Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками. Большой портальный фрезерный станок с чпу своими руками Работы подготовительного этапа

На вопрос, как сделать станок с ЧПУ, можно ответить кратко. Зная о том, что самодельный фрезерный станок с ЧПУ, в общем-то, – непростое устройство, имеющее сложную структуру, конструктору желательно:

обзавестись чертежами;
приобрести надёжные комплектующие и крепежные детали;
подготовить хороший инструмент;
иметь под рукой токарный и сверлильный станки с ЧПУ, чтобы быстро изготовить.

Не помешает просмотреть видео – своеобразную инструкцию, обучающую – с чего начать. А начну с подготовки, куплю всё нужное, разберусь с чертежом – вот правильное решение начинающего конструктора. Поэтому подготовительный этап, предшествующий сборке, – очень важен.

Работы подготовительного этапа

Чтобы сделать самодельный ЧПУ для фрезерования, есть два варианта:

Берёте готовый ходовой набор деталей (специально подобранные узлы), из которого собираем оборудование самостоятельно.
Найти (изготовить) все комплектующие и приступить к сборке ЧПУ станка своими руками, который бы отвечал всем требованиям.

Важно определиться с предназначением, размерами и дизайном (как обойтись без рисунка самодельного станка ЧПУ), подыскать схемы для его изготовления, приобрести или изготовить некоторые детали, которые для этого нужны, обзавестись ходовыми винтами.

Если принято решение создать станок ЧПУ своими руками и обойтись без готовых наборов узлов и механизмов, крепёжных деталей, нужна та схема, собранный по которой станок будет работать.

Обычно, найдя принципиальную схему устройства, сначала моделируют все детали станка, готовят технические чертежи, а потом по ним на токарном и фрезерном станках (иногда надо использовать и сверлильный) изготовляют комплектующие из фанеры или алюминия. Чаще всего, рабочие поверхности (называют еще рабочим столом) – фанерные с толщиной 18 мм.

Сборка некоторых важных узлов станка

В станке, который вы начали собирать собственноручно, надо предусмотреть ряд ответственных узлов, обеспечивающих вертикальное перемещение рабочего инструмента. В этом перечне:

винтовая передача – вращение передаётся, используя зубчатый ремень. Он хорош тем, что не проскальзывают на шкивах, равномерно передавая усилия на вал фрезерного оборудования;
если используют шаговый двигатель (ШД) для мини-станка, желательно брать каретку от более габаритной модели принтера – помощнее; старые матричные печатные устройства имели достаточно мощные электродвигатели;

для трёхкоординатного устройства, понадобится три ШД. Хорошо, если в каждом найдётся 5 проводов управления, функционал мини-станка возрастёт. Стоит оценить величину параметров: напряжения питания, сопротивления обмотки и угла поворота ШД за один шаг. Для подключения каждого ШД нужен отдельный контроллер;
с помощью винтов, вращательное движение от ШД преобразуется в линейное. Для достижения высокой точности, многие считают нужным иметь шарико-винтовые пары (ШВП), но это комплектующая не из дешевых. Подбирая для монтажа блоков набор гаек и крепежных винтов, выбирают их со вставками из пластика, это уменьшает трение и исключает люфты;

вместо двигателя шагового типа, можно взять обычный электромотор, после небольшой доработки;
вертикальная ось, которая обеспечивает перемещение инструмента в 3D, охвачивая весь координатный стол. Её изготовляют из алюминиевой плиты. Важно, чтобы размеры оси были подогнаны к габаритам устройства. При наличии муфельной печи, ось можно отлить по размерам чертежей.

Ниже – чертёж, сделанный в трёх проекциях: вид сбоку, сзади, и сверху.

Максимум внимания – станине

Необходимая жесткость станку обеспечивается за счёт станины. На нее устанавливают подвижной портал, систему рельсовых направляющих, ШД, рабочую поверхность, ось Z и шпиндель.

К примеру, один из создателей самодельного станка ЧПУ, несущую раму сделал из алюминиевого профиля Maytec – две детали (сечение 40х80 мм) и две торцевые пластины толщиной 10 мм из этого же материала, соединив элементы алюминиевыми уголками. Конструкция усилена, внутри рамы сделано рамку из профилей меньших размеров в форме квадрата.

Станина монтируется без использования соединений сварного типа (сварным швам плохо удаётся переносить вибронагрузки). В качестве крепления лучше использовать Т-образные гайки. На торцевых пластинах предусмотрена установка блока подшипников для установки ходового винта. Понадобится подшипник скольжения и шпиндельный подшипник.

Основной задачей сделанному своими руками станку с ЧПУ умелец определил изготовление деталей из алюминия. Поскольку ему подходили заготовки с максимальной толщиной 60 мм, он сделал просвет портала 125 мм (это расстояние от верхней поперечной балки до рабочей поверхности).

Этот непростой процесс монтажа

Собрать самодельные ЧПУ станки, после подготовки комплектующих, лучше строго по чертежу, чтобы они работали. Процесс сборки, применяя ходовые винты, стоит выполнять в такой последовательности:

знающий умелец начинает с крепления на корпусе первых двух ШД – за вертикальной осью оборудования. Один отвечает за горизонтальное перемещение фрезерной головки (рельсовые направляющие), а второй за перемещение в вертикальной плоскости;
подвижной портал, перемещающийся по оси X, несет фрезерный шпиндель и суппорт (ось z). Чем выше будет портал, тем большую заготовку удастся обработать. Но у высокого портала, в процессе обработки, – снижается устойчивость к возникающим нагрузкам;

для крепления ШД оси Z, линейных направляющих используют переднюю, заднюю, верхнюю, среднюю и нижнюю пластины. Там же сделайте ложемент фрезерного шпинделя;
привод собирают из тщательно подобранных гайки и шпильки. Чтобы зафиксировать вал электродвигателя и присоединить к шпильке, используют резиновую обмотку толстого электрокабеля. В качестве фиксатора могут быть винты, вставленные в нейлоновую втулку.

Затем начинается сборка остальных узлов и агрегатов самоделки.

Монтируем электронную начинку станка

Чтобы сделать своими руками ЧПУ станок и управлять ним, надо оперировать правильно подобранным числовым программным управлением, качественными печатными платами и электронными комплектующими (особенно если они китайские), что позволит на станке с ЧПУ реализовать все функциональные возможности, обрабатывая деталь сложной конфигурации.

Для того, чтобы не было проблем в управлении, у самодельных станков с ЧПУ, среди узлов, есть обязательные:

шаговые двигатели, некоторые остановились напримере Nema;
порт LPT, через который блок управления ЧПУ можно подключить к станку;
драйверы для контроллеров, их устанавливают на фрезерный мини-станок, подключая в соответствии со схемой;

платы коммутации (контроллеры);
блок электропитания на 36В с понижающим трансформатором, преобразующем в 5В для питания управляющей цепи;
ноутбук или ПК;
кнопка, отвечающая за аварийную остановку.

Только после этого станки с ЧПУ проходят проверку (при этом умелец сделает его пробный запуск, загрузив все программы), выявляются и устраняются имеющиеся недостатки.

Вместо заключения

Как видите, сделать ЧПУ, которое не уступит китайским моделям, – реально. Сделав комплект запчастей с нужным размером, имея качественные подшипники и достаточно крепежа для сборки, эта задача – под силу тем, кто заинтересован в программной технике. Примера долго искать не придётся.

На фото внизу – некоторые образцы станков, имеющих числовое управление, которые сделаны такими же умельцами, не профессионалами. Ни одна деталь не делалась поспешно, произвольным размером, а подходящая к блоку с большой точностью, с тщательным выверением осей, применением качественных ходовых винтов и с надёжными подшипниками. Верно утверждение: как соберешь, так и работать будешь.

На ЧПУ выполняется обработка дюралевой заготовки. Таким станком, который собрал умелец, можно выполнить много фрезерных работ.

Теперь чуть более подробнее по основную сборку.

Итак, для сборки рамы потребуются следующие комплектующие:

Отрезки профиля 2020 (две продольных, 5 поперечных, 2 вертикальных части)
Уголки для профиля 16 шт
Т-гайки М3 или М4 для паза-6мм
Винты для установки с Т-гайками (М3 или М4 соответственно, на 8...10 мм, плюс М3х12 для крепления двигателей)
Распорка (уголок под 45°)
Инструмент (отвертка)

Раз завел разговор про профиль, то на всякий случай дублирую про закупку и нарезку профиля у Соберизавода

Это конструкционный .
Я покупал сразу нарезанный в размер комплект профиля для 2418.
Есть два варианта - профиль без покрытия (подешевле) и с покрытием (анодированный). Разница в стоимости небольшая, я рекомендую с покрытием, особенно если использовать в качестве направляющих для роликов.

Выбираем нужный тип профиля 2020, далее вводим «порезать по размерам». Иначе, можно купить один отрезок (хлыст) на 4 метра. При расчете имейте ввиду, что стоимость одного реза бывает разная, в зависимости от профиля. И что на рез закладывается 4 мм.

Вводите размеры отрезков. Я сделал станок 2418 чуть больше, это семь отрезков по 260 мм и два вертикальных по 300 мм. Вертикальный можно сделать поменьше. Если нужен станок длиннее, то два продольных отрезка больше, например, 350 мм, поперечные также по 260 мм (5 шт).

Подтверждаем (надо обязательно добавить в карту раскроя)

Проверяем корзину

Профиль получается на 667р вместе с услугой резки.

Доставка осуществляется ТК, рассчитать стоимость можно по калькулятору, так как размеры профиля вам известны, вес очень хорошо считается в карте раскроя. Для расчета нужна опция «забор груза у поставщика». Доставка Деловыми линиями обойдется дешевле, около 1000 рублей.

Можно забрать самовывозом в Москве.

В одном месте офис, склад и мастерская, где режут профиль в размер. Есть витрина с образцами, можно подобрать профиль на месте.

Итак, начинаем собирать раму настольного станка 2418.
Вот уже порезанный профиль.

В данной конструкции я увеличил ось Z (чуть больше на пару см чем другие), чтобы использовать станок как ЧПУ сверлилку.
В оригинале ось Z самая короткая. Это уже решаете вы под свои цели. Чтобы удлинить рабочее поле, нужно купить два отрезка профиля (продольная пара) больше на нужную длину (например, +10 см), соответственно удлиняются направляющие (+10 см паре 8мм валов) и винт (+10 см винту Т8). По деньгам выходит совсем дешево озвученные +10 см: стоимость 10+10 см профиля около 40р, направляющие и винт обойдутся в плюс $6 (проверить).

Вот подготовленные для сборки уголки

Вот таким образом следует устанавливать Т-гайки в слот. Можно не продевать с торца, а устанавливать прямо в паз профиля боком, но потом контролируйте поворот и установку гайки, так как не всегда это происходит, нужна некоторая сноровка.

Рез профиля чистый, заусенцев нет

Профиль-двадцатка, то есть из серии 2020, с соответственно разменами 20мм х 20 мм, паз 6 мм.

Итак, сначала собираем П образную часть рамы, крепим две продольных части профиля и одну крайнюю поперечину. Большого значения с какой стороны собирать нет, но учитывайте, что есть центральная поперечная перекладина, которая сдвинута ближе к задней части. Она является частью вертикальной плоскости, а размер смещения зависит от вылета оси Z и шпинделя. Размещают таким образом, чтобы ось вращения шпинделя была по центру станка (оси Y).
Далее собираем среднюю поперечину. Удобнее сначала установить оба уголка на отрезок профиля и зафиксировать, а затем устанавливать к раме.
Прикладываем отрезок профиля, вымеряем одинаковое расстояние линейкой, затягиваем винты. Винты нужно затягивать неторопливо, давать время Т-гайке провернуться и занять свое положение в пазу. Если не получается с первого раза, опять ослабить гайку и повторить.

Устанавливаем последнюю часть горизонтальной рамы. Удобнее подлезать длинной отверткой. Не поленитесь и проконтролируйте прямые углы полученной конструкции угольником и диагонали - линейкой.

Так как уголки конструкции направлены друг к другу, то не принципиально в каком порядке собирать. Я сделал как в базовой конструкции CNC2418. Но интуиция подсказывает, что расстояние между профилями имеет смысл увеличить, особенно при большей высоте портала. Ну ладно, это можно будет сделать позже.

Далее начинаем собирать крепление вертикального портала

Собранный портал устанавливаем на горизонтальную часть, крепим с помощью 6 уголков (устанавливаются по направлению в три стороны от вертикального профиля).

Устанавливаем, соблюдаем перпедникулярность отрезков (по угольнику). Затем по очереди затянул все винты.

В оригинале для укрепления вертикали используется особый экструзионный уголок под 45°. Я подобный не смог найти в продаже, заменил 3Д-печатным. Ссылка на модель есть в конце топика.
Update : оказалось в оригинале 3Д печатный тоже.
Если что заменить его можно перфорированным крепежом из магазинов, либо мебельными уголками. На качестве это никак не скажется.

Конструкция получилась на первый взгляд прочная, не шаткая. Видно, что пластина с двигателем короче, чем связка суппортов KP08+SK8. Буду разносить пошире.

По сути данная рама является копией подобной конструкции станка CNC2418, разве что я прямо не копировал размеры, сделал чуть побольше для того, чтобы меньше обрезков от направляющих и винтов.

Сборка рамы закончена, теперь можно заняться установкой двигателей. Я использовать 3Д печатные фланцы для установки двигателей. Верхние целесообразно сделать в сборе с держателями направляющих, нижние - без держателей, так как ось Y должна быть шире. Ось Y целесообразно установить на суппорты SK8 и KP08, как в оригинальном станке. Сами суппорты можно распечатать на принтере либо купить (ссылки в конце топика, а также были в первом посте).

Для одной из осей (оси X и Y у меня одинаковой длины) взял «пристрелочный» . Я еще не знал своих «хотелок» на размеры станка. В итоге обрезки от винта пойдут на ось Z, нужно будет только докупить латунную гайку Т8.

Упакован был в картонную упаковку, внутри каждая деталь в пакете отдельно

Выглядит комплект вот таким образом: двигатель с коротким проводом, ходовой винт Т8, два суппорта KP08 и две муфты 5х8.

Есть аналогичный и , а также без двигателя на (с суппортами и гайкой).
Если брать без большого запаса, то вариант на 400 мм, хорошо пойдет для «увеличенной версии» станка

Дополнительная информация - фото комплекта по отдельности

Маркировка двигателя RB Step Motor 42SHDC3025-24B-500, посадочное место Nema17

В комплекте короткий провод для подключения. Удобно, можно просто нарастить длину, не трогая разъемы.

Винт Т8, гайка

Суппорты КР08.

Удобно крепить на профиль. Если используется широкий фланец для установки - то лучше использовать версию суппорта KFL08, она позволяет крепить винт не на профиль, а на фланец.

Муфта 5х8 - разрезная муфта для подключения вала двигателя к винту.

Вот как крепится двигатель в оригинале на ось Х. На небольшую алюминиевую пластину.

Сделал тоже самое, только с печатной пластиной. Заодно будет суппортом для направляющих.

Лишнюю длину винта уже отрезал для оси Z (ось Z в процессе пока, информация будет отдельно, скорее всего также 3д печатная).

С большой вероятностью нужно будет удлинить провода двигателей, чтобы аккуратно проложить его по профилю в верхнюю часть до платы электроники (скорее всего будет CNC Shield). Да и не мешало бы установить концевики крайних положений.
Основная информация по сборке уже есть, можно приступать к оценке затрат))))

Калькуляция
Теперь, по просьбам в комментариях в первой части, я предлагаю обсудить калькуляцию затрат. Естественно, я потратил меньше указанного, так как двигатели и большая часть комплектующих у меня была в наличии. Сильно дешевле будет, если использовать самодельные печатные уголки для профиля, суппорты, фланцы и так далее. На работу станка по сверлению печатных плат и по фрезеровке мягких материалов это вряд ли скажется. Еще хороший вариант - использование перфорированных пластин из строительных/хозмагов. Пойдет для усиления углов, в том числе вертикального и для установки двигателя, при условии высверливания центральной части под вал. В место перфорированного крепежа можно использовать самодельные из алюминиевого листа или фанеры.
Однозначно нужно приобретать профиль 2020 , иначе это будет станок совершенно другого типа. Можно сделать тоже самое из алюминиевого уголка или прямоугольной трубы, но только из любви к искусству))) Есть более оптимальные конструции в плане жесткости для сборки из уголка/трубы.
Однозначно к профилю нужны Т-гайки . Можно купить Т-болты, но Т-гайки более универсальные (так как длину винта можно применить любую).
А вот остальное можно менять на свое усмотрение, можно даже вместо ходового винта Т8 использовать шпильку из нержавейки. Разве что количество шагов на мм пересчитать придется в прошивке.
Двигатели можно снять со старых устройств/оргтехники и планировать посадочные места уже под конкретный тип.
Электроника практически любая (Anduino UNO/Anduino Nano, CNCShield, Mega R3+Ramps, драйверы A4988/DRV8825, можно использовать плату-переходник под Mach3 и драйверы TB6600. Но выбор электроники ограничивает используемый софт.
Для сверлилки можно использовать любой двигатель постоянного тока, который позволяет установить цанговый патрон и имеет приличные обороты. В базовом варианте присутствует высокооборотистый двигатель 775. Для фрезеровки можно использовать б/к шпиндели ватт на 300 с цангой ER11, но это сильно удорожает станок в целом.

Примерная калькуляция затрат:
профиль 2020 (2,5 метра) = 667р
профиль 2080 (0,5 метра) на рабочий стол = 485 р
Два по 300 мм 2х$25
. Лот на 20 шт выходит $5.5 с доставкой
примерно 4р/штука если брать большой пакет. Нужно не менее 50 шт (крепление двигателей, суппортов). Винты к ним не считаю, обычно несколько копеек/штука в зависимости от качества. Итого около 400...500р.
Двигатели 3 шт $8.25 каждый
Электроника $2
$3.5
A4988 три штуки по $1

Станок выходит около $111. Если добавить шпиндель:
$9
$7.78,
то итог стоимости около $128

3Д печатные детали не оцениваю. Можно заменить перфорированными пластинами/уголками из крепмаркета и подобных магазинов. Провода, изоленту, затраченное время также не оцениваю.
Напомню, что не во всех вариантах комплектаций CNC2418 есть такие хорошие 775 двигатели и, тем более, цанга ER11.

Варианты подешевле .

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.

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.

Очевидно, что некоторые из вас, зададутся вопросом о том – «Почему бы не использовать в качестве механизма передающего движения зубчатую рейку?». Ответ достаточно прост: ШВП обеспечит точность позиционирования, большую двигающую силу, и соответственно меньший момент на валу двигателя (это то, что я с ходу вспомнил). Но есть и минусы – более низкая скорость перемещения и если брать винты нормального качества, то соответственно и цена.
Кстати, мы взяли ШВП винты и гайки фирмы TBI, достаточно бюджетный вариант, но и качество соответствующее, так как из взятых 9 метров винта, пришлось выкинуть 3 метра, ввиду несоответствия геометрических размеров, ни одна из гаек просто не накрутилась…

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…

Электрическая схема станка довольно проста, шаговые двигатели подключаются к драйверам, те в свою очередь подключается к интерфейсной плате, она же соединяется через параллельный порт LPT с персональным компьютером. Драйверов использовал 4 штуки, соответственно по одной штуке на каждый из двигателей. Все драйвера поставил одинаковые, для упрощения монтажа и подключения, с максимальным током 4А и напряжением 50В. В качестве интерфейсной платы для станков с ЧПУ использовал относительно бюджетный вариант, от отечественного производителя, как указанно на сайте лучший вариант. Но подтверждать или опровергать это не буду, плата проста в своем применении и самое главное, что она работает. В своих прошлых проектах применял платы от китайских производителей, они тоже работают, и по своей периферии мало отличаются, от использованной мной в этом проекте. Заметил во всех этих платах, один может и не существенный, но минус, на них можно всего лишь установить до 3-х концевых выключателя, но на каждую ось требуется как минимум по два таких выключателя. Или я просто не разобрался? Если у нас 3-х осевой станок, то соответственно нам надо установить концевые выключатели в нулевых координатах станка (это еще называется «домашнее положение») и в самых крайних координатах чтобы в случае сбоя или не хватки рабочего поля, та или иная ось просто не вышла из строя (попросту не сломалась). В моей схеме использовано: 3 концевых без контактных индуктивных датчика и аварийная кнопка «Е-СТОП» в виде грибка. Силовая часть запитана от двух импульсных источников питания на 48В. и 8А. Шпиндель с водяным охлаждением на 2,2кВт, соответственно включенный через частотный преобразователь. Обороты устанавливаются с персонального компьютера, так как частотный преобразователь подключен через интерфейсную плату. Обороты регулируются с изменения напряжения (0-10 вольт) на соответствующем выводе частотного преобразователя.

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. Добавить метки

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

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

Предисловие от автора

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

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

Шаг 1: Дизайн и CAD модель

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

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

Файлы для скачивания «Шаг 1»

Габаритные размеры

Шаг 2: Станина

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

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

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

Несущая рама в сборе

Уголки для защиты направляющих

Файлы для скачивания «Шаг 2»

Чертежи основных элементов станины

Шаг 3: Портал

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

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

Файлы для скачивания «Шаг 3»

Шаг 4: Суппорт оси Z

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

Файлы для скачивания «Шаг 4»

Шаг 5: Направляющие

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

Шаг 6: Винты и шкивы

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