Трехосный фрезерный станок по дереву с ЧПУ своими руками

Для многих проектов фрезерный станок с ЧПУ необходим для хороших и быстрых результатов. После некоторого исследования существующих на данный момент машин CNC, я пришел к выводу, что все машины с ценой до 150 тыс. не могут удовлетворить мои потребности в отношении рабочего пространства и точности.

Что я хочу:

рабочее пространство 900 х 400 х 120 мм
относительно тихий шпиндель с высокой мощностью на низких скоростях вращения
максимально возможная жесткость (для фрезерования алюминиевых деталей)
максимально возможная точность
USB-интерфейс
потратить до 150 тыс. рублей

С этими требованиями я начал 3D конструирование с разработкой схем и чертежей, проверяя множество доступных деталей. Основное требование: части должны сочетаться друг с другом. В конце концов я решил построить машину на гайке типа 30-B с 8 алюминиевыми рамами с 16-миллиметровыми шарикоподшипниковыми шпинделями, 15-мм шарикоподшипниковыми направляющими и 3-амперными шаговыми двигателями NEMA23, которые легко вписываются в готовую систему крепления.

Эти детали идеально сочетаются друг с другом без необходимости в изготовлении специальных деталей.

Сборка ЧПУ фрезера из фанеры

Сборка станка из фанеры с ЧПУ происходит в следующей последовательности:

Подготовка чертежей с учетом прокладок и подключения электрического оборудования.
Заказ необходимых частей.
После доставки всех частей можно приступить к установке станины.
Установка шпинделя.
Установка системы водоохлаждения. При такой процедуре придется применить фумленту и простой герметик, чтобы конструкция была надежной.
Подключение электрической проводки, установка кнопки аварийной остановки.
Подключение управляющей платы (она же контроллер).
Установка программного обеспечения и установка чертежей.
Настройка станка.

При сборке самодельного устройства необходимо учитывать несколько нюансов:

Клей нужно наносить на поверхность всех частей из фанеры при помощи маленькой кисточки. После этого детали совместить и прижать друг к другу с максимально безопасным для их целостности усилием. Лучше установить их под давлением, чтобы клей полностью высох.
Если будет применен эпоксидный клей, то схема нанесения такая же, как и в случае с ПВА. Большое внимание следует уделять тщательному размешиванию клея и соотношению отвердителя смолы. В любом случае нужно добавить больше необходимого количества отвердителя, благодаря чему полимеризация смолы будет более быстрая.

Остатки выдавившегося клея необходимо удалять с поверхности всех элементов сразу: после высыхания сделать швы гладкими будет достаточно сложно.

Справка: фанеру можно защитить специальной пропиткой для деревянных изделий. Пропитывать материал нужно до установки направляющих, контроллера и кареток.

Способы работы с поворотной осью

Работать с поворотной осью можно двумя способами:

индексным;
поворотным.

При первом методе предполагается пошаговая обработка заготовки. Начинается она со свободных движений и заканчивается неподвижными условиями. Переход между различными видами обработки сопровождается остановкой и фиксацией.

Второму методу не требуется дополнительных действий. Качество обработки зависит от программы и наличия подходящих рабочих инструментов.

Для полноценной работы оборудование должно быть оснащено четырехкоординатной системой. Ось Z дополнительно оборудуют газовой пружиной для компенсации веса шпинделя.

У оборудования с ЧПУ должен быть доступ к блоку управления дополнительной осью. Хороший уровень производительности можно обеспечить при помощи контроллера шаговых двигателей, который имеет четыре канала управления.

3D фрезерный станок ЧПУ AMAN 3040 4axis 200 Z+

Электропитание 220В ± 10% 50HZ
Размеры, мм 520 x 600 x 530

Вес, кг 60

Мощность шпинделя 200 Вт, 8000 об/мин
Осей 4
Охлаждение шпинделя Воздушное
Рабочее поле 300 x 400 x 130 мм
Разрешение, мм 0,003125
Система управления Mach3 interface, Windows 2000/XP
Совместимое ПО MACH3, ARTCAM, TYPE 3, UCANCAM, KCAM и пр.
Цанговый патрон ER11

Перейти к товару

Непрерывный способ обработки подходит для производства заготовок сложной формы. При индексной обработке оператор может изменять положение детали. Все последующие действия выполняются благодаря трехмерной обработке. Но ни один из способов не будет действенным, если не настроить программу управления. Для этого подойдет такое программное обеспечение:

Mach3;
DeskProto.

