Как я собирал ЧПУ фрезер, и в каких моментах не стоит за мной повторять
Странная идея владения собственным станком для раскроя листового материала пришла мне в голову довольно давно — когда я оказался на производстве во г.Владимире. В то время, да и сейчас, я провожу большую часть времени в офисе, и конкретно для меня это объективно эффективнее с финансовой точки зрения. Вместе с тем, однажды увидев магию, которая превращает материал в полезные вещи, от такой мысли отделаться я уже не мог.
Изучая конструкции фрезерных станков, я понял, что они достаточно разнообразны, в аспекте количества осей, перемещения по ним материала и фрезера, и прочих тонкостей. Где-то, в одном станке работают несколько синхронизированных фрезеров, где-то используется сложная система рычагов, которая позволяет рассчитать положение по сложной формуле. Апофеозом конструкторской гениальности считаю вот такое:
Но вернемся к моей идее — она была в том, чтобы раскраивать листовой материал, и фрезеровать в 3d какие-то мягкие формы, например, полистирола.
Конструктив рамы был выбран из соображений жесткости треугольной формы (как водится, ее изменили уже на ходу):
Плюс такой конструкции в том, что станок занимает меньше места, и намного проще установка на него нового листа. Бонус — стружка падает вниз (но ее все равно надо отводить, так что это не очень важно).
Но в чем проблема с этим конструктивом? Дело в том, что ось Z, которая в любом случае достаточно тяжела, ездит вверх под своим весом, и, стало быть, требует более мощного ШД и драйвера. Первой мыслью было установить на тросе через блок противовес, но на форумах не очень хорошо отзываются о тросовых решениях из-за инерции. Но имея площадь, всегда можно завалить станок на длинный катет, и уменьшить этот эффект.
При наличии свободной площади, наверное, идеально было бы разместить треугольники развернутый через один, получился бы такой стол с очень жесткой станиной.
Жесткий каркас станка с горизонтальным столом.
Механика. На оси Z установлена ШВП (шарико-винтовая передача).
ШВП
ШВП обеспечивает максимальную точность позиционирования инструмента, но медленное перемещение. Имея серводвигатели, которые раскручиваются до серьезных оборотов, это не проблема, а у шаговых двигателей таки есть предел разумного использования. Но есть и еще одна проблема с винтом. Будучи свободным, на больших длинах он деформируется, плюс у него есть инерция, и имеет место явление резонанса. Поэтому я решил остальные 2 оси X,Y делать на зубчатой рейке, что на текущий момент считаю ошибкой. Дело в том, что в интернете мало информации, и только недавно в широкой продаже в РФ появились готовые подвижные гайки с редукторами для ШВП — это, по идее, решает проблему инерции винта (но не резонанса).
Что касается передачи на зубчатой рейке, с ней все неплохо, кроме одного — люфты. Они возникают из-за точности исполнения, и неточности установки. Та рейка, которую я купил, была дешевой и тонкой, поэтому испытывает деформации. Не советую делать так.
Фрезер. Я решил для начала взять чего попроще, с воздушным охлаждением (и так по сей день и оставил). Это, конечно, kress. Дешево, и со вкусом. Видел в интернете схемы переделки на цифровое управление оборотами шпинделя, и даже пневмо автосмену (!) инструмента kress — то есть в случае чего можно ловко наколхозить, и будет как у взрослых дядь на станках за $100K.
Что по механике. Ось X — внезапно это та, по которой ездит Z (хотя как по мне, логичней чтоб по Y), двигается ШД с планетарным редуктором. По дурости, я умудрился свернуть шляпки двух болтов, и поэтому там 2 из 4, но ничего. Шестерня зафиксирована на конус + фиксатор резьбы неразъемный.
Ось Y Устроена сложнее. Там тоже редуктор, но червячный, итальянский, далее полуоси через карданы от Волги, и на концах еще ременные редуктора. Очень важно застопорить эти редуктора на зубчатой рейке, чтоб не было люфта. По какой-то причине, я решил, что мебельные лифты подойдут (нет). При фрезеровании сила противодействия такая, что лифт отжимает насколько, что перескакивает шестерня. Пришлось поверх этого колхозить прижимающий эксцентрик.
Вообще, ось Z — самое мощное что есть в станке, все остальное, фактически на соплях. Изначально, правда, я вообще хотел взять могучую металлическую балку к качестве X, зафиксировать ее на бетонных колоннах, и гонять под ней подвижный стол — но по причине пыли, от этого решения пришлось отказаться, станок стал более традиционным и переехал в отдельную комнату. Вот эта балка, лежит во дворе под снегом (от нее уже отрезаны куски болгаркой в хозяйственных целях). Если вы решите заняться сооружением промышленных девайсов дома, вряд ли и вы избежите переделок.
Вот так это должно было быть в первом варианте 
Вообще, особое значение имеет система аспирации. Если вы не будете ее делать, готовьтесь, что при работе с деревом мельчайшая пыль накроет ВСЕ что есть в помещении, включая ваши глаза, волосы и кожу, а если вы работаете с фанерой, то она будет еще и с химикатами, что совсем неприятно.
Наиболее простым мне показалось купить циклон на али, и прикрутить к бочке для воды, а на вывод циклона посадить на пену шланг пылесоса. Несмотря на кажущуюся хлипкость конструкции, если ввод с фрезера забьется, мощности пылесоса хватает чтобы сколлапсировать бочку в бараний рог за несколько секунд, а распрямлял я ее полчаса, и был весь в этой пыли — так что советую следить за всем этим через камеру наблюдения, попивая пиво в другой комнате.
На сладкое я решил оставить электронику. У меня была назойливая идея — запихнуть все в системный блок от компа (и протянуть туда канал чистого воздуха из другой комнаты), и я ее успешно реализовал, но с оговоркой — драйвера под всасывающий вентилятор встали впритык на 3 оси. Как можете видеть, монтаж на стяжках четкий, блок можно поворачивать на 90% не переживая.
Там, где в оригинале должны стоять CD и жесткие диски, располагаются драйвера, на них я поставил втягивающий вентилятор, и будучи осведомленным о пыли, к нему протянул вентканал и гофру из соседней комнаты (теперь не помешает также щель или клапан на улицу, так как избыток давления, очевидно, тупо выдавливает через дверные щели (это ощущается). В передней и нижней части размещены блоки питания драйверов (несложно понять, что один из них запитывает 2 драйвера, и теоретически можно запихнуть в системный блок все 5 драйверов, купив мощный БП, поскольку отбор максимальной мощности вряд ли будет со всех 5 одновременно, а во время удержания потребляемая мощность ШД не очень большая).
В задней нижней зоне, над материнкой, располагается плата управления, в которую по идее должны заходить 5*4=20 входов только с драйверов, но часть из них идет на один вход, так что все ок. Остальные выводы нужны на всякое — на концевики, питание шпинделя, его обороты (если бы они были цифровыми).
Прямо из ввода 220В в системный блок я сделал питание монитора и пылесоса, чтоб не плодить 10 выключателей (клемы Wago слева внизу).
По факту, для раскроя материала станок пригоден более чем — да, где-то на рейке может вылезти небольшой люфт, но когда толщина материала пару мм, и тонкая фреза с такой же в пару мм высотой рабочей кромки, это не играет особой роли. С длинными фрезами для 3D фрезерования есть вопросы (они и существенно дороже раскройных), я подумываю об усилении оси X и переводе всех осей на ШВП, но это дело будущего.
Что хотелось бы сказать в завершение. Если вас что гнетет какая-то идея, а допустим, ваша жена против, следуйте велению своего сердца. Если оно говорит, что надо закончить проект, так и поступайте (если оно говорит — беспрекословно слушаться жену, возможно, это тоже разумный путь).
Источник
Самопальный ЧПУ — бюджетный вариант
Самодельные ЧПУ станки — это способ получить возможность обрабатывать дома или в гараже дерево/пластик/легкие металлы. Для кого-то это способ начать свой бизнес, для кого-то это дешевый способ реализовать свое хобби.
Небольшая статья на тему о самостоятельной сборке простого ЧПУ станка.
Предыдущие посты по теме:
Это наверное самый простой способ собрать ЧПУ станок. И один из самых недорогих. Софт простой в освоении (достаточно закинуть файл-2D-рисунок для простейшей фрезеровки).
Стоимость самой станины не велика (профиль Соберизавод), в зависимости от размеров это от тысячи рублей для небольшого станка до нескольких тысяч для мощного профиля большого размера (с учетом уголков и метизов).
Станок не претендует на самую оптимальную конструкцию, но наверняка один из самых недорогих и простых в сборке.
Идея взята из похожего станка CNC2417 
В попытках исправить косяки китайских разработчиков были переделаны боковые пластины для рамы и держатели моторов. Прикладываю ссылку на Чертежи пластин для самостоятельной сборки подобного станка (под двигатели Nema17, направляющие цилиндрические 8 мм).
Для потребуется алюминиевый профиль, фурнитура для сборки (уголки) и метизы. Размеры станка могут быть любые, в разумных пределах. Я использовал 7 отрезков по 260 мм и два на 300 мм. Длинные отрезки идут для увеличенного хода стола по Y. В результате рабочая область будет чуть больше, чем у 2418.
В каталоге Соберизавод ищем нужный тип профиля и кликаем «купить» 
Режем в размер (размеры можно примерно прикинуть исходя из ваших потребностей 
Нарезаем сразу нужный профиль, в нужном количестве для рамы. 
Подтверждаем. 
Плюс не забываем уголки и метизы для сборки. Опционально можно докупить и пластины для крепления.
В части сборки рамы все просто — свинчиваем профили с помощью уголков и закладных гаек.
Устанавливаем боковые пластины и держатели двигателей.
Далее нужно будет установить на раму остальные комплектующие.
Помимо рамы, для сборки потребуются другие комплектующие: «мозги», направляющие, ходовая часть, шпиндель, блок питания и т.п.
Большинство запчастей заказывал на площадке Таобао, так как получается дешевле при покупке комплекта (из-за одной запчасти нет смысла там заказывать, а если подбираете комплект — тогда да, удобно и выгодно).
Для доставки большой сборной посылки пользовался услугами посредника Yoybuy, воспользовался скидкой $10 для доставки (этот купон на скидку $10 то $20 дают всем вновь зарегистрированным пользователям).
В качестве платы управления используется простая МК1. Это самый бюджетный вариант с таким функционалом. Существуют «детские варианты» на Arduino Uno (Nano) + CNC Shield с прошивкой GRBL, которые могут подойти для ознакомления с ЧПУ, но для серьезной работы малопригодны, хотя бы из-за ограниченных возможностей прошивки.
(Не всегда ссылки корректно работают — я дублирую прямые ссылки на Таобао.)
Плата МК1 построена на основе PICmicro, имеет силовые выходы, входы для концевиков и датчика калибровки, а также возможность подключения ручного пульта управления.
Настройки плата не требует, подключается все просто (в лоте есть вариант с драйверами двигателей в комплекте).
Кстати, можно сделать ход конем, и прикупить полноценный пульт типа DDCSV — альтернативный вариант управления станком, хотя больше подходит для больших ЧПУ. Это наиболее бюджетный вариант автономного (без компьютера) управления станком, можно купить «навырост» — изготовив на маленьком станке детали для сборки большого ЧПУ фрезера. Пульт представляет собой автономный контроллер станка ЧПУ на 3 оси и имеет огромный функционал.
В качестве направляющих рекомендую рельсы SBR10. Можно взять 12-16, хотя 16 мм явно будет перебор.
Размер берите исходя их ваших хотелок (размеры хода по XY). В моем случае используются простые полированные валы 8 мм, это эконом-вариант направляющих. Но рекомендую именно рельсы.
Для обработки материалов потребуется шпиндель.
На Таобао есть неплохие варианты на 1,5кВт с воздушным охлаждением (до 24000 об/мин, диаметр 80 мм, цанга ER11, 400Гц).
Если размер станка 2418 для вас маловат, можно собрать что-то подобное, но на раме из профиля 6060 (6090) и рельсах SBR16. Для перемещения осей потребуются мощные двигатели типа 57BYG78 (57H2P7842A4) с током до 4.2A и усилием 2.1Nm. Это как раз мощный вариант, у меня используются простые Nema17 42HS8404.
Для управления шпинделем потребуется частотный преобразователь (ЧП, Vector Frequency Converter — VFD для поиска).
Это устройство, вырабатывающее три фазы 220В с частотой до 400Гц и имеющее множество настраиваемых параметров.
Простой и недорогой ЧП, имеющий вход бытовой сети (220В/50Гц, одна фаза L +ноль N).
Если размеры позволяет и есть доступ к трехфазной промышленной сети, можно выбрать вот такой недорогой ЧП.
По комплектующим все, многое было рассмотрено в предыдущих обзорах. При наличии некоторого навыка собирается все достаточно быстро, если опыта нет — может занять некоторое время. Если есть вопросы — спрашивайте))).
Скриншот управляющей программы для станка.
Проба хода по осям собранного станка.
В целом все, станок собирал для своего друга, он только начинает осваивать технологии с ЧПУ, и настольный вариант ему очень удобен. Профиль приобретался в компании Соберизавод, остальные комплектующие на Таобао через посредника Yoybuy. Прикинул сразу что нужно, сформировал одну большую сборную посылку. Получилось дешевле, чем покупать на Али или в оффлайне. Не забывайте про скидку — купон на $10 для доставки посылок от $20. Средняя посылка до 3 кг можно привезти за $20 с этим купоном.
Источник