Как сделать фрезерный станок с ЧПУ своими руками?

Станки с ЧПУ, а именно, с числовым программным управлением, годятся для обработки дерева, пластика любых видов и разновидностей, композита, металлов и их сплавов, резины. Они облегчают точную обработку, позволяют изготовить изделие предельно аккуратно.

По сравнению с обычным фрезером или токарным станком, станок с ЧПУ годится даже для лазерной обработки. Управление станком осуществляет не только человек, но и микрокомпьютер (контроллер с процессорным блоком), что делает реализуемой технологическую усложнённость получаемых изделий. В частности, доступны выжигание по дереву и гравировка металлов с помощью лазера. А это уже – верх совершенства техпроцессов, ведь лазер обладает высокой точностью, если применить его в реальном деле.

Принцип действия ЧПУ следующий: программист или оператор задаёт компьютерному (вычислительному) блоку определённую программу, алгоритм. Микрокомпьютер, в свою очередь, приводит в действие двигатели, управляющие механизмами станка, коммутируя подачу электропитания на сами моторы.

Импульсы, периоды, в течение которых моторы запитываются и срабатывают на определённое количество оборотов (или доли одного оборота), очень точны – они задаются программой, переданной в процессор. Человек здесь бы ошибся, «недодав» питания – или «передержав» мотор запитанным, отчего параметры изготовленного изделия оказались бы далеки от заданных. Например, то же самое выжигание получилось бы неровным – скажем, покупатели требовали изображение розы на листе фанеры, а в итоге вышла бы не роза, а непонятный цветок, ни на что не похожий.

Кроме физической части механизмов, двигателей, в станках присутствует и программная часть. Сегодня ею может быть системный блок ПК 2000-х годов выпуска. Готовый микрокомпьютер – моноплата, содержащая процессор, оперативную память, флеш-накопитель (вместо отдельного диска-носителя), графический сопроцессор (простейшая встроенная видеокарта), дополнительные порты USB.

Возможно наличие порта LPT и/или COM. Производительности достаточно для работы операционной системы Linux (любая версия), Windows (версия XP или 7). Присутствует встроенный адаптер питания и 1-2 порта LAN, порт для подключения внешнего монитора SVGA/ (micro-) HDMI. Размеры микрокомпьютера (с корпусом) – пространство, занимающее половину глиняного кирпича – «сотки». Современные модели – в разы меньше.

Часть комплектующих элементов для станка, как и сам микрокомпьютер, заказываются в Китае. После сборки пользователь получает весьма надёжный, точный в работе станок, позволяющий ему соперничать со многими китайскими производителями. Перед запуском собственного домашнего производства пользователь определяет ряд аспектов:

• габариты будущего изделия;
• типы и разновидности материалов, планируемых к обработке;
• класс, параметры точности изготавливаемых деталей.

Материалы и функциональные комплектующие для изготовления будущего станка.

• Древесина (например, фанера) для корпуса. Высокая нагрузка на станок потребует листовую сталь, профиль (уголок, обычная труба).
• Шпиндель также изготавливается стальным (при необходимости). К нему полагается основной мотор с мощностью до 2 киловатт. Конструкция шпинделя станка, рассчитанного на многочасовую и непрерывную работу, нуждается в водяном охлаждении.
• Инверторный блок (частотный преобразователь) – выбирается с некоторым запасом мощности. Мотор на 1,5 кВт, например, потребует инвертор мощностью 2,5-3 кВт.
• Электронный блок управления или микрокомпьютер – старый «системник» ПК.
• Шаговые моторы с платами драйвера – 3 шт. Каждый из них перемещает обрабатываемые заготовки по трём координатам (X, Y, Z).
• Кабельный жёлоб или канал – механизмы значительно движутся, неосторожное движение может разрезать один из кабелей.
• Кабели разные – их общая протяжённость может достигать метров двадцать.
• Шпиндельная цанга или фрезерный патрон.
• Охлаждающие шланги и наборы шарикоподшипников (коронки-сепараторы соответствующего диаметра с нужным количеством стальных шариков). Без шариков не сработает ни один крутящий механизм.
• Гибкая муфта для передачи плавности хода и уравновешивания параметра соосности шагового двигателя.
• Фрезы по дереву. Вначале собранный станок проверяется на обработке древесины.
• Болты и гайки с плоскими и гровер-шайбами соответствующих размеров, саморезы.
• Водяная помпа – откачивающий насос для перегонки воды по охлаждающему контуру.
• Клеи: «суперклей» (например, «Секунда»), герметик, «Момент1». Может потребоваться и эпоксидный (ЭДП).

В качестве инструментария подготовьте.

• Сварочный аппарат и набор электродов. Повысить качество сборки поможет полуавтоматическая сварка.
• Шпильки – вытачиваются на токарном станке, если не удалось подыскать готовые.
• Болгарка и отрезные диски по металлу.
• Ручной инструмент: молоток, кусачки, плоскогубцы, шлицевая и фигурная отвёртка. Возможно, потребуется пара разводных ключей – на размер гаек и головок болтов в 10-25 мм. Для шестигранных болтов понадобится набор таких же ключей или трёхгранная отвёртка с набором насадок.
• Паяльник и подставка к нему, паяльный флюс, припой. Стандартный припой – марки ПОС-40. Если паяльный флюс недоступен, то потребуется обычная канифоль.

