Самодельный фрезерный станок с ЧПУ своими руками. Чертежи и схемы
Это руководство раскрывает процесс, который я применил для того чтобы сделать свой собственный самодельный фрезерный станок с ЧПУ. Понимая, что многие люди могут быть лишены необходимых знаний или оборудования для создания станка полностью из металла, я всё же надеюсь, что это руководство будет для вас источником вдохновения для собственных экспериментов. Здесь я подробно описываю каждый этап, который я прошёл при проектировании и сборке данного фрезерного станка с ЧПУ.
Шаг 1: Дизайн и CAD-модель
Все начинается с продуманного дизайна. Он поможет вам понять процесс создания машины с использованием параметрического CAD-моделирования.
В начале проекта необходимо создать несколько эскизов, чтобы понять размеры и форму машины. После этого появляется модель САПР, которая может быть создана в SolidWorks. Это позволяет вам создавать модель машины с множеством деталей, которые должны точно соответствовать друг другу.
После завершения моделирования всех деталей необходимо составить технические чертежи. Они позволят вам изготовить все нестандартные детали на ручных токарных и фрезерных станках.
Важным моментом в проектировании машины является обеспечение удобства технического обслуживания и возможности регулировки. Для этого подшипники можно встроить прямо в машину, но предпочтительнее разместить их в отдельных подшипниковых блоках, что позволит легко заменить их при необходимости.
Поддержание машины в чистоте играет также важную роль. Для обеспечения этого все направляющие должны быть легкодоступны. Например, чтобы освободить ось X, можно снять некоторые защитные пластины.
Мы надеемся, что наше руководство поможет вам создать более совершенную машину, которая будет служить долго и обеспечит высокую производительность.
Шаг 2: Рама
Для создания самодельного фрезерного станка необходима прочная основа, которая обеспечивает не только удобное размещение в мастерской, но и эффективную работу. Эта основа часто формируется из рамы, которая служит опорой для всей конструкции. На этой раме устанавливаются направляющие для крепления портала, который в свою очередь поддерживает рабочий инструмент. Кроме того, на раме размещаются шаговые двигатели и шпиндели для управления движением по осям, например, оси X.
Для создания рамы фрезерного станка использовались два профиля Maytec размером 40×80 мм, алюминиевые торцевые пластины толщиной 10 мм, 4 уголка и квадратные элементы. Профили были аккуратно распилены и фрезерованы для точности. Тяжелая рама, состоящая из угловых деталей, была собрана с помощью болтов. Дополнительная квадратная рама из меньших профилей была закреплена внутри профилей Maytec с помощью фрезерованных блоков из алюминия.
Чтобы предотвратить попадание пыли на направляющие, вокруг них были установлены пылезащитные кожухи. Угловой профиль крепился к раме Maytec с помощью латунных Т-образных гаек, а алюминиевые пластины толщиной 2 мм вставлялись в фрезерованные карманы на торцевых пластинах.
На обеих концевых плитах устанавливались подшипниковые блоки для шпинделя, которые были фрезерованы и обточены с необходимыми допусками. На передней торцевой пластине также делались пазы для установки шагового двигателя.
Шаг 3: Портал
Портальный фрезерный станок — это устройство, объединяющее направляющие оси X и поддерживающее фрезерный двигатель над заготовкой. Высота портала влияет на толщину возможной заготовки, однако использование высокого портала может привести к изгибу боковых пластин из-за действия рычага на направляющих.
Мой проект включал фрезерование алюминиевых деталей, для которых требовалась средняя высота тисков в 60 мм. Учитывая высоту доступных алюминиевых блоков, я определил расстояние в 125 мм между рабочей поверхностью и заготовкой. Это помогло определить угол боковых пластин. Центр концевой фрезы должен быть над центром каретки, поэтому пластины были установлены под определенным углом. Solidworks помог преобразовать измерения в окончательные детали, которые я затем изготовил на промышленном фрезерном станке с ЧПУ, что позволило скруглить все углы, что было бы сложно сделать на ручном станке.
Часть, поддерживающая направляющие оси Y, изготовлена из U-образного профиля толщиной 5 мм и монтируется между боковой пластиной с помощью простых монтажных блоков. Внутри U-образного профиля размещается шпиндель оси Y, также поддерживаемый блоками подшипников, которые же используются для поддержки оси X и крепятся с внешней стороны боковых пластин.
Под основной рамой на нижней стороне боковых пластин портала установлена пластина, обеспечивающая точку крепления гайки шпинделя по оси Х.
Шаг 4: Корпус шагового двигателя по оси Z
Для шагового двигателя по оси Z был изготовлен корпус, состоящий из передней пластины, двух усилительных пластин, опоры двигателя и задней пластины. На передней пластине установлены две линейные направляющие для оси Z, на которые закреплена монтажная плита для фрезерного двигателя с каретками.
Для крепления фрезерного двигателя использовался подшипник для шпинделя оси Z, поэтому блок подшипников для этой оси остался не задействованным. Нижний конец шпинделя поддерживается монтажной пластиной, предназначенной для установки фрезерного двигателя. Гайка шпинделя оси Z присоединена к этой монтажной плите непосредственно.
Задняя пластина служит местом для установки гайки шпинделя оси Y, которая затем крепится внутри. Все необходимые крепления были размещены на специально изготовленных механизмах. Сборка ЧПУ включала в себя установку направляющих, шпинделей и широкий спектр крепежных элементов.
Шаг 5: Направляющие
Для обеспечения движения концевых фрез в трех направлениях необходимо использовать направляющие, которые направляют их движение и обеспечивают жесткость машины во всех направлениях. Идеально, чтобы эти направляющие позволяли машине двигаться только в предпочтительном направлении, чтобы исключить любой люфт в других направлениях, который может привести к неточностям в обработке заготовок.
Для своего станка я выбрал направляющие, которые опираются на всю длину рельса, чтобы уменьшить риск прогиба на более длинных осях. Я считаю, что некоторые направляющие, предназначенные для кухонных ящиков, предпочтительнее, чем стержни из закаленной стали, которые поддерживаются только на концах и могут прогибаться. Учитывая постоянное воздействие концевых фрез на материал заготовки, требуется более надежная поддержка.
Я выбрал самый дорогой вариант — профилированные линейные направляющие с каретками, предназначенные для выдерживания сил во всех направлениях. На третьем фото можно увидеть шариковые петли, расположенные по обеим сторонам профиля и установленные под углом 45 градусов друг к другу, чтобы обеспечить высокую нагрузку.
Для того чтобы все направляющие были перпендикулярны и параллельны друг другу, их выравнивали с помощью циферблатного индикатора с максимальной разницей в 0,01 мм. Это важный этап, который гарантирует высокую точность работы вашей машины!
Шаг 6: Шпиндели и шкивы
Шаговые двигатели преобразуют вращательное движение в линейное движение шпинделей. Выбрав одну из трех различных версий при сборке машины — ходовые или шариковые винты в метрической или имперской конфигурации, вы сможете определить точность и трение механизма. Ходовые винты часто имеют большое трение и меньшую точность, в отличие от шариковых винтов, которые гарантируют отсутствие люфта и высокую точность. Тем не менее, они довольно дороги.
Для идеального соответствия концов осей X и Y к подшипникам, шкивам и зажимным гайкам, необходимо их обработать до нужного размера. Ось Z шпинделя поддерживается только с одной стороны и имеет подшипник, который обеспечивает ее вращение только с одной стороны.
Шкивы обрабатываются до размера точеного вала (в моем случае — 8 мм) и имеют установочный винт M4, размещенный перпендикулярно отверстию вала.
Шаг 7: Рабочая поверхность
Местом для закрепления заготовок служит рабочая поверхность. В некоторых профессиональных моделях станков устанавливают специальные станины с Т-образными пазами, что позволяет использовать Т-образные гайки и болты для фиксации материалов или тисков. Однако я предпочел выбрать более доступный и простой вариант — квадратный лист березовой фанеры толщиной 18 мм. Его легко заменить, когда потребуется, что делает его удобным и экономичным выбором для рабочей поверхности! Вы также можете использовать МДФ с анкерными гайками и болтами, но старайтесь избегать шурупов и гвоздей, так как они не так хорошо сцепляются с МДФ, как с фанерной плитой.
После того, как вы закончите работу на рабочей поверхности, ее можно отфрезеровать самой машиной. Это ваш первый проект, так что не бойтесь экспериментировать.
Шаг 8: Электрическая система
Шаговые двигатели — это устройства, переводящие электрический сигнал в механическое вращение. Важные для автоматизированных систем, таких как ЧПУ и 3D-принтеры.
Шаговые драйверы — управляющие устройства, обеспечивающие скорость и точность вращения. Могут управлять несколькими двигателями и иметь разные режимы работы.
Блок питания — обеспечивает электроэнергию для работы двигателей и драйверов. Должен иметь достаточную мощность и напряжение.
Основание — для соединения всех компонентов системы. Обеспечивает жесткое крепление между двигателями, драйверами, блоком питания и другими частями.
Компьютер — используется для управления системой. Должен иметь соответствующий интерфейс для подключения к драйверам, например, USB или параллельный порт.
Безопасность — важный аспект. Необходима аварийная остановка при возникновении проблем.
Выбор компонентов должен соответствовать требованиям системы.
Шаг 9: Шпиндель
Для эффективного использования режущих инструментов на станке необходим надежный шпиндель, способный работать как на низких, так и на высоких скоростях. В зависимости от требуемой мощности и скорости выбираются фрезерные двигатели. Например, для новичков удобен Dremeltool, в то время как более опытным пользователям может подойти высокочастотный шпиндель мощностью в несколько кВт.
Если вы планируете модернизировать свой станок, стоит обратить внимание на надежный шпиндель Hf. Однако следует учитывать бюджет, чтобы сделать разумный выбор.
Для работы с различными размерами режущих насадок на станке важно иметь разнообразные цанги. Это позволит использовать различные фрезы и расширит функциональность вашего оборудования.
Шаг 10: Программное обеспечение ЧПУ
В теме управления станком с ЧПУ я рассмотрю не только программное обеспечение для управления станком, но и ПО, которое создает код, понятный станку.
Когда мы создаем деталь на компьютере, будь то плоская или объемная модель в CAD (система автоматизированного проектирования), необходимо преобразовать ее в формат, который понимает станок. С помощью CAM (автоматизированной обработки) мы можем считывать векторы и 3D-модели, создавая выходные данные в формате G-кода для ПО управления станком. Я использую пердпочитаю профессиональное программное обеспечение, Такое как SolidWorks, PowerMill, NX и т.д.
ПО управления станком представляет собой интерпретатор G-кода. Если вы используете USB-концентратор, как описано в разделе «Электросистема», то устройство будет иметь свое собственное ПО. Если вы используете параллельный порт принтера на старом компьютере, то можете выбрать свое ПО. Я решил использовать Mach3, так как он широко используется любителями. Больше информации можно найти на форумах и в поисковых системах. Mach3 имеет множество опций и функций, которые можно изучить и опробовать самостоятельно.
Шаг 11: Запуск станка
На данном этапе вы успешно подключили все компоненты, и ваша машина готова к работе! Рекомендуется начать обработку материалов с кусков дерева или пенопласта, чтобы оценить скорость и производительность вашей машины.
Важно тщательно подбирать запчасти и не торопиться. Хотя собрать самодельный фрезерный станок за месяц возможно, иногда лучше потратить время на поиск нужных и более доступных компонентов. Это позволит снизить затраты, и вы сможете собрать станок за менее чем 500-800 евро.
Я уверен, что ваш опыт станет источником вдохновения для многих людей, желающих создать свой собственный фрезерный станок с ЧПУ. Если у вас возникнут вопросы или замечания, не стесняйтесь обращаться ко мне или делиться своими комментариями. Пожелания успехов в вашем творческом процессе!
