Целью этого проекта является создание настольного станка с ЧПУ. Можно было купить готовый станок, но его цена и размеры меня не устроили, и я решил построить станок с ЧПУ с такими требованиями:
- использование простых инструментов (нужен только сверлильный станок, ленточная пила и ручной инструмент)
- низкая стоимость (я ориентировался на низкую стоимость, но всё равно купил элементов примерно на $600, можно значительно сэкономить, покупая элементы в соответствующих магазинах)
- малая занимаемая площадь(30"х25")
- нормальное рабочее пространство (10" по оси X, 14" по оси Y, 4" по оси Z)
- высокая скорость резки (60" за минуту)
- малое количество элементов (менее 30 уникальных)
- доступные элементы (все элементы можно купить в одном хозяйственном и трех online магазинах)
- возможность успешной обработки фанеры

Станки других людей

Вот несколько фото других станков, собравших по данной статье

Фото 1 – Chris с другом собрал станок, вырезав детали из 0,5" акрила при помощи лазерной резки. Но все, кто работал с акрилом знают, что лазерная резка это хорошо, но акрил плохо переносит сверление, а в этом проекте есть много отверстий. Они сделали хорошую работу, больше информации можно найти в блоге Chris’a. Мне особенно понравилось изготовление 3D объекта при помощи 2D резов.

Фото 2 - Sam McCaskill сделал действительно хороший настольный станок с ЧПУ. Меня впечатлило то, что он не стал упрощать свою работу и вырезал все элементы вручную. Я впечатлён этим проектом.

Фото 3 - Angry Monk"s использовал детали из ДМФ, вырезанные при помощи лазерного резака и двигатели с зубчато-ремённой передачей, переделанные в двигатели с винтом.

Фото 4 - Bret Golab"s собрал станок и настроил его для работы с Linux CNC (я тоже пытался сделать это, но не смог из-за сложности). Если вы заинтересованы его настройками, вы можете связаться с ним. Он сделал великую работу!

Боюсь что у меня недостаточно опыта и знаний, чтобы объяснять основы ЧПУ, но на форуме сайта CNCZone.com есть обширный раздел, посвященный самодельным станкам, который очень помог мне.

Резак: Dremel или Dremel Type Tool

Параметры осей:

Ось X
Расстояние перемещения: 14"

Скорость: 60"/мин
Ускорение: 1"/с2
Разрешение: 1/2000"
Импульсов на дюйм: 2001

Ось Y
Расстояние перемещения: 10"
Привод: Зубчато-ременная передача
Скорость: 60"/мин
Ускорение: 1"/с2
Разрешение: 1/2000"
Импульсов на дюйм: 2001

Ось Z (вверх-вниз)
Расстояние перемещения: 4 "
Привод: Винт
Ускорение: .2"/с2
Скорость: 12"/мин
Разрешение: 1/8000 "
Импульсов на дюйм: 8000

Необходимые инструменты

Я стремился использовать популярные инструменты, которые можно приобрести в обычном магазине для мастеров.

Электроинструмент:
- ленточная пила или лобзик
- сверлильный станок (сверла 1/4", 5/16", 7/16", 5/8", 7/8", 8мм (около 5/16")), также называется Q
- принтер
- Dremel или аналогичный инструмент (для установки в готовый станок).

Ручной инструмент:
- резиновый молоток (для посадки элементов на места)
- шестигранники (5/64", 1/16")
- отвертка
- клеевой карандаш или аэрозольный клей
- разводной ключ (или торцевой ключ с трещоткой и головкой 7/16")

Необходимые материалы

В прилагаемом PDF файле (CNC-Part-Summary.pdf) предоставлены все затраты и информация о каждом элементе. Здесь предоставлена только обобщенная информация.

Листы --- $ 20
-Кусок 48"х48" 1/2" МДФ (подойдет любой листовой материал толщиной 1/2" Я планирую использовать UHMW в следующей версии станка, но сейчас это выходит слишком дорого)
-Кусок 5"x5" 3/4" МДФ (этот кусок используется в качестве распорки, поэтому можете брать кусок любого материала 3/4")

Двигатели и контроллеры --- $ 255
-О выборе контроллеров и двигателей можно написать целую статью. Коротко говоря, необходим контроллер, способный управлять тремя двигателями и двигатели с крутящим моментом около 100 oz/in. Я купил двигатели и готовый контроллер, и всё работало хорошо.

Аппаратная часть --- $ 275
-Я купил эти элементы в трех магазинах. Простые элементы я приобрёл в хозяйственном магазине, специализированные драйвера я купил на McMaster Carr (http://www.mcmaster.com), а подшипники, которых надо много, я купил у интернет-продавца, заплатив $40 за 100 штук (получается довольно выгодно, много подшипников остается для других проектов).

Программное обеспечение --- (бесплатно)
-Необходима программа чтобы нарисовать вашу конструкцию (я использую CorelDraw), и сейчас я использую пробную версию Mach3, но у меня есть планы по переходу на LinuxCNC (открытый контролер станка, использующий Linux)

Головное устройство --- (дополнительно)
-Я установил Dremel на свой станок, но если вы интересуетесь 3D печатью (например RepRap) вы можете установить свое устройство.

Печать шаблонов

У меня был некоторый опыт работы лобзиком, поэтому я решил приклеить шаблоны. Необходимо распечатать PDF файлы с шаблонами, размещенными на листе, наклеить лист на материал и вырезать детали.

Имя файла и материал:
Всё: CNC-Cut-Summary.pdf
0,5" МДФ (35 8.5"x11" листов с шаблонами): CNC-0.5MDF-CutLayout-(Rev3).pdf
0,75" МДФ: CNC-0.75MDF-CutLayout-(Rev2).pdf
0,75" алюминиевая трубка: CNC-0.75Alum-CutLayout-(Rev3).pdf
0,5 "MDF (1 48"x48" лист с шаблонами): CNC-(One 48x48 Page) 05-MDF-CutPattern.pdf

Примечание: Я прилагаю рисунки CorelDraw в оригинальном формате (CNC-CorelDrawFormat-CutPatterns (Rev2) ZIP) для тех, кто хотел бы что то изменить.

Примечание: Есть два варианта файлов для МДФ 0,5". Можно скачать файл с 35 страницами 8.5"х11" (CNC-0.5MDF-CutLayout-(Rev3), PDF), или файл (CNC-(Один 48x48 Page) 05-MDF-CutPattern.pdf) с одним листом 48"x48"для печати на широкоформатном принтере.

Шаг за шагом:
1. Скачайте три PDF-файла с шаблонами.
2. Откройте каждый файл в Adobe Reader
3. Откройте окно печати
4. (ВАЖНО) отключите Масштабирование страниц.
5. Проверьте, что файл случайно не масштабировался. Первый раз я не сделал это, и распечатал всё в масштабе 90%, о чем сказано ниже.

Наклеивание и выпиливание элементов

Приклейте распечатаные шаблоны на МДФ и на алюминиевую трубу. Далее, просто вырезайте деталь по контуру.

Как было сказано выше, я случайно распечатал шаблоны в масштабе 90%, и не заметил этого до начала выпиливания. К сожалению, я не понимал этого до этой стадии. Я остался с шаблонами в масштабе 90% и, переехав через всю страну, я получил доступ к полноразмерному ЧПУ. Я не выдержал и вырезал элементы при помощи этого станка, но не смог просверлить их с обратной стороны. Именно поэтому все элементы на фотографиях без кусков шаблона.

Сверление

Я не считал сколько именно, но в этом проекте используется много отверстий. Отверстия, которые сверлятся на торцах особенно важны, но не пожалейте времени на них, и использовать резиновый молоток вам придется крайне редко.

Места с отверстиями в накладку друг на друга это попытка сделать канавки. Возможно, у вас есть станок с ЧПУ, на котором это можно сделать лучше.

Если вы дошли до этого шага, то я поздравляю вас! Глядя на кучу элементов, довольно сложно представить, как собрать станок, поэтому я постарался сделать подробные инструкции, похожие на инструкции к LEGO. (прилагаемый PDF CNC-Assembly-Instructions.pdf). Довольно интересно выглядят пошаговые фотографии сборки.

Готово!

Станок готов! Надеюсь, вы сделали и запустили его. Я надеюсь, что в статье не упущены важные детали и моменты. Вот видео, в котором показано вырезание станком узора на розовом пенопласте.

И так, в рамках этой статьи-инструкции я хочу, что бы вы вместе с автором проекта, 21 летним механиком и дизайнером, изготовили свой собственный . Повествование будет вестись от первого лица, но знайте, что к большому своему сожалению, я делюсь не своим опытом, а лишь вольно пересказываю автора сего проекта.

В этой статье будет достаточно много чертежей , примечания к ним сделаны на английском языке, но я уверен, что настоящий технарь все поймет без лишних слов. Для удобства восприятия, я разобью повествование на «шаги».