Модели в интернете

Ходовые модели для ЧПУ можно просто-напросто найти в интернете, набрав в Яндексе или Гугле соответствующее словосочетание. При этом заплатить за их скачивание не придётся, на различных сайтах их выкладывают совершенно бесплатно. Стоит внимательно присмотреться к деталям сайта, на котором предлагается скачивание. Их существует великое множество, но файлы на части из них могут быть заражены вирусом. Рекомендуется заниматься скачиванием, только если сайт смотрится как «настоящий». К примеру, на нём отсутствуют выскакивающие окна, нет назойливой рекламы. Хорошим подтверждением, что файлы на сайте действительно содержат искомые модели являются комментарии скачавших, хотя они тоже могут быть фальсифицированы, нужно смотреть, насколько человеческим языком они выполнены. Впрочем, при должной осторожности ущерба удастся избежать. В то же время бесплатные модели не обязательно будут доброкачественными, поэтому указывается, что необходимо проверить, насколько они рабочие, перед тем, как обрабатывать заготовки в соответствии с этими чертежами. Среди моделей, представленных на сайтах, можно обнаружить различные предметы бытового назначения. В частности на одной странице перечисляются такие виды утвари, как хлебницы, доски для разделки, полочки, а также более сложные предметы — часы и светильники. На другой можно обнаружить модели для фигурок шахмат. На третьей — орнаменты для мебели из дерева, и, кроме того, рамы, кронштейны, молдинги. Все модели представлены в виде слайд-шоу тут же на странице, поэтому их можно рассмотреть. Ссылки для скачивания ведут на лёгкий для работы с ним файлообменник «Яндекс.Диск». Как видно, отыскать модели для ЧПУ в открытых источниках в интернете труда не составляет. При желании любой пользователь отыщет изделия себе по душе, и произведёт их 3D-фрезеровку на собственном станке. В то же время многие стремятся создать что-то своё. Для таких владельцев ЧПУ-станков открыта возможность создания собственных моделей.

Самодельный алюминиевый 3-х осевой фрезерный станок с ЧПУ

Я построил этот ЧПУ с нуля, используя в основном алюминиевый профиль 3/4″ x 3/4″ x1/16″ квадратного сечения. Я разработал станок, ориентируясь на проекты, найденные в Google и импровизируя.

Рабочая площадь станка составляет около 12″ x 8″ x 3″ (X/Y/Z).

При сборке шасси с подшипниками использовано более 100 5/16″ гаек.

Я подсчитал, что проект обойдется примерно в $650 — $700.

Примечание: Я сделал этот проект, используя только перфоратор (с возможностью работы в режиме дрели), ножовку и лобзик. У меня нет сверлильного станка и торцовочной пилы, чтобы делать отверстия/разрезы. Конечно, при наличии соответствующего оборудования и инструмента, всё это делается намного быстрее и проще.

В статье подробно рассказано об используемых элементах. Если много людей захотят повторить проект, то я разработаю чертежи. Но сейчас эта статья просто дает представление о самостоятельной постройке ЧПУ.

Фрезер

В качестве фрезера я выбрал ручной фрезер DeWalt DWP 611. Он имеет переменную скорость и мощность до 1,25 л.с. Сначала я хотел использовать Dremel, но беспокоился о питании.

Доступный мне в то время фрезер я получил установленным в корпус.

Главная рама

Идея рамы взята у Tom McWire. Я немного масштабировал её.

Трубы — это оцинкованные стальные трубы 3/4″. Я окрасил их белым матовым цветом для более красивого вида и остался доволен результатом.

Длина трубы не так важна, оси могут выходить за её пределы.

Подшипники

Я использовал подшипники с внутренним диаметром 8 мм, наружным 22 мм, и толщиной 7 мм.

Обратите внимание, что внутренний диаметр 8 мм, что немного больше чем 5/16″. Когда подшипники будут закреплены на направляющих, это будет компенсировано туго затянутыми гайками (т.е. подшипник будет прикреплен так, как будто использовался болт М8).

Муфты

Я купил муфты из Гонконга на eBay по $4 штука. На одной стороне муфты есть отверстие 1/4″(6,35 мм) для шагового двигателя, а на другой 8мм для ходового винта.

Ось X

Длина направляющих X около 26″, а расположены они на расстоянии 15″ если считать по внутренним сторонам.

Может показаться, что вся «каретка» удерживается только силой тяжести, но на самом деле подшипники прижимаются к раме довольно плотно

Оси Х и Y собираются вместе как одна часть.

Направляющие Y на самом деле помогают четырем блокам подшипников X (я использую слово блоки из-за отсутствия более подходящего слова) оставаться напротив друг друга.

Ось Y

Сборки подшипников Y повернуты боком по отношению к оси X. Во первых, я пытался сориентировать их так же, как ось X, но главной проблемой была необходимая длина алюминиевых блоков. Я решил использовать максимально длинную ось Y, за вычетом расстояния, на которое может двигаться рабочая платформа. Преимущества такой конструкции я опишу позже.

6″ болты с квадратным подголовком, которые используются в подшипниковых сборках, заставляют двигаться их по направляющим оси Y.

Ось Z

Сборки подшипников оси Z делаются так же, как для оси Y, но вся ось располагается вертикально.

Я использовал восемь 6″ болтов с квадратным подголовком для сборки подшипников. Это упрочняет сборку.

Направляющие Z оси крепятся непосредственно к трубе 3/4″(главной раме).

Ходовые гайки

Ходовые гайки (винтовой передачи) изготовлены из 5/16″ Т-образных гаек с отверстиями. Т-образная гайка крепится на алюминиевой основе 1/8″ х 0,75″. Потом она крепится к сборкам подшипников.

С Т-образными гайками люфт очень мал, и у меня нет кругового индикатора, чтобы измерять его.

Ходовые винты и винтовые опоры

Ходовые винты это дешевые 5/16″ штифты из оцинкованной стали.

Винтовые опоры очень важны. Муфты по существу выглядят как пружины, что допускает перекос винта, который не желателен для любой из осей из-за непредсказуемых игр. При установке винтовых опор, абсолютно ни что не играет. Крутящий момент двигателя должен быть передан непосредственно на ходовую гайку.

Подшипники крепятся с обеих сторон для ходовых винтов. Подшипники крепятся к раме при помощи 1/2″зажимов для труб, которые после небольшой шлифовки отлично подходят для них.

Установка моторов

См. фото:

Рабочая платформа

Рабочая платформа сделана из русской березовой фанеры. Это самая высококачественная древесина, которую я нашел в местном хозяйственном магазине. Она обошлась мне в 20$ за лист 2’х4′. Толщина составляет 11,5 мм.

Как я уже говорил ранее, рабочая зона составляет около 12″х 8″х3″. Тем не менее, я вырезал платформу размером 14″ х 10″, для того, чтобы использовать зажимы. Вот то преимущество, о котором я говорил выше: можно менять размер рабочей платформы.

Я специально использовал болты длиннее, чем надо, чтобы можно было расположить стол под прямым углом к фрезеру.

Концевики

Концевики — это прекрасная вещь в ЧПУ. Во время тестирования без выключателей, я поднялся по Z оси слишком высоко и чуть не оставил без коммуникаций ось Z. Провода смогли растянуться, но это не хорошо.

Я установил концевые выключатели на каждый конец X и Y осей и один в верхней части оси Z. Если хоть одна из кнопок нажимается, станок останавливается.

Прокладка кабелей

Проводов много, и важно, чтобы они не мешали. Провода шаговых двигателей очень короткие, поэтому я удлинил их проводами от старого компьютерного блока питания. Я также поместил провода в рукава предназначенные для моддинга компьютера. Они сдерживают их, и смотрится красиво и аккуратно. Также я использовал кабельные стяжки, чтобы прикрепить провода к раме.

Я использовал Molex разъемы, поэтому я могу легко отключить станок от драйвера в случае необходимости. Алюминиевый профиль позволяет мне спрятать провода от механический воздействий.

Плата драйвера

Я использовал дешевую плату драйвера двигателя Toshiba TB6560 купленную на eBay. На самом деле мне пришлось использовать три контроллера Toshiba TB6560. Один был неисправен изначально, ещё один сломался после использования и один сгорел. Их легко менять если вы умеете паять. Замена занимает совсем немного времени, но я предлагаю покупать более качественные драйверы.

Я установил плату драйвера и блок питания в корпус своего компьютера. Плата драйвера установлена на акриловую основу и установлена на слоты расширения. Я заменил штатный кулер на плате, на кулер от старой видеокарты. Извините за размытые фотографии.

Драйверы управляются при помощи LPT порта от компьютера. В качестве софта использовал MeshCAM 5 для генерации G-кодов и MACH 3.

Оригинал статьи

Особенности

Поворотные оси устанавливаются не на все виды станков. Главная задача этого элемента заключается в обеспечении вращения заготовки вокруг своей оси. С помощью устройства можно выполнять обработку деталей из таких материалов:

дерево;
пластик;
алюминий, медь и другие цветные металлы.

Вращение производится при помощи двигателя. Поворотная ось может быть частью комплектации станка или же устанавливаться отдельно. Если установка проводится отдельно, то элемент в этом случае выступает в качестве четвертой оси.

У четырехосевой обработки есть определенные преимущества перед трехосевой. Трехосевой метод дает возможность сделать 3D-обработку детали только с одной стороны, так как другая закрепляется на столе. Для обработки другой стороны заготовку необходимо переустанавливать. Поворотная ось полностью решает эту проблему. Благодаря ей можно работать с деталью со всех сторон без дополнительных действий.

Это позволяет получить изделия сложной формы. Поэтому четвертая ось необходима при изготовлении:

ювелирных изделий;
мебельных комплектующих;
различных декоративных вставок;
сувенирной продукции, например фигур шахмат.

Станки ЧПУ с поворотной осью широко применяются во время изготовления элементов декора. При правильной настройке оборудование работает практически в автономном режиме.

Как выпилить детали для CNC-станка из фанеры?

Все элементы, не вошедшие в список выше, необходимо сделать из фанеры. Поэтому вопрос о грамотной обработке стоит на первом месте при изготовлении станка из фанеры.

Как правильно распилить фанерный лист?

В процессе выпиливания листа фанеры нужно придерживаться некоторых правил:

Для материала, толщина которого составляет десять миллиметров, используют ручные и электрические лобзики, у которых полотно имеет небольшие зубья.
Фанеру больше десяти миллиметров раскраивают дисковой пилой.
Материал для распила следует высушить, в противном случае он расслоится.
Раскраивать лист следует около волокон первого слоя.
Если будет применен электрический инструмент, то подача должна быть на минимуме.
Чтобы предотвратить сколы, можно использовать бумажный скотч.

Как правильно сделать отверстия?

Чтобы сделать отверстия в элементах фанеры, лучше применить сверлильный станок. При этом нужно выбирать большую скорость вращения сверла и минимальную его подачу. Также может быть использован фрезерно-гравировальный станок, что позволит сделать отверстия любой формы.

Справка: Если такого устройства нет, то вполне подойдет и простая дрель. Единственное, что нужно, чтобы биение патрона было минимальное. В противном случае погрешность станет выше.

Как отшлифовать и обработать?

После процесса распиливания и сверления отверстий заготовку следует отшлифовать. Для этого используют наждачную бумагу. Шлифовка осуществляется около волокон и начинается от угла, который шлифуется уже в самом конце.

Справка: после процесса шлифования всю поверхность детали покрывают специальными составами, предотвращающими расклеивание и растрескивание.

Выпиливание деталей

Как и чем можно выпилить фанерные детали станка? При толщине 4 мм выпиливать придется своими руками, с помощью ручного лобзика с натяжной пилкой. Использование инструмента со значительным размером зубьев гарантированно украсит края заготовок поднятой щепой.

Совет: уменьшить количество задиров поможет скотч, наклеенный поверх заготовки.

Материал толщиной от 6 миллиметров можно пилить электролобзиком или (при простой форме детали с преобладанием прямых линий) ручной дисковой пилой.

Как и в любом другом деле, здесь есть свои тонкости:

Для лобзика используется пилка по металлу с минимальным размером зубьев. Они делают шансы задрать щепу по краям минимальными;
И пила, и лобзик для деревянных изделий ведутся вдоль линии реза с минимальной скоростью. Чем выше скорость перемещения инструмента, тем грубее края реза.

Читать также: Тестер для измерения емкости конденсаторов

Мелкие детали желательно вырезать с небольшим (0,5-1 мм) запасом по размеру и доводить напильником, так меньше шансов промахнуться с размером. Обрабатывать края с помощью напильника необходимо, зажав деталь в тиски (деревянные или металлические с фанерными прокладками) на уровне линии отреза.

Готовая деталь шлифуется не только по кромке, но и по плоскости.

Особое внимание стоит уделить поверхности рабочего стола.

Выбор материала

Фанера

Какая именно фанера оптимальна для наших целей?

Возможны два варианта:

Бакелизированная (в качестве пропитки использован бакелитовый лак). Ее отличает абсолютная водостойкость и исключительная прочность; однако обработка материала из-за его твердости будет весьма сложной;

Кроме того: цена бакелита (от 3500 рублей за лист толщиной 15 мм) понравится не каждому.

ФСФ (склеенная фенолформальдегидным смоляным клеем). Для нее тоже характерна высокая влагостойкость. Лучше использовать материал на основе березового шпона. Инструкция связана с более высокой прочностью березовой древесины на фоне прочих пород.

Для бакелита действующими ГОСТ не предусмотрено деление на сорта; в случае ФСФ лучше приобрести материал сорта Е («элита») или 1. Сорт Е отличается полным отсутствием пороков древесины на верхнем слое шпона; для первого сорта количество и размеры пороков лимитированы максимально жестко.

Качественная березовая ФСФ мало уступает бакелиту прочностью.

Что использовать для склеивания:

Фанерные детали склеиваются между собой обычным клеем ПВА. Его клеевой шов достаточно прочен для того, чтобы при разрушении соединения разрыв проходил по расположенным рядом со швом волокнам древесины;
Для монтажа на станок металлических деталей (проушин, гаек регулировочных винтов и т.д.) используется эпоксидная смола.

Важно: саморезы могут использоваться только для дополнительной фиксации деталей. Винтовым соединениям с деревом и материалами на его основе вибрация, неизбежная при работе станка, противопоказана.

Дополнительное оборудование

Ряд оборудования придется закупить в готовом виде.

В его число входят:

Направляющие с каретками;
Шаговые моторы (могут быть использованы моторы от неисправных сканеров и принтеров);
Пресловутый DSP-контроллер;
Регулировочные и ходовые винты (как правило, на эту роль покупаются обычные шпильки М8-М10);
Подшипники.

Чертежи станка обычно включают перечень дополнительных деталей.

Конструкция поворотной оси

Есть множество различных вариантов оборудования с поворотной осью. Самыми качественными считаются четырехосевые устройства. На обычном оборудовании производительность чаще всего ниже.

На высокопроизводительные аппараты устанавливают ременную передачу. В некоторых моделях есть даже пятая ось.

Габариты рабочего стола могут отличаться в зависимости от модели, но длина и ширина не должны быть менее 1 метра.

Самодельные устройства характеризуются тем, что на них фиксируют планшайбу или токарный патрон. На заводском оборудовании чаще всего установлены токарные патроны.

СПРАВКА. В большинстве случаев используются двухфазные двигатели, подключаемые четырьмя проводами.

Стоимость и размеры устройства зависят от конкретной модели ЧПУ. Большие варианты используются в промышленных условиях. Маленькие поворотные оси устанавливают на оборудование, предназначенное для бытовых целей или малого бизнеса.

4х осевой фрезерный станок ЧПУ Моделист CNC-3040AL4х

Вес, кг 35

Материал станины алюминий
Мощность шпинделя 400 Вт
Осей 4
Рабочее поле 390*540 мм
Максимальная скорость перемещения, мм/мин 3000
Максимальная высота заготовки, мм 80

Цена 144 000 руб.