5 осевой станок с чпу своими руками

Как собрать станок с ЧПУ своими руками

В этой статье мы рассказываем о том, что построить своими руками фрезерный станок с ЧПУ — выполнимая задача. Подробно описывается весь процесс создания: от проектирования до применения станка. 

В первом случае к покупным комплектующим добавлялись самодельные детали, сделанные на токарном станке, во втором проекте автор обошелся готовыми частями, третий — бонус, изготовление функционального стола для станка, совмещенного с полками для хранения материалов и инструментов.

Содержание: 

• Заключение и рекомендации

Как сделать самодельный станок с ЧПУ 

Автор проекта Benne подробно описал весь процесс создания станка с ЧПУ для работы по дереву и другим материалам, начиная с проектирования.

1. Проектирование

Перед постройкой станка нужно как минимум нарисовать эскиз от руки, а лучше выполнить более точный трехмерный рисунок с помощью программы САПР. Автор проекта использовал google sketchup, довольно простую (бесплатную для 30-дневного использования) программу. Для более сложного проекта вы можете выбрать Autocad.

Главная цель рисунка — выяснить необходимые размеры деталей, для заказа их по интернету, и убедиться, что все движущиеся части станка подойдут друг к другу.

Как видите, детальных чертежей с размеченными отверстиями под крепления автор не использовал, намечал отверстия в процессе постройки станка, но такого исходного дизайна оказалось достаточно.

Габаритные размеры станка: 1050 х 840 х 400 мм.

Перемещение по осям: X 730 мм, Y 650 мм, Z 150 мм

Длина направляющих и шариково-винтовой передачи зависит от размера задуманного вами станка.

Когда идет проектирование станка с ЧПУ, есть несколько вопросов, от ответа на которые зависит конечный результат.

Какой тип станка с ЧПУ вы хотите выбрать?

С подвижным столом или с подвижным порталом? Конструкции с подвижным столом часто используются для станков небольшого размера, до 30х30 см. Их легче построить, их можно сделать более жесткими, чем машины с движущимся порталом. Недостаток перемещения стола заключается в том, что при одинаковой зоне резки общая площадь станка получается раза в два больше, чем при использовании конструкции с подвижным порталом. В этом проекте зона обработки около 65x65 см, поэтому был выбран подвижный портал.

Что вы хотите обрабатывать с помощью станка с ЧПУ?

В данном проекте станок предназначался в основном для фанеры, лиственных пород дерева и пластмасс, а также для алюминия.

 Из чего будет строиться станок?

Это в основном зависит от материала, который будет на станке обрабатываться. В идеале материал, который используется для изготовления станка, должен быть прочнее материала, который будет обрабатываться на станке или, как минимум, не менее прочным. Поэтому, если вы хотите резать алюминий, станок должен быть собран из алюминия или стали. 

Какая длина осей вам нужна?

По первоначальному замыслу станок с ЧПУ должен был обрабатывать фанеру и МДФ, которые в Нидерландах выпускают размером 62 х 121 см. Поэтому для Y расстояние прохода должно быть не менее 620 мм. Длина хода по оси Х равна 730 мм, потому что иначе станок занял бы все пространство комнаты. Поэтому ось X короче, чем длина листа фанеры (1210 мм), но можно обработать половину, затем сдвинуть лист вперед и обработать оставшуюся часть. С помощью такой уловки получается обрабатывать на станке куски куда большие, чем длина оси Х. Для оси Z выбрано 150 мм, чтобы в будущем использовать четвертую ось.

Какой тип линейного движения вы будете использовать?

Существует множество вариантов системы линейного перемещения, от ее выбора во многом зависит качество работы. Поэтому есть смысл потратиться на лучшую систему, которую вы можете себе позволить. Автор проекта решил, что линейные рельсы были лучшим вариантом из тех, на которые ему хватало денег. Если вы строите 3-осевой фрезерный станок с ЧПУ, вам нужно купить комплект, состоящий из трех наборов линейных направляющих и двух линейных подшипников на каждую направляющую.

Какую систему привода подач вы будете использовать для каждой оси?

Основные варианты привода подачи: зубчатые ремни, механизмы реечной передачи и передача винт-гайка. Для самодельных станков с ЧПУ чаще всего используют передачу винт-гайка с использованием шарико-винтовой пары. Гайка крепится к подвижной части машины, винт закреплен с обоих концов. Винт крепится к двигателю. Если двигатели вращается, гайка с прикрепленной к ней движущейся частью машины будет двигаться вдоль винта и приводить машину в движение.