Предисловие от автора

Уже в 12 лет я мечтал построить машину, которая будет способна создавать различные вещи. Машину, которая даст мне возможность изготовить любой предмет домашнего обихода. Спустя два года я наткнулся на словосочетание ЧПУ или если говорить точнее, то на фразу "Фрезерный станок с ЧПУ" . После того как я узнал, что есть люди способные сделать такой станок самостоятельно для своих нужд, в своем собственном гараже, я понял, что тоже смогу это сделать. Я должен это сделать ! В течение трех месяцев я пытался собрать подходящие детали, но не сдвинулся с места. Поэтому моя одержимость постепенно угасла.

В августе 2013 идея построить фрезерный станок с ЧПУ вновь захватила меня. Я только что окончил бакалавриат университета промышленного дизайна, так что я был вполне уверен в своих возможностях. Теперь я четко понимал разницу между мной сегодняшним и мной пятилетней давности. Я научился работать с металлом, освоил техники работы на ручных металлообрабатывающих станках, но самое главное я научился применять инструменты для разработки. Я надеюсь, что эта инструкция вдохновит вас на создание своего станка с ЧПУ!

Шаг 1: Дизайн и CAD модель

Все начинается с продуманного дизайна. Я сделал несколько эскизов, чтобы лучше прочувствовать размеры и форму будущего станка. После этого я создал CAD модель используя SolidWorks. После того, как я смоделировал все детали и узлы станка, я подготовил технические чертежи. Эти чертежи я использовал для изготовления деталей на ручных металлообрабатывающих станках: и .

Признаюсь честно, я люблю хорошие удобные инструменты. Именно поэтому я постарался сделать так, чтобы операции по техническому обслуживанию и регулировке станка осуществлялись как можно проще. Подшипники я поместил в специальные блоки для того, чтобы иметь возможность быстрой замены. Направляющие доступны для обслуживания, поэтому моя машина всегда будет чистой по окончанию работ.

Файлы для скачивания «Шаг 1»

Габаритные размеры

Шаг 2: Станина

Станина обеспечивает станку необходимую жесткость. На нее будет установлен подвижной портал, шаговые двигатели, ось Z и шпиндель, а позднее и рабочая поверхность. Для создания несущей рамы я использовал два алюминиевых профиля Maytec сечением 40х80 мм и две торцевые пластины из алюминия толщиной 10 мм. Все элементы я соединил между собой на алюминиевые уголки. Для усиления конструкции внутри основной рамы я сделал дополнительную квадратную рамку из профилей меньшего сечения.

Для того, чтобы в дальнейшем избежать попадания пыли на направляющие, я установил защитные уголки из алюминия. Уголок смонтирован с использованием Т-образных гаек, которые установлены в один из пазов профиля.

На обоих торцевых пластинах установлены блоки подшипников для установки приводного винта.

Несущая рама в сборе

Уголки для защиты направляющих

Файлы для скачивания «Шаг 2»

Чертежи основных элементов станины

Шаг 3: Портал

Подвижной портал - исполнительный орган вашего станка, он перемещается по оси X и несет на себе фрезерный шпиндель и суппорт оси Z. Чем выше портал, тем толще заготовка, которую вы можете обработать. Однако, высокий портал менее устойчив к нагрузкам которые возникают в процессе обработки. Высокие боковые стойки портала выполняют роль рычагов относительно линейных подшипников качения.

Основная задача, которую я планировал решать на своем фрезерном станке с ЧПУ - это обработка алюминиевых деталей. Поскольку максимальная толщина подходящих мне алюминиевых заготовок 60 мм, я решил сделать просвет портала (расстояние от рабочей поверхности до верхней поперечной балки) равным 125 мм. В SolidWorks все свои измерения я преобразовал в модель и технические чертежи. В связи со сложностью деталей, я обработал их на промышленном обрабатывающем центре с ЧПУ, это дополнительно мне позволило обработать фаски, что было бы весьма затруднительно сделать на ручном фрезерном станке по металлу.

Файлы для скачивания «Шаг 3»

Шаг 4: Суппорт оси Z

В конструкции оси Z я использовал переднюю панель, которая крепится к подшипникам перемещения по оси Y, две пластины для усиления узла, пластину для крепления шагового двигателя и панель для установки фрезерного шпинделя. На передней панели я установил две профильные направляющие по которым будет происходить перемещение шпинделя по оси Z. Обратите внимание на то, что винт оси Z не имеет контропоры внизу.

