Чертежи станка фрезерного с чпу
Возможно, меня уволят за это!
Я давно хотел разместить серию постов по теме самодельных станков с ЧПУ. Но всегда останавливал тот факт, что Станкофф - станкоторговая компания. Дескать, как же так, мы же должны продавать станки, а не учить людей делать их самостоятельно. Но увидев этот проект я решил плюнуть на все условности и поделиться им с вами.
И так, в рамках этой статьи-инструкции я хочу, что бы вы вместе с автором проекта, 21 летним механиком и дизайнером, изготовили свой собственный настольный фрезерный станок с ЧПУ. Повествование будет вестись от первого лица, но знайте, что к большому своему сожалению, я делюсь не своим опытом, а лишь вольно пересказываю автора сего проекта.
В этой статье будет достаточно много чертежей, примечания к ним сделаны на английском языке, но я уверен, что настоящий технарь все поймет без лишних слов. Для удобства восприятия, я разобью повествование на «шаги».
Предисловие от автора
Уже в 12 лет я мечтал построить машину, которая будет способна создавать различные вещи. Машину, которая даст мне возможность изготовить любой предмет домашнего обихода. Спустя два года я наткнулся на словосочетание ЧПУ или если говорить точнее, то на фразу "Фрезерный станок с ЧПУ". После того как я узнал, что есть люди способные сделать такой станок самостоятельно для своих нужд, в своем собственном гараже, я понял, что тоже смогу это сделать. Я должен это сделать! В течение трех месяцев я пытался собрать подходящие детали, но не сдвинулся с места. Поэтому моя одержимость постепенно угасла.
В августе 2013 идея построить фрезерный станок с ЧПУ вновь захватила меня. Я только что окончил бакалавриат университета промышленного дизайна, так что я был вполне уверен в своих возможностях. Теперь я четко понимал разницу между мной сегодняшним и мной пятилетней давности. Я научился работать с металлом, освоил техники работы на ручных металлообрабатывающих станках, но самое главное я научился применять инструменты для разработки. Я надеюсь, что эта инструкция вдохновит вас на создание своего станка с ЧПУ!
Шаг 1: Дизайн и CAD модель
Все начинается с продуманного дизайна. Я сделал несколько эскизов, чтобы лучше прочувствовать размеры и форму будущего станка. После этого я создал CAD модель используя SolidWorks. После того, как я смоделировал все детали и узлы станка, я подготовил технические чертежи. Эти чертежи я использовал для изготовления деталей на ручных металлообрабатывающих станках: токарном и фрезерном.
Признаюсь честно, я люблю хорошие удобные инструменты. Именно поэтому я постарался сделать так, чтобы операции по техническому обслуживанию и регулировке станка осуществлялись как можно проще. Подшипники я поместил в специальные блоки для того, чтобы иметь возможность быстрой замены. Направляющие доступны для обслуживания, поэтому моя машина всегда будет чистой по окончанию работ.
Файлы для скачивания «Шаг 1»
Габаритные размеры
Шаг 2: Станина
Станина обеспечивает станку необходимую жесткость. На нее будет установлен подвижной портал, шаговые двигатели, ось Z и шпиндель, а позднее и рабочая поверхность. Для создания несущей рамы я использовал два алюминиевых профиля Maytec сечением 40х80 мм и две торцевые пластины из алюминия толщиной 10 мм. Все элементы я соединил между собой на алюминиевые уголки. Для усиления конструкции внутри основной рамы я сделал дополнительную квадратную рамку из профилей меньшего сечения.
Для того, чтобы в дальнейшем избежать попадания пыли на направляющие, я установил защитные уголки из алюминия. Уголок смонтирован с использованием Т-образных гаек, которые установлены в один из пазов профиля.
На обоих торцевых пластинах установлены блоки подшипников для установки приводного винта.
Несущая рама в сборе
Уголки для защиты направляющих
Файлы для скачивания «Шаг 2»
Чертежи основных элементов станины
Шаг 3: Портал
Подвижной портал - исполнительный орган вашего станка, он перемещается по оси X и несет на себе фрезерный шпиндель и суппорт оси Z. Чем выше портал, тем толще заготовка, которую вы можете обработать. Однако, высокий портал менее устойчив к нагрузкам которые возникают в процессе обработки. Высокие боковые стойки портала выполняют роль рычагов относительно линейных подшипников качения.
Основная задача, которую я планировал решать на своем фрезерном станке с ЧПУ - это обработка алюминиевых деталей. Поскольку максимальная толщина подходящих мне алюминиевых заготовок 60 мм, я решил сделать просвет портала (расстояние от рабочей поверхности до верхней поперечной балки) равным 125 мм. В SolidWorks все свои измерения я преобразовал в модель и технические чертежи. В связи со сложностью деталей, я обработал их на промышленном обрабатывающем центре с ЧПУ, это дополнительно мне позволило обработать фаски, что было бы весьма затруднительно сделать на ручном фрезерном станке по металлу.
Файлы для скачивания «Шаг 3»
Шаг 4: Суппорт оси Z
В конструкции оси Z я использовал переднюю панель, которая крепится к подшипникам перемещения по оси Y, две пластины для усиления узла, пластину для крепления шагового двигателя и панель для установки фрезерного шпинделя. На передней панели я установил две профильные направляющие по которым будет происходить перемещение шпинделя по оси Z. Обратите внимание на то, что винт оси Z не имеет контропоры внизу.
Файлы для скачивания «Шаг 4»
Шаг 5: Направляющие
Направляющие обеспечивают возможность перемещения во всех направлениях, обеспечивают плавность и точность движений. Любой люфт в одном из направлений может стать причиной неточности в обработке ваших изделий. Я выбрал самый дорогой вариант - профилированные закаленные стальные рельсы. Это позволит конструкции выдерживать высокие нагрузки и обеспечит необходимую мне точность позиционирования. Чтобы обеспечить параллельность направляющих, я использовал специальный индикатор во время их установки. Максимальное отклонение относительно друг друга составило не более 0,01 мм.
Шаг 6: Винты и шкивы
Винты преобразуют вращательное движение от шаговых двигателей в линейное. При проектировании своего станка вы можете выбрать несколько вариантов этого узла: Пара винт-гайка или шарико-винтовая пара (ШВП). Винт-гайка, как правило, больше подвергается силам трения при работе, а также менее точна относительно ШВП. Если вам необходима повышенная точность, то однозначно необходимо остановить свой выбор на ШВП. Но вы должны знать, что ШВП достаточно дорогое удовольствие.
Я все же решил использовать винт-гайку для своего станка. Я выбрал гайки со специальными пластиковыми вставками которые уменьшают трение и исключают люфты.
Необходимо обработать концы винтов в соответствии с чертежами. На концы винтов устанавливаются шкивы
Файлы для скачивания «Шаг 6»
Шаг 7: Рабочая поверхность
Рабочая поверхность - это место на котором вы будете закреплять заготовки для последующей обработки. На профессиональных станках часто используется стол из алюминиевого профиля с Т-пазами. Я решил использовать лист обычной березовой фанеры толщиной 18 мм.
Шаг 8: Электрическая схема
Основными компонентами электрической схемы являются:
- Шаговые двигатели
- Драйверы шаговых двигателей
- Блок питания
- Интерфейсная плата
- Персональный компьютер или ноутбук
- Кнопка аварийного останова
Я решил купить готовый набор из 3-х двигателей Nema, 3-х подходящих драйверов, платы коммутации и блока питания на 36 вольт. Также я использовал понижающий трансформатор для преобразования 36 вольт в 5 для питания управляющей цепи. Вы можете использовать любой другой готовый набор или собрать его самостоятельно. Так как мне хотелось быстрее запустить станок, я временно собрал все элементы на доске. Нормальный корпус для системы управления сейчас находится в разработке )).
Электрическая схема станка
Шаг 9: Фрезерный шпиндель
Для своего проекта я использовал фрезерный шпиндель Kress. Если есть необходимость, средства и желание, то вы вполне можете поставить высокочастотный промышленный шпиндель с водяным или воздушным охлаждением. При этом потребуется незначительно изменить электрическую схему и добавить несколько дополнительных компонентов, таких как частотный преобразователь.
Шаг 10: Программное обеспечение
В качестве управляющей системы для своего детища я выбрал MACh4. Это одна из самых популярных программ для фрезерных станков с ЧПУ. Поэтому про ее настройку и эксплуатацию я не буду говорить, вы можете самостоятельно найти огромное количество информации на эту тему в интернете.
Шаг 11: Он ожил! Испытания
Если вы все сделали правильно, то включив станок вы увидите, что он просто работает!
Я уверен, моя история вдохновит вас на создание собственного фрезерного станка с ЧПУ.
Послесловие
Друзья, если вам понравилась история, делитесь ей в социальных сетях и обсуждайте в комментариях. Успехов вам в ваших проектах!
Объяснение оси фрезерного станка с ЧПУ[Полное руководство по DIY]
Шаговый двигатель для фрезерного станка с ЧПУ…
На фотографии выше показан типичный шаговый двигатель для фрезерного станка с ЧПУ. Так называют Stepper Motors, потому что они предназначены для движения с дискретными ступенями . Типичный шаговый двигатель может двигаться за 200 шагов за оборот; около 1,4 градуса за шаг.
Обратите внимание, что данный конкретный мотор имеет водонепроницаемое соединение.Это важно, если на вашей машине когда-либо будет залито охлаждающее средство - охлаждающая жидкость и электрика будут плохо смешиваться.
Stepper Motors - самый распространенный двигатель для проектов ЧПУ, но большинство коммерческих ЧПУ, по крайней мере, промышленного качества, используют Servo Motors .
Вот серводвигатель, который я использовал в своем проекте для преобразования мельницы RF-45 в ЧПУ:
Серводвигатель с ременным приводом…
В чем разница между сервоприводом и шаговым двигателем?
Основное отличие состоит в том, что сервоприводы имеют с замкнутым контуром , а шаговые двигатели - с разомкнутым контуром .
К сервоприводу подключено устройство, называемое энкодером. Вы можете видеть это на фотографии как маленький черный ящик на задней панели сервомеханизма, к которому подключен серый кабель.
Типичный оптический датчик положения вала для серводвигателя…
Энкодеры - это датчики, которые показывают сервоприводу, как далеко он продвинулся. Этот сигнал обеспечивает обратную связь с контроллером, что дает ряд преимуществ и повышает производительность. Обратная связь объясняет, почему он называется «Замкнутый цикл».
При использовании шагового двигателя контроллер сообщает ему о необходимости сделать шаг, и он просто должен предположить, что он это сделал.
Почему бы и нет?
В большинстве случаев это так, но когда это не так, двигатель теряет шаги. Это происходит, если мы просим двигатель сделать что-то, что слишком сложно сделать. Это случается не часто, но случается чаще, чем хотелось бы.
Потерянные шаги ограничивают точность станка с ЧПУ.
Сервоприводытакже работают лучше в том смысле, что они вырабатывают энергию в более широком диапазоне и часто на более высоких оборотах.Это может привести к более быстрым движениям оси и лучшему ускорению.
Наконец, сервоприводы имеют более высокое разрешение. Степпер имеет 200 шагов на оборот. В настоящее время давайте проигнорируем идею Microstepping, потому что она не надежна как способ увеличения разрешения нашей машины. Теперь, когда 200 шагов проходит через ходовой винт и, возможно, ремень или другой привод, поэтому фактическое расстояние, пройденное за 1 шаг, может быть довольно маленьким. Но есть конечное расстояние.
Сервокодер обычно имеет 1024 позиции, которые он может измерять, и даже 4096 позиционных кодеров не являются редкостью.Это число, 1024, становится серво-эквивалентом 200 шагов, поэтому мы можем видеть пятикратное улучшение разрешения.
Есть много плюсов и минусов Сервос против Степперов. Эта статья дает вам полный совок:
[Servos vs Stepper Motors / Open vs Closed Loop в ЧПУ]
Выбор подходящих двигателей для вашего проекта ЧПУ
Как вы можете себе представить, есть научный процесс, который вы можете использовать, чтобы выбрать правильные двигатели для вашего проекта ЧПУ. Требуется несколько шагов:
1.Решите, хотите ли вы Servos или Steppers.
2. Определите диапазон подачи, который вам нужен для вашего станка с ЧПУ, на основе материалов и резцов, которые вы будете использовать с ним.
3. Определите требования к ускорению для вашей машины. Примечание. С вами постоянно связываются люди, которые хотят использовать G-Wizard для определения силы резания, чтобы они знали, какой двигатель выбрать. Плохие новости: вы пожалеете, если будете следовать по этому пути, потому что ускорение - это то, что определит производительность вашей машины, и для ускорения оси требуется гораздо больше усилий, чем просто удерживать на ней силы резания.
С учетом информации, полученной на этих этапах, вы можете сделать очень грамотный выбор того, какие двигатели использовать.
Конечно, у нас есть статьи, которые проведут вас через этот процесс:
[Определение ваших потребностей в производительности движения (# 2)]
[Силы ускорения и резания (# 3)]
[Выбор окончательного варианта двигателя с ЧПУ]
Вот графическое резюме процесса принятия решений, описанного в 3 статьях:
Что такое ЧПУ и станки с ЧПУ? [2020 Easy Guide]
Краткая история ЧПУ
Первые коммерческие станки с ЧПУ были построены в 1950-х годах и работали на перфоленте. Хотя концепция сразу доказала, что она может сэкономить затраты, она была настолько отличной, что очень медленно завоевывала популярность у производителей.
Чтобы способствовать более быстрому внедрению, армия США купила 120 станков с ЧПУ и одолжила их различным производителям, чтобы они могли лучше познакомиться с идеей числового управления.К концу 50-х годов NC начал завоевывать популярность, хотя ряд проблем все еще оставался.
Например, g-код, почти универсальный язык ЧПУ, который мы имеем сегодня, не существует. Каждый производитель выдвигал свой собственный язык для определения числового управления или программ обработки деталей (программ, которые станки будут выполнять для создания детали).
1959 Станок с ЧПУ: Милуоки-Матик-II был первым станком с устройством смены инструмента…
В течение 1960-х годов ряд ключевых разработок быстро развился с помощью ЧПУ:
- Стандартный язык G-кода для программ обработки деталей. Происхождение g-кода восходит к MIT, примерно в 1958 году, когда он использовался в Лаборатории сервомеханизмов MIT.Альянс электронной промышленности стандартизировал g-код в начале 1960-х годов.
- САПР стал самостоятельным и начал быстро заменять бумажные чертежи и чертежников в 60-х годах. К 1970 году САПР стала достаточно крупной отраслью, в которой были такие игроки, как Intergraph и Computervision, с которыми я консультировался еще в студенческие годы.
- Мини-компьютеры, такие как DEC PDP-8 и Data General Nova, стали доступны в 60-х годах и сделали станки с ЧПУ более дешевыми и мощными.
К 1970 году экономика большинства западных стран замедлилась, а расходы на занятость росли.С 60-х годов, предоставив прочную технологическую базу, которая была необходима, ЧПУ взлетел и начал неуклонно вытеснять старые технологии, такие как гидравлические трассеры и ручная обработка.
американских компаний в основном начали революцию с ЧПУ, но они были чрезмерно сосредоточены на высоком уровне. Немцы первыми увидели возможность снизить цены на ЧПУ, и к 1979 году немцы продавали больше ЧПУ, чем американские компании. Японцы повторили ту же формулу в еще более успешной степени и отняли лидерство у немцев всего год спустя, к 1980 году.В 1971 году все 10 крупнейших компаний с ЧПУ были американскими, но к 1987 году остался только Цинциннати Милакрон, и они заняли 8 место.
В последнее время микропроцессорная технология сделала управление ЧПУ еще дешевле, что привело к появлению ЧПУ для хобби и персонального рынка ЧПУ.
Доступное оборудование с ЧПУ также проложило путь к использованию ЧПУ в прототипировании наряду с 3D-печатью. Ранее использование ЧПУ ограничивалось прежде всего производственными цехами.
Проект Enhanced Machine Controller, или EMC2, был проектом по внедрению контроллера ЧПУ с открытым исходным кодом, который был запущен NIST, Национальным институтом стандартов и технологий в качестве демонстрации.Некоторое время в 2000 году проект был передан в общественное достояние и Open Source, а EMC2 появился немного позже, в 2003 году.
Mach4 был разработан основателем Artsoft Арт Фенерти как ответвление ранних версий EMC для работы на Windows вместо Linux, что делает его еще более доступным для персонального рынка ЧПУ. ArtSoft, компания ArtSoft, была основана в 2001 году. Появление Mach4 впервые сделало ЧПУ доступным вне промышленных цехов.
Как программы EMC2 (теперь называемые LinuxCNC), так и программы Mach4 CNC сегодня живы и процветают, как и многие другие технологии ЧПУ.
Мы прошли долгий путь со времен старых числовых контрольных дней!
В зависимости от того, сколько углов вы отрежете с помощью фрезерного станка с ЧПУ, и от того, насколько сложен ваш проект фрезерного станка с ЧПУ, фрезерный станок с ЧПУ, вероятно, является самым дорогим, трудным, но наиболее гибким станком с ЧПУ для самостоятельной сборки. Несмотря на то, что было сделано несколько фрезерных станков с ЧПУ, изготовленных с нуля, лучше перевести ручной фрезерный станок на ЧПУ, пока у вас не появится большой опыт работы с ЧПУ. Таким образом, одно из первых решений, которое вам придется принять, и решение, которое определит множество других решений для вас в будущем, - это то, какой ручной фрезерный станок нужно преобразовать.
Есть много возможностей. Некоторые из них следует рассмотреть в порядке самых тяжелых / самых дорогих для самых легких / самых дешевых:
- Коленная мельница в стиле Бриджпорт: это дорого, и тяжелое колено не особенно хорошо подходит для ЧПУ. OTOH, есть много коленных фрез с ЧПУ, и ничто не говорит «Фрезерный станок», как Бриджпорт. Я не выбрал бы один, если бы я хотел начать делать ЧПУ с самого начала, но если у вас уже есть такой, нет необходимости рассматривать что-то еще.
- RF-45 и клоны: это постельные мельницы китайского производства, которые можно купить в самых разных местах и в самых разных вариантах. Они имеют рабочий диапазон и жесткость, аналогичные Bridgeport, но без коленного сустава, поэтому они лучше подходят для проектов с ЧПУ. Их самый большой недостаток - их шпиндель, который ограничен 1600 оборотами в минуту. Запланируйте преобразование ременной передачи в какой-то момент, прежде чем вы сможете полностью реализовать потенциал одной из этих мельниц.
- Grizzly G0704: Эти мельницы немного меньше, чем RF-45, но они являются идеальной платформой с ЧПУ.Такие люди, как Hoss в Hossmachine, могут предоставить полную информацию обо всем, что вам нужно знать, планы и часто наборы, чтобы помочь с преобразованиями. Если стол и поездки достаточно велики для ваших проектов, это будет более дешевый и быстрый проект, чем RF-45.
- Sieg X2: Это аккуратные маленькие машинки и очень популярные. Я не думаю, что я бы стал меньше, чем X2, но вы можете сделать несколько удивительных вещей с одним, как продемонстрировал Hossmachine (полностью автоматическая смена инструмента и корпус в стиле VMC).
Вот отличная статья о выборе машины-донора для вашего проекта ЧПУ.
Важное примечание:
Некоторые начинающие начинают задумываться о преобразовании сверлильного станка в фрезерный станок. Даже не начинай идти по этому пути. Для получения посредственного результата потребуется столько усилий, что оно того не стоит.
Вот несколько типичных машин:
My DIY RF-45 Mill Conversion…
Hoss G0704 CNC Conversion на довольно раннем этапе: он добавил намного больше!
,
