Чпу фрезерный станок по дереву: описание, конструкция, схемы

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.

Инструменты и материалы

Материалы и функциональные комплектующие для изготовления будущего станка.

Древесина (например, фанера) для корпуса. Высокая нагрузка на станок потребует листовую сталь, профиль (уголок, обычная труба).
Шпиндель также изготавливается стальным (при необходимости). К нему полагается основной мотор с мощностью до 2 киловатт. Конструкция шпинделя станка, рассчитанного на многочасовую и непрерывную работу, нуждается в водяном охлаждении.
Инверторный блок (частотный преобразователь) – выбирается с некоторым запасом мощности. Мотор на 1,5 кВт, например, потребует инвертор мощностью 2,5-3 кВт.
Электронный блок управления или микрокомпьютер – старый «системник» ПК.
Шаговые моторы с платами драйвера – 3 шт

Каждый из них перемещает обрабатываемые заготовки по трём координатам (X, Y, Z).
Кабельный жёлоб или канал – механизмы значительно движутся, неосторожное движение может разрезать один из кабелей.
Кабели разные – их общая протяжённость может достигать метров двадцать.
Шпиндельная цанга или фрезерный патрон.
Охлаждающие шланги и наборы шарикоподшипников (коронки-сепараторы соответствующего диаметра с нужным количеством стальных шариков). Без шариков не сработает ни один крутящий механизм.
Гибкая муфта для передачи плавности хода и уравновешивания параметра соосности шагового двигателя.
Фрезы по дереву

Вначале собранный станок проверяется на обработке древесины.
Болты и гайки с плоскими и гровер-шайбами соответствующих размеров, саморезы.
Водяная помпа – откачивающий насос для перегонки воды по охлаждающему контуру.
Клеи: «суперклей» (например, «Секунда»), герметик, «Момент1». Может потребоваться и эпоксидный (ЭДП).

В качестве инструментария подготовьте.

Сварочный аппарат и набор электродов. Повысить качество сборки поможет полуавтоматическая сварка.
Шпильки – вытачиваются на токарном станке, если не удалось подыскать готовые.
Болгарка и отрезные диски по металлу.
Ручной инструмент: молоток, кусачки, плоскогубцы, шлицевая и фигурная отвёртка. Возможно, потребуется пара разводных ключей – на размер гаек и головок болтов в 10-25 мм. Для шестигранных болтов понадобится набор таких же ключей или трёхгранная отвёртка с набором насадок.
Паяльник и подставка к нему, паяльный флюс, припой. Стандартный припой – марки ПОС-40. Если паяльный флюс недоступен, то потребуется обычная канифоль.

Как сделать самодельный аппарат по дереву и металлу?

Начинать создание токарного станка с ЧПУ следует с разработки сборочного чертежа и деталировки. Затем выбираются из «хлама» подходящие куски проката для изготовления конкретных элементов станины и других узлов.

Основные узлы токарного станка с ЧПУ:

станина с направляющими;
передняя бабка;
шпиндель;
патрон;
суппорт;
салазки с резцедержателем;
задняя бабка с центром;
привод;
компьютер и шкаф управления.

Корпуса выполняются из тонкого листа. Опорные конструкции и основания свариваются из проката толщиной от 8 мм.

Делаем опоры

На станине крепятся все основные узлы. Одновременно основание:

обеспечивает соосность вращающегося и неподвижного центров;
параллельность расположения направляющих и оси вращения; гасит вибрацию.

Для токарного станка по дереву достаточно взять плиту ДСП толщиной 30–40 мм. Снизу к ней прикрепить деревянные брусья вдоль торцов на расстоянии 10 мм от края. Они заменят ножки при установке станка на столе. отдельно стоящему оборудованию потребуются прочные опоры в виде трапецеидальных конструкций из бруса с наклонными поперечинами.

Лист размечается под установку бабки, направляющих и двигателя. Делаются отверстия и крепится все к опорам. Можно собрать все основание совместно с опорами и после этого по подметке делать отверстия под крепеж.

