Андрей Смирнов
Время чтения: ~16 мин.
Просмотров: 0

Самодельный фрезерный станок с чпу: собираем своими руками

Добро пожаловать на сайт открытого проекта по разработке станка с ЧПУ на базе Arduino своими руками

Проект Простой станок с ЧПУ на Ардуино задумывался для разработки, отладки и тестирования программного обеспечения, необходимого для работы станков с числовым программным управлением (ЧПУ).

Соответственно, хотелось потратить минимум денег на изготовление механической и электронной составляющих станка.

В качестве контроллера была выбрана плата Ардуино, ввиду её огромных возможностей по взаимодействию с различными устройствами.
Функционал Arduino легко расширяется благодаря возможности подключения огромного количества устройств, поддерживающих стандартные протоколы передачи данных и управления.
На официальном сайте arduino.cc опубликована исчерпывающая информация о подключении устройств к Ардуино, а также о программировании Arduino.

Фрезерные станки с ЧПУ, а точнее программы для станков с ЧПУ, работают с векторными изображениями, которые сами по себе довольно дорого стоят.
Это изначально сместило направление исследований на разработку фрезерного станка с ЧПУ, который работает с бесплатными растровыми изображениями (обычными файлами в формате bmp, jpg, gif и т.д.).
Собрав всё воедино получаем совершенно потрясающие характеристики:

  • низкая стоимость станка с ЧПУ (менее 100$ или 6000 руб без учёта стоимости компьютера);
  • лёгкая доступность всех деталей станка;
  • работа с растровыми изображениями, которые легко может создать любой человек в простом графическом редакторе (например Paint);
  • расширяемая платформа для разработки множества смежный систем;
  • в идеале программное обеспечение должно иметь возможность обработки фотографий и/или изображений, полученных с обычного сканера.

Изначально планировалось использовать станок с ЧПУ на ардуино для фрезерования плоских фигур, орнаментов и объёмных тел. Однако, впоследствии к станку был подключен контактный датчик для 3D-сканирования.
Затем, на станок был установлен лазерный модуль для гравирования / выжигания. И, наконец, станок с ЧПУ был превращён в 3D-принтер: для этого потребовалось установить дополнительный блок, который называется экструдер.

Таким образом, получаем не просто 3-хкоординатный станок для фрезерования с ЧПУ на Ардуино, а целую платформу, на базе которой легко собирается:

  • станок для фрезерования 2D-фигур и 3D-тел;
  • контактный 3D-сканер;
  • лазерный гравер / выжигатель с ЧПУ;
  • 3D-принтер.

На сайте выложены подробные схемы сборки станка с ЧПУ, включая его модификации, чертежи станка с ЧПУ, исходные коды программного обеспечения, а также исходные коды прошивок для Arduino.

Станок с ЧПУ на Ардуино и его модификации собирались своими руками. Для промышленных целей такой станок с CNC конечно не подойдёт, однако для штучного изготовления и освоения принципов работы механики и программного обеспечения подходит.

Кроме того, на сайте имеется отдельный раздел, посвящённый приобретению компонентов самодельного станка с ЧПУ и необходимых расходных материалов, где описано, где, как и по какой цене можно приобрести требуемые составляющие простого станка CNC.

Как из дрели сделать фрезер по дереву

Дрель – один из самых часто встречающихся инструментов, которые выручают нас в любой ситуации. Фрезер на основе дрели поможет решить ряд задач, при этом агрегат всегда можно вновь разобрать. Такая «самоделка» не будет стоить практически ничего. Единственное, вам нужно будет определиться с креплением и положением инструмента по отношению к рабочей поверхности. Рассмотрим один из вариантов того, как можно превратить дрель во фрезер, и выполнять достаточно широкий круг задач. В чём-то такой аппарат может заменить токарно-фрезерные самодельные станки по дереву, а в чём-то даже «переплюнуть» их.

Такой ручной фрезер позволит выполнить фигурный и прямой рез, без каких-то сложностей высверлит необходимые отверстия. Ощутимый минус в том, что ручной фрезер, сделанный из подручных материалов, не отличается прочностью. Кроме того, скорость обработки деталей не очень высока. Ситуацию может решить замена двигателя на перфораторный.

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.

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.

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

Изготовление

В качестве основы предлагается взять дешевый фрезерный станок с числовым программным управлением.