Собрать станок ЧПУ пошагово и своими руками – дело не настолько простое, как сборка простого фрезера или токарного механизма.

Если у пользователя остался устаревший принтер или сканер, он послужит в качестве основы. Главное достоинство – уже готовая несущая конструкция. Раздобудьте его структурную схему, а также сборочный чертёж – либо воспользуйтесь советами опытных любителей в Сети, собиравших ЧПУ станки. Имеющиеся приводы используют для координатных осей, устанавливающихся вместо конечных валов. Сделайте следующее.

1. Разберите принтер, снимите блок распылителя тонера (или цветных порошков).
2. Удалите из принтера программный модуль. Программное обеспечение принтера не рассчитано на использование его в качестве ЧПУ «софта» Модуль оснащён процессором, оперативной и временной (кэш-) памятью.
3. Обозначьте провода (или шлейфы) питания штатных драйверов шаговых двигателей. Проверьте их работоспособность, подав на них 3,3, 5 или 12 вольт. Двигатели и их ременные приводы должны срабатывать чётко. Не превышайте напряжение питания, указанное на плате драйвера.
4. Используя систему штатных шаговых приводов, рассчитайте, какими будут поворачивающие оси, как они будут располагаться. В ЧПУ станке применяется лишь ременная (зубчато-ременная) передача.
5. Изготовьте крепления для осей X, Y и Z. Несущие стойки, прокладки и ходовые винты – «чушки» могут быть отлиты из алюминия в муфельной печи или при помощи паяльной лампы. Нарежьте внутреннюю резьбу в ходовых винтах под диаметр шпильки (например, для М10), из которой изготовлены сами оси.
6. Соберите систему осей, поместите её в рабочем пространстве принтера. Оси не должны мешать друг другу, а также уже имеющимся штатным комплектующим элементам принтера.
7. Поместите фрезерную часть с основным двигателем. Все крепления выполняются при помощи болтов.

Сборка ЧПУ станка целиком, «с нуля», предусматривает изготовление рамы – несущей части конструкции. Она заменит ту, что есть в принтере или сканере. Передача на ремнях может не потребоваться – координатные оси жёстко, напрямую соединены с валами шаговых моторов. Сделайте следующее.

1. Сверяясь с чертежом, разметьте и распилите на составные отрезки квадратную (или прямоугольную) профтрубу, шпильки и листы конструкционной стали.
2. Разметьте и просверлите технологические отверстия в подвижных деталях. Нарежьте внутреннюю резьбу в ходовых гайках.
3. Сварите несущие детали в единую конструкцию. Рама получится прямоугольной.
4. Если станок предполагает наличие неподвижной и подвижной платформ – сварите подвижную часть, подгоняя её под размеры неподвижной. Если требуется, то установите металлические направляющие («рельсы»).
5. Разместите подшипниковые комплекты в местах установки осей. Установите сами оси. Проверьте их вращение на отсутствие заеданий.
6. Установите шаговые двигатели с креплениями. Убедитесь, что они зафиксированы жёстко.
7. Присоедините к осям шаговых двигателей, с помощью специальных запорных втулок, координатные оси, предварительно накрутив на последние ходовые гайки.
8. Соберите и закрепите систему подачи масла. Сориентируйте её на капельную смазку подшипников и винтовых ходовых сочленений. Проверьте её работу. Она должна, например, выдавать каплю масла в 2-3 минуты.
9. Резервуар с маслом установите отдельно, в свободном месте, выше маслоподающего устройства. Защитите шланги от перегиба стальной проволокой или длинной, подходящей по диаметру и протяжённости маслопровода, пружиной.
10. Установите платы драйверов. Подключите их к шаговым моторам. Проверьте, опробуйте их работу. Они должны работать чётко.
11. Соберите, установите и зафиксируйте фрезеровальную часть. Для неё может использоваться коллекторный или асинхронный, а не только шаговый, двигатель.

Для первичного опробования запитайте фрезер и вручную подавайте питание на драйверы шаговых двигателей (без ПК). Фреза должна перемещаться в заданных направлениях, при этом вращаясь. Затем подключите ваш самодельный станок к ПК. Может потребоваться дополнительный программатор, например, USB/RS-485.

Для настольного станка изготовьте специальный короб. Для этого сделайте следующее.

1. Разметьте и распилите квадратную профтрубу и листовую сталь, сверяясь с чертежом «коробки».
2. Сварите каркас для рамы. Его вертикальность по горизонту должна быть идеальной. Ни в одну сторону не должно быть перекосов – иначе станок может не поместиться внутри.
3. Выполните сварную обшивку листовой сталью, используя уже распиленные её фрагменты.
4. Просверлите и обточите от зазубрин технологическое окошко для вывода кабелей питания и управления в одной из стенок.

Как сделать фрезерный станок с ЧПУ своими руками, смотрите в видео ниже.