Собираем аппарат

Передняя, задняя бабка и суппорт предварительно устанавливаются на опорную плиту. Проверяется их соосность и параллельность. После этого узлы закрепляются на станине.

Крепится к основанию передняя бабка.
Устанавливаются направляющие.
Монтируется ходовой винт.
На направляющие устанавливается суппорт, через него пропускается винт и крепится в муфте.
Выставляется задняя бабка – неподвижный центр.

Для обработки деталей разной длины, задняя бабка закрепляется через втулки на круглых направляющих или в основании опоры делаются продольные пазы, чтобы перемещать ее вдоль оси и зажимать болтами.

Изготавливаем 3-кулачковый патрон

Крепление планшайбы патрона к шпинделю осуществляется через резьбовую или коническую втулку. Ее можно выточить самостоятельно из дерева, желательно твердой породы. Для этого на место шпинделя закрепляется электродрель.

Сверло заменяется зенкером или зубчатой фрезой для ручного фрезера. Торец заготовки прижимается к инструменту и вращается вместе с ним. Резец подводится суппортом и перемещается поперечно салазками. Обработка производится в ручном режиме управления.

Для соединения с планшайбой, втулка изготавливается с фланцем по размеру отверстия в диске. Разметить 3 паза на планшайбе от центра строго под 120⁰. Они не должны до края 12–15 мм и от втулки быть на расстоянии 8–10 мм.

Процесс сборки

Распечатав чертежи, у меня появились детали, которые необходимо было собрать в кучу. Первое, что я сделал, – это установил дверь корпуса электроники с левой стороны и замок с петлей (дверца устанавливается без трудностей, поэтому я сделал это в первую очередь. Чтобы собрать корпус для электроники, я использовал множество L-образных железных скоб с отверстиями под саморезы. Если корпус планируется изготавливать из фанеры, то предварительно необходимо просверлить в ней также отверстия под саморезы.

Сначала была взята снова левая сторона корпуса электроники и установлена на нее передняя и задняя части корпуса при помощи скоб. Я не использовал винты или гвозди для установки крышки и панели управления, а прикрутил те же скобы к стенкам и просто положил крышку с панелью на них чтобы в дальнейшем при установке электроники не возникало никаких неудобств.

Отложив корпус электроники в сторону и взяв опорную плиту и опорные части оси Х необходимо установить их таким образом, как показано на фотографиях, убедившись, что ось Х и крепление мотора находятся на правой стороне станка с ЧПУ. Теперь можно смело установить корпус электроники таким же образом, как и показано на рисунках.

Далее были взяты два 700-мм вала, нанизаны на них по два линейных подшипника на каждый, и они были зафиксированы на самом станке при помощи специальных концевых опор для шлифованных валов.
На данном этапе у меня получилось вот что:

Уберите в сторону эту половину лазерного станка на некоторое время и займитесь подвижной частью X, а ось Y поддержите и прикрепите на весу опоры вала к движущейся части оси X гайками и болтами и прикрепите двумя гайками опору на ось Х.

Теперь возьмите два 500-миллиметровых вала, наденьте по одному линейному подшипнику на каждый вал, наденьте опору вала на каждый конец каждого вала и установите их на станок.
Прикрепите ходовую гайку оси Y на подвижную часть оси Y с помощью гаек и болтов, и прикрутите ее к линейным подшипникам с помощью саморезов.
Прикрепите ходовой винт и шаговый двигатель.
Подсоедините все это к другой половине гравера и закрепите ходовой винт и шаговый двигатель.

Теперь у вас должно выйти что-то похожее на то, что изображено на этом фото:

Приступаем к сборке оборудования

Основой самодельного фрезерного оборудования с ЧПУ может стать балка прямоугольного сечения, которую надо надежно зафиксировать на направляющих.

Несущая конструкция станка должна обладать высокой жесткостью, при ее монтаже лучше не использовать сварных соединений, а соединять все элементы нужно только при помощи винтов.

Узел скрепления деталей рамы станка посредством болтового соединения

Объясняется это требование тем, что сварные швы очень плохо переносят вибрационные нагрузки, которым в обязательном порядке будет подвергаться несущая конструкция оборудования. Такие нагрузки в итоге приведут к тому, что рама станка начнет разрушаться со временем, и в ней произойдут изменения в геометрических размерах, что скажется на точности настройки оборудования и его работоспособности.

Установка вертикальных стоек

Во фрезерном станке, который вы будете собирать своими руками, должен быть предусмотрен механизм, обеспечивающий перемещение рабочего инструмента в вертикальном направлении. Лучше всего использовать для этого винтовую передачу, вращение на которую будет передаваться при помощи зубчатого ремня.

Важная деталь фрезерного станка – его вертикальная ось, которую для самодельного устройства можно изготовить из алюминиевой плиты

Очень важно, чтобы размеры этой оси были точно подогнаны под габариты собираемого устройства. Если в вашем распоряжении есть муфельная печь, то изготовить вертикальную ось станка можно своими руками, отлив ее из алюминия по размерам, указанным в готовом чертеже

Узел верхней каретки, размещенный на поперечных направляющих

После того как все комплектующие вашего самодельного фрезерного станка подготовлены, можно приступать к его сборке. Начинается данный процесс с монтажа двух шаговых электродвигателей, которые крепятся на корпус оборудования за его вертикальной осью. Один из таких электродвигателей будет отвечать за перемещение фрезерной головки в горизонтальной плоскости, а второй — за перемещение головки, соответственно, в вертикальной. После этого монтируются остальные узлы и агрегаты самодельного оборудования.

Финальная стадия сборки станка

Вращение на все узлы самодельного оборудования с ЧПУ должно передаваться только посредством ременных передач. Прежде чем подключать к собранному станку систему программного управления, следует проверить его работоспособность в ручном режиме и сразу устранить все выявленные недостатки в его работе.

Посмотреть процесс сборки можно на видео, которое несложно найти в интернете.

https://youtube.com/watch?v=ffHmDBK__a4

Общие понятия

Как правило, на всех станках с ЧПУ используется электрический гравер, либо фрезер, на котором можно менять насадки. Станок с числовым управлением применяется для придания тем или иным материалам элементов декора и не только. ЧПУ станки, в связи с продвижениями в компьютерном мире, должны иметь множество функций. К таким функциям относятся:

Фрезерование

Механический процесс обработки материала, в процессе которого, режущий элемент (насадка, в виде фрезы), производит вращательные движения на поверхности заготовки.

Гравировка

Заключается в нанесении того или оного изображения на поверхности заготовки. Для этого используют либо фрезы, либо штихель (стальной стержень с заострённым под углом одним концом).

Сверление

Механическая обработка материала резаньем, с помощью сверла, за счёт которого получаются отверстия разных диаметров и отверстия, имеющие много граней различных сечений и глубин.

Лазерная резка

Способ раскроя и резанья материала, при котором отсутствует механическое воздействие, сохраняется высокая точность заготовки, а также деформации, совершаемые данным способом, имеют минимальные деформации.

Графопостроитель

Производится высокоточное рисование сложнейших схем, чертежей, географических карт. Рисование производится за счёт пишущего блока, посредством специализированного пера.

Рисование и сверление печатных плат

Производство плат, а также рисование электропроводящих цепей на поверхности диэлектрической пластины. Также сверление маленьких отверстий под радиодетали.

Какие функции будет выполнять ваш будущий станок с программным управлением решать только вам. А дальше рассмотрим конструкцию станка ЧПУ.

Двигатель и программное обеспечение

схема блока управления

Для самодельного фрезерного станка с ЧПУ (их называют еще cnc) подойдет шаговый двигатель с крутящим моментом от 18 кг\см. Такого мотора достаточно для шпинделя с мощностью 1,5 киловатта. Обрабатывать получится детали из мягких металлов и простых работ по углеродистой стали.

Контроллер, частотный конвектор и материнскую плату можно установить в единый защитный короб. Хотя многие боятся помех, они наблюдаются достаточно редко. Подобный центр управления в жаркую погоду подвержен перегреву!

Фрезерные станки с ЧПУ, собранные своими руками по чертежам, работают под руководством Linux. Некоторые драйвера придется написать своими руками, например, для шагового двигателя с микрошаговым режимом. Контроллеры с выходом USB не работают под управлением Linux, это следует учитывать при их подборе. Покупать нужно четырехосный контроллер и сделать соответствующие настройки.

Верстак

Это специальный стол для рабочего процесса. Его можно оснащать разными вспомогательными элементами. Его параметры обуславливаются количеством свободного пространства в помещении. Также учитывается и планируемый объём работ.

Сегодня самыми распространёнными видами верстаков для фрезерных столов являются:

Статичный. Это полноценная рабочая площадка.
Портативный. Это настольный вариант, быстро собирающийся и позволяющий проводить фрезерные операции.
Агрегатный. Обладает такими возможностями, за счёт которых расширяется пильная площадь.

Для бытовой мастерской оптимальным является п.1. Второй вид годится для работ с небольшими деталями и имеет ограниченный функционал. Для третьего должно быть просторное помещение.

Станок с ЧПУ своими руками

Функциональная схема станка с ЧПУ.

Итак, как сделать данное устройство? Чтобы изготовить станок ЧПУ своими руками, необходимо потратить время на разработку проекта, а также ознакомиться с существующими заводскими моделями. Следуя этим первым и самым простым правилам, удастся избежать самых распространенных ошибок.

Стоит отметить, что фрезеровочный ЧПУ станок – технически сложное устройство с электронными элементами. Из-за этого многие люди полагают, что его невозможно сделать вручную.

Конечно же, данное мнение ошибочно. Однако необходимо иметь в виду, что для сборки понадобится не только чертеж, но и определенный комплект инструментов и деталей. Например, понадобится шаговый двигатель, который можно взять из принтера и т.д.

Следует также учитывать необходимость определенных финансовых и временных затрат. Если подобные проблемы не страшны, тогда изготовить доступный по стоимости и эффективный агрегат с координатным позиционированием режущего инструмента для обработки металла или дерева не составит труда.

Схема

Наиболее трудным этапом изготовления станка ЧПУ по металлу и дереву является выбор оптимальной схемы оборудования. Тут все определяется размерами заготовки и степени ее обработки.

Для бытовых целей лучше отдать предпочтение чертежу небольшого устройства с необходимым набором функций.

Одним из вариантов может быть конструкция, состоящая из двух кареток, которые будут перемещаться в плоскости. Стальные шлифовальные прутки отлично подойдут в качестве основания. На них крепятся каретки.

Также понадобятся ШД и винты с подшипниками качения, чтобы обеспечить трансмиссию. Управление фрезера самодельного станка с ЧПУ будет осуществляться с помощью программы.

Подготовка

Для автоматизации самодельного фрезерного станка с ЧПУ необходимо максимально продумать электронную часть.

Чертеж самодельного станка.

Ее можно разделить на несколько элементов:

блок питания, обеспечивающий подачу электроэнергии на ШД и контроллер;
контроллер;
драйвер, регулирующий работу подвижных частей конструкции.

Затем, чтобы построить самому станок, необходимо подобрать сборочные детали. Лучше всего использовать подручные материалы. Это поможет максимально уменьшить расходы на инструменты, которые вам понадобятся.

Основу обычно делают из дерева, оргстекла или металла

Важно, чтобы во время движения суппортов не возникали колебания. Они приведут к неточной работе аппарата

В связи с этим нужно правильно разработать их конструкцию.

Вот некоторые советы по выбору деталей:

в качестве направляющих подойдут прутки диаметром до 12 мм;
лучшим вариантом для суппорта будет текстолит;
ШД обычно берут от принтеров;
блок фиксации фрезы также делается из текстолита.

Инструкция по сборке

После подготовки и выбора деталей можно приступать к сборке фрезеровального агрегата для обработки дерева и металла.

В первую очередь следует еще раз проверить все комплектующие и удостовериться в правильности их размеров.

Схема устройства ЧПУ.

Порядок выполнения действий при сборке выглядит приблизительно следующим образом:

установка направляющих суппорта, их крепление к боковым поверхностям конструкции;
притирка суппортов в результате их перемещения до тех пор, пока не удастся добиться плавного хода;
затяжка болтов;
установка компонентов на основании устройства;
закрепление ходовых винтов с муфтами;
крепление к винтам муфт шаговых двигателей.

Всю электронную составляющую следует расположить в отдельном блоке. Таким образом, вероятность сбоя во время работы будет сведена к минимуму. Подобный вариант размещения электроники можно назвать лучшей конструкцией.

Особенности работы

После того, как самодельный станок с ЧПУ был собран своими руками, можно приступать к испытаниям.

Кинематическая схема работы устройства.

В ПО должны содержаться все необходимые драйверы для контроллеров.

Начинать следует с несложных программ. При первых запусках необходимо следить за каждым проходом фрезы, чтобы убедиться в правильности обработке по ширине и глубине

Особенно важно проконтролировать трехмерные варианты подобных устройств

Назначение фрезерных станков

Станки с числовым программным управлением получили широкое распространение не только в промышленном производстве, но и в частных мастерских. Они позволяют осуществлять плоскую и профильную обработку металла, пластмассы и дерева.

Кроме того, без них не обойтись при выполнении гравировальных и сверлильно-присадочных работах.

Практически любая задача, решаемая с использованием подобных устройств, выполняется на высоком уровне.

При необходимости что-то начертить на плате или деревянной плите, достаточно создать макет в компьютерной программе и с помощью CNC Milling перенести это на изделие. Выполнить подобную операцию вручную в большинстве случаев просто невозможно, особенно если речь идет о высокой точности.

В то же время даже самодельные станки с ЧПУ справляются с поставленными целями. При должной настройке и использовании качественных узлов, можно добиться от аппарата хорошей точности, минимального люфта и приемлемой скорости работы.

Готовый набор для сборки станка

станок, собранный из набора

Большинство мастеров, собирающих станок своими руками, сталкиваются с необходимостью приобретения многих готовых деталей. В результате цена самодельного устройства может превысить заводскую. Процесс самостоятельной сборки весьма длителен, а результат часто разочаровывает. Нередко умельцы переделывают по нескольку раз станки, собранные без чертежей и расчетов, доводя их работу до желаемого стандарта.

Существует возможность за один рабочий день с помощью гаечного ключа и отвертки сделать своими руками фрезер с ЧПУ, используя готовый набор — своего рода простой конструктор для взрослых, содержащий абсолютно все детали и чертежи. Набор — это гарантия высокого качества будущего станка.

Устройство и испытание самодельного фрезера:

https://youtube.com/watch?v=-x8ZuZxDfws

2 Рекомендации по сборке станка с ЧПУ

Для того, чтобы сделать представленный агрегат для резки фанеры или пенопласта своими руками, необходимо подготовить исходное оборудование. Для этого может быть пригоден бывший в употреблении сверлильный станок для печатных плат.

Это позволит двигаться рабочей фрезе в направлении двух плоскостей. Далее к конструкции подключается электроника, ключевым элементом которой является контроллер и платы «Arduino».

Схема сборки позволяет сделать своими руками самодельный агрегат ЧПУ автоматическим. Такое оборудование может быть предназначено для резки пластика, пенопласта, фанеры или тонкого металла. Для того, чтобы устройство смогло выполнять более сложные виды работ, необходим не только контроллер, но и шаговый двигатель.

Самодельный станок с ЧПУ

Он должен обладать высокими мощностными показателями – не менее 40-50 ватт. Рекомендуется использовать обычный электродвигатель, так как с его применением отпадет необходимость в создании винтовой передачи, а контроллер будет обеспечивать своевременную подачу команд.

Нужное усилие на вал передачи в самодельном устройстве должно передаваться посредством зубчатых ремней. Если для передвижения рабочей фрезы самодельный станок с ЧПУ будет использовать каретки от принтеров, то для этой цели необходимо выбрать детали от принтеров больших размеров.

Сварочные швы будут подвергаться деформации из-за постоянных нагрузок при работе станка. Элементы крепления при этом разрушаются, что приведет к сбою настроек, а контроллер будет работать некорректно.

2.1 О шаговых двигателях суппортах и направляющих

Агрегат с ЧПУ, собранный самостоятельно, должен быть оснащен шаговыми электродвигателями. Как уже упоминалось выше, для сборки агрегата лучше всего использовать двигатели от старых матричных принтеров.

Для эффективного функционирования устройства понадобится три отдельных двигателя шагового типа. Рекомендуется применять двигатели с пятью отдельными проводами управления. Это позволит увеличить функциональность самодельного аппарата в несколько раз.

При подборе двигателей для будущего станка нужно знать число градусов на один шаг, показатель рабочего напряжения и сопротивление обмотки. Впоследствии это поможет произвести корректную настройку всего программного обеспечения.

Деревянный станок с ЧПУ собранный своими руками

Крепление вала шарового двигателя производится с применением резинового кабеля, покрытого толстой обмоткой. Кроме того, с помощью такого кабеля можно присоединить двигатель к ходовой шпильке. Станину можно изготовить из пластмассы с толщиной в 10-12 мм.

Ведущие детали каркаса крепятся с помощью саморезов, а при использовании древесины можно крепить элементы клеем ПВА. Направляющие представляют собой стальные прутья с сечением в 12 мм и длиной в 20 мм. На каждую ось приходится по 2 прута.

Суппорт изготавливают из текстолита, его размеры должны составлять 30×100х40 см. Направляющие части текстолита скрепляются винтами марки М6, а суппорты «Х» и «У» в верху должны иметь 4 резьбовых отверстия для закрепления станины. Шаговые электродвигатели устанавливаются с помощью крепежей.

Крепления можно сделать с использованием стали листового типа. Толщина листа должна составлять 2-3 мм. Далее винт соединяется с осью шагового двигателя посредством гибкого вала. С этой целью можно задействовать обычный резиновый шланг.

Любое гаечное соединение рекомендуется производить с помощью чугунных гаек.

Выводы

Это, пожалуй, и вся информацию, которую он нам донес, но это довольно неплохая инструкция для тех, у кого есть мечта собрать собственноручно хороший самодельный лазерный станок для домашних и хоббийных целей.

Сама сборка лазерного гравера не особо затратная, поскольку количество деталей минимально, да и стоимость их не особо высока. Самыми дорогими деталями являются, наверное, шаговые двигатели, направляющие и, конечно же, детали самой лазерной головки с системой охлаждения.

Именно этот станок заслуживает особого внимания, поскольку не каждый лазерный гравер позволяет быстро устанавливать на 3 ось фрезерную машинку и превращать станок в полноценный ЧПУ фрезер.

В заключение хочется сказать: если вам действительно хочется самому собрать качественный станок ЧПУ своими руками, который будет служить верой и правдой долгие годы, не нужно экономить на каждой детали и пытаться сделать направляющие ровнее заводских или заменять ШВП на шпильку с гайкой. Такой станок работать хоть и будет, но качество его работы и постоянная настройка механики и программного обеспечения просто расстроит вас, заставив пожалеть о потраченном на него времени и средствах.

Характеристика, виды и видео работы фрезерных станков по дереву с чпу