Собрать чпу станок по дереву своими руками

Обновлено: 18.09.2024

Цель обзора — не столько похвастаться, сколько показать возможность сделать для себя помощника самому. Надеюсь этим обзором подать кому-то идею, и возможно не только повторить, но и сделать еще лучше. Поехали…

Так получилось, что с чертежами я связан давно. Т.е. моя профессиональная деятельность с ними тесно связана. Но одно дело, когда ты делаешь чертеж, а после уже совсем другие люди воплощают объект проектирования в жизнь, и совсем другое, когда ты воплощаешь объект проектирования в жизнь сам. И если со строительными вещами у меня вроде как нормально получается, то с моделизмом и другим прикладным искусством не особо.
Так вот давно была мечта из нарисованного в автокаде изображения, сделать вжжик — и оно вот в натуре перед тобой, можно пользоваться. Идея эта время от времени проскакивала, но во что-то конкретное оформиться никак не могла, пока…

Пока я не увидел года три-четыре назад REP-RAP. Ну что ж 3Д принтер это была очень интересная вещь, и идея собрать себе долго оформлялась, я собирал информацию о разных моделях, о плюсах и минусах разных вариантов. В один момент перейдя по одной из ссылок я попал на форум, где сидели люди и обсуждали не 3Д принтеры, а фрезерные станки с ЧПУ управлением. И отсюда, пожалуй, увлечение и начинает свой путь.

В двух словах о фрезерных станках с ЧПУ (пишу своими словами намеренно, не копируя статьи, учебники и пособия).

Для работы такого станка нужен необходимый минимум.
1. База (корпус) с линейными направляющими и передающий механизм (может быть винт или ремень)
2. Шпиндель (я вижу кто-то улыбнулся, но так он называется) — собственно двигатель с цангой, в которую устанавливается рабочий инструмент — фреза.
3. Шаговые двигатели — двигатели, позволяющие производить контролируемые угловые перемещения.
4. Контроллер — плата управления, передающая напряжения на двигатели в соответствии с сигналами, полученными от управляющей программы.
5. Компьютер, с установленной управляющей программой.
6. Базовые навыки черчения, терпение, желание и хорошее настроение. ))

По пунктам:
1. База.
по конфигурации:

разделю на 2 типа, существуют более экзотические варианты, но основных 2:

С подвижным порталом:
Собственно, выбранная мной конструкция, в ней есть основа на которой закреплены направляющие по оси X. По направляющим оси Х передвигается портал, на котором размещены направляющие оси Y, и перемещающийся по нему узел оси Z.

Со статическим порталом
Такая конструкция представляет и себя корпус он же и является порталом, на котором размещены направляющие оси Y, и перемещающийся по нему узел оси Z, а ось Х уже перемещается относительно портала.

по материалу:
корпус может быть изготовлен из разных материалов, самые распространенные:
— дюраль — обладает хорошим соотношением массы, жесткости, но цена (именно для хоббийной самоделки) все-таки удручает, хотя если на станок имеются виды по серьезному зарабатыванию денег, то без вариантов.
— фанера — неплохая жесткость при достаточной толщине, небольшой вес, возможность обрабатывать чем угодно :), ну и собственно цена, лист фанеры 17 сейчас совсем недорог.
— сталь — часто применяют на станках большой площади обработки. Такой станок конечно должен быть статичным (не мобильным) и тяжелым.
— МФД, оргстекло и монолитный поликарбонат, даже ДСП — тоже видел такие варианты.

Как видите — сама конструкция станка весьма схожа и с 3д принтером и с лазерными граверами.
Я намеренно не пишу про конструкции 4, 5 и 6 -осевых фрезерных станков, т.к. на повестке дня стоит самодельный хоббийный станок.

2. Шпиндель.
Собственно, шпиндели бывают с воздушным и водяным охлаждением.
С воздушным охлаждением в итоге стоят дешевле, т.к. для них не надо городить дополнительный водяной контур, работают чуть громче нежели водяные. Охлаждение обеспечивается установленной на тыльной стороне крыльчаткой, которая на высоких оборотах создает ощутимый поток воздуха, охлаждающий корпус двигателя. Чем мощнее двигатель, тем серьезнее охлаждение и тем больше воздушный поток, который вполне может раздувать во все стороны
пыль (стружку, опилки) обрабатываемого изделия.

С водяным охлаждением. Такой шпиндель работает почти беззвучно, но в итоге все-равно разницу между ними в процессе работу не услышать, поскольку звук обрабатываемого материала фрезой перекроет. Сквозняка от крыльчатки, в данном случае конечно нет, зато есть дополнительный гидравлический контур. В таком контуре должны быть и трубопроводы, и помпа прокачивающая жидкость, а также место охлаждения (радиатор с обдувом). В этот контур обычно заливают не воду, а либо ТОСОЛ, либо Этиленгликоль.

Также шпиндели есть различных мощностей, и если маломощные можно подключить напрямую к плате управления, то двигатели мощностью от 1кВт уже необходимо подключать через блок управления, но это уже не про нас. ))

Да, еще частенько в самодельных станках устанавливают прямые шлифмашины, либо фрезеры со съемной базой. Такое решение может быть оправдано, особенно при выполнении работ недолгой продолжительности.

В моем случае был выбран шпиндель с воздушным охлаждением мощностью 300Вт.

3. Шаговые двигатели.
Наибольшее распространение получили двигатели 3 типоразмеров
NEMA17, NEMA23, NEMA 32
отличаются они размерами, мощностью и рабочим моментом
NEMA17 обычно применяются в 3д принтерах, для фрезерного станка они маловаты, т.к. приходится таскать тяжелый портал, к которому дополнительно прикладывается боковая нагрузка при обработке.
NEMA32 для такой поделки излишни, к тому же пришлось бы брать другую плату управления.
мой выбор пал на NEMA23 с максимальной мощностью для этой платы — 3А.

Также люди используют шаговики от принтеров, но т.к. у меня и их не было и все равно приходилось покупать выбрал всё в комплекте.

4. Контроллер
Плата управления, получающая сигналы от компьютера и передающая напряжение на шаговые двигатели, перемещающие оси станка.

5. Компьютер
Нужен комп отдельный (возможно весьма старый) и причин тому, пожалуй, две:
1. Вряд ли Вы решитесь располагать фрезерный станок рядом с тем местом, где привыкли читать интернетики, играть в игрушки, вести бухгалтерию и т.д. Просто потому, что фрезерный станок — это громко и пыльно. Обычно станок либо в мастерской, либо в гараже (лучше отапливаемом). У меня станок стоит в гараже, зимой преимущественно простаивает, т.к. нет отопления.
2. По экономическим соображениям обычно применяются компьютеры уже не актуальные для домашней жизни — сильно б/у :)
Требования к машине по большому счету ни о чем:
— от Pentium 4
— наличие дискретной видеокарты
— RAM от 512MB
— наличие разъема LPT (по поводу USB не скажу, за имением драйвера, работающего по LPT, новинки пока не изучал)
такой компьютер либо достается из кладовки, либо как в моем случае покупается за бесценок.
В силу малой мощности машины стараемся не ставить дополнительный софт, т.е. только ось и управляющая программа.

дальше два варианта:
— ставим windows XP (комп то слабенький, помним да?) и управляющую программу MATCH3 (есть другие, но это самая популярная)
— ставим никсы и Linux CNC (говорят, что тоже очень неплохо все, но я никсы не осилил)

Добавлю, пожалуй, чтоб не обидеть излишне обеспеченных людей, что вполне можно поставить и не пенёк четвертый, а и какой-нибудь ай7 — пожалуйста, если это Вам нравится и можете себе это позволить.

6. Базовые навыки черчения, терпение, желание и хорошее настроение.
Тут в двух словах.
Для работы станка нужна управляющая программа (по сути текстовый файл содержащий координаты перемещений, скорость перемещений и ускорения), которая в свою очередь готовится в CAM приложении — обычно это ArtCam, в этом приложении готовиться сама модель, задаются ее размеры, выбирается режущий инструмент.
Я обычно поступаю несколько более долгим путем, делаю чертеж, а AutoCad потом, сохранив его *.dxf подгружаю в ArtCam и уже там готовлю УП.

Ну и приступаем к процессу создания своего.

Перед проектированием станка принимаем за отправные точки несколько моментов:
— Валы осей будут сделаны из шпильки строительной с резьбой М10. Конечно, бесспорно существуют более технологичные варианты: вал с трапециевидной резьбой, шарико-винтовая передача(ШВП), но необходимо понимать, что цена вопроса оставляет желать лучшего, а для хоббийного станка цена получается вообще космос. Тем не менее со временем я собираюсь провести апгрейд и заменить шпильку на трапецию.
— Материал корпуса станка – фанера 16мм. Почему фанера? Доступно, дешево, сердито. Вариантов на самом деле много, кто-то делает из дюрали, кто-то из оргстекла. Мне проще из фанеры.

Делаем 3Д модель:

Развертку:

Далее я поступил так, снимка не осталось, но думаю понятно будет. Распечатал развертку на прозрачных листах, вырезал их и наклеил на лист фанеры.
Выпилил части и просверлил отверстия. Из инструментов — электролобзик и шуруповерт.
Есть еще одна маленькая хитрость, которая облегчит жизнь в будущем: все парные детали перед сверлением отверстий сжать струбциной и сверлить насквозь, таким образом Вы получите отверстия, одинаково расположенные на каждой части. Даже если при сверлении получится небольшое отклонение, то внутренние части соединенных деталей будут совпадать, а отверстие можно немного рассверлить.

Итак, заказываем, ждем, выпиливаем и собираем.


Изначально драйвер и блок питания для него установил в корпус с компом вместе.

Позже было принято решение разместить драйвер в отдельном корпусе, он как раз появился.

Ну и старенький монитор как-то сам поменялся на более современный.

как я говорил вначале, никак не думал, что буду писать обзор, поэтому прилагаю фотографии узлов, и постараюсь дать пояснения по процессу сборки.

Сначала собираем три оси без винтов, для того чтобы максимально точно выставить валы.
Берем переднюю и заднюю стенки корпуса, крепим фланцы для валов. Нанизываем на оси Х по 2 линейных подшипника и вставляем их во фланцы.

Крепим дно портала к линейным подшипникам, пытаемся покатать основание портала туда-сюда. Убеждаемся в кривизне своих рук, все разбираем и немного рассверливаем отверстия.
Таким образом мы получаем некоторую свободу перемещения валов. Теперь наживляем фланцы, вставляем валы в них и перемещаем основание портала вперед-назад добиваемся плавного скольжения. Затягиваем фланцы.
На этом этапе необходимо проверить горизонтальность валов, а также их соосность по оси Z (короче, чтобы расстояние от сборочного стола до валов была одинаковой) чтобы потом не завалить будущую рабочую плоскость.
С осью Х разобрались.
Крепим стойки портала к основанию, я для этого использовал мебельные бочонки.

Крепим фланцы для оси Y к стойкам, на этот раз снаружи:

Вставляем валы с линейными подшипниками.
Крепим заднюю стенку оси Z.
Повторяем процесс настройки параллельности валов и закрепляем фланцы.
Повторяем аналогично процесс с осью Z.
Получаем достаточно забавную конструкцию, которую можно перемещать одной рукой по трем координатам.
Важный момент: все оси должны двигаться легко, т.е. немного наклонив конструкцию портал должен сам свободно, без всяких скрипов и сопротивления переместиться.

Далее крепим ходовые винты.
Отрезаем строительную шпильку М10 необходимой длины, накручиваем капролоновую гайку примерно на середину, и по 2 гайки М10 с каждой стороны. Удобно для этого, немного накрутив гайки, зажать шпильку в шуруповерт и удерживая гайки накрутить.
Вставляем в гнезда подшипники и просовываем в них изнутри шпильки. После этого фиксируем шпильки к подшипнику гайками с каждой стороны и контрим вторыми чтобы не разболталось.
Крепим капролоновую гайку к основанию оси.
Зажимаем конец шпильки в шуруповерт и пробуем переместить ось от начала до конца и вернуть.
Здесь нас поджидает еще пара радостей:
1. Расстояние от оси гайки до основания в центре (а скорее всего в момент сборки основание будет посередине) может не совпасть с расстоянием в крайних положениях, т.к. валы под весом конструкции могут прогибаться. Мне пришлось по оси Х подкладывать картонку.
2. Ход вала может быть очень тугим. Если Вы исключили все перекосы, то может сыграть роль натяжение, тут необходимо поймать момент натяга фиксации гайками к установленному подшипнику.
Разобравшись с проблемами и получив свободное вращение от начала до конца переходим к установке остальных винтов.

Устанавливаем на ПК MACH3, производим настройки и пробуем!
Про настройку отдельно, пожалуй, писать не буду. Это можно еще пару страниц накатать.

У меня целая радость, сохранился ролик первого запуска станка:

Да, когда в этом видео производилось перемещение по оси Х был жуткий дребезг, я к сожалению, не помню уже точно, но в итоге нашел то ли шайбу болтающуюся, то ли еще что-то, в общем это было решено без проблем.


Далее необходимо поставить шпиндель, при этом обеспечив его перпендикулярность (одновременно по Х и по Y) рабочей плоскости. Суть процедуры такая, к шпинделю изолентой крепим карандаш, таким образом получается отступ от оси. При плавном опускании карандаша он начинает рисовать окружность на доске. Если шпиндель завален, то получается не круг, а дуга. Соответственно необходимо выравниванием добиться рисования круга. Сохранилась фотка от процесса, карандаш не в фокусе, да и ракурс не тот, но думаю суть понятна:

Находим готовую модель (в моем случае герб РФ) подготавливаем УП, скармливаем ее MACHу и вперед!
Работа станка:


фото в процессе:

Ну и естественно проходим посвящение ))
Ситуация как забавная, так и в целом понятная. Мы мечтаем построить станок и сразу выпилить что-то суперкрутое, а в итоге понимаем, что на это время уйдет просто уйма времени.

В двух словах:
При 2Д обработке (просто выпиливании) задается контур, который за несколько проходов вырезается.
При 3Д обработке (тут можно погрузиться в холивар, некоторые утверждают, что это не 3Д а 2.5Д, т.к. заготовка обрабатывается только сверху) задается сложная поверхность. И чем выше точность необходимого результата, тем тоньше применяется фреза, тем больше проходов этой фрезы необходимо.
Для ускорения процесса применяют черновую обработку. Т.е. сначала производится выборка основного объема крупной фрезой, потом запускается чистовая обработка тонкой фрезой.

Далее, пробуем, настраиваем экспериментируем т.д. Правило 10000 часов работает и здесь ;)
Пожалуй, я не буду больше утомлять рассказом о постройке, настройке и др. Пора показать результаты использования станка — изделия.




Как видите в основном это выпиленные контуры или 2Д обработка. На обработку объемных фигур уходит много времени, станок стоит в гараже, и я туда заезжаю ненадолго.
Тут мне справедливо заметят — а на… строить такую бандуру, если можно выпилить фигуру U-образным лобзиком или электролобзиком?
Можно, но это не наш метод. Как помните в начале текста я писал, что именно идея сделать чертеж на компьютере и превратить этот чертеж в изделие и послужили толчком к созданию данного зверя.


Ну и специально для MYSKU
Простая прямая пазовая фреза:

Видео процесса:

На этом я буду сворачиваться, но по правилам надо бы подвести итоги.

Минусы:
— Дорого.
— Долго.
— Время от времени приходится решать новые проблемы (отключили свет, наводки, раскрутилось что-то и др.)

Плюсы:
— Сам процесс создания. Только это уже оправдывает создание станка. Поиск решений возникающих проблем и реализация, и является тем, ради чего вместо сидения на попе ровно ты встаешь и идешь делать что-либо.
— Радость в момент дарения подарков, сделанных своими руками. Тут нужно добавить, что станок не делает всю работу сам :) помимо фрезерования необходимо это все еще обработать, пошкурить покрасить и др.

Большое Вам спасибо, если Вы еще читаете. Надеюсь, что мой пост пусть хоть и не подобьет Вас к созданию такого (или другого) станка, но сколько-то расширит кругозор и даст пищу к размышлениям. Также спасибо хочу сказать тем, кто меня уговорил написать сей опус, без него у меня и апгрейда не произошло видимо, так что все в плюсе.

Приношу извинения за неточности в формулировках и всякие лирические отступления. Многое пришлось сократить, иначе текст бы получился просто необъятный. Уточнения и дополнения естественно возможны, пишите в комментариях — постараюсь всем ответить.

Самодельный ЧПУ фрезерный станок: подробности процесса сборки, обзор нужных комплектов и наборов, личный опыт. Откроем секреты сборки станка своими руками.

  • Личный опыт
  • Комплекты и наборы для сборки фрезеров с ЧПУ своими руками
  • Руководство
  • ШАГ 1: Ключевые конструктивные решения
  • ШАГ 2: Основание и ось X-оси
  • ШАГ 3: Проектирование козловой оси Y
  • ШАГ 4: Схема сборки оси Z
  • ШАГ 5: Линейная система движения
  • ШАГ 6: Компоненты механического привода
  • ШАГ 7: Выбор двигателей
  • ШАГ 8: Конструкция режущего стола
  • ШАГ 9: Параметры шпинделя
  • ШАГ 10: Электроника
  • ШАГ 11: Параметры контроллера Программного Управления
  • ШАГ 12. Выбор программного обеспечения

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.

самодельный фрезерный станок с чпу

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.

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.

самодельный чпу фрезер

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!

самодельный фрезерный чпу

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.

Здравствуй дорогой читатель, в этой статье хочу поделиться своим опытом постройки фрезерного портального станка с числовым программным управлением.




Подобных историй в сети очень много, и я наверное мало кого удивлю, но может эта статья будет кому то полезна. Эта история началась в конце 2016 года, когда я со своим другом – партнером по разработке и производству испытательной техники аккумулировали некую денежную сумму. Дабы просто не прогулять деньги (дело то молодое), решили их вложить в дело, после чего пришла в голову идея изготовления станка с ЧПУ. У меня уже имелся опыт постройки и работы с подобного рода техникой, да и основной областью нашей деятельности является конструирование и металлообработка, что сопутствовало идее с постройкой станка ЧПУ.

Вот тогда то и началась движуха, которая длиться и по сей день…

Продолжилось все с изучения форумов посвященных ЧПУ тематике и выбора основной концепции конструкции станка. Предварительно определившись с обрабатываемыми материалами на будущем станке и его рабочим полем, появились первые бумажные эскизы, в последствии которые были перенесены в компьютер. В среде трех мерного моделирования КОМПАС 3D, станок визуализировался и стал обрастать более мелкими деталями и нюансами, которых оказалось больше чем хотелось бы, некоторые решаем и по сей день.

Одним из начальных решений было определение обрабатываемых на станке материалов и размеры рабочего поля станка. Что касается материалов, то решение было достаточно простым — это дерево, пластик, композитные материалы и цветные металлы (в основном дюраль). Так как у нас на производстве в основном металлообрабатывающие станки, то иногда требуется станок, который обрабатывал бы быстро по криволинейной траектории достаточно простые в обработке материалы, а это в последствии удешевило бы производство заказываемых деталей. Отталкиваясь от выбранных материалов, в основном поставляемых листовой фасовкой, со стандартными размерами 2,44х1,22 метра (ГОСТ 30427-96 для фанеры). Округлив эти размеры пришли к таким значениям: 2,5х1,5 метра, рабочее пространство определенно, за исключением высоты подъёма инструмента, это значение выбрали из соображения возможности установки тисков и предположили что заготовок толще 200мм у нас не будет. Так же учли тот момент, если потребуется обработать торец какой либо листовой детали длиной более 200мм, для этого инструмент выезжает за габариты основания станка, а сама деталь/заготовка крепится к торцевой стороне основания, тем самым может происходить обработка торца детали.

Конструкция станка представляет собой сборное рамное основание из 80-й профильной трубы со стенкой 4мм. По обе стороны длинны основания, закреплены профильные направляющие качения 25-го типоразмера, на которые установлен портал, выполненный в виде трех сваренных вместе профильных трубы того же типоразмера что и основание.

Станок четырех осевой и каждую ось приводит в движение шарико-винтовая передача. Две оси расположены параллельно по длинной стороне станка, спаренных программно и привязанных к Х координате. Соответственно оставшиеся две оси – это Y и Z координаты.

Почему именно остановились на сборной раме: изначально хотели делать чисто сварную конструкцию с закладными приваренными листами под фрезеровку, установку направляющих и опор ШВП, но для фрезеровки не нашли достаточно большого фрезерно-координатного станка. Пришлось рисовать сборную раму, чтобы была возможность обработать все детали своими силами с имеющимися на производстве металлообрабатывающими станками. Каждая деталь, которая подвергалась воздействию электродуговой сварки, была отожжена для снятия внутренних напряжений. Далее все сопрягаемые поверхности были выфрезерованны, и в последствии подгонки пришлось местами шабрить.

Залезая вперед, сразу хочу сказать, что сборка и изготовление рамы оказалась самым трудоемким и финансово затратным мероприятием в постройке станка. Первоначальная идея с цельно сваренной рамой по всем параметрам обходит сборную конструкцию, по нашему мнению. Хотя многие могут со мной и не согласиться.

Многие любители и не только, собирают такого рода и размера (и даже большего) станки у себя в мастерской или гараже, делая целиком сварную раму, но без последующего отжига и механической обработки за исключением сверления отверстий под крепление направляющих. Даже если повезло со сварщиком, и он сварил конструкцию с достаточно хорошей геометрией, то в последствии работы этого станка ввиду дребезга и вибраций, его геометрия будет уходить, меняться. Я конечно могу во многом ошибаться, но если кто то в курсе этого вопроса, то прошу поделиться знаниями в комментариях.

Сразу хочу оговориться, что станки из алюминиевого конструкционного профиля мы тут пока рассматривать не будем, это скорее вопрос другой статьи.

Продолжая сборку станка и обсуждая его на форумах, многие начали советовать сделать внутри рамы и снаружи диагональные стальные укосины для добавления еще большей жесткости. Мы этим советом пренебрегать не стали, но и добавлять укосины в конструкцию то же, так как рама получилась достаточно массивной (около 400 кг). А по завершению проекта, периметр обошъётся листовой сталью, что дополнительно свяжет конструкцию.

Давайте теперь перейдем к механическому вопросу этого проекта. Как было ранее сказано, движение осей станка осуществлялось через шарико–винтовую пару диаметром 25мм и шагом 10мм, вращение которой передается от шаговых двигателей с 86 и 57 фланцами. Изначально предполагали вращать непосредственно сам винт, дабы избавиться от лишних люфтов и дополнительных передач, но без них не обошлось в виду того, что при прямом соединении двигателя и винта, последний на больших скоростях начало бы разматывать, особенно когда портал находится в крайних положениях. Учитывая тот факт, что длина винтов по Х оси составила почти три метра, и для меньшего провисания был заложен винт диаметром 25мм, иначе хватило бы и 16 мм-го винта.

Этот нюанс обнаружился уже в процессе производства деталей, и пришлось быстрым темпом решать эту проблему путем изготовления вращающейся гайки, а не винта, что добавило в конструкцию дополнительный подшипниковый узел и ременную передачу. Такое решение так же позволило хорошо натянуть винт между опорами.

Конструкция вращающейся гайки довольно проста. Изначально подобрали два конических шарикоподшипника, которые зеркально одеваются на ШВП гайку, предварительно нарезав резьбу с ее конца, для фиксации обоймы подшипников на гайке. Подшипники вместе с гайкой вставали в корпус, в свою очередь вся конструкция крепится на торце стойки портала. Спереди ШВП гайки закрепили на винты переходную втулку, которую в последствии в собранном виде на оправке обточили для придания соостности. На неё одели шкив и поджали двумя контргайками.

В качестве направляющих скольжения, были использованы профильные направляющие рельсового типоразмера 25мм, фирмы HIWIN. Под их установку были выфрезерованны установочные пазы для соблюдения параллельности между направляющими.

Опоры ШВП решили изготовить собственными силами, они получились двух видов: опоры под вращающиеся винты (Y и Z оси) и опоры под не вращающиеся винты (ось Х). Опоры под вращающиеся винты можно было купить, так как экономии ввиду собственного изготовления 4 деталей вышло мало. Другое дело с опорами под не вращающиеся винты – таких опор в продаже не найти.

Из сказанного ранее, ось Х приводится в движение вращающимися гайками и через ременную зубчатую передачу. Так же через ременную зубчатую передачу решили сделать и две другие оси Y и Z, это добавит большей мобильности в изменении передаваемого момента, добавит эстетики в виду установки двигателя не вдоль оси винта ШВП, а сбоку от него, не увеличивая габариты станка.

Теперь давайте плавно перейдем к электрической части, и начнем мы с приводов, в качестве них были выбраны шаговые двигатели, разумеется из соображений более низкой цены по сравнению с двигателями с обратной связью. На ось Х поставили два двигателя с 86-м фланцем, на оси Y и Z по двигателю с 56-м фланцем, только с разным максимальным моментом. Ниже постараюсь представить полный список покупных деталей…

Все электрические компоненты, кроме двигателей, шпинделя и конечных выключателей были смонтированы в электрическом металлическом шкафу. Все управление станком производится от персонального компьютера, нашли старенький ПК на материнской плате форм фактора ATX. Лучше бы, чуть ужались и купили маленький mini-ITX со встроенным процессором и видеокартой. При не малых размерах электрического ящика, все компоненты с трудом разместились внутри, их пришлось располагать достаточно близко друг к другу. В низу ящика разместил три вентилятора принудительного охлаждения, так как воздух в нутрии ящика сильно нагревался. С фронтальной стороны прикрутили металлическую накладку, с отверстиями под кнопки включения питания и кнопки аварийного останова. Так же на этой накладке разместили панельку для включения ПК, ее я снял с корпуса старого мини компьютера, жаль, что он оказался не рабочим. С заднего торца ящика тоже закрепили накладку, в ней разместили отверстия под разъемы для подключения питания 220V, шаговых двигателей, шпинделя и VGA разъем.

Все провода от двигателей, шпинделя, а также водяные шланги его охлаждения проложили в гибкие кабель каналы гусеничного типа шириной 50мм.

Что касается программного обеспечение, то на ПК размещенного в электрическом ящике, установили Windows XP, а для управления станком применили одну из самых распространенных программ Mach3. Настройка программы осуществляется в соответствии с документацией на интерфейсную плату, там все описано достаточно понятно и в картинках. Почему именно Mach3, да все потому же, был опыт работы, про другие программы слышал, но их не рассматривал.

Технические характеристики:

Рабочее пространство, мм: 2700х1670х200;
Скорость перемещения осей, мм/мин: 3000;
Мощность шпинделя, кВт: 2,2;
Габариты, мм: 2800х2070х1570;
Вес, кг: 1430.

Список деталей:

Профильная труба 80х80 мм.
Полоса металлическая 10х80мм.
ШВП TBI 2510, 9 метров.
ШВП гайки TBI 2510, 4 шт.
Профильные направляющие HIWIN каретка HGH25-CA, 12 шт.
Рельс HGH25, 10 метров.
Шаговые двигатели:
NEMA34-8801: 3 шт.
NEMA 23_2430: 1шт.
Шкив BLA-25-5M-15-A-N14: 4 шт.
Шкив BLA-40-T5-20-A-N 19: 2 шт.
Шкив BLA-30-T5-20-A-N14: 2 шт.

Плата интерфейсная StepMaster v2.5: 1 шт.
Драйвер шагового двигателя DM542: 4шт. (Китай)
Импульсный источник питания 48В, 8А: 2шт. (Китай)
Частотный преобразователь на 2,2 кВт. (Китай)
Шпиндель на 2,2 кВт. (Китай)

Основные детали и компоненты вроде перечислил, если что-то не включил, то пишите в комментарии, добавлю.

Опыт работы на станке: В конечном итоге спустя почти полтора года, станок мы все же запустили. Сначала настроили точность позиционирования осей и их максимальную скорость. По словам более опытных коллег максимальная скорость в 3м/мин не высока и должна быть раза в три выше (для обработки дерева, фанеры и т.п.). При той скорости, которой мы достигли, портал и другие оси упершись в них руками (всем телом) почти не остановить — прёт как танк. Начали испытания с обработки фанеры, фреза идет как по маслу, вибрации станка нет, но и углублялись максимум на 10мм за один проход. Хотя после заглубляться стали на меньшую глубину.

По игравшись с деревом и пластиком, решили погрызть дюраль, тут я был в восторге, хоть и сломал сначала несколько фрез диаметром 2 мм, пока подбирал режимы резания. Дюраль режет очень уверенно, и получается достаточно чистый срез, по обработанной кромке.

Сталь пока обрабатывать не пробовали, но думаю, что как минимум гравировку станок потянет, а для фрезеровки шпиндель слабоват, жалко его убивать.

А в остальном станок отлично справляется с поставленными перед ним задачами.

Вывод, мнение о проделанной работе: Работа проделана не малая, мы в итоге изрядно приустали, так как ни кто не отменял основную работу. Да и денег вложено не мало, точную сумму не скажу, но это порядка 400т.р. Помимо затрат на комплектацию, основная часть расходов и большая часть сил, ушла на изготовление основания. Ух как мы с ним намаялись. А в остальном все делалось по мере поступления средств, времени и готовых деталей для продолжения сборки.

Станок получился вполне работоспособным, достаточно жестким, массивным и качественным. Поддерживающий хорошую точность позиционирования. При измерении квадрата из дюрали, размерами 40х40, точность получилась +- 0,05мм. Точность обработки более габаритных деталей не замеряли.

Что дальше…: По станку есть еще достаточно работы, в виде закрытия пыле — защитой направляющих и ШВП, обшивки станка по периметру и установки перекрытий в середине основания, которые будут образовывать 4 больших полки, под объем охлаждения шпинделя, хранения инструмента и оснастки. Одну из четвертей основания хотели оснастить четвертой осью. Также требуется на шпиндель установить циклон для отвода и сбора стружки о пыли, особенно если обрабатывать дерево или текстолит, от них пыль летит везде и осаждается повсюду.

Что касается дальнейшей судьбы станка то тут все не однозначно, так как у меня возник территориальный вопрос (я переехал в другой город), и станком заниматься сейчас почти некому. И вышеперечисленные планы не факт что сбудутся. Не кто этого два года назад и предположить не мог.

В случае продажи станка с его ценником все не понятно. Так как по себестоимости продавать откровенно жалко, а адекватная цена в голову пока не приходит.

На этом я пожалуй закончу свой рассказ. Если что-то я не осветил, то пишите мне, и я постараюсь дополнить текст. А в остальном многое показано в видео про изготовления станка на моем YouTube канале.


В интернете не так много готовых проектов по которым можно самостоятельно собрать себе станок с чпу.

  • Многие жаждут денег за подобные конструкции, которые по сути ничего из себя не представляют.
  • Поэтому я взял какой-то станок, который нашел на авито и на его базе, точнее по фоткам, быстренько "спроектировал", а точнее нарисовал станок.
  • Мой проект поможет тем, кто хочет самостоятельно своими руками собрать фрезерный станок с чпу.
  • Причины могут быть разные, нет денег на готовый или просто хочется построить что-то своими руками.

В любом случае данная статья для Вас.

Написать эту статью подтолкнуло очередное заявление одного "производителя"

Некоторые “спецы” продают станки чпу и их комплектующие дешево, пытаясь, как мне кажется, заработать на неосведомленности жаждущих заполучить такой волшебный станок для своих столярных целей. Я говорю о фрезерных станках с чпу по дереву, так как по моему разумению, они не годятся для коммерческого использования и причиной тому - время затрачиваемое на обработку изделия, а большинство нуждается в таком станке в коммерческих целях.

Если у вас много времени, то эта статья поможет сэкономить денег, если вы вдруг решите собрать такой станок.

В данной статье вы получите полную информацию по механике трех-осевого станка портального типа, вы найдете чертежи и файлы для передачи на производство или самостоятельного изготовления элементов и комплектующих станка.

Сложности и трудности

Основная сложность - это подбор нужных комплектующих под свои желания рабочего поля станка.
Сделано все под готовые детали с алиэкспресс. По сути вы получаете готовый конструктор и проблем со сборкой возникнуть не должно.

План действий по сборке фрезерного станка

1. Определяем размеры станка

  • Размер рабочего поля станка зависит от ходовых винтов
  • Винты со стандартной разделкой концов продаются на али комплектами.
  • В комплект входит: винт, гайка, крепление гайки, муфта и держатели винтов.

Данный станок имеет следующие размеры:

  • оси Y: винт 700мм, профиль 685мм.
  • соединительный профиль 685мм
  • оси X: винт 500мм, профиль 455мм.
  • ось Z: винт 300мм

при этих параметрах

  • рабочее поле станка: X-295мм Y-480мм Z-160мм. размеры без установленных концевиков.

Пример

для увеличения размеров по оси Y
берем винт 1500мм, тогда длина профиля составит 1485мм (1500-700+685=1485) увеличиваем ось X (портал)
для винта длиной 1200мм понадобится профиль длиной 1155мм (1200-500+455=1155)
а длина соединительного профиля составит 1385мм (685+(1200-500)=1385) при таких винтах получаем станок с рабочим полем X-995м Y-1280мм Z-160мм



2. Металлические части

  • Станок состоит из 14 разных частей 6мм конструкционной стали Ст3. Части собираются посредством сварки, для позиционирования используется шип-паз, с его помощью без труда собираются элементы в единую деталь.
  • Кликнув по картинке в описании можно посмотреть номер и количество деталей необходимых для сборки станка.
  • Элементы детали рекомендую заказывать на лазерной резке. Малые отверстия КЕРНИМ для дальнейшего просверливания отверстий и нарезания резьбы.













3. Алюминиевый профиль

  • Металлический профиль 60х60 30 серия нарезаем в размер в зависимости от длины выбранного ходового винта.*
  • Выбираем длину винта и получаем длину профиля для каждой оси. Как посчитать я писал выше.
  • Для соединения сварных деалей с профилем используются Т-образные гайки
  • Винты М5,M6,M8,М10




4. Комплектующие с АЛИ

  • Четыре винта 1605 (ШВП) разной длины (оси Х,Y,Z)
  • Четыре гайки 1605
  • Четыре муфты с диаметрами 10мм и 8мм
  • Четыре крепления гайки
  • Четыре фиксируемые опоры FK12
  • Четыре Шаговых мотора серии NEMA23 на 18кгс
  • Цилиндрические рельсы SBR20 на ось X,Y SBR16 на ось Z
  • Подшипники SBR20UU на X,Y (8 шт.) SBR16UU на Z (4 шт.)

ШВП - Шариковинтовая передача 1605, где 16 его диаметр, а 5 шаг на 1 оборот.
* профиль тоже можно посмотреть на алиэкспресс






5. Сборка деталей

  • Предварительно во всех элементах нарезаем резьбу согласно чертежам.
  • Сборка элементов производится посредством шип-паза, после сборки и фиксации - провариваем.
  • Провариваем без фанатизма, иначе поведет и все будет кривое.
  • Варим на прихватки либо завариваем шип-паз или комбинируем.
5.1. Собираем "углы" крепления основоной рамы станка

Для сборки необходимо собрать из деталей 1,2,3,4 угловые элементы рамы станка с чпу, чертеж прилагается.

Предварительно нарежьте резьбу согласно чертежу.


Обратите внимание, что "углы" собираются зеркально




5.2. Собираем стойки портала

Стойки портала для станка с чпу собираются аналогично угловым элементам, берем детале 5,6,7,8 и внимательно собираем.
Cледите за тем с какой стороны устанавливаете маленькие детали, на Деталь 5 устанавливается мотор приводящий в движение каретку по оси.

Предварительно нарежьте резьбу согласно чертежу.



5.3. Собираем ось Z станка своими руками

Основу оси Z собираем из деталей 9,12,13, смотрим на картинку и внимательно собираем, не перепутайте.

Предварительно нарежте резьбу согласно чертежу.




Фиксируйте свариваемые детали, к примеру можно взять квадратную трубу и притянув к ней струбцинами детали получим угол 90 градусов. Даже если не получится идеального угла, муфта соединения вала мотора с ШВП (винтом) имеет мягкую вставку, которая компенсирует не соосность.

6. Собираем сам станок

Все элементы готовы и теперь осталось только собрать-скрутить все детали в одно целое, чтобы получить станок на который впоследствии установить чпу систему. В данном варианте это либо MACH 3,4 или LinuxCNC

Алюминиевый конструкционный профиль собирается на Т-гайках, поэтому берем горсть гаек и винтов я использую с внутренним шестигранником (DIN 912). Берем винты класса прочности 8.8 они есть в любом хозмаге.

6.1. Собираем левую и правую часть оси Y
  • 1. устанавливаем угловые элементы.
  • 2. Собираем направляющую, на цилиндрический рельс SBR20 одеваем две каретки SBR20UU и прикручиваем его к алюминиевому профилю 60х60 винтами М6.
  • 3. Тиким же образом собираем вторую направляющую.
  • 4. Все теми же винтами М8 соединяем обе направляющие между собой заранее подготовленным профилем, который задает длину оси X, получаем основание станка. Не затягиваем.
  • 5. В угловые элементы устанавливаем фиксируемые опоры винтов FK12, крепим на винты М5.
  • 6. Берем винт с накрученной на него гайкой, одеваем крпеление гайки к стойке и прикручиваем его на 6 винтов М5.
  • 7. Концом с резьбой устанавливаем винт ШВП 1605 в опору FK12 слегка фиксируя гайкой на опоре.
  • 8. Шаговый двигатель NEMA 23 c надетой на вал муфтой, устанавливаем на свое место. Крепим винтами М5. Смотрим рисунок.
  • 9. Затягиваем гайку, фиксирующую винт на опоре FK12 и фиксируем муфту на винте ШВП и валу двигателя, затягивая винты на соответсвующих половинках муфты.





6.2. Портал фрезерного станка, ось Х
  • 1. Соответвующие стороне стойки портала крепим на подшипники SBR20UU на винты М5. Гайку ШВП (SFU1605) не прикручиваем к стойке.
  • 2. Устанавливаем заготовленный для портала профиль и прикручиваем его винтами М8, Не затягиваем.
  • 3. Прокатываем портал в одну сторону до упора и подтягиваем винты М8 основной рамы станка.
  • 4. Прокатываем портал в противоположную сторону и подтягиваем винты основной рамы станка.
  • 5. Проверяем как перемещаяется портал, прокатывая его из стороны в сторону. Нужно добиться плавного перемещения портала по всей длине оси Y. После чего протягиваем винты основной рамы станка.
  • 6. Собираем направляющую оси X, на цилиндрический рельс SBR20 одеваем две каретки SBR20UU и прикручиваем его к конструкционному профилю сечением 60х60 винтами М6.
  • 7. В правую часть портала устанавливаем опору винта FK12, прикручиваем винтами М5.
  • 8. Собираем винт, накручиваем на него гайку, на гайку одеваем крпеление и прикручиваем его на 6 винтов М5.
  • 9. Концом с резьбой устанавливаем винт ШВП 1605 в опору FK12, слегка фиксируя гайкой на опоре.
  • 10. Шаговый двигатель NEMA 23 c надетой на его вал муфтой устанавливаем на свое место. Крепим винтами М5. Смотрим рисунок.
  • 11. Затягиваем гайку фиксирующую винт на опоре FK12 и фиксируем муфту на винте ШВП, на валу двигателя не фиксируем.





6.3. Ось Z фрезерного станка
  • 1. Опору FK12 устанавливаем снизу платформы оси Z, крепим на винты М5.
  • 2. Устанавливаем основу оси Z на подшипники SBR20UU, крепим винтами М5. Подтягиваем винты.
  • 3. Прокатывая влево, подтягиваем винты крепления профиля к стойке, прокатывая вправо, подтягиваем винты крепления правой стойки.
  • 4. Регулировкой добиваемся плавного движения оси X, затягиваем винты крепления профиля к стойкам.
  • 5. Одеваем подшипники SBR16UU на цилиндрические рельсы SBR16, крепим их через проставки Деталь 14 к основе оси Z винтами М5
  • 6. Прикручиваем Деталь 10 на подшипники SBR16UU, подтягиваем винты.
  • 7. Перемещая каретку оси Z, добиваемся плавного хода, фиксируем винты крепления цилиндрического рельса и Детали 10.
  • 8. Устанавливаем винт с гайкой и модулем крепления гайки к подвижной пастине крепения шпинделя. Фиксируем финт гайкой на опоре.
  • 9. устанавливаем двигатель с муфтой.
  • 10. Устанавливаем крепление шпинделя. В данном варианте используется проставка под брекет шпинделя.





Ну вот, собственно, и вся сборка станка чпу своими руками которую осилит любой желающий.

Ведь здесь от вас требуется только сварка и нарезание резьб. Ну может, еще подрезать цилиндрические рельсы.

  • Не забудьте протянуть все винты.
  • Если нужно, установите концевики, гибкий кабель-канал.
  • Если лень нарезать резьбы, используйте винты с гайками.

Что можно доработать

  • Добавить крепления гибкого кабель-канала.
  • Увеличить жесткость, например добавить перемычек или сделать "жертвенный" стол из фанеры 18мм
  • Проработать стойки портала и конструкцию оси Z, облегчив всю конструкцию.

Заключение

Этот станок может собрать каждый.

Я постарался до мелочей рассказать и показать как и из чего можно все это собрать.

  • Габарит станка вы выбираете сами, только не надо делать длинные станки с таким конструктативом.
  • Такой станок - прекрасная возможность познакомиться с обработкой материалов резанием. Вы узнаете на каких режимах сможет работать станок с таким конструктативом, сколько времени будет занимать изготовление той или иной детали, 3д картины и тд.

И уже потом сделаете вывод на собственном опыте (как это сделал я собрав второй станок) первый тут), что вы хотите от фрезерного станка с чпу и будете понимать, что могут и что не могут станки супербюджетного ценового диапазона.

И не будете вестись на всякие там уловки, что этот станок все сделает за вас, он позводлит вам сделать все то о чем вы только мечтали.
Мое любимое изречение продаванов таких станков "хотите мы можем поставить такой шпиндель, а хотите в пять раз мощнее". И ни один не спрашивает, а что вы будете на нем резать. Мощьный шпиндель на дохлом станке не сможет раскрыть весь потенциал, и так со всеми элементами станка. (это касаемо дешевых полусамодельных станков коих пруд пруди)

Станок - это железяка и очень непростая, когда дела касается нагрузок, огромную работу нужно провести, чтобы заставить его работать правильно.

Все в этой статье - мое собственное мнение, основанное на личном опыте постройки и обслуживании своих станков и модернизации станков от таких "супер-пупер" производителей.

Я не являюсь супер специалистом в данной области и у меня нет никаких ученых степеней, но есть 5 летний опыт работы на своих двух самодельных станках.

Успехов тем, кто хочет собрать свой станок!

Если понравиться статья ПОДЕЛИСЬ в соцсетях! пусть как можно больше желающих собрать станок своими руками получат такую возможность.


Кому лень отрисовывать каждую деталь станка и собирать предлогаю готовую сборку Сборка станка с чпу в solidworks

Читайте также: