Самопальный ЧПУ — бюджетный вариант
Самодельные ЧПУ станки — это способ получить возможность обрабатывать дома или в гараже дерево/пластик/легкие металлы. Для кого-то это способ начать свой бизнес, для кого-то это дешевый способ реализовать свое хобби.
Небольшая статья на тему о самостоятельной сборке простого ЧПУ станка.
Предыдущие посты по теме:
Это наверное самый простой способ собрать ЧПУ станок. И один из самых недорогих. Софт простой в освоении (достаточно закинуть файл-2D-рисунок для простейшей фрезеровки).
Стоимость самой станины не велика (профиль Соберизавод), в зависимости от размеров это от тысячи рублей для небольшого станка до нескольких тысяч для мощного профиля большого размера (с учетом уголков и метизов).
Станок не претендует на самую оптимальную конструкцию, но наверняка один из самых недорогих и простых в сборке.
Идея взята из похожего станка CNC2417 
В попытках исправить косяки китайских разработчиков были переделаны боковые пластины для рамы и держатели моторов. Прикладываю ссылку на Чертежи пластин для самостоятельной сборки подобного станка (под двигатели Nema17, направляющие цилиндрические 8 мм).
Для потребуется алюминиевый профиль, фурнитура для сборки (уголки) и метизы. Размеры станка могут быть любые, в разумных пределах. Я использовал 7 отрезков по 260 мм и два на 300 мм. Длинные отрезки идут для увеличенного хода стола по Y. В результате рабочая область будет чуть больше, чем у 2418.
В каталоге Соберизавод ищем нужный тип профиля и кликаем «купить» 
Режем в размер (размеры можно примерно прикинуть исходя из ваших потребностей 
Нарезаем сразу нужный профиль, в нужном количестве для рамы. 
Подтверждаем. 
Плюс не забываем уголки и метизы для сборки. Опционально можно докупить и пластины для крепления.
В части сборки рамы все просто — свинчиваем профили с помощью уголков и закладных гаек.
Устанавливаем боковые пластины и держатели двигателей.
Далее нужно будет установить на раму остальные комплектующие.
Помимо рамы, для сборки потребуются другие комплектующие: «мозги», направляющие, ходовая часть, шпиндель, блок питания и т.п.
Большинство запчастей заказывал на площадке Таобао, так как получается дешевле при покупке комплекта (из-за одной запчасти нет смысла там заказывать, а если подбираете комплект — тогда да, удобно и выгодно).
Для доставки большой сборной посылки пользовался услугами посредника Yoybuy, воспользовался скидкой $10 для доставки (этот купон на скидку $10 то $20 дают всем вновь зарегистрированным пользователям).
В качестве платы управления используется простая МК1. Это самый бюджетный вариант с таким функционалом. Существуют «детские варианты» на Arduino Uno (Nano) + CNC Shield с прошивкой GRBL, которые могут подойти для ознакомления с ЧПУ, но для серьезной работы малопригодны, хотя бы из-за ограниченных возможностей прошивки.
(Не всегда ссылки корректно работают — я дублирую прямые ссылки на Таобао.)
Плата МК1 построена на основе PICmicro, имеет силовые выходы, входы для концевиков и датчика калибровки, а также возможность подключения ручного пульта управления.
Настройки плата не требует, подключается все просто (в лоте есть вариант с драйверами двигателей в комплекте).
Кстати, можно сделать ход конем, и прикупить полноценный пульт типа DDCSV — альтернативный вариант управления станком, хотя больше подходит для больших ЧПУ. Это наиболее бюджетный вариант автономного (без компьютера) управления станком, можно купить «навырост» — изготовив на маленьком станке детали для сборки большого ЧПУ фрезера. Пульт представляет собой автономный контроллер станка ЧПУ на 3 оси и имеет огромный функционал.
В качестве направляющих рекомендую рельсы SBR10. Можно взять 12-16, хотя 16 мм явно будет перебор.
Размер берите исходя их ваших хотелок (размеры хода по XY). В моем случае используются простые полированные валы 8 мм, это эконом-вариант направляющих. Но рекомендую именно рельсы.
Для обработки материалов потребуется шпиндель.
На Таобао есть неплохие варианты на 1,5кВт с воздушным охлаждением (до 24000 об/мин, диаметр 80 мм, цанга ER11, 400Гц).
Если размер станка 2418 для вас маловат, можно собрать что-то подобное, но на раме из профиля 6060 (6090) и рельсах SBR16. Для перемещения осей потребуются мощные двигатели типа 57BYG78 (57H2P7842A4) с током до 4.2A и усилием 2.1Nm. Это как раз мощный вариант, у меня используются простые Nema17 42HS8404.
Для управления шпинделем потребуется частотный преобразователь (ЧП, Vector Frequency Converter — VFD для поиска).
Это устройство, вырабатывающее три фазы 220В с частотой до 400Гц и имеющее множество настраиваемых параметров.
Простой и недорогой ЧП, имеющий вход бытовой сети (220В/50Гц, одна фаза L +ноль N).
Если размеры позволяет и есть доступ к трехфазной промышленной сети, можно выбрать вот такой недорогой ЧП.
По комплектующим все, многое было рассмотрено в предыдущих обзорах. При наличии некоторого навыка собирается все достаточно быстро, если опыта нет — может занять некоторое время. Если есть вопросы — спрашивайте))).
Скриншот управляющей программы для станка.
Проба хода по осям собранного станка.
В целом все, станок собирал для своего друга, он только начинает осваивать технологии с ЧПУ, и настольный вариант ему очень удобен. Профиль приобретался в компании Соберизавод, остальные комплектующие на Таобао через посредника Yoybuy. Прикинул сразу что нужно, сформировал одну большую сборную посылку. Получилось дешевле, чем покупать на Али или в оффлайне. Не забывайте про скидку — купон на $10 для доставки посылок от $20. Средняя посылка до 3 кг можно привезти за $20 с этим купоном.
Источник
ЧПУ фрезерный станок с автономным контроллером на STM32
Поскольку я давно собрал для себя ЧПУ станок и давно и регулярно эксплуатирую его для хоббийных целей, то мой опыт, надеюсь, будет полезен, как и исходные коды контроллера.
Постарался написать только те моменты, которые лично мне показались важными.
Ссылка на исходники контроллера и настроенную оболочку Eclipse+gcc и пр. лежат там же, где ролик:
История создания
Регулярно сталкиваясь, с необходимостью сделать ту или иную мелкую «штучку» сложной формы, первоначально задумался о 3D принтере. И даже начал его делать. Но почитал форумы и оценив скорость работы 3D принтера, качество и точность результата, процент брака и конструкционные свойства термопластмассы, понял, то это не более чем игрушка.
Заказ на комплектующие из Китая пришел за месяц. И уже через 2 недели станок работал с управлением от LinuxCNC. Собирал из всякой фигни, что была под рукой, поскольку хотелось побыстрее (профиль + шпильки). Собирался потом переделать, но, как оказалось, станок получился достаточно жесткий, и гайки на шпильках не пришлось подтягивать ни разу. Так что конструкция осталась без изменений.
Начальная эксплуатация станка показала что:
- Использовать в качестве шпинделя бормашинку “china noname” на 220V не лучшая идея. Перегревается и жутко громко работает. Боковой люфт фрезы (подшипников?) ощущается руками.
- Бормашинка Proxon работает тихо. Люфт не ощутим. Но перегревается и выключатся через 5 минут.
- Компьютер, взятый на время, с LPT двунаправленным портом — не удобен. Взят на время (найти PCI-LPT оказалось проблемой). Занимает место. И вообще..
После первоначальной эксплуатации заказал шпиндель с водяным охлаждением и решил сделать контроллер для автономной работы на самом дешевом варианте STM32F103, продаваемом в комплекте с 320×240 LCD экраном.
Почему народ до сих пор упорно мучает 8-и разрядные ATMega для относительно сложных задач, да еще через Arduino для меня загадка. Наверное любят трудности.
Разработка контроллера
Программу создавал после вдумчивого просмотра исходников LinuxCNC и gbrl. Однако ни те, ни те исходники расчета траектории не взял. Захотелось попробовать написать модуль расчета без использования float. Исключительно на 32-х разрядной арифметике.
Результат меня устраивает для всех режимов эксплуатации и прошивку не трогал уже давно.
Скорость максимальная, подобранная экспериментально: X:2000мм/мин Y:1600 Z:700 (1600 step/mm. режим 1/8).
Но ограничена не ресурсами контроллера. Просто выше уже мерзкий звук пропуска шагов даже прямых участках по воздуху. Бюджетная китайская плата управления шаговиками на TB6560 не самый лучший вариант.
Фактически скорость по дереву (бук, 5мм заглубления,d=1мм фреза, шаг 0.15мм) больше 1200 мм не ставлю. Возрастает вероятность поломки фрезы.
В результате получился контроллер со следующим функционалом:
- Подключение к внешнему компу как стандартное usb mass storage device (FAT16 на SD карте). Работа с файлами стандартного формата G-code
- Удаление файлов через пользовательский интерфейс контроллера.
- Просмотр траектории по выбранному файлу (насколько позволяет экран 640×320) и расчет времени выполнения. Фактически эмуляция выполнения с суммированием времени.
- Просмотр содержимого файлов в тестовом виде.
- Режим ручного управления с клавиатуры (перемещение и выставления «0»).
- Запуск выполнения задания по выбранному файлу (G-code).
- Приостанов/продолжить выполнение. (иногда полезно).
- Аварийный программный стоп.
Контроллер подключатся к плате управления шаговиками через тот же разъем LPT. Т.е. он выполняет роль управляющего компьютера с LinuxCNC/Mach3 и взаимозаменяем с ним.
После творческих экспериментов по вырезанию собственноручно нарисованных рельефов на дереве, и экспериментов с настройками ускорений в программе, захотел дополнительно еще и энкодеры на осях. Как раз на e-bay нашел относительно дешевые оптически экодеры (1/512), шаг деления которых для моих ШВП был 5/512= 0.0098мм.
Кстати, использование оптических энкодеров высокого разрешения, без аппаратной схемы работы с ними (в STM32 она есть) – бессмысленно. Ни обработка по прерыванию, ни, тем более, программный опрос никогда не справятся с «дребезгом» (это говорю для любителей ATMega).
В первую очередь, я хотел для следующих задач:
- Ручное позиционирование на столе с высокой точностью.
- Контроль пропуска шагов с контролем отклонение траектории от расчетной.
Однако, нашел им еще одно применение, пусть и в довольно узкой задаче.
Использование энкодеров для коррекции траектории станка с шаговыми двигателями
Заметил, что при вырезании рельефа, при задании ускорения по Z больше определенной величины, ось Z начинает медленно, но уверенно ползти вниз. Но, время вырезания рельефа при этом ускорении на 20% меньше. По окончанию вырезания рельефа 17×20 см с шагом 0.1мм фреза может уйти вниз на 1-2 мм от расчетной траектории.
Анализ ситуации в динамике по энкодерам, показал, что при подъеме фрезы иногда теряется 1-2 шага.
Простой алгоритм коррекции шагов с использованием энкодера дает отклонение не более 0.03 мм и позволяет уменьшить время обработки на 20%. А даже 0.1 мм выступ на дереве заметить сложно.
Конструкция
Идеальным вариантом для хоббийных целей посчитал настольный вариант с полем чуть больше чем A4. И до сих пор мне этого хватает.
Подвижный стол
Для меня до сих пор остается загадкой, почему все выбирают для настольных станков конструкцию с подвижным порталом. Единственное её преимущество – возможность обработать по частям очень длинную доску или, если приходится регулярно обрабатывать материал вес которого больше веса портала.
За все время эксплуатации ни разу не было необходимость выпилить по частям рельеф на 3-х метровой доске или сделать гравировку на каменной плите.
Подвижный стол обладает следующими преимуществами для настольных станков:
- Конструкция проще и, в общем случае, конструкция более жесткая.
- На неподвижный портал навешиваются все потроха (блоки питания, платы и пр.) и станок получается компактнее и удобнее для переноски.
- Масса стола и куска типичного материала для обработки существенно ниже чем масса портала и шпинделя.
- Практически исчезает проблема с кабелями и шлангами водяного охлаждения шпинделя.
Шпиндель
Хотел бы заметить, что данный станок не для силовой обработки. ЧПУ станок для силовой обработки проще всего сделать на базе обычного фрезерного станка.
На мой взгляд, станок для силовой обработки металла и станок с высоко оборотистым шпинделем для обработки дерева/пластмасс — это совершенно разные типы оборудования.
Создать в домашних условия универсальный станок как минимум не имеет смысла.
Выбор шпинделя для станка с данным типом ШВП и направляющими с линейными подшипниками однозначен. Это высоко оборотистый шпиндель.
Для типичного высоко оборотистого шпинделя (20000 об/мин) фрезеровка цветных металлов (про сталь даже речи не идет) – это экстремальный режим для шпинделя. Ну, разве что очень надо и тогда съем по 0.3 мм за проход с поливом ОЖ.
Шпиндель для станка рекомендовал бы с водяным охлаждением. С ним слышно во время работы только «пение» шаговых двигателей и бульканье аквариумного насоса в контуре охлаждения.
Что можно сделать на таком станке
В первую очередь у меня ушла проблема корпусов. Любой формы корпус фрезеруется из «оргстекла» и по идеально по гладким срезам склеивается растворителем.
Стеклотекстолит отказался универсальным материалом. Точность станка позволяет вырезать посадочное место под подшипник, в которое он холодный зайдет, как положено с легким натягом, а после уже не вытащить. Шестерни из текстолита отлично вырезаются с честным эвольвентным профилем.
Обработка дерева (рельефы и пр.) – широкий простор для реализации своих творческих порывов или, как минимум, для реализации чужих порывов (готовые модели).
Вот только ювелирку не пробовал. Негде опоки прокаливать/плавить/лить. Хотя брусок ювелирного воска ждет своего часа.
Источник
