ЧПУ станок своими руками. Поэтапная сборка вместе с Суперайс 2023
Сегодня мы поговорим о сборке ЧПУ станка. Мы пригласили настоящего эксперта в этой области – бывшего Application Engineer в National Semiconductor и Texas Instruments. Он согласился поделиться своим богатым опытом и знаниями с нами. Вся информация, которую вы найдете в этой статье, основана на личном опыте нашего автора. Мы рады, что можем поделиться ценным опытом с нашими читателями. Что ж, давайте начнем!
Эксперт — Владимир Трондин
бывший Application Engineer в National Semiconductor и Texas Instruments, пенсионер
Время чтения: 8 минут
- Проектирование ЧПУ станка
- 3D-печать и поиск деталей
- Этап сборки
- Система управления ЧПУ станком
- Запуск станка
Много лет назад, бродя по интернету, я зашел на сайт, где описывался станок с числовым управлением, сделанный буквально из желудей и палок.
В то время у меня был принтер, который я собрал в основном из сломанных старых струйных принтеров и хлама, нашедшегося в кладовке.
Удержаться было невозможно и я сделал этот станок, все необходимые файлы доступны здесь: https://www.thingiverse.com/thing:790533.
Все прекрасно заработало, но — дело было летом. Машина стояла около дома, а зимой она живет в гараже. И места для станка уже не было. Дома иметь это чудо инженерной мысли супруга категорически отказывалась. И такую красоту она, как ни странно, не оценила.
Результат работы
В итоге стал делать так, как и надо было с самого начала — с выбора места. В доме есть небольшое служебное помещение, где расположен центральный пылесос и система принудительной вентиляции.
Этап проектирования ЧПУ станка
Инструмент для проектирования у меня, прямо скажем, не самый престижный — Sketchup. Это старая версия (Sketchup 8), скачанная еще в те времена, когда он был собственностью Google. И этот Google уверял, что бесплатная версия Sketchup — это навсегда, причем коммерческое использование не возбраняется. Но, как часто бывало, обманули и оставили в стороне. Новая фирма в лицензионном соглашении уже не позволяет использовать Sketchup в коммерческих целях.
Кроме того, эта старая версия работает только на Linux, а я, как кстати, уже несколько лет не использую Windows.
Предисловие получилось длинным, но нарисовать новый станок мне удалось за пару выходных.
Печать и подбор деталей
Печать деталей заняла значительно больше времени, но все равно не было всех необходимых комплектующих под рукой, и надо было ждать, пока нужные компоненты придут из Китая. Больше всего в станке подшипников 624ZZ — целых 60 штук! Их количество компенсировалось ценой — за десяток я платил чуть больше 1 евро. Опытный читатель скажет, что за такую цену можно купить только низкокачественные изделия. Согласен, это действительно так, но в данной конструкции они работают без особой нагрузки, на очень низких скоростях. Поэтому после отбраковки нескольких явно неисправных подшипников, они пошли в дело.
В местной лавке закупился мебельными стальными трубами и различными крепежными элементами. Трубы, кстати, попались под стать подшипникам — очень даже ржавеющие. Поэтому рекомендуется не хранить такой станок в холодном сарае и время от времени обильно обрабатывать смазкой WD-40.
Подшипники и крепежные элементыСборка станка
Начинаем собирать с самого интересного— с центрального узла, самая красивая вещь в этом станке.
Из первоначально 2-х непримечательных заготовок одинакового типа получается такая удивительная сборка.
Как пел Миронов —
Разбор грехов моих оставьте до поры,
Вы оцените красоту игры…
Этот центральный узел навешивается на штанги и на него вешается привод инструмента.
Точь-в-точь как устройство из советского фильма «Кин-дза-дза!» – гравицаппа. Для тех, кто сомневается, сверху даже надпись имеется.
Модель центрального узлаДля сравнения размеров — новая гравицаппа на столе оригинального станка.
Центральный узел с приводом инструмента – установлены на станке
Дальше собираем основу станка из стальных труб на древесноволокнистой плите или из другого доступного материала. Здесь важно быть внимательным и аккуратным — должен получиться именно прямоугольник, а не ромб, трапеция или что-то еще.
Если собрать конструкцию неправильно — о точности можно забыть. Впрочем, если вам и не нужна высокая точность, то это не столь существенно.
На основание навешиваем ведущие каретки.
Ведущие кареткиНа каретки навешиваем крест из труб, на который установлен центральный узел — должна получиться вот такая конструкция:
Готовая конструкцияОсталось лишь вдохнуть жизнь в конструкцию. Задача подобна той, с которой сталкивались Пигмалион или граф Калиостро. Тут я несколько увлекся и перестал фотографировать процесс сборки. Поэтому дальше большую часть буду описывать на словах.
Нам понадобятся 5 шаговых двигателей Nema17. Лишняя мощность никому не помешает, но имейте в виду, что драйверы шаговых двигателей больше 2 ампер не обеспечат. Вот что я нашел на eBay — дешево и сердито, причем доставили их меньше, чем за неделю из Германии:
Схема и характеристики шагового двигателя
Устанавливаем моторы, натягиваем ремни GT2 вдоль направляющих и дальше можно заняться электроникой.
Соединяем двигатели на противоположных направляющих последовательно. Получаем сразу два практических преимущества. Во-первых, одного драйвера достаточно для питания двух двигателей, и во-вторых, гарантируется одинаковый ток в обмотках противоположных двигателей.
Схема подключения шагового двигателяС осью Z никаких особенностей нет, но, как обычно, не забываем поставить разделитель между осью двигателя и приводным винтом.
Установка соединительной муфты для передачи крутящего моментаУстановка системы ЧПУ
Теперь настала пора вплотную заняться электроникой. Собираем все на базе популярной Arduino Uno.
Плата Arduino UnoПоверх устанавливаем плату CNC shield.
Плата CNC ShieldИ завершаем этот процесс драйверами шаговых двигателей.
Контроллер системы ЧПУ
На драйверах стоит остановиться немного подробнее.
Схема приведена ниже.
Драйвер шагового двигателя на базе А4988На плате есть подстроечный резистор, с его помощью нужно установить ток, соответствующий вашему шаговому двигателю. Для моего я установил чуть меньше 1,7 Ампер.
Подстроечный резистор на шаговом двигателеИзмерять напряжение можно прямо на подвижном контакте резистора. Ток определяется по формуле:
Максимальный выходной токRs – это сопротивление резисторов R7 и R8 на вашей плате драйвера. Проверьте на всякий случай — величина может быть другой.
Собранный контроллер ЧПУКогда все собрано, требуется установить программное обеспечение. Один из классических вариантов — GRBL.
Не забудьте отредактировать файл defaults.h и создать файл конфигурации, который будет описывать именно вашу машину. Эта информация изложена в избытке, поэтому нет необходимости повторяться.
Да, двигатели нуждаются в питании — я поставил блок питания 12 Вольт 8 Ампер.
Блок питания для шаговых двигателейВ качестве управляющей программы используем также классическую программу — bCNC.
Программа для управления ЧПУ станкомЗапускаем станок и подводим итоги
На этом все подготовки завершены, приступаем к работе:
Результат работы собранного станкаНу, или короткое видео: https://www.youtube.com/watch?v=wNJMj2xoA70
Список материалов:
Список использованных материаловЕсли хотите напечатать себе такой станок, все необходимые файлы я выложил здесь:
Сборка основных частей станка;
Схема блока питания и модель кейса;
Модель кейса для плат управления.
Пользуйтесь с удовольствием!
Ударно-гравировальный станок ЧПУ своими руками – Модернизация и самодельные проекты
#1 OFFLINE Denus
Отправлено 11 Май 2015 – 17:17
Всем доброго времени.
На днях нашел ваш форум и очень благодарен админам. Спасибо.
Я в теме новенький так что прошу не пинать.
Решил создать свою первую машину, а точнее хочу создать ударно-гравировальный станок с рабочем полем 800х1900 мм.
Так понимаю нужен рабочий стол с осями X Y Z.
Три шаговых мотора и модуль управления. Может у кого то есть ескизи или знает как что делать прошу помочь мне в этом вопросе. Спасибо.
