Сборка чпу станка из алюминиевого профиля. Мой первый станок чпу. Работы подготовительного этапа

Статья на тему самостоятельной постройки небольшого станочка для деревообработки (гравировка, фрезерование, сверление) с ЧПУ, подходит также и для других мягких материалов, например, пластика. Хорошо подойдет для фрезерования печатных плат и подобной работы. В этой и следующих статьях описываются общие комплектующие и приемы для сборки не только CNC станков, но и 3Д принтеров, граверов и подобной техники. Информации много, ссылок и фотографий много, проект открытый, советы и критика (по делу) приветствуется.

Вот несколько фотографий внешнего вида собранного станка CNC2418 из лотов продавцов с Али

Примеры лотов с Али с лазером и цангой ER11 (магазин DZT, магазин Jack"s , магазин IRouter).

Итак, расскажу про достаточно популярный китайский станочек под нехитрым названием CNC2418, что означает рабочую зону 24 мм на 18 мм. В качестве шпинделя у него стоит простой (коллекторный) оборотистый двигатель постоянного тока типа 775. Управляется через GRBL совместимыми программами, но обо всем по порядку.

Как правило, продается в районе $250 (от $170 до $300) в разной комплектации. Есть версия с разными шпинделями (различные вариации 775го двигателя), с разными цангами (от простой для сверл до ER11), может комплектоваться лазерным модулем. Обычно продавцы вкладывают расходники, биты-фрезы и прочее.

Характеристики станка 2418:

1. Рабочее поле - 240 мм х 180 мм х45 мм
2. Размер рамы (станины) - 260 мм х180 мм (алюминиевый профиль)
3. Общий размер - 330х340х240
4. Шаговые моторы: 3шт Nema17 1,3А 0,25Nm
5. Шпиндель: Диаметр 45мм, модель 775, 24V: 7000 r/min
6. Максимальный диаметр хвостовика фрезы зависит от установленной цанги
7. Питание: 24V 5.6A

Вот фотография среднего комплекта за $250 (включая комплект для лазерной гравировки)

В лоте обычно есть выбор цанг: простая "сверлилка" или цанга типа ER11. В лотах подороже есть оба варианта плюс фрезы.

Если серьезно говорить, то рыночная стоимость подобных комплектов для сборки сильно завышена. Я не готов отдавать под $300 за подобный набор. А вот собрать его своими руками раза в три дешевле - пожалуйста! Далее приведу подборку комплектующих с китайских магазинов, на основе которых можно спокойно собрать аналогичный станок или станок с большим/меньшим рабочим полем.

Для сборки потребуется купить набор направляющих: рельсы или полированные валы; ходовые винты (чаще всего Т8, так как ремни типа GT2-6 могут устанавливаться в лазерные граверы, в фрезере их применение не желательно), двигатели Nema17, шпиндель (чаще всего двигатель постоянного тока типа RS775 или мощнее) и различная мелочевка типа подшипников, суппортов, метизов.
Вопрос электроники отдельный: кто-то пользуется платами Arduino Nano/Uno+CNC Shield, кто-то Mega+Ramps, есть варианты более серьезных комплектов под Mach3.

Обращая ваше внимание на то, что в оригинальном комплекте присутствуют 3Д печатные компоненты.

Использование подобных пластиковых деталей хорошо видно на пользовательских фотографиях из интернета, да и в лотах у продавцов

В печатный комплект входит распорка-уголок (2 шт), держатель винта Х, держатель винта Y, держатели подшипников LM8UU (а скорее их имитации) 4 шт, держатель гайки Т8.

Отдельно выделю сборку держателя шпинделя , одновременно каретку по XY.
Она так и приходит в сборе с установленным двигателем.

Внутри видно запрессованные подшипники LM8UU и где-то гайка Т8. Валы просверлены с торца и закреплены на торцах. Одновременно служат дополнительной опорой для конструкции.

Ссылки на комплектуху привожу с бангууда, так как надоело покупать по 1 лоту у разных продавцов с Али и ждать кучу посылок, приходящих в разное время. Цены сравнимые с Али, где-то дешевле, где-то удобнее применить поинты, где-то подождать акцию или купон. В итоге получил одну большую посылку с комплектухой. Также привожу ключевые слова для самостоятельного поиска, если нужно найти подобное на Али или Тао.

Теперь по порядку. Получил посылку разной комплектухи для станочной механики.

Направляющие полированные валы.
Linear Shaft (Rod). Еще встречается Optical Axis (полированная ось). Бывают на 5-6-8-10-12-16-20 мм. Актуальный диаметр 8 мм. На 16-20 мм лучше использовать круглые рельсы типа SBR16 или SBR20, так как они имеют поддержку. Валы разного диаметра используются, например, в принтере Ultimaker (6-8-10 мм). Кстати, валы на 12мм - могут пригодиться для оси Z принтера ZAV 3D и подобных.
На фото 6 мм, 8 мм, 12 мм.

Валы 8 мм. Брал часть в размер (они с фасками), часть резал сам

Есть большой лот с выбором валов от 5 мм до 12 мм и длин 300-600 мм

Отдельными лотами бывает чуть дешевле. Я стараюсь брать длину или в размер или значительно больше, чтобы самостоятельно напилить из одного вала 2-3 отрезка нужного размера.

Вот рез торцевой пилой. Желательно потом зачистить, снять фаску.

Вал 6х400
Вал 6х300
Вал 6х500
Вал 6x600

Валы на 6мм можно использовать в небольших лазерных граверах, дельта принтера, оси Z настольных ЧПУ станков. Например, вал на 6х300, распиленный пополам пошел на "голову" оси Z небольшого фрезера.

Валы на 12 мм. Брал для ZAV 3D.

Будут установлены в корпус ZAV 3D

Есть несколько вариантов крепления направляющих. Самый простой - нарезать на концах резьбу и законтрогаить. Можно установить фланцы типа SHF08 или суппорты SK8. В этом случае длина увеличивается на 2 см каждой направляющей (один фланец захватывает 1см вала).
Я печатал сам, не скажу что большая разница, но экономия около $12. Вот ссылка на лот для установки нормальных металлических фланцев SHF08, а не пластиковых. Еще хороший вариант крепление не фланцами, а суппортами, прямо на профиль 2020. Это суппорт SH08 (SF08?).
Есть еще «китайский» вариант крепления, когда в центре вала сверлится отверстие и нарезается внутренняя резьба М3. В этом случае установка подобных направляющих максимально облегчается.

Суппорты-фланцы для крепления валов от SHF8 до SHF20
Фланец SHF8
Суппорт SK8
Еще один суппорт SK8 для валов для установки на профиль

Подшипники для валов
Лот с выбором размера коротких линейных подшипников LMххUU на 6/8/10 мм
Ключевые слова: Bearing LMххLUU (на хх мм, длинные), LMххUU (на хх мм короткие), в корпусе соответственно: SC8LUU и SC08UU.
Удлиненные лот с выбором типа SCSххLUU от 8 до 20 мм.
Еще удлиненные на 8 мм
Подшипники в корпусе SC8UU
На 6 мм LM6LUU удлиненные и обычные LM6UU

Вот интересные комплекты-наборы осей с направляющими и подшипниками
на 500 мм с удлиненными подшипниками

То же, плюс винт Т8 с суппортом на 200мм , 300 мм и на 400 мм

Ходовой винт Т8 (Lead Screw T8 , гайка T8 Nut ) - это винт с многозаходной резьбой. Лучше брать сразу с гайкой.

Если пилить, то дополнительно надо будет прикупить еще латунных гаек
На 100 мм
На 200 мм
На 250 мм
На 400 мм
Лот с выбором Т8 от 100 до 600 мм со специальной гайкой
Обычно беру больше, плюс одну гайку. Режу в размер, остаток идет еще куда-либо

Комплектующие для профиля:
уголки 2020 Corner Bracket.
Для сборки станка типа 2418 потребуется минимум 16 шт. Берите с запасом)))
Есть варианты пластин для усиления , тоже неплохо было бы установить по основным углам и на портал (итого 6-8 шт).

А вот сам профиль 2020.

Раз завел разговор про профиль, то расскажу подробно про закупку и нарезку профиля у Соберизавода.

Это конструкционный алюминиевый профиль от Соберизавода . Это наверное самый дешевый вариант, так как профиль из Китая будет стоить дороже, да и существует ограничение на максимальную длину посылок на китайской почте (500мм).

Я покупал сразу нарезанный в размер комплект профиля типоразмера 2020 для CNC2418.
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).

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.

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.

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 .

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:

1. Берёте готовый ходовой набор деталей (специально подобранные узлы), из которого собираем оборудование самостоятельно.
2. 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.

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.

Сам станок состоит из алюминиевых профилей и 3D деталей, которые я самостоятельно создал и распечатал на принтере. Остановил я свой выбор на 3D деталях потому, что не имею разнообразных инструментов и оборудования, которые позволили бы создать точные и качественные элементы поделки . Поэтому помог мой 3D принтер и простые ручные инструменты для окончательной сборки.

Шаг 1: Материалы

• суппорт для направляющих ∅ 2см – 8шт
• направляющие ∅ 2см х 30см – 2шт
• направляющие ∅ 2см х 60см – 2шт
• червячная направляющая 30см – 1шт
• червячная направляющая 60см – 1шт
• ось Z для ЧПУ
• суппорт с внутренней резьбой
• гладкая втулка
• кронштейн для фрезера
• шаговые двигатели
• переходная муфта для вала двигателя (с 1см до 0.6см)
• микропереключатели – 6шт
• обжимные разъемы
• контактные разъемы с крепежной гайкой – 4шт
• штекеры для контактных разъемов – 4шт
• кабель
• алюминиевый профиль с Т-образными пазами 60х30: для рамы и верха – 65см, для стола — 315см (профиль с отверстиями в торце), вертикали — 61см (+ 4 торцевые заглушки)
• алюминиевый профиль с Т-образными пазами 120х30: боковые стороны – 61см (+ 4 торцевые заглушки)
• Т-образные болты М6
• болты и гайки М6
• подшипник 1см х 2.2см

Шаг 2: 3D детали

В софте для 3D проектирования я создал макеты кронштейнов, которые будут удерживать направляющие, а также макет кронштейна для шагового двигателя, крепящий его к раме. Большой плюс 3D печати в том, что детали получаются очень точными и нет нужды их подгонять и высверливать отверстия. Итак, спроектировав необходимые детали поделки вот в этой программке , я затем распечатал их на своем 3D принтере.

Шаг 3: Отверстия червячных направляющих

В боковых концевых профилях высверлил отверстия для червячной направляющей, они должны быть немного больше диаметра самих направляющих (1см).

Шаг 4: Сборка

С помощью Т-образных и обычных болтов собрал мозгодетали вместе.

Шаг 5: Концевые выключатели

На собранной конструкции закрепил концевые выключатели, которые будут отключать движение каретки фрезера в конечных точках.

Кабель провел про принципу «нормально замкнутый», то есть при коротком замыкании самоделка перейдет в безопасный режим. Для этого мне пришлось доработать питание блока управления и поставить кнопку экстренного выключения.

Шаг 6: Настройка параметров Mach3

Для настройки значений движения по осям я использовал этот полезный сайт и получил:
Шаговый угол моторов — 1,8 °
Передаточное число двигателей и червячной направляющей 1:1
Значение ЧПУ контроллера ¼ шага
для оси Z: червячная передача 9.53мм (2.11мм ведущая), ход в мм 379,47
для X и Y оси: червячная передача 9.53мм (5.08мм ведущая) x 381мм, ход в мм 157,48

Шаг 7: Заключительный шаг

В качестве заключительной доработки я вырезал и установил рабочую поверхность из МДФ, на которой легко и быстро размещать/менять обрабатываемые элементы.

Ну а самым последним шагом было подключение мозгостанка к компьютеру и его запуск, правда еще ушло много времени на чтение инструкции для Mach3 🙂

Шаг 8: Доработка — корпус

Первое что я сделал после всех основных работ, так это корпус для электроники, который будет защищать электронные детали от пыли и прочих неприятностей.

Шаг 9: Первые пробы

Тестирование мозгостанка прошло нормально, но выявило несколько недостатков:

— люфт оси Y. Червяк оси Y установлен в обычных суппортах, но позже я планирую установить безлюфтовые суппорты.

— при быстром движении каретки по оси Y есть легкие отклонения рамы. Причина в не сбалансированности рамы, и ее я планирую решить установкой дополнительного алюминиевого профиля, который заодно и укрепит всю раму.

— ложные срабатывания концевых выключателей. Возможна причина в наведении от не экранированного кабеля. Пришлось внести изменения в код чтобы перенастроить их срабатывание.

Шаг 10: Доработка – регулятор скорости вращения и кнопка экстренного выключения

Фрезер, который я установил на свой мозгостанок , имеет фиксированную скорость вращения фрезы, поэтому пришлось установить дополнительный регулятор скорости вращения, а именно модуль управления переменным током.

Еще в разрыв питающих проводов смонтировал кнопку экстренной остановки, которая при необходимости отключает и фрезер, и движение каретки.

Вот такой у меня получился первый ЧПУ станок! Благодарю за мозговнимание и удачи в творчестве!