Самодельный чпу фрезерный станок по дереву

Как сделать фрезерный станок по дереву – схема и чертежи сборки своими руками ЧПУ на Ардуино

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.

• 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.

1500 руб.

• 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

• 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.

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

Фрезерный станок по дереву с ЧПУ своими руками

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.

Общие понятия

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.

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.

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.

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.

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

Профессионалы рекомендуют применять модели двигателей от принтера с характеристиками в 24 ватта и 5-ю амперами. Они имеют хорошую мощность.

Блок питания

Рекомендуется собирать заводской блок, во избежание неправильной работы всего оборудования.

Контроллер

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

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 схема с 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.

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

Как собрать самодельный фрезерный станок с ЧПУ + Чертежи и схемы!

Возможно, меня уволят за это!

Я давно хотел разместить серию постов по теме самодельных станков с ЧПУ. Но всегда останавливал тот факт, что Станкофф — станкоторговая компания. Дескать, как же так, мы же должны продавать станки, а не учить людей делать их самостоятельно. Но увидев этот проект я решил плюнуть на все условности и поделиться им с вами.

И так, в рамках этой статьи-инструкции я хочу, что бы вы вместе с автором проекта, 21 летним механиком и дизайнером, изготовили свой собственный настольный фрезерный станок с ЧПУ. 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: токарном и фрезерном.

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»

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.

Фрезерный станок с ЧПУ своими руками. Часть 1.

Сегодня я расскажу о самом большом на сегодняшний день моем проекте. Это сборка фрезерного станка с ЧПУ. В процессе работы были испытания, ошибки и их исправления, но как говорят «из песни слов не выбросишь» — описание ошибок наглядно объясняет причину конструктивных решений. Даже в кратком изложении текст получился очень длинный, поэтому я разбил статью на 3 части.

Нужен ли вообще в домашней мастерской деревообрабатывающий станок с ЧПУ? Вопрос спорный. Мастера скажут, что все можно сделать и руками, причем изделие будет нести свою энергетику, станет неповторимо и т. п. Возможно они будут правы, но на дворе 21 век и никуда от компьютерных технологий уже не деться. Даже эту статью не получилось бы сейчас читать, если не было бы компьютера или планшета/смартфона. Свой станок я собрал 2 года назад и могу сказать, что у меня стало больше возможностей, а многие детали изготовлять получается гораздо проще и точнее, особенно, если требуются абсолютно одинаковые. Вот небольшие примеры.

Например, фоторамку из фанеры 10мм и размером 60*90см было бы проблематично сделать из цельного куска фанеры без моего станка. Изготовление «барашков», гнезд под гайки, различные круги без центрального отверстия – работа не сложная, но требует времени. Теперь это все делается только на станке.

Сейчас предлагается огромное количество различных готовых станков, но стоимость их для хобби часто недоступна, хотя цена бывает вполне обоснована. Для меня был в первую очередь интересен сам процесс разработки и сборки станка, а уж потом перспективы его применения и возможности хотя бы вернуть потраченные деньги. Перед началом сборки я перечитал огромное количество статей в интернете, насмотрелся до тошноты фотографий готовых станков и с удивлением понял, что внятной инструкции нигде нет. Часто предложены готовые чертежи, что меня не устраивало или общее описание теории. Поэтому попытаюсь изложить ту информацию, которую удалось собрать и которой я в последствии руководствовался. К сожалению, статья тоже не раскрывает многие детали, так как информации очень много – по некоторым вопросам я хочу написать отдельные статьи.

Возможно многим это будет не интересно, так как информации слишком много, тогда при желании можно просто посмотреть картинки.

Сначала немного теории – только основные моменты . Все 3D станки имеют одно общее решение. Есть 3 оси по которым может двигаться обрабатывающий инструмент по нужной траектории. В зависимости от инструмента (фреза, лазер, нож, экструдер, карандаш и т.д.) можно получить разные по функционалу станки. Так как места в моей мастерской не много, я решил сделать универсальную станину на разные инструменты. Изначально рассчитывалось рабочее поле 600х900мм с ходом по вертикали 250мм, но реально получилось чуть меньше. За основу была взята конструкция фрезерно-гравировального станка.

Существует основные 2 конструкции:

1. С подвижным столом и неподвижным порталом;

2. С подвижным порталом и стационарным столом.

Первый вариант более прост конструктивно, но рассчитан только на небольшие по площади столы, второй наиболее распространен, причем эта конструкция различается по типу привода: с одним приводом по центру или двумя по бокам.

Два привода используются также в более громоздких конструкциях, так как меньше вариантов перекоса портала на направляющих из-за неравномерного скольжения по ним и при этом портал имеет большую жесткость.

В первую очередь нужно определиться с максимальными размерами рабочей области. Она зависит от предполагаемых задач. Нужно помнить, чем меньше станок, тем он получается бюджетнее. Нет смысла замахиваться сразу на большие размеры. Исправление ошибок в конструкции также обходятся дешевле на маленьких станках. Многие, кто собирал самодельные ЧПУ станки начинали с малых конструкций, а уже с помощью них делали более мощные модели.

Я буду рассматривать конструкцию с мобильным козловым порталом и стационарным столом. Для начала определимся с системой координат. Она стандартная – три оси X Y Z. Ось Х перемещает фрезер по порталу влево-вправо и она параллельна к торцу станка. Ось Y перемещает портал вперед-назад вдоль длинной стороны стола. Ось Z перемещает фрезер вверх-вниз.

Форма портала, соотношения расстояний между осями и направляющими, расстояние между подшипниками требует отдельной статьи — там много физики, сапромата, механики и возможно будет моя отдельная статья. Я перечислю только конечные выводы, которыми желательно пользоваться при проектировании конструкции (данные советы актуальны для фрезерного станка, для лазера конструкция может быть значительно легче и проще):

— минимизировать расстояние по вертикали между направляющими оси Y и нижней направляющей оси X, то есть чем меньше зазор над столом, тем жестче конструкция. В некоторых станках проектировщики специально поднимают рельсы оси Y выше над столом, чтобы увеличить толщину заготовки, но сократить это расстояние;

— направляющие оси Z должны быть максимально жесткими и не очень длинными, чтобы избежать прогиба и биения при движении фрезы в заготовке;

— стараться максимально увеличить расстояние между направляющими оси Х, это снизит кручение;

— желательно определить центр тяжести портала и выбрать такую форму боковых опор, чтобы он попадал в точку размещения фрезы и при этом находился между передним и задним подшипниками оси Y. Поэтому вертикальные стойки часто имеют изогнутую назад форму. В своем станке я определял примерный центр тяжести экспериментально и об этом расскажу ниже.

Есть еще несколько моментов, но я их сразу не учел и это привело к необходимости изменения конструкции. О них я подробно расскажу в процессе описания сборки как собственные ошибки, поэтому советую дочитать статью до конца.

Кроме этого, обязательно при сборке станка нужно добиться максимальной жесткости соединений. Любые люфты приводят к потере как точности (инструмент будет двигаться не по нужной траектории), так и повторяемости (траектория правильная, но второй проход может быть смещен относительно первого).

Выбор материала. Как и многие самоделки, свой первый вариант я начал делать из фанеры. Это значительно дешевле алюминия и проще в сборке, тем более что нужно прочувствовать конструкцию и выявить ее недостатки. В качестве направляющих я брал рельсы и стержни из полированной нержавейки. Это достаточно не дешевый вариант, но наиболее долговечный и жесткий конструктивно (цена-качество для меня была наиболее оптимальное).

Приводные винты – ШВП. Это на сегодня самый дорогой вариант. Можно делать привод используя обычную строительную шпильку, зубчатые ремни, шпильку с трапецеидальной резьбой, велосипедные цепи, тросы и т.д. Все они имеют люфты, с которыми придется бороться, но в моем варианте они минимальны. Шаговые двигатели покупал специализированные. Часто бытует мнение, что можно взять двигатели от матричных или лазерных принтеров. Я имею отношение к ремонту этого оборудования и могу сказать, что возможно они подойдут только для привода с зубчатым ремнем и на небольшие станочки, так как слабые по моменту сил и имеют огромный угол поворота за один шаг. ШВП у меня перемешает гайку за один оборот на 5мм. Если у двигателя угол 12 градусов, то за один шаг будет 1мм – это максимальная точность, поэтому использовать их не получится.

Для удешевления конструкции использовал обычные подшипники, а все фланцы и кронштейны делал фанерными. По опыту других конструкций могу сказать, что на небольших оборотах, где нет сильного нагрева подшипников они ничем не хуже и если плотно запрессовать подшипник, то вынуть его удастся только распилив деталь. Существует несколько способов установки подшипников на винт. Я использовал вариант, когда винт имеет 2 независимых подшипника на концах и крепится к двигателю на гибкой муфте. Это было среднее по простоте-качеству соединение. Можно купить готовые наборы со всеми крепежами и подшипниками для ШВП – работы заметно убавится, но расходы тоже существенно возрастут и опять же – ремонт будет возможен только заменой детали, а фанерную можно вырезать заново и быстро.

Сборку всех основных деталей решил делать на ящичных шипах. Такого я нигде не видел и считаю собственным изобретением, так как мне очень не нравились конструкции скрепленные с помощью болтов и ощетинившиеся гайками как броненосец «Потемкин». Для нарезки шипа использовал свою самодельную ящичную шипорезку .

Сборку станка начал с вертикальной оси Z как самой маленькой, но на которой можно было отработать все детали. Начал со сборки ШВП. Гайки и винты продаются как отдельно, так и в сборе. Я брал отдельно, так как не смог подобрать нужные по длине готовые винты. Кроме этого, заводская проточка рассчитана на фирменные подшипники и крепеж, который сложно заменить на обычный. Минусом такого выбора является необходимость самостоятельно обтачивать винт. Я думал, что с этим справится любой токарь и оказался не прав. Получилось только со второго раза и далеко не так идеально как я рассчитывал, но это другая история. После токарной обработки нужно надеть гайку на винт – это очень ответственная операция и любая ошибка может привести к высыпанию шариков. Поэтому советую собирать над емкостью, чтобы шарики не потерялись. Если гайка рассыпалась – это конечно печально, но не смертельно – ее можно собрать, хоть и не просто. У меня уже есть по этому поводу опыт.

Наконец винты в сборе и на гайку вырезал я крепежный блок. С первого раза он не получился, так как сложно было определить его высоту. Это уже окончательный вариант. После этого собрал весь модуль оси Z. Длина направляющих больше винта. Это для экономии.