- Наверх
#2 OFFLINE 3D-BiG
Отправлено 11 Май 2015 – 19:20
Это станочек ударного гравирования камня? Вряд ли вы здесь найдете тех, кто сможет помочь эскизами – здесь есть люди, которые по камню гравируют лазером или фрезером… В свое время по таким станкам много писал в http://cncmasterkit.ru Тудоголик, вот здесь – один из вариантов его ударной головки.
.. Вроде на этом же форуме находил и другие версии его ударных головок… Но сейчас люди переходят от ударников в лазерную гравировку камня…
- Наверх
#3 OFFLINE Valerius
Отправлено 11 Май 2015 – 23:06
На самом деле – очень сильные споры идут между “ударными” гравировщиками и “лазерщиками”. Считается, что лазер более требователен к камню и менее глубоко гравирует. Но лазер чуть быстрее, менее прихотлив к ретуши изображения, меньше расходников.
- Наверх
#4 OFFLINE PatriKKey
Отправлено 11 Май 2015 – 23:16
Но лазер чуть быстрее,
“чуть” поправьте на “гораздо” тогда будет правильно, не один “дятел” не сможет летать на 400 мм/сек, а 80 ватник легко
- Наверх
#5 OFFLINE Valerius
Отправлено 12 Май 2015 – 00:01
Раньше да – гораздо, когда у ударников была частота удара 80 – 150.
Сейчас производители ударных станков подбираются к частоте 800 – 1200. Уже на один портрет не такая большая разница по времени. На моем (с мозгами прошлого поколения) максималка частоты 250. Гравирую на 150, полтора часа на стандартный портрет меня вполне устраивает.
Для топикстартера вариант – железо собрать самому, мозги и программу управления с ударной головкой попытаться или купить у производителя (очень неохотно продают по отдельности) или найти станок с убитым железом и живыми мозгами и головой.
- Наверх
#6 OFFLINE zelenok
Отправлено 12 Май 2015 – 01:09
Был вариант предлагали самопальные рамы с механикой и голову от сауно и у сауно-же по программе модернизации приобретались мозги, получалось в два раза дешевле производителя.
- Наверх
Фиксированный или подвижный портал — что лучше для вашего фрезерного станка с ЧПУ своими руками? – CNC Chronicle
Существует две конфигурации портала для фрезерного станка с ЧПУ – фиксированный портал и подвижный портал. Так как же решить, что лучше всего подходит для вашего фрезерного станка с ЧПУ? В этой статье я расскажу, какая конфигурация портала лучше всего подходит для вашего приложения. Есть веские причины выбрать один из них, но это зависит от нескольких факторов.
В зависимости от вашего уровня навыков и доступных вам инструментов выбор неправильной конфигурации стола может в конечном итоге повлиять на сложность сборки ЧПУ. Это может повлиять на жесткость вашего станка и, в конечном счете, на качество резки твердых материалов. Все можно сделать достаточно массивным, чтобы сделать его жестким, но это дорого обходится — как в финансовом плане, так и в плане эффективности машины. На мой взгляд, фиксированный портал имеет явные преимущества для сборщика ЧПУ своими руками.
Фиксированный портал (подвижный стол) Фрезерные станки с ЧПУ проще в конструкции и обслуживании. Они по своей природе более жесткие по сравнению с машинами с подвижным порталом, потому что узел балки оси X зафиксирован на месте. Поскольку он является стационарным, любой дополнительный вес конструкции повышает производительность без каких-либо негативных последствий. На фрезерном станке с ЧПУ с подвижным порталом необходимо переместить всю балку по оси X и любые излишки 9Вес 0007 отрицательно повлияет на производительность из-за инерции и импульса. Кроме того, люфт, присутствующий на каждой оси, будет передаваться и экспоненциально усиливаться.
Несмотря на то, что у многих из нас есть свои предпочтения, когда дело доходит до стационарных или подвижных портальных станков, единственный способ действительно принять решение — более подробно изучить то, чего вы хотите достичь с помощью сборки с ЧПУ, и оценить это самостоятельно.
Я более подробно рассмотрел эти факторы ниже, такие как размер и простота сборки в этой статье, чтобы помочь вам решить, что лучше для вас.
Конструкция с фиксированным порталом является более простым и очевидным выбором для небольших станков с ЧПУ, которым требуется жесткость для резки более твердых материалов. Если вам нужна большая машина со столом 4 x 8 футов, а пространство ограничено, конструкция с подвижным порталом имеет смысл, чтобы занимаемая площадь была небольшой.
Нажмите, чтобы просмотреть схемы ЧПУ своими руками
В чем основное различие между двумя портальными конфигурациями?В этой статье обсуждается 3-осевой фрезерный станок с ЧПУ, который является наиболее распространенным, поскольку его проще спроектировать и изготовить. Информация также относится к многоосным станкам.
Направления осей X, Y и Z Слева: Фиксированный портал (подвижный стол) ЧПУ.
Справа: конструкция ЧПУ с подвижным порталом.Типичный фрезерный станок с ЧПУ может перемещать режущий инструмент одновременно по трем перпендикулярным осям — X, Y и Z.0042
Заготовка закреплена на столе, который перемещается по линейным рельсам в направлении Y. Движение по оси Y полностью независимо от осей X и Z портала. Заготовка соединена с подвижным столом. Ось Y не несет две другие оси.
KAL1 CNC является примером стационарного портального настольного фрезерного станка с ЧПУ.
Это хороший пример жесткой трубчатой стальной рамы с полностью поддерживаемыми линейными рельсами. Набор подробных планов и инструкций по сборке доступен на веб-сайте дизайнера Дэйва Филда здесь. Подвижный портал На фрезерном станке с ЧПУ с подвижным порталом оси X и Z крепятся к портальной балке, которая перемещается вперед и назад по линейным направляющим в направлении Y вперед и назад по длине стола. Шпиндель перемещается из стороны в сторону в направлении X вдоль портала и вверх и вниз в направлении оси Z.
Заготовка крепится к стационарному столу. Все три оси взаимозависимы и действуют как единое целое. Двигатель оси Y и линейные направляющие несут две другие оси.
Пример импортного настольного фрезерного станка с ЧПУ с подвижным порталом. В этом примере используются неподдерживаемые рельсы, поэтому они не очень жесткие. Вот сравнение стационарных и подвижных портальных станков с ЧПУ с одним и тем же рабочим диапазоном, выполняющих одну и ту же работу параллельно.
Чтобы ответить, что режет лучше, я должен кратко обсудить, что происходит, когда вы режете материал на фрезерном станке с ЧПУ.
Что влияет на качество резки?Говоря о качестве резки на фрезерном станке с ЧПУ, необходимо учитывать нагрузку на шпиндель и то, как рама станка справляется с этой нагрузкой. Фактором, в наибольшей степени влияющим на качество резки, является жесткость станка и резонанс (или вибрации).
Когда вращающаяся концевая фреза вдавливается в материал, она очень незначительно отклоняется при вращении на высокой скорости.
Кроме того, когда каждая режущая кромка входит в контакт с материалом, она немного отбрасывается назад. Этот дисбаланс приводит к вибрациям, которые проходят через крепление шпинделя на раму станка.
Если корпус машины может легко вибрировать, он может резонировать, как камертон. Это передается обратно в шпиндель и режущую кромку, что приводит к плохому качеству резки и может даже затупить или разрушить концевую фрезу.
Крупный план стабильного резания в металле (а), частичная вибрация (б) и полная вибрация (в) в металле из-за вибрации концевой фрезы.Источник: MDPI.com
Хорошо спроектированная конструкция стационарного портала превосходит все ожидания, потому что портал и его опорные вертикали можно легко сделать прочными и жесткими без чрезмерного снижения стоимости. Чтобы получить такую же жесткость конструкции подвижного портала, подвижный портал, линейные подшипники и система привода должны быть намного тяжелее и дороже.
Он также передает весь резонанс гентри через один набор линейных подшипников, удерживающих ось Y.
Это становится концентрацией нагрузки и неотъемлемым слабым местом. Неподвижный портал передает эти силы непосредственно на землю.
Каковы недостатки каждого типа портала?Таким образом, фунт за фунтом при одинаковых нагрузках резания фиксированный портал обычно обеспечивает лучшую резку.
Сила станка с ЧПУ, как и многих других вещей, определяется его самым слабым звеном. Самым слабым местом любого станка с подвижным порталом, несомненно, является соединение подвижного портала со столом.
Подвижная платформа Ахиллесова пятаМы крепим перевернутую букву «U» за концы к движущимся рельсам. Вокруг этих точек он захочет прикрепиться к столу. Кроме того, прямые углы буквы «U» захотят стать параллелограммами, а стойки тоже захотят согнуться. Помните, что концевая фреза фрезера режет во всех направлениях и передает эти усилия на портал.
Большинство самодельных и коммерческих станков с ЧПУ, как мне кажется, изо всех сил пытаются укротить эти силы.
Большая часть недостатков связана с боковой (из стороны в сторону) слабостью стоек гентри. Во многих случаях они достаточно прочны, чтобы непосредственно противостоять силам резания, но недостаточно жестки, чтобы противостоять гармоническому резонансу и вибрациям. Это самая большая ошибка дизайна, которую я вижу чаще всего.
Их увеличение приводит к снижению веса маршрутизатора с подвижным порталом. Дополнительный вес добавляет импульс и инерцию и замедляет машину, потому что лишний вес затрудняет быстрое изменение направления. То, что вы добавляете в структуру, идет за счет скорости. Конечно, вы можете просто увеличить размеры двигателя и винтовых подшипников, чтобы компенсировать это, но это может быть очень дорого. При длинном перемещении по оси Z эта проблема экспоненциально усугубляется.
Таким образом, как и все машины, он становится тщательно продуманным техническим компромиссом. Реальная жизнь!
Фиксированный портал Ахиллесова пята Выше я упомянул недостатки фиксированного портала.
Главным из них, очевидно, является площадь основания, которая почти вдвое превышает длину эквивалента подвижного портала. Когда вы пытаетесь впихнуть самую большую машину в свой переполненный магазин, это может быть существенным недостатком. Это то, на что ссылается большинство строителей, и это правильно.
Но когда речь идет о машинах меньшего размера, недостатков гораздо меньше. Настольные станки с ЧПУ намного меньше, а дополнительная занимаемая площадь обычно связана с тем, что получается с фиксированным порталом.
Другим недостатком является то, что заготовка находится в движении. Тяжелые заготовки могут придавать подвижному столу значительный импульс и силы инерции. Это необходимо учитывать при проектировании, даже если вы редко режете тяжелые детали.
Другим недостатком является то, что линейные рельсы оси Y должны быть намного длиннее, чем стационарный портальный станок. Это можно компенсировать перемещением подшипников и выступом стола, но в определенный момент это повлияет на устойчивость и жесткость стола.
Линейные рельсы могут быть дорогими.
Неподвижный портал — это гораздо более простая машина, потому что только две оси, X и Z, механически взаимосвязаны. Гораздо проще сварить/скрепить болтами раму и портал вместе в одном блоке и просто установить на него небольшие пластины осей Y и Z. Стол остается простым, потому что ничто, включая шпиндель, не связано с ним механически.
Неподвижный портал установлен и забудьте, где выравнивание на подвижном портале представляет собой непрекращающуюся механическую битву. Обычно его необходимо сбрасывать каждый раз, когда машина возвращается в исходное положение. Причина этого в том, что большинство из них приводится в движение двумя двигателями. Обычно это проще, чем соединить портал под столом с балкой и приводить его в движение с помощью одного винта и двигателя. Подвижный портал с одним приводом легко теряет точность позиционирования.
Таким образом, по моему опыту, большинству производителей фрезерных станков с ЧПУ своими руками должно быть проще построить стационарный портальный станок, учитывая, что они могут оправдать пространство или строят настольный станок.
Эта таблица поможет вам быстро сравнить сильные и слабые стороны двух типов порталов с ЧПУ.
| Аспект | Фиксированный портал | Подвижный портал | ||
|---|---|---|---|---|
| Сложность сборки | Проще построить – меньше механически взаимосвязанных компонентов | Сложнее построить – больше механически зависимых, соединенных компонентов | ||
| Жесткость | Легче сделать жестким – вес портала не влияет на производительность | Меньшая жесткость по своей сути – вес портала должен быть в пределах ограничения | ||
| Линейный привод | Ось Y легче перемещать с одним двигателем и центральным винтом под столом | Ось Y труднее управлять с одним двигателем и винтом – приводит к смещению – сдвоенные двигатели/шнеки нуждаются в синхронизации | ||
| Техническое обслуживание | Механически проще – легче обслуживать | Механически сложнее – сложнее обслуживать | ||
| Размер станка | Значительно большая занимаемая площадь станка при той же рабочей зоне | Более компактная площадь станка при том же рабочем диапазоне – ось Y использует около 60 % фиксированного портала | Достичь сложнее – портал имеет тенденцию к смещению – люфт усиливается и передается по трем осям увеличить способность перемещать их | Тяжелые детали не влияют на работу оси Y – перемещаемый вес всегда остается постоянным |
| Ограничения ширины стола | Стол должен перемещаться между вертикальными опорами – добавляет дополнительную ширину | Небольшое увеличение ширины | ||
| Прокладка кабелей | Проще – обычно кабельные цепи нужны только для осей X и Z. Двигатель оси Y может быть стационарным. | Более сложный – оси X, Y и Z проложены через одну большую кабельную цепь – все три двигателя находятся в движении | ||
| Длина оси Z | Легче повысить жесткость длинной оси Z – стационарные вертикальные опоры оси Y можно сделать очень тяжелыми | Сложнее сделать вертикальные порталы очень жесткими – дополнительный вес влияет на производительность. | ||
| Типичное использование | Как правило, используется на небольших станках или там, где пространство не является проблемой – проще/дешевле добавить жесткости для резки более твердых материалов . В основном используется для резки более мягких листовых материалов |
Ford или Chevy – стационарный или подвижный портал. Когда дело доходит до этого, это личные предпочтения.
Как бы мне ни нравилась простота и дополнительная жесткость, которые вы получаете с фиксированным порталом, большую часть резки я выполняю на станке с подвижным порталом, потому что в то время он был там.
Для небольших настольных станков с ЧПУ я предпочитаю фиксированный портал. Это связано с тем, что изгиб портала обычно вызывает большинство проблем с жесткостью, с которыми я сталкиваюсь в фрезерных станках с ЧПУ. на каждого, кто клянется неподвижным порталом, есть тот, кто клянется своим подвижным портальным механизмом.
Большинство комплектов представляют собой подвижные порталы, поскольку они легче и позволяют снизить стоимость доставки. Если вы строите с нуля, это не должно быть большой проблемой. Вы должны подумать о том, почему большинство фрезерных станков имеют фиксированный портал. Они даже идут еще дальше и используют конструкцию стола с двойным перемещением!
Это связано с тем, что конструкция с фиксированным порталом по своей природе более жесткая и обеспечивает лучшее качество резки металлов, которые они предназначены резать.
Если вас интересует полный набор подробных планов сборки профессионального настольного станка с ЧПУ. Посетите сайт KAL CNC по адресу kalccnc.com. Машина разработана Дэйвом Филдом из KAL Strategies и предназначена для сборки с использованием простых инструментов. На мой взгляд действительно отличный вариант.
Diy Cnc Machine – Etsy Turkey
Etsy больше не поддерживает старые версии вашего веб-браузера, чтобы обеспечить безопасность пользовательских данных. Пожалуйста, обновите до последней версии.
Воспользуйтесь всеми преимуществами нашего сайта, включив JavaScript.
( 1000+ релевантных результатов, с рекламой Продавцы, желающие расширить свой бизнес и привлечь больше заинтересованных покупателей, могут использовать рекламную платформу Etsy для продвижения своих товаров. Вы увидите результаты объявлений, основанные на таких факторах, как релевантность и сумма, которую продавцы платят за клик.