Файлы для скачивания «Шаг 4»

Шаг 5: Направляющие

Направляющие обеспечивают возможность перемещения во всех направлениях, обеспечивают плавность и точность движений. Любой люфт в одном из направлений может стать причиной неточности в обработке ваших изделий. Я выбрал самый дорогой вариант - профилированные закаленные стальные рельсы. Это позволит конструкции выдерживать высокие нагрузки и обеспечит необходимую мне точность позиционирования. Чтобы обеспечить параллельность направляющих, я использовал специальный индикатор во время их установки. Максимальное отклонение относительно друг друга составило не более 0,01 мм.

Шаг 6: Винты и шкивы

Винты преобразуют вращательное движение от шаговых двигателей в линейное. При проектировании своего станка вы можете выбрать несколько вариантов этого узла: Пара винт-гайка или шарико-винтовая пара (ШВП). Винт-гайка, как правило, больше подвергается силам трения при работе, а также менее точна относительно ШВП. Если вам необходима повышенная точность, то однозначно необходимо остановить свой выбор на ШВП. Но вы должны знать, что ШВП достаточно дорогое удовольствие.

Станки, оснащенные числовым программным обеспечением (ЧПУ) представлены в виде современного оборудования для резки, точения, сверления или шлифования металла, фанеры, дерева пенопласта и других материалов.

Встроенная электроника на базе печатных плат «Arduino» обеспечивает максимальную автоматизацию работ.

1 Что собой представляет станок с ЧПУ?

Станки ЧПУ на базе печатных плат «Ардуино» способны в автоматическом режиме бесступенчато менять частоту вращения шпинделей, а также скорость подачи суппортов, столов и прочих механизмов. Вспомогательные элементы станка ЧПУ автоматически принимает нужное положение, и могут использоваться для резки фанеры или алюминиевого профиля.

В устройствах на основе печатных плат «Arduino» режущий инструмент (предварительно настроенный) также сменяется в автоматическом режиме.

В устройствах ЧПУ на базе печатных плат «Ардуино» все команды подаются через контроллер.

Контроллер получает сигналы от программоносителя. Для такого оборудования для резки фанеры, металлического профили или пенопласта программоносителями являются кулачки, упоры или копиры.

Поступивший из программоносителя сигнал через контроллер подает команду на автомат, полуавтомат или копировальный станок. Если необходимо сменить лист фанеры или пенопласта для резки, то кулачки или копиры заменяются другими элементами.

Агрегаты с программным управлением на базе плат" Ардуино" в качестве программоносителя используют перфоленты, перфокарты или магнитные ленты в которых содержится вся необходимая информация. С применением плат «Arduino» весь процесс резки фанеры, пенопласта или другого материала полностью автоматизируется, сто минимизирует затраты труда.

Стоит отметить, что собрать станок ЧПУ для резки фанеры или пенопласта на базе плат Arduino своими руками можно без особых сложностей. Управление в агрегатах ЧПУ на основе «Ардуино» осуществляет контроллер, который передает как технологическую, так и размерную информацию.

Применяя плазморезы с ЧПУ на базе плат «Ардуино» можно освободить большое число универсального оборудования и наряду с этим увеличить производительность труда. Основные преимущества станков на базе «Ардуино», собранных своими руками, выражаются в:

• высокой (по сравнению с ручными станками) производительностью;
• гибкости универсального оборудования в сочетании с точностью;
• снижении потребности в привлечении квалифицированных специалистов к работе;
• возможности изготовления взаимозаменяемых деталей по одной программе;
• сокращенных сроках подготовки при изготовлении новых деталей;
• возможности сделать станок своими руками.

1.1 Процесс работы фрезерного станка с ЧПУ (видео)

1.2 Разновидности ЧПУ станков

Представленные агрегаты для резки фанеры или пенопласта, использующие для работы платы «Arduino», делятся на классы по:

• технологическим возможностям;
• принципу смены инструмента;
• способу смены заготовки.

Любой класс такого оборудования можно сделать своими руками, а электроника «Arduino» обеспечит максимальную автоматизацию рабочего процесса. Наряду с классами, станки могут быть:

• токарными;
• сверлильно-расточными;
• фрезерными;
• шлифовальными;
• станки электрофизического ряда;
• многоцелевые.

Токарные агрегаты на базе «Arduino» могут подвергать обработке наружные и внутренние поверхности всевозможных деталей.

Вращение заготовок может проводиться как в прямолинейных, так и в криволинейных контурах. Устройство также предназначается для резки наружной и внутренней резьбы. Фрезерные агрегаты на базе «Arduino» предназначаются для фрезерования простых и сложных деталей корпусного типа.

Кроме того они могут производить сверление и расточку. Шлифовальные станки, которые также можно сделать своими руками могут применяться для финишной обработки деталей.

В зависимости от вида обрабатываемых поверхностей агрегаты могут быть:

• плоскошлифовальными;
• внутришлифовальными;
• шлицешлифовальными.

Многоцелевые агрегаты могут применяться для резки фанеры или пенопласта, выполнять сверление, фрезерование, расточку и токарную обработку деталей. Перед тем, как сделать станок с ЧПУ своими руками, важно учитывать, что деление оборудования производится и по способу смены инструмента. Замена может производиться:

• вручную;
• автоматически в револьверной головке;
• автоматически в магазине.

Если электроника (контроллер) может обеспечивать автоматическую смену заготовок с использованием специальных накопителей, то аппарат может длительное время работать без участия оператора.

Для того, чтобы сделать представленный агрегат для резки фанеры или пенопласта своими руками, необходимо подготовить исходное оборудование. Для этого может быть пригоден бывший в употреблении .

В нем рабочий орган заменяется на фрезу. Кроме того сделать механизм своими руками можно из кареток старого принтера.

Это позволит двигаться рабочей фрезе в направлении двух плоскостей. Далее к конструкции подключается электроника, ключевым элементом которой является контроллер и платы «Arduino».

Схема сборки позволяет сделать своими руками самодельный агрегат ЧПУ автоматическим. Такое оборудование может быть предназначено для резки пластика, пенопласта, фанеры или тонкого металла. Для того, чтобы устройство смогло выполнять более сложные виды работ, необходим не только контроллер, но и шаговый двигатель.

Он должен обладать высокими мощностными показателями – не менее 40-50 ватт. Рекомендуется использовать обычный электродвигатель, так как с его применением отпадет необходимость в создании винтовой передачи, а контроллер будет обеспечивать своевременную подачу команд.

Нужное усилие на вал передачи в самодельном устройстве должно передаваться посредством зубчатых ремней. Если для передвижения рабочей фрезы самодельный станок с ЧПУ будет использовать каретки от принтеров, то для этой цели необходимо выбрать детали от принтеров больших размеров.

Основой будущего агрегата может послужить прямоугольная балка, которая должна быть прочно закреплена на направляющих. Каркас должен отличаться высокой степенью жесткости, но использовать сварку не рекомендуется. Лучше применять болтовое соединение.

Сварочные швы будут подвергаться деформации из-за постоянных нагрузок при работе станка. Элементы крепления при этом разрушаются, что приведет к сбою настроек, а контроллер будет работать некорректно.

2.1 О шаговых двигателях суппортах и направляющих

Агрегат с ЧПУ, собранный самостоятельно, должен быть оснащен шаговыми электродвигателями. Как уже упоминалось выше, для сборки агрегата лучше всего использовать двигатели от старых матричных принтеров.

Для эффективного функционирования устройства понадобится три отдельных двигателя шагового типа. Рекомендуется применять двигатели с пятью отдельными проводами управления. Это позволит увеличить функциональность самодельного аппарата в несколько раз.

При подборе двигателей для будущего станка нужно знать число градусов на один шаг, показатель рабочего напряжения и сопротивление обмотки. Впоследствии это поможет произвести корректную настройку всего программного обеспечения.

Крепление вала шарового двигателя производится с применением резинового кабеля, покрытого толстой обмоткой. Кроме того, с помощью такого кабеля можно присоединить двигатель к ходовой шпильке. Станину можно изготовить из пластмассы с толщиной в 10-12 мм.

Наряду с пластиком возможно применение алюминия или органического стекла.

Ведущие детали каркаса крепятся с помощью саморезов, а при использовании древесины можно крепить элементы клеем ПВА. Направляющие представляют собой стальные прутья с сечением в 12 мм и длиной в 20 мм. На каждую ось приходится по 2 прута.

Суппорт изготавливают из текстолита, его размеры должны составлять 30×100х40 см. Направляющие части текстолита скрепляются винтами марки М6, а суппорты «Х» и «У» в верху должны иметь 4 резьбовых отверстия для закрепления станины. Шаговые электродвигатели устанавливаются с помощью крепежей.

Крепления можно сделать с использованием стали листового типа. Толщина листа должна составлять 2-3 мм. Далее винт соединяется с осью шагового двигателя посредством гибкого вала. С этой целью можно задействовать обычный резиновый шланг.

