ЧПУ на Ардуино своими руками: самодельный cnc фрезерный станок arduino пошаговая инструкция

Что такое arduino

Arduino — это бренд аппаратных и программных средств для построения и прототипирования простых систем, моделей и экспериментов в области электроники, автоматики, автоматизации процессов и робототехники.

Программная часть состоит из бесплатной программной оболочки (IDE) для написания программ, их компиляции и программирования аппаратуры.

Аппаратная часть представляет собой набор смонтированных печатных плат, продающихся как официальным производителем, так и сторонними производителями. Полностью открытая архитектура системы позволяет свободно копировать или дополнять линейку продукции Arduino.

Чаще всего термин «Ардуино» используют для обозначения контроллера с собственным процессором и памятью. Arduino пользуются большой популярностью среди начинающих инженеров и опытных энтузиастов, из-за низкой цены и простоты настройки.

Открытая архитектура плат Arduino позволяет проектировать микроконтроллеры людям с минимальным знанием электротехники. Существенным достоинством можно назвать и доступные в Интернете схемы и коды, созданные для различных типов станков.

К числу самых популярных у инженеров контроллеров Arduino принадлежат UNI, R3, Mega 2560 и Nano.

Что нужно для создания фрезерного станка на ардуино своими руками

Для самостоятельного создания фрезерного станка с ЧПУ рекомендуется приобрести проверенный комплект электроники и оборудования:

• Контроллер Arduino;
• Плату расширения CNC Shield v3 / v4;
• Драйверы DRV8825 / A4988;
• 4-контактные шаговые двигатели (по 2 на каждую ось); 
• Блоки питания для двигателей;
• Необходимый рабочий инструмент.

Для загрузки на плату прошивки потребуется компьютер и USB-кабель. Также для соединения всех электрических элементов станка необходим электрокабель. 

Определяем размеры станка

• Размер рабочего поля станка зависит от ходовых винтов
• Винты со стандартной разделкой концов продаются на али комплектами.
• В комплект входит: винт, гайка, крепление гайки, муфта и держатели винтов.

Данный станок имеет следующие размеры:

• оси Y: винт 700мм, профиль 685мм.
• соединительный профиль 685мм
• оси X: винт 470мм, профиль 455мм.
• ось Z: винт 300мм

при этих параметрах

• рабочее поле станка: X-295мм Y-480мм Z-160мм. размеры без установленных концевиков.

Пример

для увеличения размеров по оси Y

берем винт 1500мм, тогда длина профиля составит 1485мм (1500-700 685=1485)увеличиваем ось X (портал)

для винта длиной 1200мм понадобится профиль длиной 1185мм (1200-470 455=1185)

а длина соединительного профиля составит 1385мм (685 (1200-500)=1385)при таких винтах получаем станок с рабочим полем X-995м Y-1280мм Z-160мм

1. Собираем левую и правую часть оси Y

• 1. устанавливаем угловые элементы.
• 2. Собираем направляющую, на цилиндрический рельс SBR20 одеваем две каретки SBR20UU и прикручиваем его к алюминиевому профилю 60х60 винтами М6.
• 3. Тиким же образом собираем вторую направляющую.
• 4. Все теми же винтами М8 соединяем обе направляющие между собой заранее подготовленным профилем, который задает длину оси X, получаем основание станка. Не затягиваем.
• 5. В угловые элементы устанавливаем фиксируемые опоры винтов FK12, крепим на винты М5.
• 6. Берем винт с накрученной на него гайкой, одеваем крпеление гайки к стойке и прикручиваем его на 6 винтов М5.
• 7. Концом с резьбой устанавливаем винт ШВП 1605 в опору FK12 слегка фиксируя гайкой на опоре.
• 8. Шаговый двигатель NEMA 23 c надетой на вал муфтой, устанавливаем на свое место. Крепим винтами М5. Смотрим рисунок.
• 9. Затягиваем гайку, фиксирующую винт на опоре FK12 и фиксируем муфту на винте ШВП и валу двигателя, затягивая винты на соответсвующих половинках муфты.

2. Портал фрезерного станка, ось Х

• 1. Соответвующие стороне стойки портала крепим на подшипники SBR20UU на винты М5. Гайку ШВП (SFU1605) не прикручиваем к стойке.
• 2. Устанавливаем заготовленный для портала профиль и прикручиваем его винтами М8, Не затягиваем.
• 3. Прокатываем портал в одну сторону до упора и подтягиваем винты М8 основной рамы станка.
• 4. Прокатываем портал в противоположную сторону и подтягиваем винты основной рамы станка.
• 5. Проверяем как перемещаяется портал, прокатывая его из стороны в сторону. Нужно добиться плавного перемещения портала по всей длине оси Y. После чего протягиваем винты основной рамы станка.
• 6. Собираем направляющую оси X, на цилиндрический рельс SBR20 одеваем две каретки SBR20UU и прикручиваем его к конструкционному профилю сечением 60х60 винтами М6.
• 7. В правую часть портала устанавливаем опору винта FK12, прикручиваем винтами М5.
• 8. Собираем винт, накручиваем на него гайку, на гайку одеваем крпеление и прикручиваем его на 6 винтов М5.
• 9. Концом с резьбой устанавливаем винт ШВП 1605 в опору FK12, слегка фиксируя гайкой на опоре.
• 10. Шаговый двигатель NEMA 23 c надетой на его вал муфтой устанавливаем на свое место. Крепим винтами М5. Смотрим рисунок.
• 11. Затягиваем гайку фиксирующую винт на опоре FK12 и фиксируем муфту на винте ШВП, на валу двигателя не фиксируем.

3. Ось Z фрезерного станка

• 1. Опору FK12 устанавливаем снизу платформы оси Z, крепим на винты М5.
• 2. Устанавливаем основу оси Z на подшипники SBR20UU, крепим винтами М5. Подтягиваем винты.
• 3. Прокатывая влево, подтягиваем винты крепления профиля к стойке, прокатывая вправо, подтягиваем винты крепления правой стойки.
• 4. Регулировкой добиваемся плавного движения оси X, затягиваем винты крепления профиля к стойкам.
• 5. Одеваем подшипники SBR16UU на цилиндрические рельсы SBR16, крепим их через проставки Деталь 14 к основе оси Z винтами М5
• 6. Прикручиваем Деталь 10 на подшипники SBR16UU, подтягиваем винты.
• 7. Перемещая каретку оси Z, добиваемся плавного хода, фиксируем винты крепления цилиндрического рельса и Детали 10.
• 8. Устанавливаем винт с гайкой и модулем крепления гайки к подвижной пастине крепения шпинделя. Фиксируем финт гайкой на опоре.
• 9. устанавливаем двигатель с муфтой.
• 10. Устанавливаем крепление шпинделя. В данном варианте используется проставка под брекет шпинделя.

X-y-z

Устанавливаем Z на Y.

Устанавливаем боковые стенки портала и клеммную коробочку для кабелей.

Устанавливаем портал на раму.

Вот и все. Станок получился удобный, стройный, я бы даже сказал поджарый, ничего не торчит, к рабочему полю хороший доступ со всех сторон, никаких кожухов, которые чего-то там прикрывают, нет «гусениц» для проводов, все провода спрятаны. Кстати, в моем экземпляре контроллер тоже спрятан под стол, к станку подходит только шнур питания и кабель LPT порта от компьютера.

Даже если вы все кривовато выпилили и не очень точно просверлили отверстия, вы все равно сможете доработать станок, довести его до ума и заставить нормально работать. Потому что в этой конструкции все определяется заведомо точными покупными направляющими и приемлемой геометрической точностью прессованных профилей (параллельность и перпендикулярность граней).

А можно…?

Отвечаю сразу — МОЖНО! Все можно! Только нужно ли?

«А можно вместо четырех шариковых блоков поставить на каретку два? Будет почти в два раза дешевле» — Можно! Но я поставил четыре, и вам советую.

«А можно заменить обычные профили станочными? Будет лучше» — Можно! В каком-то смысле действительно будет лучше. Скажем так, будет лучше ровно на столько, на сколько, к примеру, станут лучше «Жигули», если поставить на них семнадцатидюймовые колеса от «Мерседеса», Но дороже будет, это точно!

«А можно для увеличения прочности заменить не внушающие доверия алюминиевые профили хорошими стальными?» — Можно! Если удастся подобрать подходящие по размеру, и при условии замены шариковых направляющих на 20-й типоразмер. Кстати и ремни нужно взять потолще, и двигатели помощнее, и, чего там мелочиться, лучше сразу на ШВП перейти.

«А можно такой станок сделать размером 2х3 метра, и чтобы 10 мм фанеру пилил со скоростью 600 мм/мин.?» — Можно! Только профили нужно брать станочные и крепить их к стальным сварным рамам, и ремни заменить зубчатыми рейками и моторы брать с редукторами, и прочее по мелочам.

«А можно вместо дорогих шариковых направляющих применить обычные шарикоподшипники, чтобы все так же ездило?» — Можно! Ездить будет! Но я все-таки разорился на рельсы и дорогие линейные подшипники, сами догадайтесь почему.

«А можно вместо импортных шариковых линейных направляющих использовать наши, отечественные, мебельные, или компьютерные?» — Можно! См. ответ на предыдущий вопрос.

«А вот у меня нет ни дрели, ни ножовки по металлу. Как быть?» — Займите у соседа или купите… лучше сразу готовый станок.

«Хочу построить такой же станок как у вас. Не могли бы вы: дать мне готовые чертежи, ткнуть носом, где продаются все комплектующие, отвести за руку к дяде, который выточит нужные детали, оказать помощь в изготовлении, сборке и настройке станка, консультировать, отвечать на вопросы, и вообще, всячески содействовать?» — Мог бы, если у вас хватит денег на все это содействие.

Такие, вот, дела.

Для чего нужны шилды

Добавление в схему шилдов, таких как CNC Sheild v3 или v4, расширяет возможности ЧПУ-станка. К Arduino можно одновременно подключить несколько шилдов, для выполнения разных задач. Основные функции оборудования:

• Обеспечение автономной от компьютера работы;
• Подключение и вывод информации на периферийные устройства;
• Параллельное управление несколькими моторами;
• Подключение к Wi-Fi или мобильным сетям.

Задача

Вообще говоря, «на скорую руку» делаются бутерброды и салаты, романтический ужин можно соорудить на скорую руку, но не станок. Тем не менее, я вынес это словосочетание в заголовок статьи. Почему? Попробую объяснить.

«На скорую руку» это значит технологично для домашнего производства. Т.е. станок должен быть сконструирован так, чтобы его можно было изготовить, используя минимальный набор самых обычных слесарных инструментов. Буквально, если у вас в арсенале имеется электролобзик с пилкой по металлу, сверлильный станок, плашки-метчики и напильник, то этого должно быть достаточно. На худой конец, сгодится простая ножовка по металлу и дрель.

Кое-кто скажет: «Ну, ты загнул, товарищ! Так не бывает», и будет прав. Так действительно не бывает. Потому что, если фрезерные работы можно исключить полностью, то без элементарных токарных работ нам не обойтись, значит, работ этих должно быть совсем не много, все остальное – ручками, на кухне.

Ставя перед собой такую задачу, надо хорошо понимать, что осуществить задуманное можно только при условии широкого применения покупных комплектующих и стандартных алюминиевых профилей. Направляющие – этакие краеугольные камни портального гравировально-фрезерного станка — тоже придется купить, а они дорогие. Так что, «на скорую руку» не значит дешево!

И последнее соображение. «На скорую руку» ассоциируется с понятиями просто и быстро. Если с определением «просто» можно согласиться, то быстро вряд ли получится. Изготовление даже простых деталей может затянуться на неопределенный срок, но как говорится, «терпение и труд – все перетрут».

Подытожим:

• Для фрезерования бальзы, фанеры, дерева, пластиков и тонких (до 2 мм) алюминиевых сплавов.
• На линейных шариковых направляющих и зубчатых ремнях.
• Рабочее поле не менее 1000х300х90.
• Разрешение позиционирования не хуже 0,1 мм.
• Скорость позиционирования не менее 2 м/мин.

Зубчатые ремни и шкивы

Место для крепления мотора обычно выбирают на отдельной стойке либо с внешней стороны устройства. Для соединения шариково-винтовой пары с мотором можно задействовать гибкую муфту.

Однако в компактном помещении размещенный снаружи мотор будет мешать, и поэтому его убирают внутрь. Если не получается соединить мотор с шариково-винтовой парой напрямую, можно воспользоваться шкивами и зубчатыми 9-миллиметровыми ремнями HTD5m.

Используя ременную передачу, можно применить понижающую передачу, чтобы подключить мотор к приводному винту. Тогда мотор малой мощности обеспечит идентичный крутящий момент, даже если устройство будет работать небыстро.

Игрек

Пошли дальше.

Поперечная балка, на которую будут устанавливаться рельсы оси Y, получается длиной 510 мм. В целях унификации сделаем ее из того же алюминиевого бокса 80х40х4 мм. Рельсы поставим прямо на торцы балки.

В большое прямоугольное отверстие на широкой грани профиля будет входить ось двигателя с насаженным на него зубчатым колесом. С противоположной стороны балки разместится каретка Z. Т.е. балка должна пройти как бы сквозь каретку Y. Для этого на шариковые блоки наденем две одинаковые детали, сделанные из отрезков стандартного алюминиевого швеллера 60х40х5 мм.

Проводку зубчатого ремня выполним точно так же, как и по оси Х, только устройства для крепления и натяжения ремня сделаем на уголках.

Ремень оказывается хорошо защищен от стружек и грязи. В нижней части профиля (внутри) будет размещена петля кабеля от двигателей Y и Z. Осталось поставить заглушки на торцы балки и все.

С лицевой стороны (со стороны каретки Z) балка не имеет отверстий, что очень хорошо, т.к. именно тут летит стружка. Как видите, балка с кареткой Y получилась очень простой.

Как сделать станок для выжигания на различных материалах

Станок с ЧПУ для выжигания отличается от фрезера только рабочим инструментом. Вместо шпинделя с фрезой используется нихромовая нить, разогретая до высокой температуры. Собрать такой станок еще проще, чем фрезерный, поскольку вместо вращающейся фрезы используется неподвижный нагреваемый элемент.

Пиропринтер — выжигатель с ЧПУ, — подходит для решения задач в образовании, штучном и мелкосерийном производстве художественных и ремесленных изделий, декорировании элементов мебели и галантереи. Устройство аппарата обеспечивает более высокий уровень безопасности, чем фрезер.

Как сделать фрезерный станок чпу своими руками: пошаговая инструкция

Устройство можно изготавливать двумя методами:

1. Приобрести готовый комплект запчастей и самостоятельно смонтировать из него устройство.
2. Изготовить или приобрести все комплектующие по отдельности.

Второй вариант более сложный и затратный по времени, зато более бюджетный.

Подбирая материал для устройства, надо учитывать, что он обязан быть прочнее тех материалов, которые будут на нем обрабатываться.

Модели с подвижными столами хороши только в том случае, если станок будет компактным, менее 30 × 30 см. Для более крупных моделей оптимальными станут двигающиеся порталы.

В большинстве случаев устройства домашней сборки оснащаются шаговыми двигателями, а промышленные модели — более сложными и дорогостоящими сервоприводами.

Если вас интересует затейливая многомерная резка, лучше приобрести шпиндель с водяным охлаждением. Он недешевый, но издает меньше шума, способен обрабатывать разнообразные материалы и не перегревается, работая на пониженных оборотах.

Станок, описанный в этой статье, обошелся ориентировочно в 1500 евро. Им можно обрабатывать фанеру, пластик, лиственную древесину и алюминий.

Как вариант: основой для фрезерной установки может послужить сверлильная, где головка со сверлом заменяется на фрезерную. Чтобы инструмент мог передвигаться по трем плоскостям, механизм следует оснастить подшипником. Удобнее всего собирать такие механизмы на основе принтерной каретки, потом останется только оснастить аппарат программным управлением.

Как собрать чпу-стол?

Чтобы по максимуму использовать возможности станка, его нужно поместить на прочный и устойчивый стол. Проще всего взять за основу старый стол и переделать его под новые нужды. Для работы нужно заранее подготовить:

• кнопку завершения работы;
• фиксатор роликов;
• зенковку и биты;
• дрель;
• электрическую отвертку;
• пилу;
• станок X-Carve;
• концевую фрезу на 4 дюйма с твердосплавным покрытием;
• твердосплавную фрезу на 4 дюйма, с 4 каналами, с шариковым наконечником;
• средства защиты слуха.

От старого стола нужно взять две большие полки и укрепить их. По четырем внутренним углам надо разместить угловые скобки, а по длине поперечной балки, которая проходит по нижней стороне — L-образные скобки. Чтобы закрепить полку, нужно добавить дополнительные деревянные подставки. После того как полка будет помещена на место, надо укрепить ее еще большим количеством скобок.

Чтобы найти разумное применение каждому сантиметру помещения, стол хорошо бы оснастить пегбордом, то есть перфорированной панелью для инструментов. Углы панели вырезаются электролобзиком, держатели для инструментов крепятся в отверстиях, на пегборд добавляются лотки для хранения мелких комплектующих.

Пространство в нижней части стола тоже прекрасно подходит для хранения объектов — в частности, барабанного шлифовального станка или настольной пилы. Для хранения материалов можно соорудить съемную полку, воспользовавшись для этого листом фанеры и заготовленными для ножек деревянными брусками. Ножки крепятся к листу фанеры с помощью угловых скоб.

Еще одну полку можно оборудовать наверху — иногда это помогает закрыть проводку от станка и розетку. Верхнюю полку укладывают на торцы стоек и прикручивают. У второй полки углы для ножек вырезают с помощью лобзика.

Комплектующие

Для изготовления станка вам потребуются следующие механические компоненты:

• профиль из алюминия 30 × 60 мм, порезанный на отрезки до 10 см;
• пластина из алюминия толщиной 15 мм;
• штырь из стали с резьбой M10 с гайкой из делрина;
• линейные направляющие SBR 16 и SBR 20;
• шарико-винтовая пара с шагом 5 мм и диаметром 16 мм;
• ножки для выравнивания и защиты от вибрации.

Также надо будет обзавестись нижеперечисленными электрическими элементами:

• 3 шаговыми двигателями 3 Nm Nema 23;
• 3 драйверами для этих двигателей DM556 Leadshine;
• блоком питания 36 В;
• интерфейсной платой 5 Axis CNC Breakout Board;
• источником питания 5 В к плате;
• двухпозиционным выключателем On/Off;
• многожильным кабелем Shielded 4 Conductor 18 AWG;
• 3 сенсорными концевыми выключателями;
• шпинделем Kress FME 800 (его можно заменить на Dewalt Compact Router либо Bosch Colt ).

Программ будет нужно две — CamBam, совмещающая в себе функционал CAD и CAM, а также Mach3 для контроля устройства.

Крепления двигателя

Для опор мотора применяют фрагменты алюминиевых труб с квадратным сечением, заранее порезанные с желаемой длиной. Как вариант, можно разрезать трубу из стали.

Надо убедиться, что крепления мотора по осям X и Y можно свободно двигать с целью натяжения зубчатых ремней. Выполнить прорези и высверлить крупное отверстие на одной стороне крепления можно как на сверлильном, так и на токарном станке.

Крупное отверстие с одной стороны выпиливают при помощи концевой пилы. Таким образом, двигатель садится на один уровень с поверхностью, а вал получается центрированным. С противоположной стороны крепления выполняют четыре слота, дающие мотору возможность скольжения вперед-назад.

Для крепежа двигателя используют болты М5.

Опора для приводных гаек

Шарико-винтовую пару для оси Z можно заменить стержнем с резьбой М10 и гайкой из делрина. Полиформальдегид делрин является самосмазывающимся и по мере эксплуатации не страдает от износа.

Чтобы минимизировать люфт, резьбу следует выполнять метчиком высокого качества.

Для осей X и Y выполнено крепление привода из алюминия. На гайках шарико-винтовой передачи расположена пара компактных фланцев с тремя отверстиями с каждого бока. По одному отверстию с каждой стороны используется, чтобы крепить гайки к держателю.

Держатель нужно обработать с высокой точностью на токарном станке. Прикрутив гайки к порталу и каретке оси Y, можно поворачивать шарико-винтовую пару ручным способом и перемещать эти комплектующие на другую сторону. Гайку начнет клинить, если габариты держателей окажутся неправильными.

Ось x

Рама оси создается из алюминиевого профиля 30 × 60 мм (4 сегмента) и пары боковых панелей 15-миллиметровой толщины. На окончаниях профилей располагаются два отверстия с диаметрами 6,8 мм. Изнутри отверстий метчиком выполняется резьба М8.

Для совпадения отверстий на концевых панелях пластины надо прижать друг к другу во время сверления. В их серединах просверливаются 4 отверстия для установки подшипниковых опор. В одной боковой пластине просверливаются дополнительно 4 отверстия, чтобы закрепить двигатель.

Из алюминиевых кусочков с габаритами 50 × 20 × 50 выполняются 4 блока для крепления ножек, которые будут обеспечивать столу ровное положение. Блоки прикручивают к профилям снаружи посредством четырех болтов М5 с t-гайками для мебели.

К профилям нужно подвести рельсы. Пазы в профилях должны идеально совпадать с отверстиями, высверленными в основаниях направляющих.

При установке можно пользоваться t-гайками для мебели и болтами М5.

Ось z

Рельсы оси Z подсоединяются к подвижной части узла оси Z. Важно проследить, чтобы они оказались смещены от края пластины ориентировочно на полсантиметра. Выровнять их можно с помощью двух кусков пластика, используемых как прокладки. Для установки верхней пластины на узел оси Z в окончании монтажной пластины высверливают три отверстия.

Если шаговый мотор не удается разместить вплотную к пластине, потребуется выполнить для него отдельное пластиковое крепление.

Блоки корпусов подшипников тоже делаются пластиковыми. В качестве приводного винта применяется стержень из стали с резьбой М10. Шкив для зубчатого ремня просверливают, выполняют резьбу М10 и прикручивают к верхней половине приводного винта. Фиксировать эту деталь в нужной позиции будут три установочных винта. Гайку из делрина закрепляют к каретке оси Y.

Отладка самодельного станка с чпу

Перед началом полноценной работы на станке надо обработать несколько пробных деталей различных конфигураций и габаритов, сделанных из разных материалов. Возможно, в процессе выяснится, что устройство издает слишком громкий шум, и от него во все стороны разлетается пыль. Тогда его можно оснастить пылеуловителем, соединенным с пылесосом.

Нередко оказывается, что расчет крутящего момента на Y-опоре был произведен некорректно. В таком случае из-за высокой нагрузки по оси Y станок начнет изгибаться. Для устранения этого изъяна надо купить вторую направляющую и модернизировать портал.

Проводка зубчатого ремня

Да, шаговые моторы для перемещения портала по оси Х будут крепиться на самом портале! Почему-то когда говорят о приводе зубчатым ремнем, в мозгах рисуется ремень в виде кольца с мотором, установленным на раму, а натяжение ремня организуется на портале или каретке.

Концы ремня закрепим на раме. Одну прижимную планку зафиксируем жестко, а другая будет иметь возможность перемещаться для натяжения ремня в пределах расстояния между соседними зубьями, т.е. в пределах 5 мм. Зубчатое колесо, как обычно, насаживается на вал мотора.

Чем же такой способ лучше кольцевого ремня? Да, хотя бы тем, что расход ремня в два раза меньше, натягивать проще, экономия на зубчатых колесах, которые дорогие и их надо покупать вместе с ремнем. Ролики с осями можно подобрать готовые. В общем есть в таком решении плюсы. А минусы? Не знаю….

Кабели от моторов таскать за порталом? Так их все равно таскать от осей Y и Z, плюс-минус несколько проводов – не принципиально. Вес портала увеличится? Увеличится. И это, наверно, единственный минус, о котором стоит говорить. Цена вопроса 1,5…2 кг (вес моторов)

и/или 100 долларов США (длинный ремень и дополнительные зубчатые колеса). Я выбрал экономию денег, а не веса. При таких размерах портала экономия двух килограммов его массы существенного выигрыша не дает. В конце концов, при использовании зубчатых реек моторы стоят именно на каретках.

Ремень надо брать с относительно мелким зубом. Я выбрал любезный моему сердцу ремень от хвостовой балки модели вертолета «Раптор 50». Он имеет шаг зубьев 5 мм. Зубчатое колесо тоже от этого вертолета. Его диаметр (по средней линии зубьев) 14 мм.

Значит при включении двигателя в полушаговом режиме (400 шагов на оборот) перемещение каретки на один шаг будет 3,14*16/400 = 0,11 мм. Это больше, чем задумано. В микрошаге (1:6) перемещение на шаг получается 0,042 мм. То, что надо. И хотя «не тянущийся» ремень все равно чуть-чуть тянется, зато в ремне отсутствует накопленная ошибка, которая всегда присутствует в ходовом винте.

Что касается кронштейна шагового мотора, то это, как видите, простая пластина с дырками. Ничего особенного, выпиливаем точно так же, как и основание. Пока за рамки ножовки, дрели и напильника мы не вышли. Будем продолжать в том же духе.

Устанавливаем все это дело на раму и проверяем, как ездит. Ездит хорошо!

Собственно, это почти все с рамой. Осталось «причесать», придать изделию «товарный вид» и установить столешницу.

Программное обеспечение

Готовому устройству для полноценного функционирования требуется три разновидности софта:

• CAD, чтобы создавать чертежи;
• CAM, чтобы создавать траектории инструментов и выводить G-код;
• контроллер, считывающий G-код и управляющий маршрутизатором.

Хорошим примером софта, совмещающего в себе функционал CAD и CAM, станет CamBam. Он несложный и вполне подходит для домашнего производства. Перед началом работы ему нужно задать параметры: диаметр применяемых инструментов, глубину и скорость резания, глубину за проход и так далее. Задав софту траекторию, можно будет вывести G-код, отдающий станку непосредственные команды.

В качестве контроллера следует порекомендовать Mach3. Он будет передавать сигналы на интерфейсную плату через параллельный порт компьютера. С помощью команд контроллера будет происходить обнуление режущего инструмента и запуск программы резки. Также контроллер может менять скорость резания и шпинделя.

Рабочая поверхность

Идеальной опцией стала бы столешница из алюминия с пазами в форме буквы Т, но это стоит недешево. Поэтому ее имеет смысл заменить перфорированной столешницей, так как она экономичнее и позволяет зажимать обрабатываемую деталь разными способами.

Для крепления к алюминиевым профилям стола из березового фанерного листа 18-миллиметровой толщины применяются болты М5 и гайки с пазами в форме буквы Т. Сетка с шестиугольными вырезами под гайки выполняется в CAD-софте, потом отверстия проделываются на станке с ЧПУ.

Поверх фанеры устанавливают лист МДФ 25-миллиметровой толщины. Для прорезания отверстий в обеих частях применяют большую фасонную фрезу. Отверстия в МДФ выравнивают с центрами заблаговременно проделанных шестиугольных отверстий. Потом МДФ снимают, а гайки устанавливают в отверстия фанерного листа. После этого МДФ возвращают на место.

Сборка

Устанавливаем ходовой винт внутрь основания-швеллера, сделанного из профиля 60х40х5 мм, какого же, как и тот, который мы использовали для каретки Y. К торцам основания привинчиваем рельсы.

Внимательный читатель скажет: «Ага! Деталь, на которую ставится двигатель, фрезерованная!!!». Необязательно. Ее можно сделать из двух плоских деталей и свинтить вместе. Например, так.

Устанавливаем уголки на шариковые блоки. Уголки сделаны из профиля 50х50х5 мм. Это единственный доступный профиль из сплава Д16Т.

Спереди на уголки ставится панель, которая, по сути, и есть каретка Z. Но перед этим установим перемычку, которая свяжет уголки с ходовой гайкой.

На первый взгляд эта деталь лишняя. Ходовую гайку можно закрепить сразу на передней панели. Но в этом случае, существенно возрастают требования к точности изготовления деталей, и монтаж гайки придется производить вслепую. Т.к. станок у нас «на скорую руку» и делаем мы его на кухне, то в данном случае такая переходная деталька может оказаться полезной. Впрочем, кто в себе уверен, может ее и не ставить.

Последний штрих. Устанавливаем переднюю панель и кронштейн для шпинделя.

Кронштейн может быть фрезерованный, а может быть и просто плоский. Это у кого как получится. Ходовой винт по оси Z оказался хорошо защищен от прямого попадания стружки. В целом, каретка Z получилась компактной, ее ширина 118 мм. Неплохой результат, если учесть, что основные детали сделаны из стандартных профилей.

Сложности в работе, возможные ошибки и как их избежать

При монтаже станины нельзя применять соединения сварного типа, так как они не справляются с вибронагрузками. В местах крепления рекомендуется пользоваться Т-образными гайками.

Чтобы усилия передавались на вал равномерно, на винтовых передачах следует размещать зубчатые ремни, не проскальзывающие на шкивах.

Исключительно важно приобрести надежные подшипники и качественные ходовые винты — это гарантирует станку прочность и долговечность.

Габариты всех деталей необходимо подбирать с максимально возможной точностью и следить, чтобы они безупречно подходили к блоку.

Итак, теперь вы знаете, как собрать дома фрезерное устройство с ЧПУ. Конечно, это удобнее делать с напарником, а не в одиночку. Если вы обладаете достаточными навыками и свободным пространством дома или в гараже, собранный по этой инструкции станок прекрасно заменит вам аналог, созданный на заводе.

Столешница

Станок планируется в основном для пиления бальзы, фанеры, пластиков, поэтому столешница может быть сделана из ламинированной панели для кухонной мебели толщиной 40 мм, т.е. той же толщины, что и алюминиевые боксы. Столешница крепится к двум несущим балкам рамы.

Швеллеры, в которых проложены рельсы, также следует прикрепить саморезами к столешнице. В целом, конструкция получается ровная, прочная и жесткая. Можно спокойно встать на получившееся основание станка и походить по нему пешком – ничего не случится.

Некоторым «продвинутым» специалистам может понравиться наборная столешница из алюминиевого станочного профиля. Пожалуйста, принципиально ничего не изменится. Однако станок на зубчатых ремнях может пилить только то, на что рассчитан, а именно — фанеру, пластики и тонкий алюминий, и не более того, поэтому ужесточать столешницу – бессмысленно.

Товарный вид

«Made in дома» — не обязательно сикось-накось, коряво и неаккуратно. Меня удручают, закрепленные на уродских «курьих ножках» и торчащие во все стороны двигатели, пучки неубранных проводов, вывороченные наизнанку контроллеры и тому подобные «прелести» самодельных конструкций.

Все бы ничего, в конце концов, каждый делает как может, пока автор очередного такого уродца не начинает всерьез рассуждать о серийном производстве своего детища для продажи, оправдывая неказистый вид станка, тем что это, дескать, опытный образец: «Тут подправим, там переделаем, кожухи понавесим, все покрасим, и будет это не станок, а конфетка». Не будет!

Проложим пару дохленьких швеллеров, в которых будут размещаться петли кабелей от двигателей и концевых выключателей. Если контроллер большой и не лезет в подстольное пространство, то сделаем кронштейны для выходных соединителей. И, наконец, установим заглушки на торцы несущих профилей, чтобы в них не скапливалась грязь.

Затраты труда на эти на первый взгляд необязательные мероприятия окупаются с лихвой.

Ходовой винт

Начнем с винта. Я уже писал подробно о ходовых винтах и гайках в статье «Механика самодельного станка ЧПУ», не буду повторяться. НО. Так ли уж необходим в данном случае на оси Z ходовой винт с гайкой, выполненный по всем правилам точной механики? Вряд ли.

Станок предназначен для плоского фрезерования, по сути, это просто лобзик с ЧПУ – опустил фрезу на нужную глубину и – погнали выпиливать. Тут сгодится катаный винт. Да, чего там катаный, простой винт с метрической резьбой сгодится! И гайка капроновая сгодится!

Другое дело, если планируется 3D фрезерование, например барельефов и медалей…, но такая задача плохо согласуется с ременным приводом остальных осей. Так что, винт можно применить ЛЮБОЙ. Любой то любой, но я применил катаный винт Tr12х2 и бронзовую гайку с компенсацией люфта. Т.к. сегодня у меня это просто лобзик, а завтра я, возможно, захочу поставить винты на все оси. Конструкция позволяет.

Кстати, ходовой винт, переходная втулка для двигателя и опорные кольца подшипников – единственные детали, для изготовления которых нам потребуется токарный станок. Даже если вы купили резьбовую шпильку на рынке, концы такого винта нужно разделать.

Конструкция подшипникового узла ходового винта описана в вышеупомянутой статье. Она оказалась удачной, поэтому в новом станке сделаем точно также.

Отверстие в стенке под подшипники растачивать по посадке не обязательно, достаточно просто просверлить. Рабочие нагрузки направлены по оси винта, и если радиально-упорные подшипники будут слегка елозить в поперечном направлении, то ничего страшного, на точности работы оси это практически не скажется.

Чпу фрезер своими руками это сложно но возможно.

Шаг 1: строим раму

Главное — это хорошее планирование…

Через неделю после заказа прибыли запчасти. И через несколько минут ось Х была готова. — Проще, чем я думал! 15-миллиметровые линейные подшипники HRC имеют очень хорошее качество, и после их установки вы сразу понимаете, что они будут работать очень хорошо.

Через 2 часа при сборке своими руками станка ЧПУ на Ардуино появилась первая проблема: шпиндели не хотят попадать в роликовые подшипники. Мой морозильник недостаточно большой для 1060 мм шпинделей, поэтому я решил достать сухой лед, что означало приостановить проект на неделю.

Шаг 3: электрические детали

Механическая часть закончена, и я перехожу к электрическим деталям.

Поскольку я очень хорошо знаком с Arduino и хочу иметь полный контроль через USB, я сначала выбрал Arduino Uno со щитом GRBL и степперами TB8825. Эта конфигурация работает очень просто, и после небольшой настройки машина стала управляемой на ПК. Отлично!

Но так как TB8825 работает максимум на 1,9 А и 36 В (становится очень горячим), этого достаточно для запуска машины, но я заметил потери в шагах из-за слишком малой мощности. Длительный процесс фрезерования при такой температуре представляется кошмаром.

Я купил дешевый TB6560 из Китая (300 рублей за каждый, доставка 3 недели) и подключил их к щиту GRBL. Номинальные напряжения не очень точны для этой платы, вы найдете номиналы от 12 до 32В. Поскольку у меня уже есть источник питания 36 В, я попытался приспособить именно его.

Результат: два шаговых привода работают нормально, один не может выдержать более высокое напряжение, а другой поворачивается только в одном направлении (невозможно изменить направление).

Итак, снова в поисках хорошего драйвера…

TB6600 — мое окончательное решение. Он полностью закрыт алюминиевым охлаждающим покрытием и прост в настройке. Теперь мои степперы работают по осям X и Y с 2,2А и по оси Z с 2,7А. Я мог поднять до 3А, но поскольку у меня есть закрытая коробка для защиты цепей от алюминиевой пыли, я решил использовать 2,2А, что достаточно для моих нужд и почти не выделяет тепла. Также я не хочу, чтобы степперы уничтожили машину в случае ошибки, когда я даю им слишком много мощности.

Я долго думал над решением для защиты блока питания степперов и преобразователя частоты от мелких алюминиевых деталей. Существует много решений, когда преобразователь устанавливается очень высоко или на достаточном расстоянии от фрезерного станка. Основная проблема в том, что эти устройства выделяют много тепла и нуждаются в их активном охлаждении.

Шаг 4: шпиндель

Выбор подходящего шпинделя требует много исследований. Сначала я подумал о том, чтобы использовать стандартный шпиндель Kress1050, но, поскольку у него всего 1050 Вт на скорости 21000 об / мин, я не могу ожидать большой мощности на более низких скоростях.

Для моих требований к сухому фрезерованию алюминия и, возможно, некоторых стальных деталей мне нужна мощность на 6000-12000 об / мин.

Вот почему я, наконец, выбрал частотно-регулируемый привод на 3кВт из Китая (вместе с конвертером) за 25 тыс. рублей.

Качество шпинделя очень хорошее. Он довольно мощный и простой в настройке. Я недооценил вес в 9 кг, но, к счастью, моя рама достаточно крепкая и с тяжелым шпинделем проблем нет. (Высокий вес является причиной для привода оси Z на 2,7 А)

Шаг 9: программное обеспечение

Попользовавшись CAD, затем CAM и, наконец, G-Code Sender я очень разочарован. После долгих поисков хорошего программного обеспечения я остановился на Estlcam, которое является очень удобным, мощным и очень доступным (3 тыс. рублей).

Он полностью перезаписывает Arduino и самостоятельно контролирует шаговые двигатели. Есть много хороших задокументированных функций. Пробная версия обеспечивает полную функциональность программного обеспечения, лишь добавляя время ожидания.

К примеру, поиск края. Нужно просто подключить провод к контакту Arduino A5 и к заготовке (если не металлическая, то используйте алюминиевую фольгу, чтобы временно покрыть ее). С помощью машинного управления вы можете теперь прижимать инструмент для фрезерования к рабочей поверхности.

Электрика и электроника

Для создания электронной составляющей предстоит воспользоваться нижеперечисленными комплектующими:

• источником питания с выходным напряжением 48V DC и выходным током 6,6 A;
• 3 драйверами шагового мотора Leadshine M542 V2.0;
• 3 шаговыми моторами 3Nm hybrid Nema 23;
• интерфейсной платой;
• реле — 4-32V DC, 25A/230 V AC;
• главным выключателем;
• блоком питания к плате 5V DC;
• блоком питания для охлаждающих вентиляторов 12V DC;
• парой вентиляторов Cooler Master Sleeve Bearing 80mm;
• парой розеток — для пылесоса и шпинделя;
• кнопкой экстренного завершения работы и концевыми выключателями.

Если моторы не самые мощные, допустимо использование платы на три мотора — однако все равно рациональнее применить индивидуальные драйверы. Микрошаговый режим драйверов Leadshine обеспечивает предельную плавность перемещения инструмента и понижает вибрации мотора.

Источник постоянного напряжения 5 В подключают к главному входу питания. Для вентиляторов устанавливают розетку, электроэнергия к ним поступает через традиционный 12-вольтовый адаптер, размещенный на стене.

Компьютер контролирует реле на 25А через прерыватель. Входные клеммы реле подключаются к выходным клеммам прерывателя. Реле подключается к паре розеток, питающих электричеством Kress и пылесос для сбора стружек.

Если в конце G-кода стоит команда M05, шпиндель с пылесосом выключатся. Для их повторного включения потребуется нажатие кнопки F5 либо ввод команды M03.

Этот станок может собрать каждый.

Я постарался до мелочей рассказать и показать как и из чего можно все это собрать.

• Габарит станка вы выбираете сами, только не надо делать длинные станки с таким конструктативом.
• Такой станок — прекрасная возможность познакомиться с обработкой материалов резанием. Вы узнаете на каких режимах сможет работать станок с таким конструктативом, сколько времени будет занимать изготовление той или иной детали, 3д картины и тд.

И уже потом сделаете вывод на собственном опыте (как это сделал я собрав второй станок) первый тут), что вы хотите от фрезерного станка с чпу и будете понимать, что могут и что не могут станки супербюджетного ценового диапазона.

И не будете вестись на всякие там уловки, что этот станок все сделает за вас, он позводлит вам сделать все то о чем вы только мечтали.
Мое любимое изречение продаванов таких станков «хотите мы можем поставить такой шпиндель, а хотите в пять раз мощнее».

Станок — это железяка и очень непростая, когда дела касается нагрузок, огромную работу нужно провести, чтобы заставить его работать правильно.

Все в этой статье — мое собственное мнение, основанное на личном опыте постройки и обслуживании своих станков и модернизации станков от таких «супер-пупер» производителей.

Я не являюсь супер специалистом в данной области и у меня нет никаких ученых степеней, но есть 5 летний опыт работы на своих двух самодельных станках.