Для конструирования устройства шпинделя потребуется:

  • электродвигатель (можно применить марку NTM серия 50-50, 5800 об/мин и мощностью 2 кВт);
  • конусообразный вал;
  • контроллер для электродвигателя;
  • 2 подшипника;
  • зажим в виде цанги;
  • прибор для определения работоспособности, в том числе вычисления скоростных характеристик при вращении, углов наклона, шагов. Это устройство называется сервотестер.

Последний можно приобрести по низкой цене, важно лишь при выборе принять во внимание удобство крепления. https://www.youtube.com/embed/Khnh7IIz6Tw

Технология изготовления:

  1. В конструктивном исполнении двигателя имеются два подшипника качения. На вал тоже следует установить два подшипника при помощи держателей. На удлиненном  вале устанавливается цанговый зажим для закрепления фрезы. Такое приспособление отлично решает вопрос возникающих боковых нагрузок, которые могут возникнуть не только во время фрезерования металла, но и обработке дерева.
  2. Установка контроллера на самодельном устройстве способствует стабилизации крутящих моментов в случаях изменения нагрузки. Это необходимо при производстве чистовых операций.

Стабильность работы самодельного шпинделя можно регулировать за счет сервотестера.

Система охлаждения

Не важно, самодельный шпиндель или приобретенный, в конструкции обязательно должна быть предусмотрена система охлаждения. Разновидности:

Разновидности:

  1. Водяная. В корпусе имеются отверстия, специально предусмотренные для прохода воды. От нагрева металла выделяется тепло, которое принимает вода. Теплая жидкость выливается в емкость. Последняя зачатую мешает при обслуживании и ремонтах станка, поэтому наиболее распространен иной вид охлаждения.
  2. Воздушная. Воздухозаборники способствуют обдуванию подвергаемых нагреву элементов. Но недостаток существует и у этого устройства – фильтры быстро загрязняются, и их следует постоянно чистить. Но шпиндели, установленные на фрезерном станке при данной системе охлаждения, прослужат намного дольше.

Как сделать станок по дереву

Станки по дереву могут быть применены по-разному как для одной задачи, так и для нескольких сразу. Однако, каким бы профессиональным ни было оборудование, количество приемов обработки будет ограниченным, поскольку в некоторых моделях заготовка неподвижная, а в других она делает вращательно-поступательные движения.

Своими руками фрезерный станок по дереву изготавливается с применением дрели. На стальной профиль прикрепите шпиндель электродрели с зажатой заготовкой. На противоположной стороне установите движущийся зажим или же бобину. Обработка осуществляется с применением резцов, удерживаемых вручную. Так вы сможете сделать простые детали круглой формы.

Конструкция устройства и изготовление

Станок фрезерный по дереву обрабатывает заготовку, которая подается на фрезер с требуемой траекторией или же жестко прикрепляется. Фрезер по своей конструкции напоминает сверло: это режущий металлический инструмент цилиндрической формы. Однако, в отличие от сверла, он со всех сторон оснащен режущими кромками.

Это позволяет обрабатывать дерево сразу в нескольких плоскостях. Управление фрезером бывает трех видов:

  • автоматическим;
  • полуавтоматическим;
  • ручным.

Фрезеровочный станок включает в себя такие составляющие:

  • столешницу;
  • упор параллельный;
  • пылесос, удаляющий стружку;
  • шпиндель;
  • станину;
  • салазку подающую.

Для изготовления агрегата по дереву потребуются довольно простые и недорогие материалы, в частности:

  • листы ДСП;
  • фанера ламинированная.

Размер стола для работы будет зависеть непосредственно от количества способного пространства в мастерской. Процесс выглядит так:

  • берем лист фанеры и делим его согласно чертежу циркулярной пилой;
  • станина и столешница — это неразъемные конструкции, их следует делать в первую очередь. Основным режущим инструментом будет ручной фрезер, он может быть использован, даже если в нем сломан направляющий упор;
  • ручной фрезер нужно прикрепить строго перпендикулярно столешнице;
  • фрезерный лист делается с помощью штатного устройства;
  • дополнительно могут потребоваться самодельные приспособления, которые помогут сократить время и усилия по смене угла наклона и глубины;
  • делаем параллельный упор, который поможет направить деталь к режущей кромке строго согласно заданному углу.

Сферы применения

Такое простое и недорогое в отношении затрат устройство в основном применяется в небольших мебельных мастерских. Посредством такого станка выполняются такие операции:

  • вынимаются пазы;
  • снимается четверть;
  • делается сверление;
  • создается глубина и углубления нужной формы.

Например, для установки мебельной фурнитуры углубление должно иметь точную форму и глубину

Фрезерование позволяет достичь определенных параметров оперативно и легко, что очень важно при массовом производстве. Самым удобным и распространенным является плоскошлифовальный станок, который тоже можно сделать самостоятельно и сэкономить средства на оборудование своей мастерской на дому

Изготовление своими руками

Простая модель токарного станка с копиром изготавливается на основе дрели. Чтобы сконструировать токарно-копировальный станок по дереву своими руками, требуются следующие инструменты и комплектующие:

  • ручной фрезер;
  • сварочный аппарат;
  • металлические листы;
  • уголки;
  • крепежные изделия (болты, гвозди и саморезы);
  • упорные бруски;
  • переднюю и упорную бабки;
  • силовой агрегат;
  • упор для резца.

Станок изготавливается в несколько этапов:

Разработка чертежа. По нему будет осуществляться сборка элементов деревообрабатывающего устройства. Чаще всего берется готовый чертеж токарного оборудования и изменяется в зависимости от особенностей копира.
Создание станина. Необходимо соединить металлические листы и уголки при помощи сварочного аппарата

Важно, чтобы самодельная станина была устойчива к физическим воздействиям и вибрациям.
Установка электрического двигателя. Для обработки небольших изделий рекомендуется использовать мотор мощностью до 250 Вт

Важно обеспечить защиту двигателя от воздействия окружающей среды.
Закрепление планшайбы. Ее необходимо закрепить на приводном колесе электродвигателя.

После монтажа основных деталей токарного оборудования можно перейти к созданию копира.

Создание копира

В процессе изготовления самодельного копира для токарного станка по дереву требуется учитывать следующие правила:

Требуется ручной фрезер. Для его установки необходимо изготовить поверхность из фанеры.
В площадке, где будет расположен копир, нужно проделать несколько отверстий и прикрепить к ней горизонтальные бруски.
Чтобы обработка производилась по всей длине заготовки, нужно обеспечить движение площадки вдоль всей станины.
Рекомендуется использовать уровень при монтажных работах

Важно, чтобы бруски не отклонялись от горизонтального положения. В противном случае могут возникнуть погрешности при обработке деталей.

После создания копира нужно прикрепить к бруску шаблон при помощи саморезов

Важно, чтобы копир можно было отодвинуть или полностью демонтировать. В этом случае станом можно будет применять для стандартных токарных работ

После проведения монтажных работ рекомендуется протестировать токарный станок, обработав пробную деталь. Во время точения требуется соблюдать технику безопасности. Нельзя прижиматься к токарному станку и облокачиваться на него. Мастер должен работать в защитных очках и спецодежде.

Варианты конструкции: делаем фрезерный станок из подручных средств

Оборудование можно соорудить из дрели, болгарки, «стиралки». Это наиболее популярные бытовые варианты. Устройства получаются с меньшей мощностью и ручного типа, но пригодны для незначительных работ.

Как из обычной дрели сделать функциональный фрезер по дереву

Здесь сооружается подставка, и меняется оснастка. Это главные критерии сотворения такого варианта фрезера.

Хвостовик фрезы фиксируется в патроне. Можно сделать фрезер вертикального и горизонтального действия (пример 1 и 2). Подставка создаётся из ЛДСП.

Пример 1:

Пример 2:

Преимущества и недостатки фрезера из дрели

Плюсы такого устройства:

  • Простота применения.
  • Мало пыли от работы.

Минусы:

  • Слабое качество результата по причине невысоких оборотов (3000 в мин).
  • Очень узкий спектр функций.

Как сделать фрезер из болгарки

Есть два способа:

  • На шпиндель инструмента накручивается цанга. Работа может идти со всеми оснастками, которые имеют хвостовики цилиндрической формы.
  • На шпиндель крепится стандартный патрон кулачкового типа (от дрели)

Фрезер из двигателя от стиральной машины

Создаётся стол по описанному методу. Вал мотора ставится на цангу. Для этого заказывается специальный переходник.

