Простой и недорогой 3-х осевой станок с ЧПУ своими руками
Целью этого проекта является создание настольного станка с ЧПУ. Можно было купить готовый станок, но его цена и размеры меня не устроили, и я решил построить станок с ЧПУ с такими требованиями:
— использование простых инструментов (нужен только сверлильный станок, ленточная пила и ручной инструмент)
— низкая стоимость (я ориентировался на низкую стоимость, но всё равно купил элементов примерно на $600, можно значительно сэкономить, покупая элементы в соответствующих магазинах)
— малая занимаемая площадь(30″х25″)
— нормальное рабочее пространство (10″ по оси X, 14″ по оси Y, 4″ по оси Z)
— высокая скорость резки (60″ за минуту)
— малое количество элементов (менее 30 уникальных)
— доступные элементы (все элементы можно купить в одном хозяйственном и трех online магазинах)
— возможность успешной обработки фанеры
Станки других людей
Вот несколько фото других станков, собравших по данной статье
Фото 1 – Chris с другом собрал станок, вырезав детали из 0,5″ акрила при помощи лазерной резки. Но все, кто работал с акрилом знают, что лазерная резка это хорошо, но акрил плохо переносит сверление, а в этом проекте есть много отверстий. Они сделали хорошую работу, больше информации можно найти в блоге Chris’a. Мне особенно понравилось изготовление 3D объекта при помощи 2D резов.
Фото 2 — Sam McCaskill сделал действительно хороший настольный станок с ЧПУ. Меня впечатлило то, что он не стал упрощать свою работу и вырезал все элементы вручную. Я впечатлён этим проектом.
Фото 3 — Angry Monk’s использовал детали из ДМФ, вырезанные при помощи лазерного резака и двигатели с зубчато-ремённой передачей, переделанные в двигатели с винтом.
Фото 4 — Bret Golab’s собрал станок и настроил его для работы с Linux CNC (я тоже пытался сделать это, но не смог из-за сложности). Если вы заинтересованы его настройками, вы можете связаться с ним. Он сделал великую работу!
Характеристики станка
Боюсь что у меня недостаточно опыта и знаний, чтобы объяснять основы ЧПУ, но на форуме сайта CNCZone.com есть обширный раздел, посвященный самодельным станкам, который очень помог мне.
Резак: Dremel или Dremel Type Tool
Параметры осей:
Ось X
Расстояние перемещения: 14″
Привод: Зубчато-ременная передача
Скорость: 60″/мин
Ускорение: 1″/с2
Разрешение: 1/2000″
Импульсов на дюйм: 2001
Ось Y
Расстояние перемещения: 10″
Привод: Зубчато-ременная передача
Скорость: 60″/мин
Ускорение: 1″/с2
Разрешение: 1/2000″
Импульсов на дюйм: 2001
Ось Z (вверх-вниз)
Расстояние перемещения: 4 »
Привод: Винт
Ускорение: .2″/с2
Скорость: 12″/мин
Разрешение: 1/8000 »
Импульсов на дюйм: 8000
Необходимые инструменты
Я стремился использовать популярные инструменты, которые можно приобрести в обычном магазине для мастеров.
Электроинструмент:
— ленточная пила или лобзик
— сверлильный станок (сверла 1/4″, 5/16″, 7/16″, 5/8″, 7/8″, 8мм (около 5/16″)), также называется Q
— принтер
— Dremel или аналогичный инструмент (для установки в готовый станок).
Ручной инструмент:
— резиновый молоток (для посадки элементов на места)
— шестигранники (5/64″, 1/16″)
— отвертка
— клеевой карандаш или аэрозольный клей
— разводной ключ (или торцевой ключ с трещоткой и головкой 7/16″)
Необходимые материалы
В прилагаемом PDF файле (CNC-Part-Summary.pdf) предоставлены все затраты и информация о каждом элементе. Здесь предоставлена только обобщенная информация.
Листы — $ 20
-Кусок 48″х48″ 1/2″ МДФ (подойдет любой листовой материал толщиной 1/2″ Я планирую использовать UHMW в следующей версии станка, но сейчас это выходит слишком дорого)
-Кусок 5″x5″ 3/4″ МДФ (этот кусок используется в качестве распорки, поэтому можете брать кусок любого материала 3/4″)
Двигатели и контроллеры — $ 255
-О выборе контроллеров и двигателей можно написать целую статью. Коротко говоря, необходим контроллер, способный управлять тремя двигателями и двигатели с крутящим моментом около 100 oz/in. Я купил двигатели и готовый контроллер, и всё работало хорошо.
Аппаратная часть — $ 275
-Я купил эти элементы в трех магазинах. Простые элементы я приобрёл в хозяйственном магазине, специализированные драйвера я купил на McMaster Carr (http://www.mcmaster.com), а подшипники, которых надо много, я купил у интернет-продавца, заплатив $40 за 100 штук (получается довольно выгодно, много подшипников остается для других проектов).
Программное обеспечение — (бесплатно)
-Необходима программа чтобы нарисовать вашу конструкцию (я использую CorelDraw), и сейчас я использую пробную версию Mach3, но у меня есть планы по переходу на LinuxCNC (открытый контролер станка, использующий Linux)
Головное устройство — (дополнительно)
-Я установил Dremel на свой станок, но если вы интересуетесь 3D печатью (например RepRap) вы можете установить свое устройство.
Печать шаблонов
У меня был некоторый опыт работы лобзиком, поэтому я решил приклеить шаблоны. Необходимо распечатать PDF файлы с шаблонами, размещенными на листе, наклеить лист на материал и вырезать детали.
Имя файла и материал:
Всё: CNC-Cut-Summary.pdf
0,5″ МДФ (35 8.5″x11″ листов с шаблонами): CNC-0.5MDF-CutLayout-(Rev3).pdf
0,75″ МДФ: CNC-0.75MDF-CutLayout-(Rev2).pdf
0,75″ алюминиевая трубка: CNC-0.75Alum-CutLayout-(Rev3).pdf
0,5 «MDF (1 48″x48» лист с шаблонами): CNC-(One 48×48 Page) 05-MDF-CutPattern.pdf
Примечание: Я прилагаю рисунки CorelDraw в оригинальном формате (CNC-CorelDrawFormat-CutPatterns (Rev2) ZIP) для тех, кто хотел бы что то изменить.
Примечание: Есть два варианта файлов для МДФ 0,5″. Можно скачать файл с 35 страницами 8.5″х11″ (CNC-0.5MDF-CutLayout-(Rev3), PDF), или файл (CNC-(Один 48×48 Page) 05-MDF-CutPattern.pdf) с одним листом 48″x48″для печати на широкоформатном принтере.
Шаг за шагом:
1. Скачайте три PDF-файла с шаблонами.
2. Откройте каждый файл в Adobe Reader
3. Откройте окно печати
4. (ВАЖНО) отключите Масштабирование страниц.
5. Проверьте, что файл случайно не масштабировался. Первый раз я не сделал это, и распечатал всё в масштабе 90%, о чем сказано ниже.
Наклеивание и выпиливание элементов
Приклейте распечатаные шаблоны на МДФ и на алюминиевую трубу. Далее, просто вырезайте деталь по контуру.
Как было сказано выше, я случайно распечатал шаблоны в масштабе 90%, и не заметил этого до начала выпиливания. К сожалению, я не понимал этого до этой стадии. Я остался с шаблонами в масштабе 90% и, переехав через всю страну, я получил доступ к полноразмерному ЧПУ. Я не выдержал и вырезал элементы при помощи этого станка, но не смог просверлить их с обратной стороны. Именно поэтому все элементы на фотографиях без кусков шаблона.
Сверление
Я не считал сколько именно, но в этом проекте используется много отверстий. Отверстия, которые сверлятся на торцах особенно важны, но не пожалейте времени на них, и использовать резиновый молоток вам придется крайне редко.
Места с отверстиями в накладку друг на друга это попытка сделать канавки. Возможно, у вас есть станок с ЧПУ, на котором это можно сделать лучше.
Сборка
Если вы дошли до этого шага, то я поздравляю вас! Глядя на кучу элементов, довольно сложно представить, как собрать станок, поэтому я постарался сделать подробные инструкции, похожие на инструкции к LEGO. (прилагаемый PDF CNC-Assembly-Instructions.pdf). Довольно интересно выглядят пошаговые фотографии сборки.
Готово!
Станок готов! Надеюсь, вы сделали и запустили его. Я надеюсь, что в статье не упущены важные детали и моменты. Вот видео, в котором показано вырезание станком узора на розовом пенопласте.
Источник
Как я собирал ЧПУ фрезер, и в каких моментах не стоит за мной повторять
Странная идея владения собственным станком для раскроя листового материала пришла мне в голову довольно давно — когда я оказался на производстве во г.Владимире. В то время, да и сейчас, я провожу большую часть времени в офисе, и конкретно для меня это объективно эффективнее с финансовой точки зрения. Вместе с тем, однажды увидев магию, которая превращает материал в полезные вещи, от такой мысли отделаться я уже не мог.
Изучая конструкции фрезерных станков, я понял, что они достаточно разнообразны, в аспекте количества осей, перемещения по ним материала и фрезера, и прочих тонкостей. Где-то, в одном станке работают несколько синхронизированных фрезеров, где-то используется сложная система рычагов, которая позволяет рассчитать положение по сложной формуле. Апофеозом конструкторской гениальности считаю вот такое:
Но вернемся к моей идее — она была в том, чтобы раскраивать листовой материал, и фрезеровать в 3d какие-то мягкие формы, например, полистирола.
Конструктив рамы был выбран из соображений жесткости треугольной формы (как водится, ее изменили уже на ходу):
Плюс такой конструкции в том, что станок занимает меньше места, и намного проще установка на него нового листа. Бонус — стружка падает вниз (но ее все равно надо отводить, так что это не очень важно).
Но в чем проблема с этим конструктивом? Дело в том, что ось Z, которая в любом случае достаточно тяжела, ездит вверх под своим весом, и, стало быть, требует более мощного ШД и драйвера. Первой мыслью было установить на тросе через блок противовес, но на форумах не очень хорошо отзываются о тросовых решениях из-за инерции. Но имея площадь, всегда можно завалить станок на длинный катет, и уменьшить этот эффект.
При наличии свободной площади, наверное, идеально было бы разместить треугольники развернутый через один, получился бы такой стол с очень жесткой станиной.
Жесткий каркас станка с горизонтальным столом.
Механика. На оси Z установлена ШВП (шарико-винтовая передача).
ШВП
ШВП обеспечивает максимальную точность позиционирования инструмента, но медленное перемещение. Имея серводвигатели, которые раскручиваются до серьезных оборотов, это не проблема, а у шаговых двигателей таки есть предел разумного использования. Но есть и еще одна проблема с винтом. Будучи свободным, на больших длинах он деформируется, плюс у него есть инерция, и имеет место явление резонанса. Поэтому я решил остальные 2 оси X,Y делать на зубчатой рейке, что на текущий момент считаю ошибкой. Дело в том, что в интернете мало информации, и только недавно в широкой продаже в РФ появились готовые подвижные гайки с редукторами для ШВП — это, по идее, решает проблему инерции винта (но не резонанса).
Что касается передачи на зубчатой рейке, с ней все неплохо, кроме одного — люфты. Они возникают из-за точности исполнения, и неточности установки. Та рейка, которую я купил, была дешевой и тонкой, поэтому испытывает деформации. Не советую делать так.
Фрезер. Я решил для начала взять чего попроще, с воздушным охлаждением (и так по сей день и оставил). Это, конечно, kress. Дешево, и со вкусом. Видел в интернете схемы переделки на цифровое управление оборотами шпинделя, и даже пневмо автосмену (!) инструмента kress — то есть в случае чего можно ловко наколхозить, и будет как у взрослых дядь на станках за $100K.
Что по механике. Ось X — внезапно это та, по которой ездит Z (хотя как по мне, логичней чтоб по Y), двигается ШД с планетарным редуктором. По дурости, я умудрился свернуть шляпки двух болтов, и поэтому там 2 из 4, но ничего. Шестерня зафиксирована на конус + фиксатор резьбы неразъемный.
Ось Y Устроена сложнее. Там тоже редуктор, но червячный, итальянский, далее полуоси через карданы от Волги, и на концах еще ременные редуктора. Очень важно застопорить эти редуктора на зубчатой рейке, чтоб не было люфта. По какой-то причине, я решил, что мебельные лифты подойдут (нет). При фрезеровании сила противодействия такая, что лифт отжимает насколько, что перескакивает шестерня. Пришлось поверх этого колхозить прижимающий эксцентрик.
Вообще, ось Z — самое мощное что есть в станке, все остальное, фактически на соплях. Изначально, правда, я вообще хотел взять могучую металлическую балку к качестве X, зафиксировать ее на бетонных колоннах, и гонять под ней подвижный стол — но по причине пыли, от этого решения пришлось отказаться, станок стал более традиционным и переехал в отдельную комнату. Вот эта балка, лежит во дворе под снегом (от нее уже отрезаны куски болгаркой в хозяйственных целях). Если вы решите заняться сооружением промышленных девайсов дома, вряд ли и вы избежите переделок.
Вот так это должно было быть в первом варианте 
Вообще, особое значение имеет система аспирации. Если вы не будете ее делать, готовьтесь, что при работе с деревом мельчайшая пыль накроет ВСЕ что есть в помещении, включая ваши глаза, волосы и кожу, а если вы работаете с фанерой, то она будет еще и с химикатами, что совсем неприятно.
Наиболее простым мне показалось купить циклон на али, и прикрутить к бочке для воды, а на вывод циклона посадить на пену шланг пылесоса. Несмотря на кажущуюся хлипкость конструкции, если ввод с фрезера забьется, мощности пылесоса хватает чтобы сколлапсировать бочку в бараний рог за несколько секунд, а распрямлял я ее полчаса, и был весь в этой пыли — так что советую следить за всем этим через камеру наблюдения, попивая пиво в другой комнате.
На сладкое я решил оставить электронику. У меня была назойливая идея — запихнуть все в системный блок от компа (и протянуть туда канал чистого воздуха из другой комнаты), и я ее успешно реализовал, но с оговоркой — драйвера под всасывающий вентилятор встали впритык на 3 оси. Как можете видеть, монтаж на стяжках четкий, блок можно поворачивать на 90% не переживая.
Там, где в оригинале должны стоять CD и жесткие диски, располагаются драйвера, на них я поставил втягивающий вентилятор, и будучи осведомленным о пыли, к нему протянул вентканал и гофру из соседней комнаты (теперь не помешает также щель или клапан на улицу, так как избыток давления, очевидно, тупо выдавливает через дверные щели (это ощущается). В передней и нижней части размещены блоки питания драйверов (несложно понять, что один из них запитывает 2 драйвера, и теоретически можно запихнуть в системный блок все 5 драйверов, купив мощный БП, поскольку отбор максимальной мощности вряд ли будет со всех 5 одновременно, а во время удержания потребляемая мощность ШД не очень большая).
В задней нижней зоне, над материнкой, располагается плата управления, в которую по идее должны заходить 5*4=20 входов только с драйверов, но часть из них идет на один вход, так что все ок. Остальные выводы нужны на всякое — на концевики, питание шпинделя, его обороты (если бы они были цифровыми).
Прямо из ввода 220В в системный блок я сделал питание монитора и пылесоса, чтоб не плодить 10 выключателей (клемы Wago слева внизу).
По факту, для раскроя материала станок пригоден более чем — да, где-то на рейке может вылезти небольшой люфт, но когда толщина материала пару мм, и тонкая фреза с такой же в пару мм высотой рабочей кромки, это не играет особой роли. С длинными фрезами для 3D фрезерования есть вопросы (они и существенно дороже раскройных), я подумываю об усилении оси X и переводе всех осей на ШВП, но это дело будущего.
Что хотелось бы сказать в завершение. Если вас что гнетет какая-то идея, а допустим, ваша жена против, следуйте велению своего сердца. Если оно говорит, что надо закончить проект, так и поступайте (если оно говорит — беспрекословно слушаться жену, возможно, это тоже разумный путь).
Источник
