Чпу станок по дереву своими руками 2700х1500

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):

Читать еще: Какой деревообрабатывающий станок лучше купить

— 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.

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Зная о том, что фрезерный станок с ЧПУ является сложным техническим и электронным устройством, многие умельцы думают, что его просто невозможно изготовить своими руками. Однако такое мнение ошибочно: самостоятельно сделать подобное оборудование можно, но для этого нужно иметь не только его подробный чертеж, но и набор необходимых инструментов и соответствующих комплектующих.

Обработка дюралевой заготовки на самодельном настольном фрезерном станке

Решившись на изготовление самодельного фрезерного станка с ЧПУ, имейте в виду, что на это может уйти значительное количество времени. Кроме того, потребуются определенные финансовые затраты. Однако не побоявшись таких трудностей и правильно подойдя к решению всех вопросов, можно стать обладателем доступного по стоимости, эффективного и производительного оборудования, позволяющего выполнять обработку заготовок из различных материалов с высокой степенью точности.

Чтобы сделать фрезерный станок, оснащенный системой ЧПУ, можно воспользоваться двумя вариантами: купить готовый набор, из специально подобранных элементов которого и собирается такое оборудование, либо найти все комплектующие и своими руками собрать устройство, полностью удовлетворяющее всем вашим требованиям.

Инструкция по сборке самодельного фрезерного станка с ЧПУ

Ниже на фото можно увидеть сделанный собственными руками фрезерный станок с ЧПУ, к которому прилагается подробная инструкция по изготовлению и сборке с указанием используемых материалов и комплектующих, точными «выкройками» деталей станка и приблизительными затратами. Единственный минус — инструкция на английском языке, но разобраться в подробных чертежах вполне можно и без знания языка.

Скачать бесплатно инструкцию по изготовлению станка: Самодельный фрезерный станок с ЧПУ

Фрезерный станок с ЧПУ собран и готов к работе. Ниже несколько иллюстраций из инструкции по сборке данного станка

Подготовительные работы

Если вы решили, что будете конструировать станок с ЧПУ своими руками, не используя готового набора, то первое, что вам необходимо будет сделать, — это остановить свой выбор на принципиальной схеме, по которой будет работать такое мини-оборудование.

Схема фрезерного станка с ЧПУ

За основу фрезерного оборудования с ЧПУ можно взять старый сверлильный станок, в котором рабочая головка со сверлом заменяется на фрезерную. Самое сложное, что придется конструировать в таком оборудовании, — это механизм, обеспечивающий передвижение инструмента в трех независимых плоскостях. Этот механизм можно собрать на основе кареток от неработающего принтера, он обеспечит перемещение инструмента в двух плоскостях.

К устройству, собранному по такой принципиальной схеме, легко подключить программное управление. Однако его основной недостаток заключается в том, что обрабатывать на таком станке с ЧПУ можно будет только заготовки из пластика, древесины и тонкого листового металла. Объясняется это тем, что каретки от старого принтера, которые будут обеспечивать перемещение режущего инструмента, не обладают достаточной степенью жесткости.

Облегченный вариант фрезерного станка с ЧПУ для работы с мягкими материалами

Чтобы ваш самодельный станок с ЧПУ был способен выполнять полноценные фрезерные операции с заготовками из различных материалов, за перемещение рабочего инструмента должен отвечать достаточно мощный шаговый двигатель. Совершенно не обязательно искать двигатель именно шагового типа, его можно изготовить из обычного электромотора, подвергнув последний небольшой доработке.

Читать еще: Вертикальный ленточный станок по дереву своими руками

Применение шагового двигателя в вашем фрезерном станке даст возможность избежать использования винтовой передачи, а функциональные возможности и характеристики самодельного оборудования от этого не станут хуже. Если же вы все-таки решите использовать для своего мини-станка каретки от принтера, то желательно подобрать их от более крупногабаритной модели печатного устройства. Для передачи усилия на вал фрезерного оборудования лучше применять не обычные, а зубчатые ремни, которые не будут проскальзывать на шкивах.

Узел ременной передачи

Одним из наиболее важных узлов любого подобного станка является механизм фрезера. Именно его изготовлению необходимо уделить особое внимание. Чтобы правильно сделать такой механизм, вам потребуются подробные чертежи, которым необходимо будет строго следовать.

Чертежи фрезерного станка с ЧПУ

Чертеж №1 (вид сбоку)

Чертеж №2 (вид сзади)

Чертеж №3 (вид сверху)

Приступаем к сборке оборудования

Основой самодельного фрезерного оборудования с ЧПУ может стать балка прямоугольного сечения, которую надо надежно зафиксировать на направляющих.

Несущая конструкция станка должна обладать высокой жесткостью, при ее монтаже лучше не использовать сварных соединений, а соединять все элементы нужно только при помощи винтов.

Узел скрепления деталей рамы станка посредством болтового соединения

Объясняется это требование тем, что сварные швы очень плохо переносят вибрационные нагрузки, которым в обязательном порядке будет подвергаться несущая конструкция оборудования. Такие нагрузки в итоге приведут к тому, что рама станка начнет разрушаться со временем, и в ней произойдут изменения в геометрических размерах, что скажется на точности настройки оборудования и его работоспособности.

Сварные швы при монтаже рамы самодельного фрезерного станка часто провоцируют развитие люфта в его узлах, а также прогиб направляющих, образующийся при серьезных нагрузках.

Установка вертикальных стоек

Во фрезерном станке, который вы будете собирать своими руками, должен быть предусмотрен механизм, обеспечивающий перемещение рабочего инструмента в вертикальном направлении. Лучше всего использовать для этого винтовую передачу, вращение на которую будет передаваться при помощи зубчатого ремня.

Важная деталь фрезерного станка – его вертикальная ось, которую для самодельного устройства можно изготовить из алюминиевой плиты. Очень важно, чтобы размеры этой оси были точно подогнаны под габариты собираемого устройства. Если в вашем распоряжении есть муфельная печь, то изготовить вертикальную ось станка можно своими руками, отлив ее из алюминия по размерам, указанным в готовом чертеже.

Узел верхней каретки, размещенный на поперечных направляющих

После того как все комплектующие вашего самодельного фрезерного станка подготовлены, можно приступать к его сборке. Начинается данный процесс с монтажа двух шаговых электродвигателей, которые крепятся на корпус оборудования за его вертикальной осью. Один из таких электродвигателей будет отвечать за перемещение фрезерной головки в горизонтальной плоскости, а второй — за перемещение головки, соответственно, в вертикальной. После этого монтируются остальные узлы и агрегаты самодельного оборудования.

Финальная стадия сборки станка

Вращение на все узлы самодельного оборудования с ЧПУ должно передаваться только посредством ременных передач. Прежде чем подключать к собранному станку систему программного управления, следует проверить его работоспособность в ручном режиме и сразу устранить все выявленные недостатки в его работе.

Посмотреть процесс сборки фрезерного станка своими руками можно на видео, которое несложно найти в интернете.

Шаговые двигатели

В конструкции любого фрезерного станка, оснащенного ЧПУ, обязательно присутствуют шаговые двигатели, которые обеспечивают перемещение инструмента в трех плоскостях: 3D. При конструировании самодельного станка для этой цели можно использовать электромоторы, установленные в матричном принтере. Большинство старых моделей матричных печатных устройств оснащались электродвигателями, обладающими достаточно высокой мощностью. Кроме шаговых электродвигателей из старого принтера стоит взять прочные стальные стержни, которые также можно использовать в конструкции вашего самодельного станка.

Закрепление шагового двигателя на верхней каретке

Чтобы своими руками сделать фрезерный станок с ЧПУ, вам потребуются три шаговых двигателя. Поскольку в матричном принтере их всего два, необходимо будет найти и разобрать еще одно старое печатное устройство.

Окажется большим плюсом, если найденные вами двигатели будут иметь пять проводов управления: это позволит значительно увеличить функциональность вашего будущего мини-станка. Важно также выяснить следующие параметры найденных вами шаговых электродвигателей: на сколько градусов осуществляется поворот за один шаг, каково напряжение питания, а также значение сопротивления обмотки.

Для подключения каждого шагового двигателя понадобится отдельный контроллер

Конструкция привода самодельного фрезерного станка с ЧПУ собирается из гайки и шпильки, размеры которых следует предварительно подобрать по чертежу вашего оборудования. Для фиксации вала электродвигателя и для его присоединения к шпильке удобно использовать толстую резиновую обмотку от электрического кабеля. Такие элементы вашего станка с ЧПУ, как фиксаторы, можно изготовить в виде нейлоновой втулки, в которую вставлен винт. Для того чтобы сделать такие несложные конструктивные элементы, вам понадобятся обычный напильник и дрель.

Электронная начинка оборудования

Управлять вашим станком с ЧПУ, сделанным своими руками, будет программное обеспечение, а его необходимо правильно подобрать. Выбирая такое обеспечение (его можно написать и самостоятельно), важно обращать внимание на то, чтобы оно было работоспособным и позволяло станку реализовывать все свои функциональные возможности. Такое ПО должно содержать драйверы для контроллеров, которые будут установлены на ваш фрезерный мини-станок.

В самодельном станке с ЧПУ обязательным является порт LPT, через который электронная система управления и подключается к станку. Очень важно, чтобы такое подключение осуществлялось через установленные шаговые электродвигатели.

Схема подключения униполярных шаговых электродвигателей для 3-х координатного станка с ЧПУ (нажмите для увеличения)

Выбирая электронные комплектующие для своего станка, сделанного своими руками, важно обращать внимание на их качество, так как именно от этого будет зависеть точность технологических операций, которые на нем будут выполняться. После установки и подключения всех электронных компонентов системы ЧПУ нужно выполнить загрузку необходимого программного обеспечения и драйверов. Только после этого следуют пробный запуск станка, проверка правильности его работы под управлением загруженных программ, выявление недостатков и их оперативное устранение.

Все вышеописанные действия и перечисленные комплектующие подходят для изготовления своими руками фрезерного станка не только координатно-расточной группы, но и ряда других типов. На таком оборудовании можно выполнять обработку деталей со сложной конфигурацией, так как рабочий орган станка может перемещаться в трех плоскостях: 3d.

Ваше желание своими руками собрать такой станок, управляемый системой ЧПУ, должно быть подкреплено наличием определенных навыков и подробных чертежей. Очень желательно также посмотреть ряд тематических обучающих видео, некоторые из которых представлены в данной статье.