Что нужно для чпу станка

Что нужно для чпу станка

Хочу поделиться опытом с сообществом по созданию чпу станка.
Определимся с будущими возможностями станка. В мои цели входит следующее — гравировка оргстекла шпинделем и лазером и возможно работа с печатными платами (т.е гравировка, для создания печатной платы) и сверление.

Корпус станка сделан из фанеры толщиной 10 мм. Прежде всего была создана 3d модель в программе Sketchup, по ее размерам были вырезаны части чпу.

Что нужно для чпу станка

Последовательность сборки такая — ось Z, Y, X, сборка драйверов, контроллера, настройка всего станка.
Покажу на примере Z, то что потребуется:
1. Шпиндель с готовым креплением.
2. Две направляющие со старых принтеров (диаметр 8мм).
3. Линейные подшипники lm8uu (4 шт.).
4. Крепление для подшипников (4 шт.) и гайки (1 шт.).
5. Фанера (10 мм.).
6. Шаговый мотор Nema 17.
7. Муфта (5мм — резьба М5).
8. Удлиненная гайка М5.
9. Шпилька резьбовая М5.
10. Уголки.
11. Болты, гайки, шайбы, шурупы.
12. Подшипник с внутренним диаметром 5 мм.
13. Шпилька резьбовая М8.
14. Уголки.

Но лучше одни раз увидеть, чем раз сто прочитать, 3D модель оси Z и Y:

Что нужно для чпу станка

Что нужно для чпу станка

Что нужно для чпу станка

Что нужно для чпу станка

Что нужно для чпу станка

Мозговой начинкой станет ардуино с прошивкой grbl 0.9, плюс три драйвера шаговых двигателей на основе микросхем l297 и l298. Еще понадобится блок питания — взял от старого системного блока. В результате получаем не сложную схему с соединением двумя сигналами управления с ардуино к шаговым двигателям (DIR, STEP) и возможностью управления станком с ноутбука или компьютера через usb.
Начнем с простого, старый блок питания разбираем, выпаиваем все ненужные провода, оставляя две массы и два провода +12В. Одни из которых пустим на питание драйверов, другие на питание шпинделя. Для запуска блока еще нужно зеленый провод припаять на массу (имитация кнопки включения системного блока) — цвет может отличаться, нужно смотреть конкретно по марке. Еще я прикрутил болтами М3 корпус блока питания к корпусу чпу и в месте где раньше выходила охапка проводов вставил тумблер для включения шпинделя.

Что нужно для чпу станка

Что нужно для чпу станка

Проба станка производилась на оргстекле, пока нормальных наборов фрез нет взял из набора гравера насадку и попытался что-то "нацарапать", получается примерно следующее (на оргстекле так-же имеются следы от прошлых неудачных работ!):

Что нужно для чпу станка

Что нужно для чпу станка

Видео работы станка:

Прошу не считать за рекламу или пиар, но все таки данный ресурс не является форумом чпу-шников и абсолютно все я здесь привести не могу, не всем это будет интересно, да и много получится! Поэтому укажу лишь, что более подробно описывается это на моем сайте (сборка и настройка драйверов, софта, подготовка файлов к гравировке) кому необходимо тот пусть смотрит.

Что нужно для чпу станка

Возможно, меня уволят за это!

Я давно хотел разместить серию постов по теме самодельных станков с ЧПУ. Но всегда останавливал тот факт, что Станкофф — станкоторговая компания. Дескать, как же так, мы же должны продавать станки, а не учить людей делать их самостоятельно. Но увидев этот проект я решил плюнуть на все условности и поделиться им с вами.

И так, в рамках этой статьи-инструкции я хочу, что бы вы вместе с автором проекта, 21 летним механиком и дизайнером, изготовили свой собственный настольный фрезерный станок с ЧПУ. 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.

Читайте также:  Ключи для накидных гаек

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: 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.

Что нужно для чпу станка

Что нужно для чпу станка

Что нужно для чпу станка

Файлы для скачивания «Шаг 1»

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.

Что нужно для чпу станка

Захотелось автору сделать станок с ЧПУ (CNC) .

И начал собирать информацию по просторам интернета. Да вот беда — почти везде идёт описание конкретных конструкций с фотографиями: “возьмите линейный подшипник на 8мм, или направляющую l=300мм Ф6мм . Шаговый мотор такой-то. Отправьте фанеру толщиной 8мм на лазерную распиловку…” А что делать, если нет ни того, ни другого, ни третьего, распиловка недоступна, и вообще, вы живёте в райцентре, например, где из магазинов только СЕЛЬПО? Думаю, многие столкнулись с подобной ситуацией. В этой статье автор попробует подробно расписать начинающим, что же нужно, для того чтобы подготовиться к созданию CNC (читайте, спроектировать) из подручных материалов практически в любой точке Земли.

Читайте также:  Переходник с ндми на тюльпаны

Часть первая. Устройство станка.

Тем, кто собирается сделать CNC, нужно “узреть” одну непреложную истину: он состоит из нескольких осей (как правило, XY, реже XYZ), каждая из которых имеет свой двигатель ( ш аговый или сервомотор ) с приводом через винтовую или ременную (с зубьями) передачу к каретке (та часть, которая перемещается по направляющим), направляющие – это длинные гладкие стержни (или профили), расположенные вдоль направления перемещения каретки, контроллера, рабочего органа, которым может быть: бор-машина, дрель, экструдер (для 3d- печати) , фломастер, лазер, вжигатель по дереву и интерфейса с ЭВМ (обычный бытовой компьютер).

Итак, что же главное при создании станка?

1. Определитесь, какой станок (и для чего) вам нужен. Уже на этом этапе отпадут многие вопросы, а может, и необходимость построения CNC.

2. Исходя из целей, подберите рабочий орган (или несколько).

3. Определитесь с рабочим полем (размерами).

4. Теперь можно составить список того что нужно с ориентировочной ценой, размерами и другими параметрами.

Наверняка у вас не найдётся всех тех деталей, которые необходимы. Поэтому второй этап – это поиск аналогов и замены механическим деталям.

Часть вторая. Из того, что есть, или «С миру по нитке».

Самой большой проблемой для CNC -строителей будет найти ровные, прочные и гладкие (полированные) направляющие требуемой (большой) длины в нужном количестве и желательно с покрытием (хромированные, например). На самом деле, вариантов довольно много:

— запчасти от принтеров и печатных машинок (где можно достать и каретки тоже);

— мебельные направляющие от выдвижных ящиков (но только шариковые и только качественные) [прим. автора. — рекомендуются только при работе с мягкими материалами или при выжигании, имеют небольшой ресурс];

— хвостовики удлинённых свёрел;

— покупные специальные или обычные профили типа (рельс, квадрат, уголок, трубка);

— это может быть даже струна или спица, натянутые с определённым усилием;

— в старых “бумажных” регистраторах (на заводах) можно найти короткие направляющие для оси Z;

Отдельное внимание нужно уделить креплению направляющих. Для этого можно использовать:

— покупные и самодельные точёные опоры;

— боковины корпуса или кронштейны, в которых высверливают отверстия;

— длинные винты или шпильки (если направляющие имеют отверстия на цилиндрической поверхности);

Не секрет, что каретка должна “ездить” по направляющим с минимальным усилием и люфтом. Также нужно учесть, что для долгой, точной и надёжной работы износ узлов каретки должен быть ничтожен. Для подшипников подойдут такие варианты:

— первые 2 пункта из раздела «направляющие»;

— покупные линейные подшипники требуемого диаметра;

— различные сборки из обычных подшипников качения (например, к профилю квадрат или трубка можно собрать узел из 3х — 4х подшипников, которые будут упираться с разных сторон, кроме того, такой механизм можно ещё и регулировать);

— бронзовые или фторопластовые подшипники скольжения (которые с успехом используют в литейных машинах, и которые потребуется постоянно смазывать);

Читайте также:  Терка для газобетона своими руками

— магнитная или воздушная подушка (что для домашних условий очень сложно);

Но самое главное, нужно помнить, что подшипники и направляющие должны идеально подходить. Это обеспечит точность и надёжность узла.

В CNC передача несёт несколько главных функций:

— передаёт усилие от мотора к каретке (рабочему органу);

— определяет “разрешающую способность” (точность) CNC;

Вне сомнения, винтовая передача является самой желанной в CNC, так как обеспечивает хороший передаточный коэффициент (точность хода каретки), плавность и необратимость (т.е. сопротивление или усилие со стороны рабочего органа почти не влияет на работу мотора). “Хорошей разновидностью” винтовой передачи является винтовая пара (ШВП).

Во многих случаях винтовую передачу можно заменить зубчатой ременной, часто в таких случаях между мотором и передачей ставят ещё и редуктор.

Раньше в принтерах, сканерах и прочей оргтехнике нередко встречались “канатные” передачи, когда усилие передаёт металлический (или другой) канатик, несколько раз обмотанный вокруг шкива для исключения проскальзывания.

А в некоторых случаях можно использовать элементы кривошипно-шатунного механизма с паровоза (конечно, в уменьшеном масштабе). Например, такая передача справится с подъёмом и опусканием рабочего органа “на ура”.

Кроме того, существуют и уже значительно подешевели линейные шаговые двигатели, возможно, для кого-то это будет наилучший вариант. Особое внимание нужно уделить разрезной безлюфтовой гайке винтовой передачи (хорошая альтернатива – достать винтовую пару – это винтовой шариковый подшипник, что будет намного дороже, но и значительно надёжнее).

В случае с ременной передачей всё проще, выбранный участок ремня прижиной планкой фиксируют на каретке. Встречаются также конструкции, где ремень был просто “прибит” к ДСП мебельными скобами.

Итак, где же взять передачу:

— конечно же, старый принтер, сканер, плоттер и т.п.;

— также подойдут длинные шпильки с резьбой (есть на стройрынках);

— флоппи-дисководы форм-фактора 5.25“ и более (старые даже лучше, т.к. они больших габаритов);

Двигатель лучше шаговый. Шаг помельче. Побольше мощность. Вообще, здесь неплохо произвести расчёты. Отталкивайтесь от момента на валу в паспорте двигателя (если таковой имеется) или от размеров. Двигателей полно во всякой компьютерной технике. Лучшие двигатели от плоттеров, для небольших станков хорошо подойдут двигатели от старых дисководов 5 .25 “, матричных принтеров и сканеров.

Как говорится “дарёному коню…”, но лучше избегать биполярных двигателей (где 4 или 8 выводов и нет отвода от середины обмотки) – им потребуется спецальный “мостовой”драйвер (с верхним и нижним ключом), т.к. во время работы двигателя периодически его обмотки требуется подключать к источнику питания сначала одной стороной, а потом – другой. Хорошо “идут” старые советские двигатели типа ДШИ200.

В большинстве случаев, для CNC это просто пластина (плита), которая поддерживает нужное расстояние между линейными подшипниками, и несёт на себе рабочий орган или другую ось.

С основными элементами оси мы определились, теперь нужно всё это “скрепить” в один узел. Как правило, для упрощения конструкции при достаточной прочности используют сборную раму, где направляющие (и, возможно, дополнительные шпильки, распорки) соединяют между собой противоположные плиты, на которых крепятся двигатель, подшипники винтовой передачи, или шкивы ременной передачи.

На рисунке приведена типичная простая конструкция оси.