Самостоятельное производство чпу станка. Пошаговая инструкция сборки станка с чпу своими руками Самодельные станины из алюминиевого профиля станки чпу

15.06.2019

На вопрос, как сделать станок с ЧПУ, можно ответить кратко. Зная о том, что самодельный фрезерный станок с ЧПУ, в общем-то, – непростое устройство, имеющее сложную структуру, конструктору желательно:

обзавестись чертежами;
приобрести надёжные комплектующие и крепежные детали;
подготовить хороший инструмент;
иметь под рукой токарный и сверлильный станки с ЧПУ, чтобы быстро изготовить.

Не помешает просмотреть видео – своеобразную инструкцию, обучающую – с чего начать. А начну с подготовки, куплю всё нужное, разберусь с чертежом – вот правильное решение начинающего конструктора. Поэтому подготовительный этап, предшествующий сборке, – очень важен.

Работы подготовительного этапа

Чтобы сделать самодельный ЧПУ для фрезерования, есть два варианта:

Берёте готовый ходовой набор деталей (специально подобранные узлы), из которого собираем оборудование самостоятельно.
Найти (изготовить) все комплектующие и приступить к сборке ЧПУ станка своими руками, который бы отвечал всем требованиям.

Важно определиться с предназначением, размерами и дизайном (как обойтись без рисунка самодельного станка ЧПУ), подыскать схемы для его изготовления, приобрести или изготовить некоторые детали, которые для этого нужны, обзавестись ходовыми винтами.

Если принято решение создать станок ЧПУ своими руками и обойтись без готовых наборов узлов и механизмов, крепёжных деталей, нужна та схема, собранный по которой станок будет работать.

Обычно, найдя принципиальную схему устройства, сначала моделируют все детали станка, готовят технические чертежи, а потом по ним на токарном и фрезерном станках (иногда надо использовать и сверлильный) изготовляют комплектующие из фанеры или алюминия. Чаще всего, рабочие поверхности (называют еще рабочим столом) – фанерные с толщиной 18 мм.

Сборка некоторых важных узлов станка

В станке, который вы начали собирать собственноручно, надо предусмотреть ряд ответственных узлов, обеспечивающих вертикальное перемещение рабочего инструмента. В этом перечне:

винтовая передача – вращение передаётся, используя зубчатый ремень. Он хорош тем, что не проскальзывают на шкивах, равномерно передавая усилия на вал фрезерного оборудования;
если используют шаговый двигатель (ШД) для мини-станка, желательно брать каретку от более габаритной модели принтера – помощнее; старые матричные печатные устройства имели достаточно мощные электродвигатели;

для трёхкоординатного устройства, понадобится три ШД. Хорошо, если в каждом найдётся 5 проводов управления, функционал мини-станка возрастёт. Стоит оценить величину параметров: напряжения питания, сопротивления обмотки и угла поворота ШД за один шаг. Для подключения каждого ШД нужен отдельный контроллер;
с помощью винтов, вращательное движение от ШД преобразуется в линейное. Для достижения высокой точности, многие считают нужным иметь шарико-винтовые пары (ШВП), но это комплектующая не из дешевых. Подбирая для монтажа блоков набор гаек и крепежных винтов, выбирают их со вставками из пластика, это уменьшает трение и исключает люфты;

вместо двигателя шагового типа, можно взять обычный электромотор, после небольшой доработки;
вертикальная ось, которая обеспечивает перемещение инструмента в 3D, охвачивая весь координатный стол. Её изготовляют из алюминиевой плиты. Важно, чтобы размеры оси были подогнаны к габаритам устройства. При наличии муфельной печи, ось можно отлить по размерам чертежей.

Ниже – чертёж, сделанный в трёх проекциях: вид сбоку, сзади, и сверху.

Максимум внимания – станине

Необходимая жесткость станку обеспечивается за счёт станины. На нее устанавливают подвижной портал, систему рельсовых направляющих, ШД, рабочую поверхность, ось Z и шпиндель.

К примеру, один из создателей самодельного станка ЧПУ, несущую раму сделал из алюминиевого профиля Maytec – две детали (сечение 40х80 мм) и две торцевые пластины толщиной 10 мм из этого же материала, соединив элементы алюминиевыми уголками. Конструкция усилена, внутри рамы сделано рамку из профилей меньших размеров в форме квадрата.

Станина монтируется без использования соединений сварного типа (сварным швам плохо удаётся переносить вибронагрузки). В качестве крепления лучше использовать Т-образные гайки. На торцевых пластинах предусмотрена установка блока подшипников для установки ходового винта. Понадобится подшипник скольжения и шпиндельный подшипник.

Основной задачей сделанному своими руками станку с ЧПУ умелец определил изготовление деталей из алюминия. Поскольку ему подходили заготовки с максимальной толщиной 60 мм, он сделал просвет портала 125 мм (это расстояние от верхней поперечной балки до рабочей поверхности).

Этот непростой процесс монтажа

Собрать самодельные ЧПУ станки, после подготовки комплектующих, лучше строго по чертежу, чтобы они работали. Процесс сборки, применяя ходовые винты, стоит выполнять в такой последовательности:

знающий умелец начинает с крепления на корпусе первых двух ШД – за вертикальной осью оборудования. Один отвечает за горизонтальное перемещение фрезерной головки (рельсовые направляющие), а второй за перемещение в вертикальной плоскости;
подвижной портал, перемещающийся по оси X, несет фрезерный шпиндель и суппорт (ось z). Чем выше будет портал, тем большую заготовку удастся обработать. Но у высокого портала, в процессе обработки, – снижается устойчивость к возникающим нагрузкам;

для крепления ШД оси Z, линейных направляющих используют переднюю, заднюю, верхнюю, среднюю и нижнюю пластины. Там же сделайте ложемент фрезерного шпинделя;
привод собирают из тщательно подобранных гайки и шпильки. Чтобы зафиксировать вал электродвигателя и присоединить к шпильке, используют резиновую обмотку толстого электрокабеля. В качестве фиксатора могут быть винты, вставленные в нейлоновую втулку.

Затем начинается сборка остальных узлов и агрегатов самоделки.

Монтируем электронную начинку станка

Чтобы сделать своими руками ЧПУ станок и управлять ним, надо оперировать правильно подобранным числовым программным управлением, качественными печатными платами и электронными комплектующими (особенно если они китайские), что позволит на станке с ЧПУ реализовать все функциональные возможности, обрабатывая деталь сложной конфигурации.

Для того, чтобы не было проблем в управлении, у самодельных станков с ЧПУ, среди узлов, есть обязательные:

шаговые двигатели, некоторые остановились напримере Nema;
порт LPT, через который блок управления ЧПУ можно подключить к станку;
драйверы для контроллеров, их устанавливают на фрезерный мини-станок, подключая в соответствии со схемой;

платы коммутации (контроллеры);
блок электропитания на 36В с понижающим трансформатором, преобразующем в 5В для питания управляющей цепи;
ноутбук или ПК;
кнопка, отвечающая за аварийную остановку.

Только после этого станки с ЧПУ проходят проверку (при этом умелец сделает его пробный запуск, загрузив все программы), выявляются и устраняются имеющиеся недостатки.

Вместо заключения

Как видите, сделать ЧПУ, которое не уступит китайским моделям, – реально. Сделав комплект запчастей с нужным размером, имея качественные подшипники и достаточно крепежа для сборки, эта задача – под силу тем, кто заинтересован в программной технике. Примера долго искать не придётся.

На фото внизу – некоторые образцы станков, имеющих числовое управление, которые сделаны такими же умельцами, не профессионалами. Ни одна деталь не делалась поспешно, произвольным размером, а подходящая к блоку с большой точностью, с тщательным выверением осей, применением качественных ходовых винтов и с надёжными подшипниками. Верно утверждение: как соберешь, так и работать будешь.

На ЧПУ выполняется обработка дюралевой заготовки. Таким станком, который собрал умелец, можно выполнить много фрезерных работ.

Компания Purelogic R&D предлагает приобрести на выгодных условиях конструкционный алюминиевый профиль. Это прочный и легкий материал для создания инженерных систем любой сложности и назначения. Станочный профиль используется для изготовления станины станков ЧПУ. Кроме того, он применяется для сборки рабочих мест персонала, осей перемещения, координатных столов и т. д.

Конструкционный алюминиевый профиль изготавливают по технологии горячей экструзии. Он получается путем выдавливания материала через специальную матрицу экструдера. В качестве исходного сырья могут быть использованы различные сплавы алюминия.

Важнейшим достоинством и главным отличием изделия из станочного профиля является возможность быстрого изменения конструкции, ее наращивания, перестроения и модернизации.

В данном разделе представлены:

конструкционный алюминиевый профиль;
наборные алюминиевые рабочие столы различного сечения;
алюминиевые уголки;
кабель-каналы.

Направляющий профиль может быть дополнен различными комплектующими:

виброопорами;
торцевыми и пазовыми заглушками;
колесными опорами;
торцевыми крепежными пластинами.

Особенности использования конструкционного профиля

Изделия, выполненные из высокопрочных алюминиевых сплавов и имеющие сложное сечение, обеспечивают:

возможность оперативной сборки и разборки конструкций. Это позволяет быстро проводить ремонтные работы, различные мероприятия по модернизации, а также перемещать оборудование на новое место. Возможно внесение изменений в создаваемый объект на любой стадии его готовности, что особенно важно при изготовлении приспособлений спецназначения и различных несерийных станков;
высокую прочность соединений при отсутствии сварки;
оптимальное сочетание малого веса и прочностных характеристик. Это достигается за счет используемых деформируемых сплавов на основе алюминия и сложной конфигурации поперечного сечения;
минимальные трудовые и финансовые затраты, оперативность исполнения при проектировании и создании конструкций любой сложности.

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

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: и .

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.

Файлы для скачивания «Шаг 1»

Габаритные размеры

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.

Несущая рама в сборе

Уголки для защиты направляющих

Файлы для скачивания «Шаг 2»

Чертежи основных элементов станины

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.

Файлы для скачивания «Шаг 3»

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.

Файлы для скачивания «Шаг 4»

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.

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.

Сам станок состоит из алюминиевых профилей и 3D деталей, которые я самостоятельно создал и распечатал на принтере. Остановил я свой выбор на 3D деталях потому, что не имею разнообразных инструментов и оборудования, которые позволили бы создать точные и качественные элементы поделки . Поэтому помог мой 3D принтер и простые ручные инструменты для окончательной сборки.

Шаг 1: Материалы

суппорт для направляющих ∅ 2см – 8шт
направляющие ∅ 2см х 30см – 2шт
направляющие ∅ 2см х 60см – 2шт
червячная направляющая 30см – 1шт
червячная направляющая 60см – 1шт
ось Z для ЧПУ
суппорт с внутренней резьбой
гладкая втулка
кронштейн для фрезера
шаговые двигатели
переходная муфта для вала двигателя (с 1см до 0.6см)
микропереключатели – 6шт
обжимные разъемы
контактные разъемы с крепежной гайкой – 4шт
штекеры для контактных разъемов – 4шт
кабель
алюминиевый профиль с Т-образными пазами 60х30: для рамы и верха – 65см, для стола — 315см (профиль с отверстиями в торце), вертикали — 61см (+ 4 торцевые заглушки)
алюминиевый профиль с Т-образными пазами 120х30: боковые стороны – 61см (+ 4 торцевые заглушки)
Т-образные болты М6
болты и гайки М6
подшипник 1см х 2.2см

Шаг 2: 3D детали

В софте для 3D проектирования я создал макеты кронштейнов, которые будут удерживать направляющие, а также макет кронштейна для шагового двигателя, крепящий его к раме. Большой плюс 3D печати в том, что детали получаются очень точными и нет нужды их подгонять и высверливать отверстия. Итак, спроектировав необходимые детали поделки вот в этой программке , я затем распечатал их на своем 3D принтере.

Шаг 3: Отверстия червячных направляющих

В боковых концевых профилях высверлил отверстия для червячной направляющей, они должны быть немного больше диаметра самих направляющих (1см).

Шаг 4: Сборка

С помощью Т-образных и обычных болтов собрал мозгодетали вместе.

Шаг 5: Концевые выключатели

На собранной конструкции закрепил концевые выключатели, которые будут отключать движение каретки фрезера в конечных точках.

Кабель провел про принципу «нормально замкнутый», то есть при коротком замыкании самоделка перейдет в безопасный режим. Для этого мне пришлось доработать питание блока управления и поставить кнопку экстренного выключения.

Шаг 6: Настройка параметров Mach3

Для настройки значений движения по осям я использовал этот полезный сайт и получил:
Шаговый угол моторов — 1,8 °
Передаточное число двигателей и червячной направляющей 1:1
Значение ЧПУ контроллера ¼ шага
для оси Z: червячная передача 9.53мм (2.11мм ведущая), ход в мм 379,47
для X и Y оси: червячная передача 9.53мм (5.08мм ведущая) x 381мм, ход в мм 157,48

Шаг 7: Заключительный шаг

В качестве заключительной доработки я вырезал и установил рабочую поверхность из МДФ, на которой легко и быстро размещать/менять обрабатываемые элементы.

Ну а самым последним шагом было подключение мозгостанка к компьютеру и его запуск, правда еще ушло много времени на чтение инструкции для Mach3 🙂

Шаг 8: Доработка — корпус

Первое что я сделал после всех основных работ, так это корпус для электроники, который будет защищать электронные детали от пыли и прочих неприятностей.

Шаг 9: Первые пробы

Тестирование мозгостанка прошло нормально, но выявило несколько недостатков:

— люфт оси Y. Червяк оси Y установлен в обычных суппортах, но позже я планирую установить безлюфтовые суппорты.

— при быстром движении каретки по оси Y есть легкие отклонения рамы. Причина в не сбалансированности рамы, и ее я планирую решить установкой дополнительного алюминиевого профиля, который заодно и укрепит всю раму.

— ложные срабатывания концевых выключателей. Возможна причина в наведении от не экранированного кабеля. Пришлось внести изменения в код чтобы перенастроить их срабатывание.

Шаг 10: Доработка – регулятор скорости вращения и кнопка экстренного выключения

Фрезер, который я установил на свой мозгостанок , имеет фиксированную скорость вращения фрезы, поэтому пришлось установить дополнительный регулятор скорости вращения, а именно модуль управления переменным током.

Еще в разрыв питающих проводов смонтировал кнопку экстренной остановки, которая при необходимости отключает и фрезер, и движение каретки.

Вот такой у меня получился первый ЧПУ станок! Благодарю за мозговнимание и удачи в творчестве!