Маленький, но сильный ЧПУ-фрезер своими руками

Инструкция по сборке самодельного фрезерного станка с ЧПУ

Ниже на фото вы можете увидеть самодельный фрезерный станок с ЧПУ, к которому прилагаются подробные инструкции по изготовлению и сборке, в которых указаны используемые материалы и комплектующие, точные «схемы» деталей станка и приблизительная стоимость. Единственный недостаток — инструкция на английском языке, но разобраться в подробных чертежах, не зная языка, вполне возможно.

Фрезерный станок с ЧПУ собран и готов к работе. Вот несколько иллюстраций, взятых из инструкции по сборке этой машины

«Схемы» деталей машин (уменьшенное изображение)

Начало сборки станка

Промежуточная фаза

Завершающий этап сборки

Подготовительные работы

Если вы решили сконструировать станок с ЧПУ своими руками, без использования готового набора, то первое, что вам нужно будет сделать, это выбрать принципиальную схему, по которой такое мини-оборудование будет работать.

Схема фрезерного станка с ЧПУ

За основу фрезерного оборудования с ЧПУ можно взять старый сверлильный станок, у которого рабочая головка со сверлом заменена на фрезерный. Самое сложное, что придется спроектировать в таком оборудовании, — это механизм, обеспечивающий движение инструмента в трех независимых плоскостях. Этот механизм можно собрать на базе тележек от неисправного принтера, он обеспечит перемещение инструмента в двух плоскостях.

программное управление легко подключить к устройству, собранному по такой принципиальной схеме. Однако его главный недостаток заключается в том, что на таком станке с ЧПУ можно обрабатывать только детали из пластика, дерева и тонкого листового металла. Объясняется это тем, что каретки старого принтера, которые будут обеспечивать движение режущего инструмента, не обладают достаточной степенью жесткости.

Облегченная версия фрезерного станка с ЧПУ для работы с мягкими материалами

Чтобы ваш самодельный станок с ЧПУ мог выполнять полноценные фрезерные операции с заготовками из различных материалов, за перемещение рабочего инструмента должен отвечать достаточно мощный шаговый двигатель. Совсем не обязательно искать двигатель шагового типа, его можно сделать из обычного электродвигателя, подвергнув его последней небольшой модификации.

Использование в вашем фрезерном станке шагового двигателя позволит вам избежать использования винтового привода, при этом функциональность и особенности самодельной техники от этого не ухудшатся. Однако, если вы решите использовать тележки для принтера для своего мини-устройства, рекомендуется взять их с более крупной модели печатающего устройства. Для передачи усилия на вал фрезерного оборудования лучше использовать нестандартные, но зубчатые ремни, которые не будут скользить по шкивам.

Ременный привод

Одним из важнейших компонентов таких машин является механизм маршрутизатора. Именно его изготовлению следует уделить особое внимание. Чтобы сделать такой механизм правильно, вам потребуются подробные чертежи, которым придется неукоснительно следовать.

Чертежи фрезерного станка с ЧПУ

Рисунок n. 1 (вид сбоку)

Рисунок n. 2 (вид сзади)

Рисунок n. 3 (вид сверху)

Приступаем к сборке оборудования

Основой самодельного фрезерного оборудования с ЧПУ может стать прямоугольная балка, которую необходимо надежно закрепить на направляющих.

Несущая конструкция станка должна иметь высокую жесткость, сварные соединения при установке лучше не использовать, а все элементы нужно соединять только винтами.

Узел крепления деталей станины станка с помощью винтового соединения

Объясняется это требование тем, что сварные швы очень плохо переносят вибрационные нагрузки, которым обязательно будет подвергаться несущая конструкция оборудования. В результате такие нагрузки приведут к тому, что рама станка со временем начнет разрушаться и произойдут изменения геометрических размеров, что скажется на точности конфигурации оборудования и его производительности.

Сварные швы при установке каркаса самодельного фрезерного станка часто провоцируют развитие зазоров в его узлах, а также прогиб направляющих, который образуется при больших нагрузках.

Установка подкосов

В фрезерном станке, который вы будете собирать своими руками, должен быть предусмотрен механизм, обеспечивающий движение рабочего инструмента в вертикальном направлении. Лучше всего для этого использовать косозубую передачу, вращение которой будет передаваться при помощи зубчатого ремня.

Важной частью фрезерного станка является его вертикальная ось, которую можно сделать из алюминиевой пластины для самодельного устройства. Очень важно, чтобы размеры этой оси точно соответствовали размерам собранного устройства. Если у вас есть муфельная печь, вы можете сделать вертикальную ось станка своими руками, выплавив ее из алюминия по размерам, указанным на готовом чертеже.

Верхняя тележка на поперечных рельсах

После того, как вы подготовили все компоненты своей самодельной фрезерной машины, можно приступать к ее сборке. Этот процесс начинается с установки двух шаговых двигателей, которые крепятся к корпусу оборудования за его вертикальной осью. Один из этих электродвигателей будет отвечать за перемещение фрезерной головки в горизонтальной плоскости, а второй — за перемещение головки, соответственно, в вертикальной плоскости. Далее собираются остальные узлы и агрегаты самодельного оборудования.

Завершающий этап сборки станка

Вращение на все узлы самодельного оборудования с ЧПУ должно передаваться только ременными передачами. Перед подключением системы программного управления к собранной машине необходимо проверить ее работу в ручном режиме и сразу устранить все выявленные недостатки в ее работе.

Вы можете посмотреть процесс сборки фрезерного станка своими руками на видео, которое легко найти в Интернете.

Шаговые двигатели

В конструкции любого фрезерного станка с ЧПУ обязательно должны быть шаговые двигатели, обеспечивающие движение инструмента в трех плоскостях: 3D. При проектировании самодельного станка для этой цели можно использовать электродвигатели, установленные в матричном принтере. Большинство старых моделей матричных принтеров оснащалось достаточно мощными электродвигателями. В дополнение к шаговым двигателям старого принтера вам следует взять с собой прочные стальные стержни, которые также можно использовать в конструкции вашего самодельного станка.

Подключение шагового двигателя к верхней каретке

Чтобы сделать фрезерный станок с ЧПУ своими руками, понадобится три шаговых двигателя. Поскольку в матричном принтере их всего два, вам нужно будет найти и разобрать еще одно старое печатающее устройство.

Будет большим плюсом, если найденные вами моторы будут иметь пять управляющих проводов — это значительно увеличит функциональность вашего будущего мини-автомобиля. Также важно узнать следующие параметры найденных вами шаговых двигателей: на сколько градусов выполняется поворот за один шаг, какое напряжение питания, а также значение сопротивления обмотки.

Вам понадобится отдельный контроллер для подключения каждого шагового двигателя

Конструкция привода самодельного фрезерного станка с ЧПУ собирается из гайки и штифта, размеры которых следует предварительно подбирать по чертежу вашего оборудования. Толстую резиновую обмотку от электрического кабеля удобно использовать для фиксации вала двигателя и фиксации его на шпильке. Детали вашего станка с ЧПУ, такие как зажимы, могут быть выполнены в виде нейлоновой втулки, в которую вставлен винт. Для изготовления таких простых конструктивных элементов вам понадобится обычный напильник и дрель.

Электронная начинка оборудования

Ваш DIY-станок с ЧПУ будет управляться программным обеспечением, и вам нужно будет выбрать подходящий. Выбирая такое программное обеспечение (вы можете написать его самостоятельно), важно обращать внимание на то, чтобы оно работоспособно и позволяло машине реализовать весь свой функционал. Это программное обеспечение должно содержать драйверы для контроллеров, которые будут установлены на мини-завод.

В самодельном станке с ЧПУ в обязательном порядке присутствует LPT порт, через который к станку подключается электронная система управления. Очень важно, чтобы это подключение производилось через установленные шаговые двигатели.

Схема подключения однополюсных шаговых двигателей для 3-х осевого станка с ЧПУ (нажмите, чтобы увеличить)

Выбирая электронные компоненты для своего станка своими руками, важно обращать внимание на их качество, так как от этого будет зависеть точность тех технологических операций, которые на нем будут выполняться. После установки и подключения всех электронных компонентов системы ЧПУ необходимо загрузить необходимое программное обеспечение и драйверы. Только после этого следует проверка машины, проверка правильности ее работы под контролем загруженных программ, выявление недостатков и их оперативное устранение.

Все вышеперечисленные этапы и перечисленные компоненты подходят для изготовления на фрезерном станке своими руками не только кондукторной развёртки, но и ряда других типов. На таком оборудовании можно обрабатывать детали сложной конфигурации, так как рабочий орган станка может перемещаться в трех плоскостях: 3d.

Ваше желание собрать такой станок с ЧПУ своими руками должно подкрепляться наличием определенных навыков и подробных чертежей. Также настоятельно рекомендуется посмотреть серию тематических обучающих видео, некоторые из которых представлены в этой статье.

Работы подготовительного этапа

Сделать самодельный фрезерный станок с ЧПУ существует два варианта:

1. Берем готовый комплект деталей (специально подобранные агрегаты), из которого собираем оборудование сами.
2. Найдите (создайте) все комплектующие и приступайте к сборке станка с ЧПУ своими руками, отвечающего всем требованиям.

важно определиться с назначением, размерами и конструкцией (как обойтись без чертежа самодельного станка с ЧПУ), найти схемы его изготовления, закупить или изготовить определенные для этого детали, приобрести ходовые винты.

Есть разные примеры выбора того или иного варианта. Часто делают машинку из МДФ, многие используют фанеру для изготовления самого рабочего стола, других деталей, а также можно приобрести нержавеющую трубку для направляющих.

возможна схема фрезерного станка с ЧПУ, в которой за основу взяли старый сверлильный станок и заменили рабочую головку на сверло с фрезерным станком.

А для этого необходимо сконструировать механизм (в его конструкции есть подшипник), который отвечает за обеспечение движения инструмента в трех плоскостях (по осям). Обычно он собирается на базе кареток принтера. Когда сборка будет завершена по такой принципиальной схеме, остается подключить программное управление к устройству.

Но на таком самодельном станке из-за недостаточной жесткости тележек можно будет освоить производство печатных плат, обрабатывать только куски пластика, дерева и тонкого листового металла. Для станка с ЧПУ и полноценного фрезерования на нем понадобится мощный мотор и хорошая электроника. И, в частности, печатная плата.

Если вы решили сделать станок с ЧПУ самостоятельно и обойтись без готовых комплектов узлов и механизмов, крепежа, то вам понадобится собранная схема, по которой станок будет работать.

Обычно, найдя принципиальную схему устройства, сначала моделируют все детали станка, готовят технические чертежи, а затем используют их на токарно-фрезерном станке (иногда необходимо использовать сверлильный станок) для изготовления деталей из фанера или алюминий. Чаще всего рабочие поверхности (их еще называют рабочим столом) представляют собой фанеру толщиной 18 мм.

Сборка некоторых важных узлов станка

В станке, который вы начали собирать своими руками, нужно предусмотреть ряд ответственных узлов, обеспечивающих вертикальное перемещение рабочего инструмента. В этом списке:

• косозубая передача — вращение передается через зубчатый ремень. Он хорош тем, что не скользит по шкивам, равномерно передавая усилия на вал фрезерного оборудования;
• если для мини-станка используется шаговый двигатель (ШМ), тележку желательно брать от более крупной модели принтера — он более мощный; старые матричные принтеры имели достаточно мощные электродвигатели;

• для трехмерного устройства вам понадобятся три шаговых двигателя. Ну а если в каждом будет по 5 проводов управления, то функциональность мини машинки увеличится. Стоит оценить значение параметров: напряжение питания, сопротивление обмотки и угол поворота шагового двигателя за один шаг. Для подключения каждого шагового двигателя требуется отдельный контроллер;
• с помощью винтов вращательное движение от шагового двигателя преобразуется в линейное. Для достижения высокой точности многие считают необходимым наличие шарико-винтовой пары (ШВП), но этот компонент стоит недешево. Выбирая набор крепежных гаек и винтов для монтажных блоков, выбирайте их с пластиковыми вставками, это снижает трение и исключает люфт;

• вместо шагового двигателя можно взять обычный электродвигатель, после небольшой доработки;
• вертикальная ось, которая перемещает инструмент в 3D, покрывая всю таблицу XY. Он состоит из алюминиевой пластины. Важно, чтобы размеры оси соответствовали габаритам устройства. При наличии муфельной печи ось может быть отлита по размерам чертежей.

Ниже представлен рисунок, сделанный в трех проекциях: вид сбоку, вид сзади и вид сверху.

Максимум внимания – станине

Необходимую жесткость станка обеспечивает станина. На нем установлены подвижный портал, система рельсовых направляющих, шаговый двигатель, рабочий стол, ось Z и шпиндель.

Например, один из создателей самодельного станка с ЧПУ изготовил опорную раму из алюминиевого профиля Maytec — две части (сечение 40х80 мм) и две торцевые пластины толщиной 10 мм из того же материала, соединяющие элементы алюминиевыми уголками. Конструкция усиленная, внутри рамы — каркас из более мелких квадратных профилей.

Станина монтируется без использования сварных соединений (сварные швы плохо переносят вибрационные нагрузки). В качестве крепежа лучше всего использовать Т-образные гайки. Торцевые пластины снабжены подшипниковой опорой для крепления гайки. Вам понадобится подшипник скольжения и подшипник шпинделя.

Основную задачу станка с ЧПУ своими руками определил умелец по производству алюминиевых деталей. Так как ему подходили куски максимальной толщиной 60 мм, он сделал расстояние портала 125 мм (это расстояние от верхней поперечной балки до рабочей поверхности).

Этот непростой процесс монтажа

Собирайте самодельные станки с ЧПУ, после подготовки компонентов лучше строго следовать чертежу, чтобы они работали. Процесс сборки с использованием ходовых винтов необходимо производить в следующей последовательности:

• опытный мастер начинает с подключения первых двух шаговых двигателей к корпусу за вертикальной осью оборудования. Один отвечает за горизонтальное перемещение фрезерной головки (рельсовые направляющие), а второй — за движение в вертикальной плоскости;
• подвижный портал, движущийся по оси X, несет на себе фрезерный шпиндель и опору (ось z). Чем выше портал, тем крупнее заготовка. Но у высокого портала в процессе обработки снижается устойчивость к возникающим нагрузкам;

• для фиксации шагового двигателя оси Z, линейных направляющих используйте переднюю, заднюю, верхнюю, среднюю и нижнюю пластины. Там же сделайте корпус для фрезерного шпинделя;
• агрегат собирается из тщательно подобранных гаек и шпилек. Чтобы зафиксировать вал двигателя и закрепить его на шпильке, используйте резиновую обмотку толстого электрического кабеля. Фиксатор можно вкрутить в нейлоновую втулку.

Затем начинается сборка остальных узлов и агрегатов самоделки.

Монтируем электронную начинку станка

Чтобы сделать станок с ЧПУ своими руками и управлять им, нужно работать с правильно подобранным ЧПУ, качественными печатными схемами и электронными компонентами (особенно китайскими), что позволит реализовать все функциональные возможности на станке с ЧПУ путем обработки детали сложной конфигурации.

Во избежание проблем с управлением на самодельных станках с ЧПУ среди узлов имеются обязательные:

• шаговые двигатели, некоторые стационарные например Nema;
• lPT порт, через который блок управления ЧПУ может быть подключен к станку;
• драйверы контроллера, они устанавливаются на мини-фрезерный станок, подключаются по схеме;

• электрические щиты (контроллеры);
• источник питания 36 В с понижающим трансформатором, который можно преобразовать в 5 В для питания схемы управления;
• ноутбук или ПК;
• кнопка, отвечающая за аварийный останов.

Только после этого станки с ЧПУ проходят испытания (при этом мастер проведет испытание, загрузив все программы) и выявленные и устраненные имеющиеся недостатки.

3-х осевой фрезерный станок с ЧПУ

Многие проекты останутся незавершенными без фрезерного станка с ЧПУ. Автор пришел к выводу, что все станки стоимостью менее 2000 евро не могут обеспечить необходимый размер рабочей поверхности и точность.

Что требовалось:

• рабочая зона 900 х 400 х 120 мм;
• относительно тихий шпиндель, гарантирующий высокую мощность на малых оборотах;
• жесткость, по возможности (для обработки алюминиевых деталей);
• высокая степень точности;
• интерфейс USB;
• стоит менее 2000 евро.

Эти требования были учтены в трехмерном дизайне. Цель заключалась в том, чтобы все детали подходили друг к другу.

В результате было принято решение построить маршрутизатор с рамой из алюминиевого профиля, шарико-винтовой парой 15 мм и шаговыми двигателями NEMA 23 с рабочим током 3А, который идеально подошел бы к системе.

Все детали идеально подогнаны, и нет необходимости изготавливать дополнительные специальные детали.

Сложности и трудности

Основная сложность — подбор необходимых комплектующих под ваши пожелания рабочего диапазона станка.
Все сделано по готовым деталям с алиэкспресс. По сути, вы получаете готовый конструктор и проблем со сборкой возникнуть не должно.

1. Определяем размеры станка

• Размер рабочей зоны станка зависит от ходовых винтов
• Стандартные винты с шлицевой головкой продаются в наборах.
• В комплект входят: винт, гайка, держатель гайки, шарнир и держатель винта.

Эта машина имеет следующие размеры:

• ось Y: винт 700 мм, профиль 685 мм.
• соединительный профиль 685 мм
• ось X: винт 500мм, профиль 455мм.
• ось Z: винт 300 мм

с этими параметрами

• рабочая зона станка: X-295 мм Y-480 мм Z-160 мм без установленных концевых выключателей.

Пример

для увеличения размера по оси Y
берем саморез 1500мм, тогда длина профиля будет 1485мм (1500-700 + 685 = 1485) увеличиваем ось Х (портал)
для шурупа длиной 1200мм понадобится профиль длиной 1155мм (1200-500 + 455 = 1155)
а длина соединительного профиля будет 1385мм (685+ (1200-500) = 1385) с такими винтами получится станок с рабочим диапазоном Х-995м Y-1280мм Z-160мм

2. Металлические части

• Машина состоит из 14 различных деталей из конструкционной стали Ст3 толщиной 6 мм. Детали собираются сваркой, для размещения используется паз под штифт, с его помощью элементы легко собираются в одно целое.
• Нажав на изображение в описании, вы сможете просмотреть количество и количество деталей, необходимых для сборки машины.
• Рекомендую заказать элементы детали для лазерной резки. Небольшие отверстия KERNIM для дальнейшего сверления и нарезания резьбы.

3. Алюминиевый профиль

• Металлический профиль 60х60 серии 30 нарезаем по размеру в зависимости от длины выбранной гайки.*
• Выберите длину винта и получите длину профиля для каждой оси. Я выше писал как рассчитать.
• Тройники служат для соединения сварных деталей с профилем
• Винты M5, M6, M8, M10

4. Комплектующие с АЛИ

Для механики вам понадобятся:

• Четыре винта 1605 (шарико-винтовые пары) разной длины (оси X, Y, Z)
• Четыре кубика 1605
• Четыре рукава диаметром 10 мм и 8 мм
• Четыре крепежные гайки
• Четыре фиксированные ножки FK12
• Четыре шаговых двигателя 18 кг серии NEMA23
• Цилиндрические направляющие SBR20 для оси X, Y SBR16 для оси Z
• Подшипники SBR20UU по X, Y (8 шт.) SBR16UU по Z (4 шт.)

Шарико-винтовая передача — 1605 Шарико-винтовая передача, где 16 — ее диаметр, а 5 — шаг на 1 оборот.
* профиль также можно посмотреть на aliexpress

5. Сборка деталей

• Сначала нарезаем нитки во всех элементах по чертежам.
• Элементы собираются при помощи паза для заглушки, после сборки и крепления кипятим.
• Варим без фанатизма, а то заведет и все будет не так.
• Готовим для прихваток или привариваем паз для пробок или комбайн.

6. Собираем сам станок

Все элементы готовы, и теперь остается только собрать и скрутить все части в одну, чтобы получить станок, на который впоследствии можно будет установить систему с ЧПУ. В данном случае это MACH 3.4 или LinuxCNC

Алюминиевый структурный профиль собирается на Т-образных гайках, поэтому мы берем несколько гаек и винтов, которые я использую с внутренним шестигранником (DIN 912). Берем саморезы класса прочности 8.8, они есть в любом хозяйственном магазине.

Что можно доработать

• Добавьте опоры для гибких кабельных каналов.
• Увеличить жесткость, например, добавить перемычки или создать «жертвенный» стол из 18-миллиметровой фанеры
• Обработайте стойки портала и конструкцию по оси Z, осветив всю конструкцию.

Комплекты и наборы для сборки фрезеров с ЧПУ своими руками

Да, доступны комплекты для ручной сборки, но я еще не видел ни одного, который можно было бы адаптировать к вашим конкретным потребностям.

Кроме того, нет возможности внести изменения в конструкцию и тип машины, но их много, и как узнать, какая из них вам подходит? Независимо от того, насколько хороши инструкции, если дизайн будет плохо продуман, конечная машина будет плохой.

Вот почему вам нужно знать, что вы создаете, и понимать, как каждая деталь играет роль!

Заключение и рекомендации

Существует множество впечатляющих конструкций самодельных станков, часто авторы поражают своим гениальным умением и решениями. Самостоятельная сборка станка с ЧПУ или 3D-принтера в качестве хобби превосходит многие другие увлечения — как по полезности полученного результата, потому что на станке можно делать много чудесных вещей, так и с точки зрения преимуществ самого процесса, это не только увлекательное, но и познавательное занятие, помогающее развивать инженерные навыки.

Если вас не так интересует сам процесс, а вам нужен станок с ЧПУ для работы, в мастерской или на предприятии, мы рекомендуем вам покупать готовое промышленное оборудование с гарантией и сервисом.