ШВП в данном станке используется для привода осей X и Y. Шарико-винтовые подшипники обеспечивают очень плавный ход, люфт отсутствует, повышается качество и скорость резки.

Для оси Z использован стержень M10 из высококачественной нержавеющей стали с самодельной гайкой из делрина.

Тип двигателя и контроллера

Обычно в самодельных станках с ЧПУ применяются шаговые двигатели. Сервоприводы в основном используются для мощных промышленных станков с ЧПУ, они дороже и требуют более дорогих контроллеров. Здесь использованы шаговые двигатели 3Nm.

Тип шпинделя

В проекте используется стандартный Kress, он имеет хороший 43-мм зажимной фланец, а также встроенный регулятор скорости (но последняя функция есть у большинства шпинделей).

Если вы собираетесь выполнять действительно сложную резку, стоит обратить внимание на шпиндели с водяным охлаждением — они дороже стандартных, зато шумят гораздо меньше, могут работать на низких оборотах без перегрева и с самыми разными материалами.

Затраты

На данный станок с ЧПУ ушло примерно 1500 евро. Готовый фрезерный станок с ЧПУ сходных характеристик стоит намного дороже, так что вы можете сэкономить, создав станок самостоятельно.

2. Комплектующие для создания станка с ЧПУ 

Электрооборудование и электроника:

• 3 шаговых двигателя 3 Nm Nema 23;
• 3 драйвера шаговых двигателей DM556 Leadshine;
• блок питания 36 В для станков с ЧПУ;
• интерфейсная плата 5 Axis CNC Breakout Board для управления шаговыми драйверами;
• источник питания 5 В для интерфейсной платы;
• двухпозиционный выключатель On/Off;
• многожильный кабель Shielded 4 Conductor 18 AWG;
• 3 сенсорных концевых выключателя;
• Шпиндель: Kress FME 800 (подойдут также Bosch Colt или Dewalt Compact Router).

По желанию:

• шкафчик/корпус для электрооборудования;
• подвижный пластиковый кабель-канал;
• 4-контактные кабельные вилки.

Механические части:

• линейные направляющие: для X — SBR 20 для Y и Z — SBR 16;
• шарико-винтовая пара (ШВП) для X и Y — диаметром 16 мм, шаг 5 мм4
• в качестве передаточного винта для оси Z: стальной штырь с резьбой M10 с самодельной гайкой из делрина;
• алюминиевый профиль: 30х60 мм, нарезанный на куски длиной 100 мм; 
• алюминиевая пластина 15 мм толщиной;
• мощные антивибрационные выравнивающие ножки.

Программы:

• CAD/CAM-программа CamBam;
• программа для управления станком с ЧПУ Mach4

Станок в основном построен из алюминиевых пластин толщиной 15 мм и алюминиевых профилей 30x60 мм. Работы выполнялись с применением сверлильного и токарного станков. Пластины и профили заказывались нарезанными по размеру.

3. Ось Х

Базовая рама сделана из 4 отрезков алюминиевого профиля сечением 30х60 мм и двух боковых панелей толщиной 15 мм. В конце профилей есть по два отверстия диаметром 6,8 мм, с помощью метчика внутри отверстий выполнена резьба М8.

Нарезка резьбы в торцах алюминиевого профиля

Чтобы отверстия на концевых панелях совпадали, при сверлении обе пластины зажимались вместе. Посередине каждой пластины просверлено по 4 отверстия, чтобы установить подшипниковые опоры, и четыре дополнительных отверстия в одной из боковых пластин для крепления двигателя.

Их кусочков алюминия (50х50х20) сделаны 4 блока, чтобы прикрепить выравнивающие ножки. Блоки прикручены к наружным профилям четырьмя болтами М5 с мебельными t-гайками.

Линейные направляющие подходят непосредственно к алюминиевым профилям. Для оси X использовались рельсы диаметром 20 мм. Предварительно просверленные в основании линейных направляющих отверстия точно совпадают с пазами в алюминиевых профилях. Для установки использованы болты М5 и мебельные t-гайки.

4. Боковые пластины портала

Боковые пластины портала почти одинаковы, но в одной из них просверлены четыре дополнительных отверстия для крепления мотора. Весь портал изготовлен из алюминиевых пластин толщиной 15 мм. Чтобы отверстия оказались точно в нужном месте, в тщательно отмеченных местах слесарным кернером были пробиты углубления, и по этим меткам просверлены отверстия на сверлильном станке, сначала сверлом меньшего диаметра, затем — нужного.

Из-за того, как спроектирован портал, пришлось сверлить отверстия в торцах боковых пластин и делать в отверстиях резьбу М8. 

5. Сборка портала

Портал собран и установлен

Остальная часть

: 5-осевая ЧПУ для DIY и Maker

Если бы вы до недавнего времени спрашивали меня, является ли 5-осевая практичной для DIY-производителей и производителей с ЧПУ, я бы сказала «Нет!» без колебаний. Не только аппаратный комплекс, но 5-осевая CAM была дорогой. Многое из этого теперь изменилось довольно недавно. Да, аппаратное обеспечение является сложным, и большинство 5-осевых CAM все еще стоят дорого, но есть все больше и больше доказательств, которые можно попробовать на 5-осевом ЧПУ для любителей.Давайте посмотрим на последние события в этой области, но сначала:

Зачем вам нужна 5 осей?

Учитывая, что 5 осей совсем не просто и не распространено даже для профессионалов, зачем любителю хотеть 5 осей? Конечно, всегда есть желание выйти за рамки, сделать что-то, чего еще не сделал мейнстрим. Это первоклассный сок Maker в своих лучших проявлениях, и мы постараемся выпустить это популярное 5-осевое видео только для того, чтобы эти соки текли:

[youtube] http://www.youtube.com/watch?v=RnIvhlKT7SY [/ youtube]

Как вы можете не любить этот крутой 5-осевой VID? Дай мне, дай мне, дай мне!

Но есть веские практические причины, чтобы захотеть сделать и 5 осей.Мы уже писали о преимуществах 5-осевого ЧПУ, но краткий обзор приведен ниже. Вот самые важные биты:

- Лучшая обработка поверхности = Меньше работы по ручной очистке: при правильном наклоне заготовки достигается оптимальное сцепление между резцом и материалом. Результатом является намного лучшее качество поверхности, особенно на сложных трехмерных кривых.

- Меньше настроек: Когда вы можете добраться почти до каждой грани детали, за исключением самого дна, вам нужно меньше настроек.Это особенно полезно для любителей, которые, возможно, только пытаются сделать одноразовую часть. Нет необходимости в сложной фиксации и большом количестве настроек с 5-ю осями, обеспечивающими лучший доступ к резцу.

- повышенная точность. Каждый раз, когда вы изменяете настройку, появляется небольшая ошибка. С меньшим количеством настроек или, возможно, даже с 1 установкой, этот источник ошибок устраняется.

- Детали машин невозможны иначе: давайте посмотрим правде в глаза: что-то вроде шлема, показанного на видео, было бы невозможно без 5-осевого ЧПУ.Многие детали, которые требуют много подрезки, будут намного сложнее без 5-осевого ЧПУ. Это даже не вопрос чего-то пышного, как шлем. С 5-осью, часть может быть наклонена, чтобы позволить более короткому инструменту опуститься в карман, тем самым обеспечивая большую жесткость и меньшую склонность инструмента к отклонению и вибрации. На легких хобби машинах приветствуется любое увеличение жесткости.

Хорошо, теперь вы проданы, так что вы можете с этим поделать? Это будет непросто, но, как я уже сказал, есть несколько событий, которые стоит проверить:

Pocket NC: Slick Kickstarter Настольная 5-осевая мельница

Многие из вас слышали о Pocket NC, по-настоящему гладкой 5-осевой фрезерной установке с ЧПУ:

Pocket NC 5-Axis Desktop Mill…

Благодаря линейным направляющим, прекрасному высокоскоростному шпинделю и центрирующему столу Pocket NC выглядит как деталь.Он даже установлен как горизонтальная мельница, что, несомненно, придает ему большую жесткость, чем могло бы быть в противном случае. 280 спонсоров пообещали 355 833 долларов США на Kickstarter, чтобы помочь воплотить этот проект в жизнь. Kickstarter закрылся всего пару недель назад, так что пока рано говорить о многом, но эта мельница выглядит чрезвычайно многообещающе. Ранние признаки хороши, поскольку Kickstarter был распродан на 3 недели раньше, и это позволило им быстро начать производство деталей для машин:

Детали для сборки карманных ЧПУ складываются…

С двумя машинистами, инженером-механиком и программистом, неудивительно, что машина выглядит так хорошо.Их внимание к деталям действительно показывает. Вот снимок машины в действии, которая превращается в великолепный маленький алюминиевый блок двигателя:

[youtube width = ”800 ″ height =” 540 ″] https://www.youtube.com/watch?v=HcoZEMXa5IU [/ youtube]

Да, Вирджиния, маленькая 5-осевая мельница действительно работает и обрабатывает алюминий…

Как уже упоминалось, Kickstarter продан. Нам нужно подождать, пока они не доставят все машины этой толпе, чтобы увидеть, будет ли Pocket NC для всех нас, а также какова будет реакция первой группы владельцев.Лично я надеюсь, что все любят эту машину и что она будет доступна по их целевой цене в 3500 долларов. Это было бы большим достижением, если бы можно было купить высококачественную 5-осевую настольную мельницу с ЧПУ по такой цене.

Были и другие настольные 5-осевые станки, даже некоторые из них на Kickstarter, но Pocket NC - первый, который выглядел таким отточенным. Эти вещи немного похожи на 4-х минутную милю. Пока кто-то не пробежал 4 минуты, это казалось невозможным. Как только это произошло, немало удалось запустить его вскоре после этого.

Доступная 5-осевая CAM

Главной причиной, по которой я бы сказал «Нет» 5-Axis для любителей до недавнего времени, было не аппаратное обеспечение, а программное обеспечение. Талантливые любители уже довольно давно модифицируют 4-ю ось, чтобы превратить ее в 4-осную опорную плиту. Вот один такой:

[youtube width = ”800 ″ height =” 540 ″] https://www.youtube.com/watch?v=iCLz12cZbU4 [/ youtube]

Магазинная 5-осевая мини-мельница…

Построить 5-осевую мельницу достаточно сложно, но программирование без CAM практически невозможно, и до недавнего времени 5-осевая CAM была очень дорогой.До появления настоящей 5-осевой САМ, лучшими из доступных были наборы инструментов для упрощения ручного программирования, такие как CNC-Toolkit. Несмотря на то, что это программное обеспечение было чрезвычайно полезным, большинству людей было все равно слишком сложно заниматься. Просто визуализация истинных 5-осевых траекторий инструмента почти невозможна для большинства.

Но многое меняется. Autodesk качает лодку особенно тяжело для мира CAM с помощью программного обеспечения Fusion 360. Он доступен дешево или даже бесплатно для любителей и поставляется с мощным интегрированным САПР (которым, конечно, известен Autodesk) и HSMWorks CAM.Мне очень нравится пакет HSMWorks - это первоклассная, более простая в использовании, качественная упаковка с чистым листом бумаги. И хотя в Fusion 360 были некоторые проблемы с удобством использования и стабильностью, Autodesk делает все возможное, чтобы улучшить его, и цена, безусловно, подходит для рынка хобби.

Версия Fusion 360 Ultimate включает в себя полностью одновременную 5-осевую CAM и фактически впервые доступна для рынка уровня хобби. Вот видео PocketNC, показывающее, как они делали утиный вызов в 5 осях:

[youtube width = ”800 ″ height =” 540 ″] https: // www.youtube.com/watch?v=ijqmLLjHbyk[/youtube]

5-осевой от CAM до готовой детали…

Заключение

Пока преждевременно заявлять, что DIY 5-Axis здесь для масс, но я не думаю, что преждевременно утверждать, что он не далеко или что он почти в пределах досягаемости. Талантливые любители могут попасть туда сегодня благодаря наличию подходящего программного обеспечения. Остальным, кто хочет купить готовую машину, готовую к изготовлению деталей, придется подождать немного дольше.

Будущее ярко. Когда я впервые начал играть с ЧПУ несколько лет назад, я думал, что удивительно, что человек может владеть одной из этих машин. В конце концов - они помогли отправить людей на Луну. Теперь их стало больше. Я какое-то время случайно встречался с людьми, которые глубоко вовлечены, что является признаком того, насколько это становится обычным явлением. Дело в том, что мы еще ничего не видели, как говорится. Гораздо больше впереди!

Если вы любитель с 5-осевым ЧПУ, поделитесь с нами своими комментариями.Я уверен, что наши читатели будут рады услышать от вас.

Присоединяйтесь к 100 000+ CNC'еров! Получайте наши последние сообщения в блоге прямо на вашу электронную почту один раз в неделю бесплатно. Кроме того, мы предоставим вам доступ к некоторым отличным справочным материалам по ЧПУ, включая: