Как собрать 3d фрезерный станок с чпу по дереву своими руками?

Направляющие качения

Они сконструированы при участии подшипников качения.

У линейных подшипников – больший люфт, чем у каретки рельсовых направляющих, он меньше нагружен. Но у него есть ряд минусов:

• низкий уровень грузоподъемности;
• недолговечность;
• изготовление с солидным люфтом;
• чувствительный к воздействию пыли и стружек на вал.

Материал для производства втулок – бронза, латунь, капролон. Если имеет место соблюдение допусков, бронзовые подшипники скольжения не уступают подшипникам качения. Время от времени, если подшипник скольжения износился, его подгоняют, и чтобы устранить зазоры. Поэтому шариковая втулка более предпочтительна, благодаря тому, что она доступна и взаимозаменяема.

Устанавливаемые электромоторы

Для обеспечения высокой производительности создаваемого оборудования рекомендуется отдавать предпочтение мощным шаговым двигателям. Мини-модели могут применяться для работы с металлом и деревом. Основными параметрами электродвигателей считаются:

Мощность. С повышением показателя мощности существенно расширяется область применения станка. Слишком большая мощность становится причиной повышения затрат на электроэнергию, низкая приведет к перегреву при перегрузке.
Количество оборотов. Режущий инструмент может подаваться при различной скорости вращения, которая определяет качество получаемой поверхности.
Защита от перегрузок. Для того чтобы продлить срок эксплуатации фрезеровального станка, следует проводить установку электродвигателя, который имеет защиту от перегрева.
Наличие пяти проводов управления. Существенно упростить процесс подключения электрической начинки к устанавливаемым моторам можно при выборе моделей с пятью управляющими проводами.
Требуемое напряжение. Все электродвигатели делятся на две категории: первая работает от бытовой сети 220 В, вторая от трехфазного напряжения 380 В

При создании станка для домашней мастерской выбирают электрические моторы, которые работают от бытовой сети 220 В.
Если выбирается шаговый мотор, то уделяется внимание тому, на сколько градусов осуществляется поворот за один шаг.

Совершенно необязательно устанавливать двигатель шагового типа, который обходится намного дороже обычного варианта исполнения. Изготовить подобную конструкцию можно из обычного электродвигателя, для чего его подвергают небольшой доработке. Для работы самодельного станка потребуется не менее трех двигателей.

При установке шагового мотора можно не использовать винтовую передачу. Для передачи вращения или регулировки количества передаваемых оборотов режущему инструменту создается система клиноременной передачи. Рекомендуется применять исключительно зубчатые ремни, так как при высокой нагрузке они не будут проскальзывать на шкивах.

Принцип работы фрезерного станка

Оборудование для фрезерной обработки с ЧПУ

Современное деревообрабатывающее оборудование с блоком числового программного управления предназначено для формирования сложного рисунка по дереву. В конструкции должна присутствовать механическая электронная часть. В комплексе они позволят максимально автоматизировать процесс работы.

Для изготовления настольного мини-фрезерного станка по дереву своими руками следует ознакомиться с основными компонентами. Режущим элементом является фреза, которая устанавливается в шпиндель, расположенный на валу электродвигателя. Эта конструкция крепится на станину. Она может перемещаться по двум осям координат – x; y. Для фиксации заготовки необходимо сделать опорный столик.

Электронный блок управления соединяется с пошаговыми двигателями. Они обеспечивают смещение каретки относительно детали. По такой технологии можно сделать 3D рисунки на деревянной поверхности.

Последовательность работы мини-оборудования с ЧПУ, который можно изготовить своими руками.

1. Написание программы, согласно которой будет выполнена последовательность перемещений режущей части. Для этого лучше всего использовать специальные программные комплексы, предназначенные для адаптации в самодельных моделях.
2. Установка заготовки на стол.
3. Вывод программы в ЧПУ.
4. Включение оборудования, контроль за выполнением автоматических действий.

Для достижения максимальной автоматизации работы в 3D режиме потребуется правильно составить схему и выбрать соответствующие комплектующие. Специалисты рекомендуют изучить заводские модели, прежде чем сделать мини-фрезерный станок своими руками.

Декор из древесины и ширпотреб

Если есть намерение производить декор из деревянных заготовок, надо знать, что дерево должно быть хорошо просушено, имея влажность, аналогичную влажности воздуха помещения, где планируется обработка. Для этого оно должно полежать там минимум неделю.

И уже потом можно производить на фрезерном станке журнальные столики с резными ножками, декоративную решётку для маскировки радиаторов отопления, подгардинники, табуреты и подсвечники, оригинальные рамы, массивные деревянные кресты, полочки и кронштейны, кресла, подставки для комнатных растений, жалюзи из деревянных плашек, подставки для телефона, под сковороду для горячей посуды или под чашки.

Да и саму деревянную посуду, сделанную с любовью, можно преподнести в виде подарка. Да и дома она будет в почёте, особенно нравится деревянная посуда детям.

Будет востребован и готовый ассортимент садовых беседок, дверей, лавочек и столиков, резных элементов внутридомовых лестниц и художественного паркета.

Жесткость и преднатяг

Во время работы профильные рельсовые направляющие подвергаются, ввиду приложенной нагрузки, воздействию упругой информации. Показания величины деформации зависят от типов элементов качения. Но так или иначе она становится меньшей, когда нагрузка увеличивается.

Для увеличения жесткости системы применяется преднатяг. Он уменьшает срок службы линейных направляющих, вызывая в них внутреннее напряжение, но при этом способен к поглощению деформирующих нагрузок при работе линейной направляющей в условиях сильной вибрации или ударной нагрузки. В связи с тем, что преднатяг вызывает упругую деформацию подшипников, они становятся зависимыми от негативного влияния ошибок при монтаже. Это говорит о том, что больше внимания следует обращать на точность обработки установочной поверхности.

Виды преднатяга:

• нормальный — применяется при наличии незначительных вибраций;
• легкий — используется при наличии легких вибраций и легком крутящем моменте;
• средний — применяется при ударных нагрузках и сильных вибрациях, а также при опрокидывающих нагрузках.

Станки с ЧПУ из мебельных стержней

Прекрасный вариант, когда нужно добиться тщательности обработки, особенно в деревообрабатывающих станках для производства мебели небольшими партиями, в ленточно-шлифовальных, фрезерных на базе готового фрезера малой мощности. Мебельные детали стоят недорого, правда и ресурс у них меньше, чем у аналогичных элементов скольжения от принтеров или печатных машинок.

Пример использования мебельных стержней на форматно-расточном показан на фото. Понятно, что размеры станины и подвижного стола корректируются в зависимости от назначения. Тем не менее, если использовать мебельные шарикового типа на сверлильном , сносу им не будет, поскольку нагрузка и частота у работы у фрезера или сверлильного значительно отличаются от нагрузок на форматно-раскроечном станке.

Выход есть всегда, а по приведенным примерам вполне возможно подобрать направляющие скольжения для своего станка с ЧПУ желаемых параметров. Удачи в работе!

Изготовление станины

Необходимая жесткость станку обеспечивается за счёт станины. На нее устанавливают подвижной портал, систему рельсовых направляющих, ШД, рабочую поверхность, ось Z и шпиндель.

К примеру, один из создателей самодельного станка ЧПУ, несущую раму сделал из алюминиевого профиля Maytec – две детали (сечение 40х80 мм) и две торцевые пластины толщиной 10 мм из этого же материала, соединив элементы алюминиевыми уголками. Конструкция усилена, внутри рамы сделано рамку из профилей меньших размеров в форме квадрата.

Станина монтируется без использования соединений сварного типа (сварным швам плохо удаётся переносить вибронагрузки). В качестве крепления лучше использовать Т-образные гайки. На торцевых пластинах предусмотрена установка блока подшипников для установки ходового винта. Понадобится подшипник скольжения и шпиндельный подшипник.

Основной задачей сделанному своими руками станку с ЧПУ умелец определил изготовление деталей из алюминия. Поскольку ему подходили заготовки с максимальной толщиной 60 мм, он сделал просвет портала 125 мм (это расстояние от верхней поперечной балки до рабочей поверхности).

Подготовка и конструирование

Если принято решение всю необходимую работу по конструированию и сборке мини настольно-фрезерного станка для работы по дереву и другими материалами с ЧПУ проводить самому, своими руками, то начинать следует с выбора наиболее оптимальной схемы будущего агрегата.

В этом случае в качестве исходного оборудования можно взять небольшой старенький сверлильный станок и заменить рабочий орган в виде сверла непосредственно на фрезу.

Обязательно следует тщательно подумать о том, как будет устроен механизм, отвечающий за необходимое передвижение в трех независимых плоскостях.

Здесь можно будет достаточно просто подключить необходимое программное обеспечение, что позволит сделать самодельный настольно фрезерный станок ЧПУ автоматическим, однако такая конструкция сможет работать только по дереву, пластику или тонкому металлу.

Чтобы самодельный фрезерный станок, собранный своими руками, смог выполнять более серьезные операции, его необходимо оснастить шаговым двигателем с высокими показателями по мощности.

Получить такой тип двигателя можно из стандартного варианта электродвигателя за счет небольшой доработки. Это позволит полностью исключить применение винтовой передачи, при этом все ее достоинства сохранятся в полном объеме.

Необходимое усилие на вал в самодельном агрегате лучше всего передавать через зубчатые ремни.

В том случае, если для обеспечения необходимого передвижения рабочей фрезы в самодельном фрезерном станке с ЧПУ принято решение использовать самодельные каретки от принтеров, то лучше для этих целей взять данные приспособления от больших моделей принтеров.

При создании фрезерного агрегата с ЧПУ своими руками, особое внимание следует уделить изготовлению механизма фрезера, для чего потребуются соответствующие чертежи

Варианты самодельных направляющих

Направляющий механизм для ЧПУ часто бывает основан на использовании хромированной металлической трубы.

Направляющий механизм возможно сделать из хромированной металлической трубы

Она имеет небольшую стоимость, ее легко обрабатывать, меняя форму. Кроме того, есть и ряд недостатков:

• Защитный верхний слой стирается очень быстро, затем металл изнашивается быстрее.
• При высокой нагрузке на трубу, она не дает необходимой прочности.

Такое решение является дешевым для специалиста, но хватит работы такого станка лишь на несколько десятков часов. Это связано с минусами оцинкованных или хромированных труб, которые сами сделаны из мягкого металла, подверженного быстрому износу при нагрузке. Фрезер в совместном использовании с такими направляющими значительно сократит их срок службы.

Кроме этих способов, следует применять в качестве движущих частей устройства фрезера с небольшой мощностью. Они придают изготавливаемым деталям точную тщательную обработку, чаще их используют на станках для обработки дерева. Они имеют низкую цену и маленький срок выработки.

Задача

Вообще говоря, «на скорую руку» делаются бутерброды и салаты, романтический ужин можно соорудить на скорую руку, но не станок. Тем не менее, я вынес это словосочетание в заголовок статьи. Почему? Попробую объяснить.

«На скорую руку» это значит технологично для домашнего производства. Т.е. станок должен быть сконструирован так, чтобы его можно было изготовить, используя минимальный набор самых обычных слесарных инструментов. Буквально, если у вас в арсенале имеется электролобзик с пилкой по металлу, сверлильный станок, плашки-метчики и напильник, то этого должно быть достаточно. На худой конец, сгодится простая ножовка по металлу и дрель.

Кое-кто скажет: «Ну, ты загнул, товарищ! Так не бывает», и будет прав. Так действительно не бывает. Потому что, если фрезерные работы можно исключить полностью, то без элементарных токарных работ нам не обойтись, значит, работ этих должно быть совсем не много, все остальное – ручками, на кухне.

Ставя перед собой такую задачу, надо хорошо понимать, что осуществить задуманное можно только при условии широкого применения покупных комплектующих и стандартных алюминиевых профилей. Направляющие – этакие краеугольные камни портального гравировально-фрезерного станка — тоже придется купить, а они дорогие. Так что, «на скорую руку» не значит дешево!

И последнее соображение. «На скорую руку» ассоциируется с понятиями просто и быстро. Если с определением «просто» можно согласиться, то быстро вряд ли получится. Изготовление даже простых деталей может затянуться на неопределенный срок, но как говорится, «терпение и труд – все перетрут».

