Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Здравствуйте уважаемые читатели и подписчики блога Андрея Ноака! Переработка древесины это не просто распиловка дерева, это и получение мебели и получение сложных изделий из древесины, изделий которые прошли десятки этапов обработки и стали полноценным изделием. И именно когда дело доходит до глубокой деревообработки, бывает очень сложно, а иногда и даже невозможно обойтись без ЧПУ станка. Сегодня я хочу поговорить о том, как сделать станок ЧПУ своими руками.

Введение

ЧПУ кроме дерева может пригодиться в обработке металла, пластика, оргстекла, алюминия, комбинированных материалов. Такой станок будет называться фрезерно гравировальный. Можно также такой станок использовать и для лазерного выжигания по дереву, все будет зависеть от насадки которая будет использоваться для обработки.

Отличие же в обработке древесины и металла, заключается в жесткости корпуса, надежности элементов и тонкостях технологии обработки элементов.

Ориентировочная стоимость станка для обработки дерева составит 35 — 40 тысяч рублей. По большому счету сборка машины сводится к подбору и покупке комплектующих и затем их сборке на раме.

Заказ комплектующих популярней всего сегодня в Китае, но возможно также заказать их и у нас в специализированных магазинах или интернет ресурсах. Ниже смотрите фото самодельного станка ЧПУ.

Станок ЧПУ фото

С чем стоит определиться перед изготовлением ЧПУ:

  • Материалы которые планируется обрабатывать;
  • Габариты изделий для обработки (высота, ширина и длина будущих изделий). Определяются размеры машины по осям X, Y, Z. Стоит не забывать, что эти размеры должны обозначать рабочее пространство станка;
  • Точность последующей обработки изделий (параметр зависит от точности сборки корпуса машины и соответственно от материала корпуса).

Необходимые материалы

Итак для изготовления нам понадобятся следующие агрегаты:

  • Материал для изготовления корпуса. Можно использовать древесные плиты, такие как МДФ, ДСП, из древесных плит оптимально я бы рекомендовал применять фанеру, так как она наиболее прочная и жесткая. Если же хотите еще надежней то придется сделать конструкцию из металла;
  • Шпиндель. Для обработки древесины подойдет мощностью 1,3 — 2 КВт. Если желаете не остужать станок каждые 15 минут работы, то шпиндель нужно устанавливать с водяным охлаждением;
  • Частотник, он же частотный преобразователь, он же инвертор. Подбирается такой же мощностью как и мощность шпинделя;
  • Управляющая плата;
  • Шаговые двигатели — 3 штуки, один будет передвигать нашу конструкцию по оси Y, другой по оси X, третий по оси Z.
  • Кабель канал для защиты кабеля от повреждений и поломок, так как оборудование много будет двигаться;
  • Кабель 15 — 20 метров, лучше просчитать все на чертеже;
  • Цанга для шпинделя — по другому патрон для фрезы;
  • Шланг для охлаждения;
  • Подшипники;
  • Мягкая муфта для передачи плавного хода и компенсации соосности шагового двигателя;
  • Конечно же фрезы для обработки древесины;
  • Шурупы и болты;
  • Водяная помпа.

Смотрим видео:

Инструменты которые вам понадобятся

Для фрезерного ЧПУ нужны будут следующие инструменты:

  • Сварочный аппарат для изготовления металлического корпуса. Преимуществом пользуются сварка — автомат;
  • Необходимо будет выточить шпильки, возможно еще какие то токарные работы. Поэтому в идеале нужно было бы иметь доступ к токарному станку для выполнения работ по изготовлению комплектующих;
  • Болгарка или ножовка по металлу;
  • Отвертка;
  • Молоток;
  • Паяльник;
  • Ножницы;
  • Плоскогубцы и пассатижи;
  • Изолента;
  • Супер клей;
  • Фумлента и герметик;
  • Ключи для сборки.

Из подручных средств ЧПУ

Разнообразие техники и руки растущие откуда нужно могут послужить для импровизации народным умельцам. Сегодня в сети можно встретить что фрезерно гравировальные ЧПУ станки изготавливают:

  • Из CD ROM и СД дисков можно получить хороший мини станочек. Видео ниже;

  • Из принтера и его запчастей, видео ниже;

Пошаговая инструкция

Для того чтобы понять с чего начать, давайте будем ориентироваться на принципиальную схему ЧПУ.

shema-chpu

Итак, сборка готового станка производится в следующей последовательности:

  • Создание чертежей, с учетом прокладки и подключения электрооборудования. Можно начертить вручную, но я бы рекомендовал такие программы как Компас, Автокад или Визио. В них легче будет подправить чертеж, а в Визио даже имеются сразу готовые библиотеки по электрооборудование;
  • Следующий шаг — заказ комплектующих;
  • После поступления комплектующих можно приступить к монтажу станины. Почему после поступления? Да для того чтобы сделать станину с учетом уже пришедших комплектующих;
  • Монтаж шпинделя;
  • Монтаж системы водоохлаждения. При данной операции скорей всего придется использовать фумленту и обычный автомобильный герметик, для того чтобы конструкция была надежней и не протекала;
  • Подключение электропроводки, установка кнопки аварийной остановки;
  • Подключение управляющей платы (она же контроллер). В качестве такой платы можно использовать — KY-2012 — 5 Axis CNC Breakout Board for Stepper Motor Driver with DB25 Cable. Найти такую будет не сложно в просторах интернета. Также часто можно встретить самодельные станки на базе arduino;
  • Установка программного обеспечения и загрузка чертежей;
  • Настройка станка или так называемая «пуско наладка».

Чертежи

Как я уже выше говорил, при создании чертежей необходимо прорисовывать все тонкости от размеров до электропроводки. Это позволит уменьшить число ошибок в проектировании станка.

Изготавливаем каркас

Как я уже говорил каркас можно сделать как из фанеры, так и из металла. Можно комбинировать применение этих материалов. Ниже выкидываю чертеж каркаса.

Чертеж станка ЧПУ

Не забываем о жесткости конструкции и ее геометрии. Очень важно оставить регулировки для более тонкой настройки станка:

  • По высоте машины как на видео;
  • По осям Х и У.

Видео вам в помощь, чтобы не сделать ошибок:

Монтаж шпинделя

Устанавливаем шпиндель только после полного монтажа каркаса. При монтаже необходимо оставить на шпинделе возможность регулировки по высоте и вертикали. Иначе говоря, если шпиндель будет установлен не вертикально, нужна регулировка, которая бы задала нужный угол.

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

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

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

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.

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

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 №1 (вид сбоку)

Чертеж №2 (вид сзади)

Чертеж №2 (вид сзади)

Чертеж №3 (вид сверху)

Чертеж №3 (вид сверху)

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.

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Файлы для скачивания «Шаг 1»

Габаритные размеры

DIY_CNC_основные размеры.pdf

24123

Скачать

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

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

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.

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.

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Несущая рама в сборе

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Уголки для защиты направляющих

Файлы для скачивания «Шаг 2»

Чертежи основных элементов станины

Блок подшипников.pdf

17030

Скачать

Т-образная гайка.pdf

12697

Скачать

Боковой рофиль внутренней рамки 40х40 мм.pdf

13307

Скачать

Крепежные элементы внутренней рамки.pdf

11209

Скачать

Основной профиль 80х40 мм.pdf

12874

Скачать

Задняя торцевая пластина.pdf

11617

Скачать

Пылезащитный профиль.pdf

10509

Скачать

Торцевой рофиль внутренней рамки 40х40 мм.pdf

11039

Скачать

Торцевые защитный накладки.pdf

10025

Скачать

Фронтальная торцевая платина.pdf

11768

Скачать

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.

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Файлы для скачивания «Шаг 3»

Нижняя поперечная пластина портала с креплением приводной гайки.pdf

10518

Скачать

Крепления для U-образного профиля.pdf

9803

Скачать

Боковые стойки портала.pdf

11526

Скачать

U-образный верхний профиль портала.pdf

9468

Скачать

Крепление двигателя оси Y.pdf

9638

Скачать

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.

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Файлы для скачивания «Шаг 4»

Верхняя пластина оси Z для крпеления шагового двигателя.pdf

9712

Скачать

Задняя пластина оси Z.pdf

8718

Скачать

Ложемент фрезерного шпинделя.pdf

8760

Скачать

Нижняя исредняя пластины оси Z.pdf

8788

Скачать

Пластина для крепления фрезерного шпинделя на оси Z.pdf

9200

Скачать

Пластина для крепления гайки перемещения по оси Y.pdf

8318

Скачать

Передняя пластина оси Z для крепления линейных направляющих.pdf

8850

Скачать

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.

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

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.

Я все же решил использовать винт-гайку для своего станка. Я выбрал гайки со специальными пластиковыми вставками которые уменьшают трение и исключают люфты.

Необходимо обработать концы винтов в соответствии с чертежами. На концы винтов устанавливаются шкивы

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Файлы для скачивания «Шаг 6»

Винт оси X.pdf

10530

Скачать

Винт оси Y.pdf

8480

Скачать

Винт оси Z.pdf

8877

Скачать

Шаг 8: Электрическая схема

Основными компонентами электрической схемы являются:

  • Шаговые двигатели
  • Драйверы шаговых двигателей
  • Блок питания
  • Интерфейсная плата
  • Персональный компьютер или ноутбук
  • Кнопка аварийного останова

Я решил купить готовый набор из 3-х двигателей Nema, 3-х подходящих драйверов, платы коммутации и блока питания на 36 вольт. Также я использовал понижающий трансформатор для преобразования 36 вольт в 5 для питания управляющей цепи. Вы можете использовать любой другой готовый набор или собрать его самостоятельно. Так как мне хотелось быстрее запустить станок, я временно собрал все элементы на доске. Нормальный корпус для системы управления сейчас находится в разработке )).

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Электрическая схема станка

Электрическая схема.pdf

13463

Скачать

Шаг 11: Он ожил! Испытания

Если вы все сделали правильно, то включив станок вы увидите, что он просто работает!

Я уверен, моя история вдохновит вас на создание собственного фрезерного станка с ЧПУ.

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками


Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью:

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Добавить комментарий