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:

1. Определение подходящей конструкции конкретно для вас (например, если будете делать станок по дереву своими руками).
2. Требуемая площадь обработки.
3. Доступность рабочего пространства.
4. Материалы.
5. Допуски.
6. Методы конструирования.
7. Доступные инструменты.
8. Бюджет.

ШАГ 2: Основание и ось X-оси

Тут рассматриваются следующие вопросы:

1. Проектирование и построение основной базы или основания оси X.
2. Жестко закрепленные детали.
3. Частично закрепленные детали и др.

ШАГ 3: Проектирование козловой оси Y

1. Проектирование и строительство портальной оси Y.
2. Разбивка различных конструкций на элементы.
3. Силы и моменты на портале и др.

ШАГ 4: Схема сборки оси Z

Здесь рассматриваются следующие вопросы:

1. Проектирование и сборка сборки оси Z.
2. Силы и моменты на оси Z.
3. Линейные рельсы / направляющие и расстояние между подшипниками.
4. Выбор кабель-канала.

ШАГ 5: Линейная система движения

В этом пункте рассматриваются следующие вопросы:

1. Подробное изучение систем линейного движения.
2. Выбор правильной системы конкретно для вашего станка.
3. Проектирование и строительство собственных направляющих при малом бюджете.
4. Линейный вал и втулки или рельсы и блоки?

ШАГ 6: Компоненты механического привода

В этом пункте рассматриваются следующие аспекты:

1. Детальный обзор частей привода.
2. Выбор подходящих компонентов для вашего типа станка.
3. Шаговые или серводвигатели.
4. Винты и шарико-винтовые пары.
5. Приводные гайки.
6. Радиальные и упорные подшипники.
7. Муфта и крепление двигателя.
8. Прямой привод или редуктор.
9. Стойки и шестерни.
10. Калибровка винтов относительно двигателей.

ШАГ 7: Выбор двигателей

В этом шаге необходимо рассмотреть:

1. Подробный обзор двигателей с ЧПУ.
2. Типы двигателей с ЧПУ.
3. Как работают шаговые двигатели.
4. Типы шаговых двигателей.
5. Как работают сервомоторы.
6. Типы серводвигателей.
7. Стандарты NEMA.
8. Выбор правильного типа двигателя для вашего проекта.
9. Измерение параметров мотора.

ШАГ 8: Конструкция режущего стола

1. Проектирование и строительство собственных столов при малом бюджете.
2. Перфорированный режущий слой.
3. Вакуумный стол.
4. Обзор конструкций режущего стола.
5. Стол можно вырезать при помощи фрезерного станка с ЧПУ по дереву.

ШАГ 9: Параметры шпинделя

В этом шаге рассматриваются следующие вопросы:

1. Обзор шпинделей с ЧПУ.
2. Типы и функции.
3. Ценообразование и затраты.
4. Варианты монтажа и охлаждения.
5. Системы охлаждения.
6. Создание собственного шпинделя.
7. Расчет нагрузки стружки и силы резания.
8. Нахождение оптимальной скорости подачи.

ШАГ 10: Электроника

В этом пункте рассматриваются следующие вопросы:

1. Панель управления.
2. Электропроводка и предохранители.
3. Кнопки и переключатели.
4. Круги MPG и Jog.
5. Источники питания.

ШАГ 11: Параметры контроллера Программного Управления

В этом шаге рассматриваются следующие вопросы:

1. Обзор контроллера ЧПУ.
2. Выбор контроллера.
3. Доступные опции.
4. Системы с замкнутым контуром и разомкнутым контуром.
5. Контроллеры по доступной цене.
6. Создание собственного контроллера с нуля.

ШАГ 12. Выбор программного обеспечения

В этом пункте рассматриваются следующие вопросы:

1. Обзор программного обеспечения, связанного с ЧПУ.
2. Подбор программного обеспечения.
3. Программное обеспечение CAM.
4. Программное обеспечение САПР.
5. Програмное обеспечение NC Controller.

——————————————————————————————————————————————————–

В наше время всё более частым становится производство мелких деталей из древесины, для тех или иных конструкций. Также в магазинах можно встретить разнообразие красивых объёмных картин, выполненных на древесном полотне. Такие операции совершаются при помощи фрезерных станков с числовым программным управлением.Точность деталей или картин из дерева достигается за счёт управления с компьютера, специализированной программой.

Фрезерный станок по обработке древесины с числовым управлением представляет собой высокопрофессиональную машину, созданную по последнему слову техники.

Вся работа заключается в обработке специальной фрезой по дереву, которой можно совершить работу по вырезке маленьких деталей из древесного материала, создание красивых рисунков. Работа осуществляется за счёт подачи сигналов на шаговые двигатели, которые, в свою очередь, двигают фрезер по трём осям.

За счёт чего и происходит высокоточная обработка. Как правило, вручную такие работы совершить невозможно так качественно. Поэтому фрезерные станки по дереву с ЧПУ является большой находкой для столяров.

Предназначение

Издавна, фрезеровка предназначалась для строгальных работ с древесиной. Но двигатель прогресса движется строго вперёд и в наше время, к таким станкам создали числовое программное управление. На этом этапе, фрезеровальный станок может выполнять разнообразные действия, которые касаются обработки дерева:

1. Вырезание различных деталей из массива древесины.
2. Отрезание лишних частей заготовки.
3. Возможность делать пазы и отверстия различных диаметров.
4. Рисование сложных орнаментов, посредством фрезы.
5. 3D Трёхмерные изображения на массиве дерева.
6. Полноценное мебельное производство и многое другое.

Какой бы ни была поставлена задача, она будет выполнена с высокой точностью и аккуратностью.

Совет: Во время работы на самодельном с ЧПУ оснащением, необходимо плавно снимать толщину древесины, иначе ваша деталь будет испорчена или сожжена фрезой!

Разновидность

В современном технологическом мире различают следующие виды фрезеровочных станков по дереву с числовым управлением:

Стационарные

Эти машины размешаются на производствах, так как имеют огромные размеры и вес. Зато такое оборудование способно изготавливать продукцию в больших объёмах.

Ручные

Это самодельные устройства или устройства из готовых наборов. Эти станки можно смело устанавливать в вашем гараже или собственной мастерской. К таким относятся следующие подвиды:

Оборудование с использованием портала, с числовым управлением

Непосредственно сам фрезер способен передвигаться по двум декартовым осям X и Z. У такого типа станка высокая жёсткость при обработке на изгибы. Конструкция портального фрезерного станка с числовым управлением достаточно проста в своём исполнении. Многие столяры начинают познание станков с ЧПУ именно с такого подтипа. Однако в данном случае размер заготовки будет ограничен размером самого портала.

С числовым управлением и передвижным порталом

Конструкция данного подтипа немного усложнена.

Передвижной портал

Именно этот тип передвигает фрезер по всем трём декартовым осям, по X, Z и Y. В данном случае необходимо будет использовать прочную направляющую для оси X, так как вся большая нагрузка будет направляться именно на неё.

С передвижным порталом очень удобен для создания печатных плат. По оси Y есть возможность обрабатывать длинные детали.

Фреза движется по оси Z.

Станок, на котором фрезеровочная деталь способна передвигаться в вертикальном направлении

Этот подтип обычно используют при доработке производственных образцов или при переделке сверлильного оборудования в гравировально – фрезерное.

Рабочее поле, то есть сама столешница имеет размеры 15х15 сантиметров, что делает невозможным обработку крупных деталей.

Такой тип не очень удобен в эксплуатации.

Безпортальный с числовым управлением

Этот тип станка очень сложен в своей конструкции, однако является самым производительным и удобным.

Заготовки можно обрабатывать длинной до пяти метров, даже если ось X составляет 20 сантиметров.

Такой подтип крайне не подходит для первого опыта, так как требует навыков на этом оборудовании.

Ниже мы рассмотрим конструкцию собственноручного фрезерного станка по дереву с ЧПУ, разберём принципы его работы. Узнаем, как сделать данное детище и как налаживается такое оборудование.

Устройство и принцип работы

Основными деталями устройства фрезерования являются следующие детали:

Станина

Непосредственно сама конструкция станка, на которой располагаются все остальные детали.

Суппорта

Узел, который представляет собой крепление для поддержки передвижения автоматического инструмента.

Рабочий стол

Область, на которой производится вся необходимая работа.

Вал шпинделя или фрезер

Инструмент, который выполняет фрезеровочные работы.

Фреза для обработки древесины

Инструмент, а точнее приспособление для фрезера, различных величин и форм, с помощью которых производится обработка древесины.

ЧПУ

Скажем так мозг и сердце всей конструкции. Программное обеспечение исполняет точный контроль всей работы.

Работа заключается в программном управлении. На компьютере установлена специализированная программа, именно она преобразует загруженные в неё схемы в специальные коды, которые программа распределяет на контроллер, а затем на шаговые двигатели. Шаговые двигатели, в свою очередь, передвигают фрезер по координатным осям Z, Y ,X, за счёт чего и происходит обработка деревянной заготовки.

Выбор комплектующих

Основным этапом в изобретении самодельного фрезерного станка является выбор комплектующих деталей. Ведь выбрав плохой материал, может пойти что – нибудь не так в

Пример сборки из алюминиевой рамы.

самой работе. Обычно используют простые материалы, такие как: алюминий, древесина (массив, МДФ), оргстекло. Для правильной и точной работы всей конструкции важно разработать всю конструкцию суппортов.

Совет: Перед сборкой своими руками , необходимо проверить все, уже подготовленные детали на совместимость.

Проверить, нет ли где загвоздки, которая будет мешать. А главное, чтобы не допустить различного рода колебаний, так как это напрямую приведёт к некачественному фрезерованию.

Существуют некоторые назначения по подбору рабочих элементов, которые помогут в создании, а именно:

Направляющие

Схема направляющих чпу для фрезера.

Для них используют прутья диаметром 12 миллиметров. Для оси X, длинна прута, составляет 200 миллиметров, а для оси Y длина составляет 90 миллиметров.

Использование направляющих позволит выполнить высокоточную установку движущих деталей

Суппорта

Суппорт фрезерного ЧПУ станка.

Суппорт в сборке.

Для этих комплектующих можно использовать текстолитовый материал. Довольно прочный материал в своём роде. Как правило, размеры текстолитовой площадки составляет 25х100х45 милли

Блок фиксации фрезера

Пример каркаса для фиксации фрезера.

Также можно использовать текстолитовый каркас. Размеры непосредственно зависят от имеющегося у вас инструмента.

Шаговые двигатели или серводвигатели

Блок питания

Контроллер

Электронная плата, которая распределяет электричество на шаговые двигатели, чтобы перемещать их по осям.

Совет: При паянии платы необходимо использовать конденсаторы и резисторы в специальных SMD корпусах (для изготовления корпусов таких деталей используют алюминий, керамика, пластик). Это уменьшит габариты платы, а также внутреннее пространство в конструкции будет оптимизировано.

Сборка

Схема самодельного станка с числовым программным управлением

Сборка не займёт у вас слишком много времени. Единственное что, процесс настройки будет самым долгим во всём процессе изготовления.

Для начала

Необходимо разработать схему и чертежи будущего станка с числовым управлением.

Если вам не хочется этого делать, то можно скачать чертежи из интернета. По всем размерам подготовить все необходимые детали.

Проделать все необходимые отверстия

Предназначенные для подшипников и направляющих. Главное соблюдать все необходимые размеры, иначе работа станка будет нарушена. Представлена схемас описанием расположения механизмов. Она позволит вам получить общее представление, особенно если вы собираете его в первый раз.

Когда все элементы и детали механизма у вас готовы, то можно смело приступать к сборке. Первым делом собирается станина оборудования.

Каркас

Должен быть геометрически правильно собран. Все углы должны быть ровненькими и равнозначными. Когда каркас готов, можно монтировать направляющие оси, рабочий стол, суппорта. Когда эти элементы установлены, можно установить фрезер, либо шпиндель.

Остаётся последний шаг – электроника. Установка электроники является основным этапом в сборке. К установленным на станке шаговым двигателям подключается контроллер, который и будет отвечать за их работу.

Далее контроллер подключается к компьютеру на котором уже должна быть установлена специальная программа для управления. Широко применяется торговая марка Arduino , которая производит и поставляет аппаратное оборудование.

Когда всё подключено и находится в режиме готовности, самое время запустить пробную заготовку. Для этого подойдёт любая древесина, которая не будет выходить за пределы рабочего стола. Если ваша заготовка прошла обработку и всё в порядке, то можно приступать к полноценному изготовлению того или иного продукта фрезерования.

Техника безопасности

Безопасность с фрезеровальным оборудованием является основой основ. Если не беречь себя, можно угодить в больницу с серьёзными травмами. Все правила для безопасности одинаковы, однако ниже будут перечислены самые основные:

1. Необходимо заземлить ваше оборудование, во избежание ударов током.
2. Не допускать детей к станку.
3. Ни есть и не пить на рабочем столе.
4. Одежду следует подбирать соответствующую.
5. Не обрабатывать громоздкие детали, которые превышают размеры рабочего стола, станочного оборудования.
6. Не бросать различные инструменты на рабочую область станка.
7. Не использовать материал, (металл, пластик и т.д.).

Видео обзоры

Видео обзор деталей к станку и где их взять:

Видео обзор работы фрезерного станка по дереву:

Видео обзор электроники