Подытожим:

• Для фрезерования бальзы, фанеры, дерева, пластиков и тонких (до 2 мм) алюминиевых сплавов.
• На линейных шариковых направляющих и зубчатых ремнях.
• Рабочее поле не менее 1000х300х90.
• Разрешение позиционирования не хуже 0,1 мм.
• Скорость позиционирования не менее 2 м/мин.

Направляющие для ЧПУ станка

Обрабатывающие центры с ЧПУ для мелкосерийного и домашнего использования — дорогая штука и не каждый может позволить себе купить форматно-расточной или токарный с ЧПУ, но выполнить своими руками сносное по качеству обработки и чистоте реза устройство, можно запросто. Рассмотрим несколько конструкций, но сначала посмотрим на детали заводского изготовления, чтобы понять основные принципы работы.

Все направляющие для программируемых станков бывают кругового движения или линейного типа, это зависит от траектории, по которой движется подвижный узел в координатах. Будем рассматривать только линейные, как самые востребованные у самодельщиков, да и особой нужды для применения круговых устройств нет.

Станок с ЧПУ своими руками

Функциональная схема станка с ЧПУ.

Итак, как сделать данное устройство? Чтобы изготовить станок ЧПУ своими руками, необходимо потратить время на разработку проекта, а также ознакомиться с существующими заводскими моделями. Следуя этим первым и самым простым правилам, удастся избежать самых распространенных ошибок.

Стоит отметить, что фрезеровочный ЧПУ станок – технически сложное устройство с электронными элементами. Из-за этого многие люди полагают, что его невозможно сделать вручную.

Конечно же, данное мнение ошибочно. Однако необходимо иметь в виду, что для сборки понадобится не только чертеж, но и определенный комплект инструментов и деталей. Например, понадобится шаговый двигатель, который можно взять из принтера и т.д.

Следует также учитывать необходимость определенных финансовых и временных затрат. Если подобные проблемы не страшны, тогда изготовить доступный по стоимости и эффективный агрегат с координатным позиционированием режущего инструмента для обработки металла или дерева не составит труда.

Схема

Наиболее трудным этапом изготовления станка ЧПУ по металлу и дереву является выбор оптимальной схемы оборудования. Тут все определяется размерами заготовки и степени ее обработки.

Для бытовых целей лучше отдать предпочтение чертежу небольшого устройства с необходимым набором функций.

Одним из вариантов может быть конструкция, состоящая из двух кареток, которые будут перемещаться в плоскости. Стальные шлифовальные прутки отлично подойдут в качестве основания. На них крепятся каретки.

Также понадобятся ШД и винты с подшипниками качения, чтобы обеспечить трансмиссию. Управление фрезера самодельного станка с ЧПУ будет осуществляться с помощью программы.

Подготовка

Для автоматизации самодельного фрезерного станка с ЧПУ необходимо максимально продумать электронную часть.

Чертеж самодельного станка.

Ее можно разделить на несколько элементов:

• блок питания, обеспечивающий подачу электроэнергии на ШД и контроллер;
• контроллер;
• драйвер, регулирующий работу подвижных частей конструкции.

Затем, чтобы построить самому станок, необходимо подобрать сборочные детали. Лучше всего использовать подручные материалы. Это поможет максимально уменьшить расходы на инструменты, которые вам понадобятся.

Основу обычно делают из дерева, оргстекла или металла

Важно, чтобы во время движения суппортов не возникали колебания. Они приведут к неточной работе аппарата

В связи с этим нужно правильно разработать их конструкцию.

Вот некоторые советы по выбору деталей:

• в качестве направляющих подойдут прутки диаметром до 12 мм;
• лучшим вариантом для суппорта будет текстолит;
• ШД обычно берут от принтеров;
• блок фиксации фрезы также делается из текстолита.

Инструкция по сборке

После подготовки и выбора деталей можно приступать к сборке фрезеровального агрегата для обработки дерева и металла.

В первую очередь следует еще раз проверить все комплектующие и удостовериться в правильности их размеров.

Схема устройства ЧПУ.

Порядок выполнения действий при сборке выглядит приблизительно следующим образом:

• установка направляющих суппорта, их крепление к боковым поверхностям конструкции;
• притирка суппортов в результате их перемещения до тех пор, пока не удастся добиться плавного хода;
• затяжка болтов;
• установка компонентов на основании устройства;
• закрепление ходовых винтов с муфтами;
• крепление к винтам муфт шаговых двигателей.

Всю электронную составляющую следует расположить в отдельном блоке. Таким образом, вероятность сбоя во время работы будет сведена к минимуму. Подобный вариант размещения электроники можно назвать лучшей конструкцией.

Особенности работы

После того, как самодельный станок с ЧПУ был собран своими руками, можно приступать к испытаниям.

Кинематическая схема работы устройства.

В ПО должны содержаться все необходимые драйверы для контроллеров.

Начинать следует с несложных программ. При первых запусках необходимо следить за каждым проходом фрезы, чтобы убедиться в правильности обработке по ширине и глубине

Особенно важно проконтролировать трехмерные варианты подобных устройств

Конструкция

Самодельный станок состоит из следующих основных частей:

• станины с размещенным на ней столом;
• суппортов, имеющих возможность перемещения режущей фрезы в трех координатах;
• шпинделя с фрезой;
• направляющих по перемещению суппортов и портала;
• блока питания, обеспечивающего электроэнергией двигатели, контроллер или плату коммутации с использованием микросхем;
• драйверов для стабилизации работы;
• пылесоса для сбора опилок.

На станине устанавливают направляющие для перемещения портала по оси Y. На портале размещены направляющие для перемещения суппорта по оси X. Шпиндель с фрезой крепится на суппорт. Он двигается по своим направляющим (ось Z).

Контроллер и драйвера обеспечивают автоматизацию работы станка с ЧПУ за счёт передачи команд на электродвигатели. Использование программного комплекса Kcam позволяет использовать любой контроллер и обеспечивает управление двигателями в соответствии с внесённым в программу чертежом детали.

Конструкцию надо сделать жесткой, чтобы противостоять возникающим при работе рабочим усилиям и не приводить к вибрациям. Вибрации приведут к понижению качества получаемого изделия, поломке инструмента. Поэтому размеры крепежных элементов должны обеспечивать монолитность конструкции.

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ используют для получения объёмного 3D изображения на деревянной детали. Она крепится на столе данного устройства. Его можно использовать и как гравировальный. Конструкция обеспечивает перемещение рабочего органа — шпинделя с установленной фрезой в соответствии с заданной программой действий. Перемещение суппорта по осям Х и Y происходит по шлифованным направляющим с применением шаговых электродвигателей.

Перемещение шпинделя по вертикальной оси Z позволяет изменять глубину обработки на создаваемом рисунке по дереву. Для получения рельефного рисунка 3D нужно сделать чертежи. Желательно использовать различные виды фрез, которые позволят получить лучшие параметры отображения рисунка.

Необходимые инструменты и материалы

Для создания токарного станка понадобятся обычные инструменты, имеющиеся у каждого любителя мастерить.

• дрель;
• болгарка с отрезным и зачистным кругом;
• сварочный аппарат;
• набор ключей;
• ручной слесарный инструмент.

Наличие фрезера значительно упростит работу. Если нет гладких валов и винтов из ненужного оборудования, то понадобится доступ к токарному станку.

Материалы подбираются из отходов:

• листовой прокат разной толщины;
• швеллера;
• ручки и лимбы;
• подшипники;
• крепеж.

Для станины токарного станка по дереву используют листы ДВП, ДСП, многослойную толстую фанеру. Электродвигатели подойдут от старой стиральной машины, пылесоса, непригодного электроинструмента.

Игрек

Пошли дальше.

Поперечная балка, на которую будут устанавливаться рельсы оси Y, получается длиной 510 мм. В целях унификации сделаем ее из того же алюминиевого бокса 80х40х4 мм. Рельсы поставим прямо на торцы балки.

В большое прямоугольное отверстие на широкой грани профиля будет входить ось двигателя с насаженным на него зубчатым колесом. С противоположной стороны балки разместится каретка Z. Т.е. балка должна пройти как бы сквозь каретку Y. Для этого на шариковые блоки наденем две одинаковые детали, сделанные из отрезков стандартного алюминиевого швеллера 60х40х5 мм.

Проводку зубчатого ремня выполним точно так же, как и по оси Х, только устройства для крепления и натяжения ремня сделаем на уголках.

Ремень оказывается хорошо защищен от стружек и грязи. В нижней части профиля (внутри) будет размещена петля кабеля от двигателей Y и Z. Осталось поставить заглушки на торцы балки и все.

С лицевой стороны (со стороны каретки Z) балка не имеет отверстий, что очень хорошо, т.к. именно тут летит стружка. Как видите, балка с кареткой Y получилась очень простой.

Применение специальных наборов

Самодельный станок с ЧПУ своими руками можно собрать при использовании специальных наборов. Доступные комплекты для ручной сборки обходятся дорого, но они характеризуются следующими достоинствами:

1. При применении специального набора можно существенно упростить задачу по сборке. Кроме этого, процесс ускоряется, так как в комплект поставки в большинстве случаев включается чертеж.
2. Все элементы идеально подходят друг к другу, что обеспечивает высокую точность обработки. При самостоятельном изготовлении конструкции из подручных материалов в большинстве случаев возникают трудности с выдерживанием точных размеров.
3. Создаваемые станки из подобных наборов выглядят довольно привлекательно, характеризуются практичностью в применении, высокой эффективностью и компактными размерами.
4. При необходимости станок разбирается для его транспортировки.

Недостатком подобного варианта сборки можно назвать то, что внести изменения в конструкцию не получится. Кроме этого, стоимость набора ненамного ниже стоимости готового станка Ардуино или другого производителя.

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.

Сборка оборудования

Основанием собранного фрезерного оборудования может стать балка прямоугольного типа, которую надо крепко фиксировать на направляющих.

Несущая конструкция оборудования должна обладать большой жесткостью. При ее монтаже лучше не применять сварных соединений, а присоединять все детали лишь с помощью винтов.

Во фрезерном оборудовании, которое вы будете собирать самостоятельно, должен быть предусмотрен механизм, который обеспечит перемещение рабочего приспособления в вертикальном направлении. Лучше всего взять для него винтовую передачу, вращение на которую будет передаваться с помощью зубчатого ремня.

Основная часть станка

Важная часть такого станка — его вертикальная ось, которую для самодельного прибора можно сделать из алюминиевой плиты. Помните, чтобы размеры такой оси были точно подобраны под габариты создаваемого устройства.

• Если у вас есть муфельная печь, то сделать вертикальную ось устройства можно своими руками, отливая ее из алюминия по размерам, которые будут указаны в готовом чертеже. Когда все комплектующие нашего будущего фрезерного оборудования подготовлены, можно переходить к его сборке. Начинается этот процесс с монтажа 2 шаговых электрических двигателей, которые закрепляются на корпус станка за его вертикальной осью.
• Один из таких электрических двигателей будет отвечать за перемещение специальной головки в горизонтальной части, а второй — за перемещение головки, именно, в вертикальной части. Потом монтируются другие узлы и агрегаты самодельного оборудования.
• Вращение на все узлы собранного оборудования с ЧПУ должно передаваться лишь посредством ременных передач. Прежде чем подключать к самодельному оборудованию систему программного управления, стоит проверить его работоспособность в ручном режиме и сразу убрать все выявленные проблемы в его работе.

https://youtube.com/watch?v=aFh29NRv2Zk

Верстак

Это специальный стол для рабочего процесса. Его можно оснащать разными вспомогательными элементами. Его параметры обуславливаются количеством свободного пространства в помещении. Также учитывается и планируемый объём работ.

Сегодня самыми распространёнными видами верстаков для фрезерных столов являются:

• Статичный. Это полноценная рабочая площадка.
• Портативный. Это настольный вариант, быстро собирающийся и позволяющий проводить фрезерные операции.
• Агрегатный. Обладает такими возможностями, за счёт которых расширяется пильная площадь.

Для бытовой мастерской оптимальным является п.1. Второй вид годится для работ с небольшими деталями и имеет ограниченный функционал. Для третьего должно быть просторное помещение.