Стол для чпу станка своими руками. Как сделать фрезерный станок по дереву – схема и чертежи сборки своими руками ЧПУ на Ардуино

Дата: 28.03.2020

В настоящее время можно приобрести готовые станки, для оснащения собственной мастерской, но все это обойдется достаточно дорого. Самодельные станки помогут мастеру в его практической работе , при этом не обременят его бюджет. Зачем покупать то, что можно сделать своими руками, да еще применительно к конкретным условиям.

Оснащение собственной мастерской каждый владелец выбирает сам. Оно зависит от особенностей хобби , т.е. вида работ и площади помещения. Минимальная площадь домашней мастерской, в которой есть смысл размещать оборудование составляет 3-4 м² .

Оно может располагаться в небольшой комнатке или на балконе квартиры, отдельной постройке на собственном участке или в гараже. Идеальный вариант – это уединенное помещение, в котором можно шуметь, не мешая другим людям.

По своему назначению домашняя мастерская может быть универсальной , т.е. для проведения любых работ, неожиданно возникших в быту, или иметь конкретное направление , связанное с увлечением мастера. Чаще всего, оборудуются мастерские для работы с деревом, т.е. для столярных работ . Достаточно часто появляется потребность в обработке металла (слесарные работы ) и ремонте автомобиля .

В целом, обустройство домашней мастерской включает такие элементы:

конструкции для размещения инструмента и материалов (стеллажи, полки, шкафы);
оборудование для проведения работ (верстаки, рабочие столы);
станки для обработки материалов;
приспособления для механизации работ, облегчения труда, подготовки инструмента и т.п.

Размещать оборудование нужно так, чтобы к нему был свободный подход , соблюдалась техника безопасности и противопожарные нормы , обеспечивался минимальный комфорт.

Полки для инструмента и материалов

Обустройство домашней мастерской начинается с установки практичных полок для инструмента своими руками. Они могут изготавливаться из металла или дерева, а также иметь комбинированную конструкцию – металлический каркас с полками из дерева, фанеры, ДСП, пластика и т.д.

Выделяются такие основные конструкции :

Стеллажи в виде каркаса и полок, расположенных на разной высоте.
Полки, закрепленные на стене. Они могут устанавливаться на кронштейнах или крепиться дюбелями непосредственно к стеновой поверхности.
Подвесные полки с потолочным креплением.

Практичные полки-щиты имеют такую конструкцию. Основу составляет щиток, вырезанный из фанеры толщиной 8-12 мм.

На нем монтируются крепления 3-х типов:

рейка с прорезями для размещения инструмента с ручкой в вертикальном положении (молоток, отвертки, стамески и т.п.);
полки с бортиком для установки коробочек с мелким инструментом (сверла, метчики, плашки и т.п.);
крючки для подвешивания небольшого инструмента (нож, ножницы, измерительный инструмент и т.д.).

Такая полка-щит закрепляется на стене с помощью дюбелей.

Столярный верстак

Столярный верстак – это прочный стол с рабочей поверхностью, на которой закрепляются столярные тиски (2 штуки), фиксаторы для закрепления заготовки при строгании рубанком, предусматриваются места для установки фрезера и иных ручных станков .

Важно. Размеры верстака выбираются, исходя из практических соображений.

Высота должна обеспечивать удобство проведения работ с учетом фактического роста мастера. Длина должна составлять не менее 1 м (обычно 1,7-2 м), а ширина – 70-80 см .

Инструкция по изготовлению столярного верстака:

Рабочая поверхность изготавливается в виде щита с плотно подогнанными досками толщиной не менее 55 мм. Лучше всего подходит бук, дуб, граб. Предварительно их следует пропитать олифой. Упрочнение достигается брусом размером 4-5 см, который крепится по всему периметру щита.
Вертикальные опоры стола можно сделать из сосны или липы. Обычно используется брус размером 12х12 или 15х15 см длиной порядка 120-135 см. Опорные элементы соединяются горизонтальными перемычками из широкой доски, закрепляемой на высоте 20-30 см от пола.
Хранение инструмента и приспособлений производится на полках, которые располагаются под крышкой. Лучше их изготавливать в виде тумбы с дверцей. Щиты-полки можно расположить на стене над верстаком.
На рабочей поверхности крепится пара самодельных или заводских столярных тисков.

Справка . Верстак может быть мобильным (передвижным), складным (разборным) или стационарным. В последнем случае рекомендуется опоры заглубить в землю на 15-20 см.

Тиски

Для самодельных тисков потребуется длинный винтовой стержень диаметром не менее 20 мм с длиной резьбовой части не менее 14-16 см, металлические шпильки и деревянные бруски.