Создаётся подъёмная система для контроля над выходом инструмента: на двух трубах крепится двигатель и резьбовая шпилька.

Она одним окончанием идёт в гайку, фиксированную к дну стола, а вторым – в нижнюю сторону двигателя. На ней прочно фиксируется поворотное устройство – колесо. За счёт регулируется высота.

Устройство фрезерного станка:

Столешница Станина Мотор Фреза

Станина – это фундаментальная часть всей системы. Станина не должна расшатываться, она должна быть крепкой, иметь хорошую подпорку.

Куда крепится станина?

Зачастую станина крепится на пол помещения при помощи металлического крепления.
Не так часто можно встретить, когда станину устанавливают, не закрепляя её. В данном случае фиксирование появляется из-за собственного веса аппарата. Если нужен станок, на котором будет выполняться лёгкая работа по дереву, то в таком случае можно обойтись без крепления. Получится своего рода ручной фрезерный станок.

Ручной фрезерный станок

Без крепления работа будет быстрой и супер мобильной.

Столешница – это 2-й по важности компонент в данном сооружении. Главная характеристика – это её размер

Куда крепят столешницу?

Столешницу крепят к станине. Также она обязана обладать горизонтальной, ровной поверхностью.

Чертеж столешницы для фрезерного станка

На столе для фрезерного станка не должны находиться: сучки, зазоры, с краю должен быть ограничитель под видом деревянной или металлической планки. С боку делаются отверстия для установки металлообрабатывающего инструмента (фрезы).

Металлообрабатывающий инструмент (фреза)

Закреплённую фрезу устанавливают таким образом, чтобы ось вращения была расположена в вертикальном положении

Обрабатывая пиломатериал, важно проводить его при горизонтальном направлении по ограничителю с отверстием. Если нужно обработать доски или брусья, очень важно иметь возможности замены и регулировку размещения фрезы по высоте

Чтобы это сделать нужно использовать один из 2-х вариантов:

Вариант 1. Если закрепить столешницу на станине, то получится подвижная столешница. Данный вариант не очень практичный, но вполне осуществимый.
Вариант 2. Закрепить металлообрабатывающий инструмент (фрезу) на подвижный объект, который будет прикреплён к станине, также можно применить винтовой подъёмник под видом подъёмной системы, либо любой другой регулирующий механизм.

Мотор фрезерного станка

Мотор широко универсального фрезерного станка нужно расположить рядом с фрезой и подсоединить к ней.

Установить его можно несколькими способами:

  1. Расположить под столешницей
  2. Расположить над столешницей

В 1-ом способе мотор нужно укрепить снизу к станине. В таком случае не потребуется повышать размеры деревообрабатывающего станка.
2-й способ. В этом случае станину нужно закрепить выше столешницы, также нужно расположить на ней крепления для мотора.

Если нужен более сложный токарно фрезерный станок, то при желании можно подобрать и другие расположения металлообрабатывающего инструмента (фрезы) и двигателя. Пример: сначала оборудовать горизонтальный фрезерный аппарат, однако перед этим нужно заранее подготовить чертёж фрезерного станка.

Также в целях безопасности важно будет провести электричество к мотору и надёжно зафиксировать, потому что, когда пойдёт сильная вибрация на не закреплённых замках, то при больших и мощных витках двигатель способен вылететь из аппарата, так как крепления имеют большую вероятность сильно повредиться из-за огромной перегрузки. Когда будет идти этап подключения к эл.питанию, то нужно полагаться на стандартное напряжение электробытовой сети в 22O B

Когда будет идти этап подключения к эл.питанию, то нужно полагаться на стандартное напряжение электробытовой сети в 22O B.

Фрезеровщики – специалисты советуют никак не менять обмотку двигателя, так как в данном случае это не увеличит коэффициент полезного действия (КПД), очень велика вероятность, что снизит.

Безопасность домашнего фрезерного станка

Для того, чтобы гарантировать защищённость, необходимо помимо оснащения с ограничителями, привести к рабочей поверхности хорошее освещение.

С целью производительной деятельности при обработке на фрезерных станках, мотор необходимо применять конкретной мощности:

0.5 Киловатт – данная мощность самая наименьшая, она позволяет убирать наружный слой с древесины, шкурить, либо подбирать прорезь;
До 1.5 Киловатт – аппараты, имеющие данную мощность, дают возможность осуществлять наиболее углублённое обрабатывание пиломатериалов, также такая мощность с лёгкостью подходит для ежедневного использования.
2.5 Киловатт — это самый наилучший тип мощности, так как такой аппарат сумеет держать полную работоспособность, совмещать любые фрезы с разными конфигурациями, либо объёма, однако такие мощные аппараты используются только лишь специалистами, по этой причине начинающим устанавливать данный двигатель не советуют.

Основные разновидности и назначение

Шпиндель является главным узлом на фрезерных станках всех типов. Его параметры входят в перечень основных технических характеристик оборудования. Режущий инструмент крепится на шпинделе и через него получает вращательный момент от основного привода.

Мощность узла во многом зависит от его конструкции. Все виды шпинделей условно делят:

  • домашние, до 1,5 кВТ;
  • промышленные, от 3 кВт.

Деление условное. На мощном оборудовании можно мастерить в гараже мебель и делать запчасти. На крупном предприятии массово делают гравировку, используя настольные станки.

Гравер

Шпиндель предназначен для выполнения гравировальных работ на станках с ЧПУ и других операций с малой глубиной обработки. Шпиндельный вал получает обороты непосредственно от двигателя. Скорость и мощность находятся в прямой зависимости. Крепление инструмента цанговое.

Гравером выполняют фрезерные работы:

  • обработка плат;
  • гравировка по металлу, стеклу и камню;
  • выполнение пропилов, пазов и других элементов глубиной до 1,5 мм на мелких деталях.

Граверы используют на фрезерных станках с ЧПУ для создания надписей, рисунков, других изображений по трафарету и программе. Производство деталей единичное и серийное.

Бормашинка

Отличается от гравера большой мощностью и патронным зажимом, устанавливаемым в конус шпинделя. Мощность узла стабильная, не зависит от оборотов.

Шпиндель типа бормашина устанавливается на оборудование для проведения работ:

  • глубокая гравировка;
  • создание 3D изображений;
  • изготовление объемных деталей из дерева и сплавов цветных металлов;
  • раскрой листов МДФ, ДСП, фанеры, пластика.

Шпиндель и ведущий вал стоят в одной оси, и соединены муфтой. Число оборотов регулируется на электродвигателе.

Справка! Бормашина работает тише гравера и выполняет глубокую обработку деталей.

DC-мотор

В одном корпусе находятся электродвигатель и шпиндельный вал, соединенные жестко. Применяются на станках с ЧПУ для обработки металлов и мягких материалов. Скорость вращения до 12000 об/мин, мощность 400 Вт. Крепление инструмента цанговое.

Преимущества DC-моторов:

  • отсутствие биения;
  • высокая точность;
  • низкий уровень шума.

Шпиндель конструкции DC-мотор устанавливают на фрезерные станки с револьверной головкой и коротким циклом операций. Регулировка оборотов инструмента производится через изменение режимов работы электромотора.

Важно!
При большой скорости обработки, DC—мотор не относится к высокопроизводительному оборудованию. Время его работы несколько минут

Он быстро перегревается и требует остановки.

Прямошлифовальная машина

Вращательный момент с электродвигателя на шпиндель передается через редуктор. Мощность и частота вращения не регулируются. К прямошлифовальным машинкам имеется большой набор инструмента, которым выполняют:

  • зачистку наружных и внутренних поверхностей;
  • удаление заусенцев;
  • обработку углов и торцов;
  • фрезеровку по плоскости;
  • вырезку пазов.

При установке дисковой пилы, производится порезка и раскрой листовых заготовок из пластика, дерева, цветных металлов.

Важно!
Режим работы станка с прямошлифовальным шпинделем, регулируется подачей стола и глубиной реза.

Профессиональный

Профессиональный узел предназначен для длительной работы с большими нагрузками. Он отличается от маломощных моделей:

  • имеет водяное охлаждение;
  • шпиндельный вал закреплен в шарикоподшипниках;
  • вращение передается через многоступенчатую коробку скоростей;
  • работает тихо.

Достоинство узла заключается в отсутствии в нем щеток. Они быстро изнашиваются, искрят и способствуют нагреву шпинделя.

Важно!
Профессиональные шпиндели работают от трехфазного тока. Для установки их на домашнем оборудовании, требуется частотный преобразователь.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации