Фрезерный станок по металлу с ЧПУ своими руками
В нынешнее время существует огромное количество приспособлений и станков, которые осуществляют фрезеровочную деятельность. Можно обрабатывать практически все металлы, которые пригодны для тех или иных работ. Можно купить новый инструмент, а можно собрать точно такой же своими руками. Но двигатель прогресса шагает вперёд. Вместе с тем, использование простого ручного станочка становится нецелесообразным. На сегодняшний день, всё технологическое оборудование оснащено числовым программным обеспечением. Ниже будет представлена информация о фрезерном оборудовании по металлу с ЧПУ.
Общие понятия
Автоматическое управление консолью с фрезой или порталом с фрезером позволяет получить самые точные детали из металла, сделать различные пазы, отверстия, обработка сложных контуров и многое другое. Как правило, под обработку попадает чёрный и цветной металл. Для обработки металлических изделий используют различные фрезы.
Совет: Для обработки металла более большой толщины следует собирать конструкцию прочнее, чтобы не допустить поломки оборудования!
Предназначение
Прямое назначение фрезеровочного оборудования — это обработка металла и изготовление различных металлических деталей и изделий. Существует огромное множество агрегатов для фрезерной обработки металла. Однако, различные модификации фрезерных установок, будь то на производстве или в домашних условиях, работают по одинаковому принципу. А также имеют очень похожие конструкции. Ниже мы рассмотрим все разновидности такого оборудования.
Разновидность
Стационарный фрезерный станок с ЧПУ
Бытовой фрезерный станок по металлу с ЧПУ
Настольный фрезерный станок с ЧПУ
Самодельный фрезерный станок по металлу с ЧПУ
Станки по обработке металла различаются на несколько категорий:
Стационарное оборудование
Располагается на производствах и предназначено для масштабного производства. Как правило, имеют огромный вес и размеры конструкции. Такие приспособления способны обрабатывать толстый металл больших размеров.
Бытовое оборудование
В готовом виде, которые можно с лёгкостью приобрести в интернет — магазине. В основном применяются в быту, для изготовления тех или иных, необходимых изделий или деталей. Имеют небольшие размеры, что даёт возможность расположить такой инструмент в любом месте. Такие приспособления способны производить мелкие детали, для каких — либо механизмов. Для работы используется не толстый материал, чтобы добиться более точной обработки.
Настольные
Такой вид станков применяется как на производствах, так и в быту. Имеют преимущественно малые размеры и не подходят для обработки толстых материалов. В отличие от бытовых станков, на данном станочке можно обрабатывать чуть более толстый материал. Однако размеры заготовок не должны превышать размеры рабочего стола, чтобы фреза или шпиндель могли свободно передвигаться по всей площади обрабатываемой заготовки. За счёт жёсткой конструкции, есть возможность производства серийными партиями. При этом качество получаемой продукции будет замечательным.
Самодельные
прототипы бытовых и настольных, созданные из подручных средств, что существенно экономит семейный бюджет, а также установочное место. Такие приспособления способны заменить бытовые станки. Обработка металла целиком и полностью зависит от жёсткости всей конструкции. С помощью такого аппарата можно изготовить различные детали, предназначенные для механизмов, сделать отверстия в заготовке и многое другое. В домашнем пользовании такой инструмент незаменим.
Теперь, когда вы имеете хоть какое — нибудь представление о таком оборудовании, можно рассмотреть конструкцию и сборку самодельного фрезерного станка. Если бюджет ограничен, то достаточно подобрать подходящие элементы для вашего детища и заказать электронику для полноценной работы. Если же у вас есть компьютер, достаточно будет установить профессиональную программу для направленной работы. Эти программы существуют в свободном доступе на просторах интернета. Самые распространённые программы — это:
Это ещё не все программы. Их очень много.
Конструкция самодельного станка по металлу ЧПУ
Основные детали фрезерного станка по металлу с ЧПУ
Основные элементы такого станка перечислены на фото. Перечислим их:
ШВП оси Z — шарико — винтовая передача
Предназначена такая передача для конвертирования вращательных движений в возвратно — поступательные движения и в обратном направлении.
Вертикальные направляющие
Предназначены для осуществления движения портала со шпинделем по вертикали.
Поперечные направляющие
Предназначены для движения рабочего стола вправо и влево.
Продольные направляющие
Они располагаются непосредственно на станине станка и позволяют двигаться по ним рабочему столу и всей колонне.
Колонна, как правило, в этом элементе станка располагается противовес, который предназначен для компенсации веса шпиндельного узла.
Основание
Самая главная часть станочного оборудования, на котором располагается вся оснастка.
Шпиндель
Рабочая часть узла, которая, посредством закреплённой в нём фрезы, производит обработку металлических заготовок.
Рабочий стол
Это плоскость, на которой непосредственно производятся фрезеровочные работы.
Как правило, на таких станках ещё используют систему охлаждения фрезеровочного инструмента, которая предназначена для предотвращения перегрева фрезы и шпиндельного узла.
Теперь зная конструкцию основных элементов агрегата, можно рассмотреть принципы работы станочного узла.
Принцип работы
Как уже говорилось, любой фрезерный станок, оснащённый программным обеспечением, работает непосредственно по командам, посылаемым с компьютера. Всё чаще используют электронику фирмы Arduino. Специальная программа, в которой создаётся будущее изделие, с точностью и наоборот рассчитывается в специальные G — коды, в свою очередь которые распознаёт контроллер и распределяет сигналы на шаговые двигатели. ШГ (шаговые двигатели) по заданной программе перемещают шпиндель или фрезер по нескольким плоскостям, проектируя на заготовке заданную деталь посредством фрезы.
Как видно, процесс этот довольно не сложный. Главное произвести правильную сборку и установку, а также программного управления и электроники. Рассмотрим ниже процесс сборки фрезеровочного аппарата.
Сборка по чертежам своими руками
Начало сборки фрезерного станка
Промежуточный этап сборки
Заключительный этап сборки
Рассмотрим схему с размерами и разберёмся, какие элементы и куда крепятся, а также как сделать самодельный станок своими руками. Кстати, полную инструкцию по сборке можно скачать бесплатно здесь. Разберём основные этапы сборки:
Начало сборки
Первым и главным этапом сборки вашего агрегата является сборка станины. Ведь именно на ней должен располагаться станок и его комплектующие элементы. К ним относится станина, направляющие и крепёжные элементы. Главное убедиться, что станина имеет довольно прочный каркас и стоит прочно на плоской поверхности.
Промежуточный этап сборки
В этом этапе производится установка консоли фрезера, колонны, шаговых двигателей и остальных направляющих. В данном процессе главное, чтобы скольжение по направляющим было гладким и плавным. А также, необходимо проверить работу и крепление всех механизмов. После этого можно смело переходить к следующему этапу сборки. В инструкции будет наглядно показано, какие детали, какое их количество будет необходимо для данного этапа сборки.
Заключительный этап
На данном этапе проверяется работоспособность всего фрезерного узла в целом. Скольжение по направляющим, работа шаговых двигателей и т.д. По завершении сборки важным и неотъемлемым этапом является установка электроники на станок.
Установка контроллера и программного обеспечения на компьютер
Схема контроллера представлена ниже. На ней представлена полная цепочка разветвлений от контроллера к шаговым двигателям, к компьютеру, к различным датчикам.
После того, как все вышеуказанные этапы успешно пройдены, можно приступать к первому запуску станочного оборудования и первому пропуску металлической заготовки.
Наладка оборудования
Перед первым запуском необходимо установить все необходимые драйвера и программу на компьютер или ноутбук. Конечно же, программа располагается в свободном доступе в интернете. Поэтому, когда программа установлена на ПК, следует загрузить в неё нужные эскизы для изготовления деталей или необходимых элементов (выемок, пазов, отверстий различных диаметров и многое другое). Когда всё сделано, можно загружать материал на рабочую поверхность и приступить к подбору непосредственного инструмента — фрезы, для последующей обработки металла.
Когда фреза подобрана, можно проводить первый прогон на вашем станочке.
Когда всё выполнено, можно смело начинать работать на вашем изобретении. Однако, без соблюдения правил безопасности ни в коем случае нельзя даже притрагиваться к станку без ознакомления правил и техники безопасности.
Техника безопасности
Все правила и техники безопасности одинаковы, однако, при работе с металлом они должны быть особенным. Рассмотрим их ниже:
- При работе с металлом самым главным средством защиты является защита от металлической стружки, чтобы она случайно не попала в глаза.
- Нельзя допускать перегрева фрезерного узла, в противном случае она может разлететься и причинить серьёзный вред вашему здоровью.
- Строго настрого должна присутствовать система охлаждения фрезы.
- Вся электроника и станок должны иметь заземление.
- Дети не должны находиться в свободном доступе к станку, ведь если станок будет работать, стружка может отскочить в лицо ребёнка.
- В электрической сети должны присутствовать автоматические пакеты, чтобы предотвратить пожар при коротком замыкании.
Полный список всех правил безопасности можно найти в интернете. Задав соответствующий запрос в поисковой строке.
Видео обзоры
обзор фрезерного станка с ЧПУ по металлу
Видео обзор по сборке
Видео обзор бюджетного примера
Видео обзор изготовления изделий на станке с ЧПУ
Источник
Большой портальный фрезерный станок с ЧПУ своими руками
Здравствуй дорогой читатель, в этой статье хочу поделиться своим опытом постройки фрезерного портального станка с числовым программным управлением.
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.
Многие любители и не только, собирают такого рода и размера (и даже большего) станки у себя в мастерской или гараже, делая целиком сварную раму, но без последующего отжига и механической обработки за исключением сверления отверстий под крепление направляющих. Даже если повезло со сварщиком, и он сварил конструкцию с достаточно хорошей геометрией, то в последствии работы этого станка ввиду дребезга и вибраций, его геометрия будет уходить, меняться. Я конечно могу во многом ошибаться, но если кто то в курсе этого вопроса, то прошу поделиться знаниями в комментариях.
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.
Рабочее пространство, мм: 2700х1670х200;
Скорость перемещения осей, мм/мин: 3000;
Мощность шпинделя, кВт: 2,2;
Габариты, мм: 2800х2070х1570;
Вес, кг: 1430.
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.
В случае продажи станка с его ценником все не понятно. Так как по себестоимости продавать откровенно жалко, а адекватная цена в голову пока не приходит.
На этом я пожалуй закончу свой рассказ. Если что-то я не осветил, то пишите мне, и я постараюсь дополнить текст. А в остальном многое показано в видео про изготовления станка на моем YouTube канале.
Источник