Изготовление осуществляется в следующем порядке:

Вырезается деревянный брусок (можно из сосны) размером порядка 20х30 см и толщиной не менее 5 см, в котором сверлится по центру отверстие для винта, а внизу 2 отверстия для направляющих шпилек. Эта первая губка тисков стационарно закрепляется на рабочей поверхности.
Вторая губка выпиливается из аналогичной доски и имеет размеры 20х18 см. Это будет передвижной элемент.
Через губки пропускается винтовой штырь. Для исключения смещения элементов закрепляются шпильки диаметром порядка 8-10 мм. На винтовой стержень устанавливается ручка.

Как сделать слесарный верстак из металла своими руками?

Для проведения слесарных работ потребуется металлический верстак. Стандартный его размер: длина 1,8-2,1 м, ширина – 0,7-0,8 м, высота – 0,9-1,2 м. Изготовление включает такие этапы:

Сборка каркаса верстака с приданием продольной жесткости.
Сборка и закрепление 2-х тумб в виде каркаса, обшитого металлическим листом.
Установка рабочей поверхности – деревянный щит, обшитый сверху металлическим листом.
Монтаж стеллажа для инструмента, который закрепляется с задней стороны верстака и дополнительно упрочняет его.

стоечные балки – профильная труба со стенкой не менее 2 мм размером 4х6 см. Нужно – 4 шт.;
балки размером 5х4 см для горизонтальной связки стоек, обеспечивающие продольную жесткость. Количество – 3 шт.;
профилированная труба (9 шт) для изготовления каркаса тумб размером порядка 4х3 см с толщиной стенок не менее 1 мм.;
уголок 5х5 см для вертикальных стоек стеллажа высотой 1,5-2 м. Для горизонтальной увязки можно применить уголок 4х4 см.;
доска для столешницы толщиной не менее 5 см.;
металлический лист для рабочей поверхности толщиной не менее 6-8 мм.

Особенности создания токарного станка по дереву

Самодельный токарный станок для работы с деревянными заготовками включает следующие элементы:

Станина . Она должна обладать достаточной прочностью. Ее лучше изготовить из металлического профиля (труба, уголок), но можно и из деревянного бруса. Важно надежно закрепить каркас на полу мастерской и утяжелить конструкцию в нижней части.
Передняя бабка или зажимной шпиндель . В качестве этого элемента станка можно использовать головку от дрели повышенной мощности.
Задняя бабка . Для того, чтобы обеспечить продольную подачу заготовки, лучше использовать стандартный фабричный шпиндель с 3-4 кулачками.
Суппорт или упор для резцов . Он должен обеспечивать надежное закрепление и возможность перемещения в сторону заготовки, что обеспечивается винтовым стержнем.
Стол для инструмента . На станине следует сформировать рабочую поверхность, на которую можно разложить резцы и другой инструмент.
Привод . Для создания вращающего момента используется электродвигатель со скоростью вращения 1500 об/минуту мощностью 250-400 Вт. Можно применить двигатель от стиральной машины. В качестве трансмиссии используется ременная передача, для чего на валах устанавливаются шкивы нужного размера.

Резцы

Даже в самодельном токарном станке лучше использовать заводские резцы , которые обеспечат повышенное качество. Однако при желании можно обойтись и в этом вопросе своими силами. Самодельные резцы по дереву можно изготовить из следующих материалов:

Стальная арматура . Наилучший вариант – квадратное сечение с размером, близким к размеру заводского инструмента.
Напильники . Подбирается изношенный инструмент, но без значительных дефектов.
Автомобильная рессора прямоугольного (квадратного) сечения.

Подготовленные заготовки резцов подвергаются заточке . Для черновых работ используются полукруглая режущая кромки, а при чистовой обработке нужен резец с прямым лезвием. Кроме того, могут потребоваться фасонные и проходные резцы со специфической заточкой. Далее, режущая часть требует закалки . Для этого она нагревается, а затем опускается в машинное масло.

Инструкция по созданию стационарной циркулярной пилы

Важнейший элемент стационарной циркулярной пилы – надежный стол с рабочей поверхностью . Для нее наиболее подходит металлический лист, упрочненный ребрами жесткости из стального уголка. На рабочей столешнице располагаются такие детали: режущий диск, направляющие, упорные и регулирующие элементы.

Привод обеспечивается электродвигателем мощностью порядка 0,8 кВт с минимальной скоростью 1700 об/мин. Трансмиссия – ременная передача.

Изготовить циркулярную пилу можно из болгарки в следующем порядке :

Монтаж каркаса и изготовление рабочей поверхности. Прорезание места для установки диска.
Закрепление параллельных упоров из деревянного бруса.
Установка шкалы для регулировки процесса резания.
Установка струбцин для фиксации направляющих и заготовки.
Закрепление болгарки снизу столешницы с направлением диска в прорезь.

Сборка самодельного сверлильного станка

Порядок сборки самодельного сверлильного станка показан на видео ниже . Основу его составляет электродрель, которая закрепляется на станине с возможность вертикального перемещения.

Основные элементы станка:

Электродрель.
Металлическое основание с фиксаторами для заготовки (струбцины).
Стойка для крепления дрели. Ее можно изготовить из ДСП толщиной 2-2,5 см. Хороший вариант — основание от старого фотоувеличителя.
Механизм подачи режущего инструмента. На стойке устанавливаются направляющие рейки, обеспечивающие строго вертикальное перемещение дрели. Самый простой способ подачи инструмента – рычаг для ручного нажатия и пружины . Для контроля глубины монтируются регулируемые упоры.

Фрезерные станки с ЧПУ для дерева и по металлу

При фрезеровании деревянных деталей программное обеспечение позволяет значительно расширить возможности станка и качество обработки. Для его формирования устанавливаются такие элементы, как порт LPT и блок ЧПУ . Для изготовления копировального блока можно использовать каретки старого матричного принтера.

Сборка фрезера для дерева осуществляется в следующем порядке:

Столешница изготавливается из ДСП или фанеры толщиной не менее 15 мм.
Делается вырез для фрезы и ее установка.
Закрепляется привод, трансмиссия и шпиндель станка.
Устанавливаются упоры и ограничители.

Сборка фрезера по металлу требует более прочного основания для станка:

Монтаж колонны и станины в форме буквы «П». Элементы делаются из стального швеллера. В П-образной конструкции перемычку образует основание самого инструмента.
Направляющие элементы выполняются из стального уголка и на болтах устанавливаются на колонну.
Направляющие консоли выполняются из прямоугольной трубы. В них вставляется винтовой штырь. Движение консоли обеспечивается с помощью автомобильного домкрата на высоту до 12-15 см.
Рабочая столешница изготавливается из ДСП или фанеры.
На столешнице закрепляются тиски, направляющие из металлического уголка, штыревые фиксаторы.
Вращающаяся часть устанавливается так, чтобы вал располагался вертикально.

Рейсмусовый станок

Самодельный рейсмусовый станок по дереву включает такие элементы:

Станина . Изготавливается из 2-х рам, сваренных из уголка 40х40 или 50х50 мм. Рамы соединяются шпильками.
Протяжка . Хорошо подходят выжимные валики из резины от стиральной машины. Они одеваются на подшипники, а вращаются вручную с помощью ручки.
Рабочая поверхность, столешница . Используется широкая доска, пропитанная олифой, которая закрепляется на станине болтами.
Привод . Нужен трехфазный электродвигатель мощностью 5-6 кВт со скоростью вращения не менее 3000 об/мин.
Кожух . Для защиты вращающихся частей устанавливается кожух их стального листа толщиной 4-5 мм, закрепленного на каркасе из стального уголка 20х20 мм.

Обратите внимание

В качестве рабочего органа можно использовать электрорубанок .

Он фиксируется струбцинами на рабочей поверхности с формированием необходимого зазора. Этот зазор должен регулироваться с помощью прокладок и выставляться с учетом толщины заготовки.

Создание шлифовального станка по дереву

Самодельный шлифовальный станок имеет барабанную конструкцию , т.е. вращающийся цилиндр с надетой на него наждачной (шлифовальной) шкуркой . Его можно изготавливать таких разновидностей:

плоскошлифовальный тип, обеспечивающий шлифование только в одной плоскости;
планетарный тип, способный обрабатывать деталь в разных направлениях, создавая ровную плоскость на ней;
круглошлифовальный тип для обработки заготовок цилиндрической формы.

При закреплении абразивного полотна следует учитывать такие рекомендации:

Ширина ленты выбирается порядка 20-25 см.
Соединение полос производится встык, без зазора.
Для упрочнения стыковочного шва под него укладывается плотная лента.
Использовать необходимо только высококачественный клей.
Вал для наждачной полосы имеет по краям бортик, выступающий на 2,5-4 мм.
В качестве подложки под абразивный элемент рекомендуется использовать тонкую резину (например, велосипедная камера).

Правила эксплуатации фуговального станка по дереву

Самодельный фуговальный станок поможет при ремонте мебели и квартиры. При его эксплуатации следует соблюдать такие правила:

Настройка фуганка производится так, чтобы обеспечивались такие максимальные погрешности – по вертикали (перпендикуляр) – не более 0,11 мм на каждый 1 см; в плоскости – не более 0,16 мм на каждый 1 м.
При обработке заготовок размером менее 3,5х35 см следует использовать толкатели для их удержания.
На износ режущего элемента указывают подпалины и мшистость на поверхности детали.
Неровная поверхность после обработки указывает на неточное расположение режущих кромок.

Самодельные приспособления для гаража

В условиях домашней мастерской, оборудованной в гараже, можно обеспечить ремонт своего автомобиля своими руками. В частности, интерес представляют следующие самодельные приспособления и станки.

Пресс из домкрата гидравлического типа

Он поможет при извлечении и опрессовке сайлентблоков автомобиля. С его помощью обеспечивается нагрузка в несколько сотен кг.

Конструкция состоит из рамы и гидравлического домкрата. Рама сваривается из прямоугольной трубы высокой прочности.

После подъема машины именно она становится стационарной, надежной опорой для автомобиля.

Это позволяет смело выпрессовывать заклинившую деталь с применением внутренних обойм от подшипника.

Съемник шаровых опор

Его можно изготовить разным способом:

Рычажной тип . Это 2 рычага, соединенных в центре. С одной стороны на них устанавливается стяжной болт. При воздействии на опору он выкручивается, сближая концы рычагов. При этом один конец заводится между опорой и проушиной, второй – под палец.
Вариант «клин» . Из металлической пластины вырезается заготовка в виде клина. Со стороны верхнего угла делается строго вертикальный прорез на 70% высоты. Такой клин устанавливается между шаровой опорой и проушиной. Далее он забивается до тех пор, пока палец не выйдет из гнезда.

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.

Сложная обработка различных материалов давно перестала быть уделом заводских цехов. Еще двадцать лет назад, максимум, что могли себе позволить домашние мастера – это фигурное выпиливание лобзиком.

Сегодня, ручные фрезеры и режущие лазеры можно запросто купить в магазине бытового инструмента. Для линейной обработки предусмотрены различные направляющие. А как быть с вырезанием сложных фигур?

Элементарные задачи можно выполнить с помощью шаблона. Однако такой способ имеет недостатки : во-первых, надо изготовить собственно шаблон, во-вторых, у механического лекала есть ограничения по размеру закруглений. И наконец, погрешность таких приспособлений слишком велика.

Выход давно найден: станок с ЧПУ позволяет вырезать из фанеры своими руками такие сложные фигуры, о которых «операторы лобзиков» могут лишь мечтать.

Устройство представляет собой систему координатного позиционирования режущего инструмента, управляемую компьютерной программой. То есть, обрабатывающая головка движется по заготовке, в соответствии с заданной траекторией. Точность ограничена лишь размерами режущей насадки (фреза или лазерный луч).

Возможности таких станков безграничны. Существуют модели с двухмерным и трехмерным позиционированием. Однако стоимость их настолько высока, что приобретение может быть оправдано лишь коммерческим использованием. Остается своими руками собрать ЧПУ станок.

Принцип работы координатной системы

Основа станка – мощная рама. За основу берется идеально ровная поверхность. Она же служит рабочим столом. Второй базовый элемент – это каретка, на которой закрепляется инструмент. Это может быть дремель, ручной фрезер, лазерная пушка – в общем, любое устройство, способное обрабатывать заготовку. Каретка должна двигаться строго в плоскости рамы.

Для начала рассмотрим двухмерную установку

В качестве рамы (основы) для станка ЧПУ, сделанного своими руками, можно использовать поверхность стола. Главное, после юстировки всех элементов, конструкция больше не перемещается, оставаясь жестко прикрученной к основе.

Для перемещения в одном направлении (условно назовем его X), размещаются две направляющих. Они должны быть строго параллельны друг другу. Поперек устанавливается мостовая конструкция, также состоящая из параллельных направляющих. Вторая ось – Y.

Задавая вектора перемещения по осям X и Y, можно с высокой точностью установить каретку (а вместе с ней и режущий инструмент) в любую точку на плоскости рабочего стола. Выбирая соотношение скоростей перемещения по осям, программа заставляет инструмент двигаться непрерывно по любой, самой сложной траектории.

Рама станка из ЧПУ сделана руками умельца, видео

Существует еще одна концепция: каретка с инструментом закреплена неподвижно, перемещается рабочий стол с заготовкой. Принципиальной разницы нет. Разве что размеры основания (а стало быть, и заготовки) ограничены. Зато упрощается схема подачи питания на рабочий инструмент, не надо беспокоиться о гибких кабелях питания.

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.

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

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.