечание: на схемах с внутренней части корпуса указана высота направляющих.

Шаг 4: Ось X

Еще больше винтов! Я рекомендую использовать 6 винтов по дереву между двумя Axis_X_main. 6 для каждой оси Axis_X_TProfilAlu и 4 для каждой оси Axis_side. Начните со сборки деревянных деталей, а затем алюминиевых профилей.

Шаг 5: Ось Z

Большой подшипник рядом с двигателем будет использоваться для зубчатого ремня вдоль оси X. Когда вы будете прикручивать Axis_Z_TProfilAlu к Axis_Z_Rail, убедитесь, что винт не выступает над поверхностью, иначе подшипник будет касаться их.

Для монтажа опоры фрезера используйте напечатанные 3D детали.

С держателем для фрезера они стыкуются следующим образом: (по возможности сверлите отверстия с напечатанными 3d-деталями на месте).

ЧПУ станок своими руками. Часть 2. Выбор параметров станка

Существует множество причин, по которым разработать и создать ЧПУ станок своими руками, однако успех вовсе не гарантирован, если подойти к вопросу недостаточно ответственно.

Принципы проектирования портальных станков достаточно бесхитростны, однако на самом деле, конечно же, существует множество подводных камней и не очевидных на первый взгляд нюансов, которые могут разом лишить Вас энтузиазма. Данное руководство призвано вооружить вас минимумом необходимых знаний перед тем, чтобы Вы могли сэкономить ваши время и деньги. Описываемые вещи в основном относятся к ЧПУ-роутерам хоббийного класса, однако подавляющее большинство информации справедливо и для любых других систем линейного перемещения с числовым программным управлением. Изложенные принципы позволят применить их впоследствии, скажем, при проектировании плазмореза, лазерного станка или даже покрасочного робота. Однако, здесь изложены именно принципы, и нет конкретных рецептов — придется вырабатывать их самим в конце концов, это же Ваш станок.

Этап 1. Выбор характеристик.

Перед началом постройки необходимо прежде всего определиться с тем, что же вы хотите получить в конце концов. Для начала вам стоит ознакомиться с обзором конструктивных частей портальных станков с ЧПУ и их видами, а затем попробовать определить необходимые технические характеристики вашего будущего станка. Постановка задачи — это существенный этап, и ему посвящена отдельная статья.

Этап 2. Тип компоновки.

Все настольные станки с ЧПУ, исходя из компоновки, можно условно поделить на 2 класса:

Этап 3. Размер рабочего поля.

Рабочее поле — пространство, заключенное между крайними положениями режущего инструмента по всем трем осям. Размер рабочего поля — крайне важно, определив его единожды, вы не сможете изменить его потом, разве что построив новый станок.

Естественно, каждый станкостроитель хочет сделать станок с рабочим полем как можно большим. Однако, ограничения не заставят себя долго ждать — и первыми напомнят о себе масса и жесткость станка. Для удержания их в нужных пределах вам потребуются средства — расходы на направляющие и передачи, словом, весь бюджет растет в геометрической прогрессии вместе с размером поля. Поэтому для начала надо определиться с максимальным размером заготовок, которые будут обрабатываться на этом станке. Затем стоит оценить примерно, какие линейные направляющие вы сможете себе позволить с изначальным бюджетом, и провести повторную проверку — смогут ли эти направляющие обеспечивать необходимую точность и жесткость(если они являются частью несущей конструкции, как валы) — возможно, по результатам второй проверки вам придется уменьшить рабочее поле станка. Проверку вы можете выполнить, смоделировав нагрузку в САПР типа Solidworks, КОМПАС, Autodesk Inventor и т.п. При составлении динамической модели для просчета обязательно надо учитывать вид и свойства материалов, которые будут обрабатываться.

Этап 4. Размер станка.

Конечно, чем станок больше, тем больше он предоставляет возможностей, однако, всегда есть сдерживающий фактор — место в мастерской. Оно, к сожалению, ограничено. Поэтому, если у вас нет запасных гектар производственных площадей, Вам стоит уделить некоторое внимание компоновке станка, чтобы его общие размеры в трех измерениях были минимальны, а размер рабочего поля при этом — максимальным. Недостижимым идеалом является случай, когда рабочее поле равно размеру станка.

Этап 5. Точность.

Мы уже упоминали их в начале, при выборе характеристик станка. Однако, их важность настолько велика, что мы повторим здесь основные моменты. Точность, наряду с повторяемостью — ключевая характеристика станка с ЧПУ. Важно различать эти два понятия — повторяемость показывает, насколько сильно ошибка размера плавает относительно среднего значения, тогда как точность показывает, насколько размер плавает относительно заданного значения. Точность и повторяемость часто упоминаются без указания, к чему они относятся — к координатам осей после позиционирования или к размерам обработанных деталей. Здесь и далее мы всегда будем иметь виду второе.

Точность станка с ЧПУ — тема настолько обширная, что невозможно о ней рассказать даже вкратце в рамках данного руководства. Скажем только, что ориентироваться стоит на точность в 0.1-0.2 мм для станка с полем около 0.5-1 кв. м: меньшие значения(0.05 мм и меньше) обычно удел станков профессиональных и получить такие значения без значительного опыта невозможно. Также, надо учитывать, что с ростом рабочего поля точность падает, и если есть необходимость увеличить рабочее поле, Вам придется смириться либо с падением точности обработки, либо с резким увеличением бюджета.

Этап 6. Из чего делать станок.

Материал станины определяется 4 факторами — материалами, которые будут обрабатываться, бюджетом, доступными материалами для постройки и доступными вам средствами обработки.

Влияние первого фактора вполне естественно — некоторые материалы, такие как камень, сталь, цветные металлы — требуют особой жесткости станины, и делать для них станок из фанеры или пластика не очень хорошая идея, и стоит рассмотреть чугун или полимергранит.

Остальные три фактора всегда связаны, и тут тоже нет сложностей: не каждому доступен шлифовальный станок для выравнивания стальной станины под направляющие, не всегда есть возможность заказать фрезерованные детали станины из Д16Т, а заливка полимергранитом может оказаться дороже, если у вас под боком литейных цех, где вам отольют чугунную станину.

На самом деле, нет каких-то универсальных рекомендаций по выбору материала, исходить надо из реальных возможностей. Немало станков из оргстекла показывают лучшую точность, чем станки из алюминия, сделанные без должного навыка и кое-как отфрезерованных деталей, потому что в процессе постройки не удалось найти нормальный фрезерный станок.

Перед началом постройки составьте список доступных материалов и средств обработки, и проверьте, достаточно ли их для выполнения всех операций при производстве деталей для станка. Не беритесь за работу, прежде чем дважды не проверите этот список — одна изготовленная «на коленке» деталь, которая должна быть изготовлена на заводском оборудовании, может свести качество вашего станка к нулю. Возможно, придется сделать сперва станок попроще, чтобы потом на нем изготовить детали для будущего, улучшенного, станка.

Этап 7. БЮДЖЕТ.

Неоднократно уже упомянутый фактор. При постройке станка для собственных нужд он зачастую же и основной. Смету расходов надо постараться составить заранее, не оставляя белых пятен ни на что — ни на материалы, ни на обработку на стороне. И всегда прибавляйте 30-60% сверху — непредвиденные расходы будут всегда.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *