Станок чпу «на скорую руку»

Технические параметры

Фрезерный станок выбирают исходя из его скорости, маневренности и габаритов. Качество изделия зависит от параметров рабочего стола. Маленький стол позволит работать в любом помещении, даже самом тесном, но, к сожалению, крупные детали не поместятся в рампу. Большой стол трудно разместить, но благодаря ему можно работать с большими изделиями.

Число оборотов вала значительно влияет на то, как будет происходить фрезеровка. Мощный шпиндель позволит получить на выходе хорошую качественную заготовку. Чем выше число оборотов, тем ровнее выходит срез. Взаимосвязь с мощностью здесь следующая: рост сопротивления связан с твердостью древесины; менее мощный двигатель теряет обороты, соответственно, обработка заготовки выходит некачественной, а поверхность – неровной. Скорость работы полностью опирается на данную характеристику.

Варианты

1. Приобрести готовый набор со специально подобранными элементами, и собрать его по схеме.
2. Комплектующие извлекаются из старых сканеров и принтеров, а устройство, которое бы полностью удовлетворяло все чаяниям умельца, собирается собственноручно.

Главное, чтобы иметь инструкцию по сборке самодельных устройств (фрезерного или токарного) с ЧПУ, где указаны:

• используемые материалы;
• список необходимых комплектующих;
• перечень инструментария;
• чертежи комплектующих;
• цены на приобретение элементов (приблизительно).

Но есть один минус: чтобы прочесть хорошие инструкции – надо знать английский. Хотя, по мнению многих умельцев, разобраться в чертеже и схеме, даже не владея языком, – несложно. Главное – остановиться на оптимальной схеме для работы мини-оборудования.

Сборка некоторых важных узлов станка

В станке, который вы начали собирать собственноручно, надо предусмотреть ряд ответственных узлов, обеспечивающих вертикальное перемещение рабочего инструмента. В этом перечне:

• винтовая передача – вращение передаётся, используя зубчатый ремень. Он хорош тем, что не проскальзывают на шкивах, равномерно передавая усилия на вал фрезерного оборудования;
• если используют шаговый двигатель (ШД) для мини-станка, желательно брать каретку от более габаритной модели принтера – помощнее; старые матричные печатные устройства имели достаточно мощные электродвигатели;

• для трёхкоординатного устройства, понадобится три ШД. Хорошо, если в каждом найдётся 5 проводов управления, функционал мини-станка возрастёт. Стоит оценить величину параметров: напряжения питания, сопротивления обмотки и угла поворота ШД за один шаг. Для подключения каждого ШД нужен отдельный контроллер;
• с помощью винтов, вращательное движение от ШД преобразуется в линейное. Для достижения высокой точности, многие считают нужным иметь шарико-винтовые пары (ШВП), но это комплектующая не из дешевых. Подбирая для монтажа блоков набор гаек и крепежных винтов, выбирают их со вставками из пластика, это уменьшает трение и исключает люфты;

вместо двигателя шагового типа, можно взять обычный электромотор, после небольшой доработки;
вертикальная ось, которая обеспечивает перемещение инструмента в 3D, охвачивая весь координатный стол. Её изготовляют из алюминиевой плиты

Важно, чтобы размеры оси были подогнаны к габаритам устройства. При наличии муфельной печи, ось можно отлить по размерам чертежей.

Ниже – чертёж, сделанный в трёх проекциях: вид сбоку, сзади, и сверху.

Классификация агрегатов

Всего существует три категории фрезеров:

• Профессиональные. Обрабатывают заготовки разных размеров и в большом количестве. Для этого задействуется серьёзный спектр режущих инструментов.
• Бытовые. По функционалу подходят только для домашних мастерских.
• Ручные.

У каждой классификации есть свои подвиды. Так профессиональные станки имеют такие разновидности:

• Стандартные. Применяются для реализации шаблонных операций. Их оснащение позволяет совершать многие работы и придавать заготовкам требующуюся конфигурацию. В режущий арсенал входят: фрезы, свёрла, отличающиеся по диаметру, особые ножи.
• Копировальные. Выполняют художественные операции: нанесения сложных изображений, дислокацию образцов на разные поверхности, оформления орнаментов. В этой работе точность гарантируется, поскольку заготовка фиксируется вакуумным методом.
• Для вертикальной обработки деталей (сверху вниз). Здесь вырезаются пазы с нужной шириной и глубиной, готовятся крепёжные компоненты. Детали обрезаются по требующейся длине.

• Для горизонтальной работы с заготовками. Здесь ось шпинделя находится по отношению к полу горизонтально. Есть цилиндрические и торцевые фрезы.
• Выполняющие одновременную обработку с двух сторон. Являются универсальными. Здесь обрабатываются разнообразные профили. Без этих станков не обходится ни одно производство мебельных составляющих: подставок, ножек, опорных элементов и т.д.
• Оснащённые приборами ЧПУ. Здесь интегрирован электронный комплекс, базирующийся на специальном микропроцессоре. В него заложена программа, определяющая алгоритм операций. За счёт этого существенно развивается точность, качество и динамика работ, и трудовая производительность фрезерного станка с ЧПУ.

Бытовые модели отличаются небольшими габаритами и массой. Они реализуют базовые функции (строгание, сверление шлифовка, распил). Их виды:

• Настольный. Характеризуется лёгкостью эксплуатации и сервиса.
• Ручной. Используется для работы с малогабаритными деталями. На нём готовятся пазы малых размеров, требующиеся для сочленения обособленных компонентов.

Особенности выбора конструкции фрезера

Возможности современного оборудования с ЧПУ огромны. Но, ни один станок не является универсальным. Каждая модель имеет свои особенности и предпочтительную область применения. Перед выбором конкретной конструкции, следует четко определить, для чего будет использоваться станок. Попытка совместить все в одном, приведет к большим материальным и физическим затратам, без гарантии результата.

Сегодня выделяют два направления конструирования настольных фрезеров. Первое, самое простое, ориентировано на обработку дерева, пластмассы и других мягких заготовок. Такие станки не предъявляют высоких требований к конструкционным материалам, отличаются простотой и низкой стоимостью. Они доступны для самостоятельного изготовления, без применения дополнительного оборудования. Металлические изделия на таких устройствах обычно не фрезеруются. В редких случаях точатся только мягкие цветные металлы с небольшой подачей.

Второе направление фрезеров ориентировано работу с металлическими заготовками. Эти станки обладают значительной массой и состоят из деталей, выполнить которые можно только с использованием серьезного станочного парка.

Вторым по важности, параметром станка выступают размеры обрабатываемых деталей. Новичкам сразу хочется крупногабаритное поле, на котором они смогут делать все, что захотят

Но чем больше станок, тем больше технических проблем придется решать при его конструировании. Да и стоимость его будет не самой оптимальной. Если нет конкретных задач для большого станка, то рекомендуется в первом проекте ограничиться полем обработки размером в стандартный бумажный лист А4. Максимум можно выбрать А3.

Самодельный чпу станок.Конструкция оси Y.

Самодельный чпу станок я сделал из профильных труб 80х40. Схема чпу станка тоже сделана мной. Можно посмотреть видео на канале железкин.Таким образом я достиг большей жёсткости портала Х. Конструкция по оси Y не представляет сложности. Потому что я описываю в своей статье весь процесс сборки рамы. Поэтому всё понятно как сделать такой станок буквально на коленке. И так первым делом надо нарезать профиль для чпу по размеру.

Профиль для рамы

Прикрутить (для того чтобы не повело после сварки) поперечины две штуки (на фото одна), после чего обварить и болт выкрутить.

Прикрутил поперечины

После того как обварен профиль основания, надо поставить два профиля 30х30 сверху и обварить.

верхние поперечины

После обваривания верхнего профиля, я вырезал с передней части отрезок. (смотрите на фото ниже). Так я его ставил целиком для того, чтобы профиль был приварен ровно.

Установить сверху профиль

И после этого я примеряю портал Х на свой самодельный чпу станок. Но перед этим ставлю рельсы для чпу.Так как лишний отрезок профиля вырезал. И теперь ничего не мешает.

Отверстия в профиле я закрываю металлом и обвариваю. Потому что отверстия выглядят не очень красиво. После того как я завершил все сварочные работы, я буду зашлифовывать все сварные швы. Потому что они не красиво выглядят.

Теперь я поставлю подшипники для чпу станка, и винт ШВП 1204.

На фото ниже видно под подшипником KP008 (передняя часть) я установил подкладку. Потому что она нужна  для выравнивания подшипников по высоте. Так как высота переднего и заднего подшипника разная.

Я сделал эту подкладку из дюраля толщиной 3 мм. Смотрите фото ниже.

Подкладка под подшипник.Чертёж.Вид на подшипник

                                       Крупным планом.

Соединение с порталом Х

Когда установлены рельсы, можно поставить портал. Корпус гайки ШВП соединяю с порталом Х (на портале отверстия ещё не просверлены) потому что сверлить буду по месту.

Место соединения корпуса гайки швп с порталом Х.

Соединение с порталом Х. Я так же привёл чертёж соединительной пластины в статье Портал  станка с ЧПУ. (Х)

Так выглядит соединительная пластина с порталомРазмер соединяющего узла с порталом Х

После того как я завершил все работы по соединению портала, можно переходить к другой работе.

Узлы креплений ЧПУ станка.

Для того чтобы работа была последовательной, я перехожу к работе по креплению шаговых двигателей

Так как этот узел имеет важное значение, поэтому я сделал крепёж из стали толщиной 2мм

Основы для установки креплений шаговых двигателей.Левая и правая части одинаковые.

Я вырезал две стальные заготовки, размер которых указан на чертеже в верхней части. Так как обе части одинаковые, я указал размер только на одну заготовку. И теперь на эти пластины я буду устанавливать крепление для шаговых двигателей. Но можно обойтись и без дополнительного переходного крепления. Потому что я для установки двигателей уже изготовил дополнительное крепление, я и буду его использовать. Потому что оно предусматривает возможность установки двигателей двух типов. Так как моём случае установлены два шаговых двигателя на один драйвер (двигатели Nema 17).

Переходное крепления я сделал из дюраля толщиной 3 мм. Для оси Y я изготовил два таких переходных крепления. Но можно установить такие же крепежи и на другие оси. Смотрите фото ниже текста.

Крепёж для шаговых по YЗадняя часть с установленным креплением.

Фото крепление Nema 17

Крепление двигателя на переходном крепеже

Теперь снимаю все детали и окрашиваю раму и те детали, которые не покрашены. Потому что потом покрасить будет проблемно. Фото ниже. Сборка фрезерного станка с чпу.

Покраска станка с чпу

После того как станок я покрасил, начинаю сборку. На фото, которое размещено ниже вы можете посмотреть на мой самодельный чпу станок.

Предварительная сборка.

Ножки для станка.

Для конструкции в качестве ножек я буду использовать крышки от зубной пасты. Но вполне возможно использование и других подходящих материалов.

Ножки станка сделаны из крышек зубной пасты.Верхняя часть тюбика пасты отрезана.

Технологические возможности

Использование станка с ЧПУ для резьбы по дереву имеет многофункциональную и многоцелевую направленность. Использование ручного труда сводится к минимуму благодаря совершенствованию программ для автоматизированной обработки на станке.

Высокая скорость процесса (5 тыс. оборотов в минуту) позволяет применять такие станки на крупных деревообрабатывающих предприятиях.  А наличие поворотного устройства и комплекта фрез с разным функциональным назначением позволяет изготавливать сложные фигуры.

https://youtube.com/watch?v=ub6UBP4ROpE

Многие виды токарных станков имеют в комплекте систему самоочистки, что позволяет избегать попадания стружки и древесной пыли в изгибы и стыки заготовок. Чаще всего такая система отсутствует в горизонтальных аппаратах, ввиду естественного падения мусора на пол.

Станки нового поколения способны обрабатывать деталь и в трехмерной плоскости с помощью 3d программ. Очень популярно использование таких машин для сознания объёмных фигур на мебельных фабриках, при проектировании сложных архитектурных проектов и т.д.

Выбор конструктивных особенностей

Перечень действий при разработке, изготовлению мини устройства для фрезерования по дереву следующий:

1. Первоначально нужно определиться о каких работах идёт речь. Это подскажет, какие габариты и толщины деталей можно будет на нём обрабатывать.
2. Сделать компоновку и предполагаемый перечень деталей на самодельный настольный станочек для изготовления своими руками.
3. Выбрать программное обеспечение по приведению его в рабочее состояние, чтобы он работал по заданной программе.
4. Приобрести нужные компоненты, детали, изделия.
5. Имея чертежи, сделать своими руками недостающие элементы, собрать и отладить готовое изделие.

Схема и чертеж

Схема фрезерного станка с ЧПУ

Наиболее ответственная фаза в изготовлении самодельного аналога – поиск оптимального хода изготовления оборудования. Он напрямую зависит от габаритных характеристик обрабатываемых заготовок и необходимости достижения определенного качества в обработке.

Для необходимости получения всех необходимых функций оборудования, наилучшим вариантом является изготовление мини-фрезерного станка собственными руками. Таким образом, вы будете уверены не только в сборке и ее качестве, но также и технологических свойствах, наперед будет известно, как его обслуживать.

Составляющие трансмиссии

Самым удачным вариантом является конструирование 2-х кареток, передвигаемых по перпендикулярным осям X и Y. Как остов лучше применять металлические шлифованные прутья. На них «одеваются» передвижные мобильные каретки. Для корректного изготовления трансмиссии заготовьте шаговые электромоторы, а также комплект винтов.

Для улучшенного автоматизирования рабочих процессов фрезерных машин с ЧПУ, сконструированных собственноручно, требуется сразу до мелочей скомплектовать электронную составляющую. Она делится на следующие компоненты:

• используется для проведения электрической энергии на шаговые моторы и осуществляет питание микросхемы контроллера. Ходовой считается модификация 12в 3А;
• его предназначением выступает подача команд на двигатели. Для правильного выполнения всех заданных операций фрезерной машины с ЧПУ, достаточно будет применение несложной схемы для выполнения контроля работоспособности 3-х двигателей;
• драйверы (программное обеспечение). Также представляет собой элемент регулировки подвижного механизма.

Для осуществления управления рекомендуют применять стандартизированные электронные утилиты. Один из подобных комплексов ‒ KCam. Обладает довольно опциональным конструктивом для адаптации к контроллерам разных видов.

Видео: фрезерный станок с ЧПУ своими руками.

Популярные модели

В данном обзоре популярных фрезерных станков было выделено топ-3 модели, наиболее обширно использующиеся в России.

«Вихрь» ФМ-1900

Эта модель наиболее доступна для среднестатистического пользователя. Российская торговая марка «Вихрь» представляет изделия для сада и различных строительных работ. Электроинструменты данного бренда выпускаются на китайском производстве. Этот недорогой, но надежный фрезер обладает высокой мощностью и достаточно универсален для того, чтобы использовать его и на профессиональном уровне, и в домашней мастерской.

Технические характеристики:

• тип – вертикальный;
• мощность – 1900 Вт;
• вращение – 8000-23000 об/мин;
• ход фрезы – 50 мм.

Главный недостаток модели – это ее шумность и крупные габариты.

Bosch POF 1200 AE

Данный бренд, лидирующий на рынке уже много лет и заслуживший доверие покупателей, производит одни из лучших фрезерных станков по всему миру. Главный минус модели в том, что она доступна далеко не для всех, но при этом ее цена вполне оправдана.

Основные параметры:

• тип – вертикальный;
• мощность – 1200 Вт;
• вращение – 11000-28000 об/мин;
• ход фрезы – 55 мм.

Благодаря высокой мощности этому станку подвластно дерево любой плотности.

Hammer FRZ 710 Premium

Эта модель признана по истине универсальной. Она крайне удобна в использовании за счет своего небольшого веса и специально выполнена таким образом, что ее комфортно держать в руках.

Характеристики:

• тип – кромочный;
• мощность – 710 Вт;
• вращение – 10000-30000 об/мин;
• ход фрезы – 30 мм.

Мотор у этой модели работает плавно, а за счет алюминиевой подошвы она обладает хорошей устойчивостью.

Как выбрать мощность оборудования для фрезерного станка по дереву для домашней мастерской

Ручной фрезер создан специально для работы в небольших мастерских или на выезде. Большие партии пиломатериалов на нём обработать сложно, такой станок просто не выдержит объёма работ. Объёмные заготовки проще обрабатывать на стационарных станках.

Комментарий

Андрей Феофанов

Специалист по подбору инструмента «ВсеИнструменты.ру»

Задать вопрос

«Для создания сложных рисунков по дереву придётся приобрести несколько видов фрез.  Часть из них можно сделать самостоятельно, другие приобрести в специализированных магазинах.»

Для домашнего, бытового использования вполне подойдут маломощные станки. К примеру, 400 Вт достаточно для выполнения мелких работ и сверления древесины мягких пород. Станки такой мощности можно использовать для выборки пазов. Цена ручных фрезеров по дереву невелика, однако, набор функций весьма ограничен.

Если вы планируете расширить специфику обработки, то лучше остановить свой выбор на модели с мощностью не менее 1 кВт

На таком оборудовании вы сможете без труда проработать любую породу дерева. Для бытовых нужд этого вполне достаточно. При профессиональном использовании рекомендуется выбирать станок с мощностью не менее 1,5 кВт. Купить такой фрезерный станок по дереву не всегда получится, ведь цена может достигать нескольких десятков тысяч рублей. На таком аппарате получится обрабатывать большие объёмы дерева, а также пластмассы, мягкие сплавы, типа алюминия, он «съест» любые типы фрез. Помните, что от мощности зависит и время выполнения задачи

Скорость вращения шпинделя – очень важная характеристика, которая влияет на цену фрезерного станка по дереву, на этот параметр стоит обращать внимание при выборе оборудования. Обработка сухой или влажной древесины различной плотности наиболее эффективна при определённых скоростях

Размеры рабочей площадки и расстояние от оси шпинделя до рабочей столешницы определяют габариты обрабатываемых заготовок. От выбора правильного шпинделя для фрезерного станка по дереву зависит точность и глубина обработки детали, а также возможность подбора нужной фрезы.

Отсос пыли — при обработке дерева вытяжная улитка – вещь незаменимая. Иногда для таких целей используются обычные пылесосы, которые крепятся под определённым углом к станине

Размеры и вес станка — любителю подойдёт настольная компактная модель, которая устанавливается на верстак, а после использования убирается в кладовую. При наличии мастерской целесообразнее собрать своими руками полноценный фрезерный станок по дереву на станине. Если же планируются работы на строительной площадке, выбирайте ручной фрезер.

Комментарий

Андрей Феофанов

Специалист по подбору инструмента «ВсеИнструменты.ру»

Задать вопрос

«Ручной электрический фрезер верхнего типа может быть неподвижным или погружным. Неподвижные модели более дешёвые, однако, менее функциональные. В таком инструменте фреза не может перемещаться относительно корпуса устройства.»

Намного более удобным в использовании является погружной фрезер, приводной двигатель которого установлен на специальных направляющих и в процессе выполнения обработки может перемещаться по ним вместе с рабочей насадкой. В конструкции фрезеров погружного типа также имеется специальная пружина, которая обеспечивает подъём рабочей насадки после того, как обработка с её помощью будет выполнена

Если в процессе приобретения фрезеров верхнего типа выбирать, какой из них лучше, то однозначно обращать внимание следует на погружные модели, которые прекрасно подойдут как профессионалам, так и новичкам

Как выпиливать детали

Фанерные детали выпиливают вручную, если их толщина не превышает 4 мм. Для этих целей подойдет ручной лобзик либо натяжная пила. Листы побольше, толщиной от 6 мм, допустимо пилить электрическим лобзиком, также подойдет дисковая пила. С тонкими листами (2 мм) можно работать ножом.

Пилу или лобзик ведут по линии разреза медленно, при быстром движении края изделия будут грубыми. Вырезая мелкие детали, лучше оставить запасное место, чтобы не ошибиться с размером. Отверстия в фанерных деталях проделывают с помощью сверлильного станка или сверла, также можно воспользоваться дрелью.

Выпиленное изделие следует обрабатывать, чтобы в ходе эксплуатации отдельные элементы не расслоились. Отшлифовка производится с помощью наждачной бумаги. Движения начинают от углового края фанерной детали по направлению волокон. Сами углы обрабатывают отдельно. Отверстия тоже требуют шлифовки, это делают той же наждачкой. Чтобы повысить устойчивость изделия к перепадам температур, поверхности обрабатывают грунтовкой. По завершении работы фанеру окрашивают.

Устройство и принцип работы

Не зависимо от размеров, промышленный агрегат и настольный фрезерный станок с ЧПУ по дереву имеют одинаковые узлы, обеспечивающие перемещение инструмента по 3-м основным осям:

• X – шпиндельный узел, перемещающийся по балке поперек стола;
• Y – перемещение консоли вдоль стола;
• Z – вертикальное движение шпинделя с цанговым патроном и инструментом.

Вдоль оси Y дополнительно перемещается стол. На столе 3D станков устанавливается независимый шпиндель с кулачками для крепления заготовки. При обработке длинных деталей напротив крепится центр – задняя бабка.

Для удобной работы устанавливается приспособление для сбора стружки. На домашнем оборудовании это обычный пылесос с большим мешком. Шланг подводится в зону реза и легкие опилки засасывает внутрь поток воздуха.

Каждый узел приводится в движение отдельным приводом. Мощность двигателя и количество оборотов подбирается разное, в зависимости от назначения. Фрезеровка производится на большой скорости для обеспечения чистоты обработки. Стол и консоль перемещаются медленно, но с большими нагрузками от веса самих узлов и детали.

Основой служит станина, на которой установлены консоли, стол, блок управления. Для движения имеются направляющие и зубчатые реки. Само перемещение осуществляется вращением звездочек на подвижных узлах.

Движение всех узлов – изготовление деталей на фрезерных станках происходит по команде блока ЧПУ шаговым двигателям, каждому отдельно, исходя из положения инструмента в данный момент, и куда ему следует сместиться для гравировки или объемной обработки.

Программа закладывается в блок ЧПУ в виде координат по 3-м осям. Производится корректировка – указывается форма и размер фрезы. После включения станка начинается движение фрезы и детали относительно друг друга. Компьютер сам выбирает оптимальную траекторию фрезеровки и, какой из узлов удобнее перемещать.

Блок управления подает команды и постоянно получает отчеты о координатах фрезы в каждой оси.

Промышленное оборудование использует для управления программные блоки, созданные программистами на отдельно стоящих компьютерах. Программы загружаются в блок управления в виде дискеты. Изменить что-то невозможно, надо создавать новую программу. Возможно использование нескольких видов инструмента для изготовления одной детали. Вначале работы с первой заготовкой от партии устанавливается нулевая точка для каждого.

Настольный фрезер ЧПУ по дереву в домашней мастерской использует в основном механическое копирование. Оно производится по реальному шаблону. Копировальная втулка или считывающий датчик движется по одной из осей X или Y вдоль материального шаблона, и передают все координаты на рабочий инструмент. Обработка производится поэтапно, предварительная, грубая и чистовая.

Станок-самоделка, обрабатывающий древесину

Самодельный токарный деревообрабатывающий станок имеет такие доступные составляющие:

• в качестве привода служит насосный электромотор;
• подошедший приводной ремень, взятый на каком-то авто;
• в гаражных запасах нашлось достаточное количество необходимого крепежа;
• переднюю бабку изготовлено из неиспользуемого электроточила большой мощности (два камня);
• заднюю бабку сделано из фрагмента ненужной дрели, также с высокой мощностью;
• приобретены для начала недорогие резцы и фрезы;
• в качестве станины и для других узлов использованы виды металлопрофиля – швеллер, уголки; трубы сходного диаметра (чтобы одна входила в другую), полоса 20 и 40 мм – на общую сумму 600 руб.

Причём, при изготовлении самодельного станка, умелец пользовался инструментом слесаря – не обошелся без дрели, напильников, малой угловой шлифовальной машинки, болгарки; был задействован аппарат по электросварке (электроды 2 и 3 мм).

Получился станок с габаритами 800х400х350 мм, на котором можно выполнять точение  заготовок (диаметр в пределах 250 мм и длина до 200 мм – на планшайбе, т.е. без центровки) и до 400 мм – при центровке задней бабкой.