Самодельный фрезерный станок с ЧПУ

Для обработки дерева/фанеры, различных пластмасс, иногда алюминия и дргуих материалов в домашних мастерских обычно используется ручной фрезер. Чтобы обеспечить более высокое качество обработки изготавливают различные направляющие, а также приспособления, повышающие качество, точность и скорость работы.

Значительно увеличить качество работы можно с помощью станков с числовым программным управлением. Когда-то приобретение/изготовление подобного оборудования было малодоступным из-за дороговизны комплектующих и (кажущейся) сложности самостоятельного изготовления.

Время не стоит на месте. Благодаря предприимчивости и трудолюбию китайских производителей сейчас за приемлемую цену можно приобрести либо готовый подходящий станок/3D-принтер, либо комплектующие для самостоятельной сборки.

DIY-вариант позволяет создать оборудование, хорошо подходящее для своих целей, досконально разобраться в особенностях его функционирования и, в случае необходимости, адаптировать/обновить созданный своими руками станок под вновь возникающие задачи.

Автор данной статьи загорелся желанием сделать настольный фрезер-гравировальщик с числовым программынм управлением на Arduino. В наличии имеются кое-какие комплектующие и материалы: кромочный фрезер MAKITA RT007C (может использоваться в качестве шпинделя), хороший блок питания, клееные сосновые щиты/рейки/вагонка, обрезки листов фанеры разного качества и прочая мелочевка.

Проект можно реализовать не спеша, постепенно приобретая/изготавливая нужные детали, уделяя сборке до 1-2 часов в день.

CNC-фрезер автором данной статьи планируется использовать для достаточно грубой работы с тонкой фанерой, алюминием, медным листом, акрилом, печатными платами и прочими нетвердыми материалами размерами до 40×50 см по горизонтали и до 10-15 см высотой. На станок впоследствии (после доработки/повышения точности) можно будет навешивать высокотемпературную головку для 3D-печати, а также использовать его для лазерной обработки.

В качестве пособия по изготовлению собственной конструкции можно воспользоваться сайтом instructables, Youtube-каналом Александра Паршева, видеоотчетом по сборке ЧПУ-станка с канала GökmenALTUNTAŞ и множеством других материалов.

Размышления об изготовлении первого самодельного фрезерно-гравировального станка с ЧПУ

Для качественной работы станка нужно сделать надежное основание, обеспечивающее высокую точность перемещения каретки/шпинделя/головки 3D-принтера, с наименьшим люфтом и вибрациями.

На каретке, обеспечивающей движение по оси X желательно использовать стандартное быстросъемное крепление, что впоследствии позволит устанавливать другие платформы вместо фрезера (головку 3D-принтера и лазерный выжигатель).

Для сборки конструкции в первую очередь нужно приобрести детали, отвечающие за движение фрезера по трем осям (указана ориентировочная цена комплектующих на Aliexpress), например:

профильные направляющие SBR12 в комплекте с линейными подшипниками SBR12uu (по два на каждую направляющую) — 6 шт (две на 500мм, две по 400 мм для оси x и две по 300 мм для оси z), стоимостью около 120USD. Более тонкие направляющие использовать не стоит из-за возможного провисания/прогибания конструкции, уменьшения устойчивости/увеличения вибрации;
шаговые двигатели Nema17 — 4 шт (два для оси y и по одному на оси x, z), общей стоимостью примерно 24USD;
ходовой винт Т8 длиной 500мм (ось y) — 2 шт, всего 13-14 USD;
Т8 винт 400мм (оси x и z) — 1 шт, 5-6 USD;
Т8 винт 300мм (оси x и z) — 1 шт, 4-5 USD;
фланцевые подшипники KP08 и KFL08 — по 8 шт, общей стоимостью примерно 23-24 USD;
Т8 переходник с гайки на деталь (Nut Adapter T wire) — 4 шт, общая стоимость около 16USD;
муфты для присоединения двигателя к ходовым винтам 5x8x25mm — 4 шт, всего около 6 USD.

Длина направляющих и приводов T8 зависит от размера желаемой рабочей области на станке. Для проектируемого настольного станка выбраны размеры 400mm по оси x, 500mm для оси y и 300mm для оси z.

Общая стоимость этого комплекта (без учета блока питания, фрезера, электроники, кабелей и крепежа) составляет примерно 200-220 USD. Пока комплектующие идут из Китая, можно заняться созданием чертежа станка в Autodesk Fusion 360.

Если использовать более мощные двигатели Nema23 (по 17-18 USD каждый), можно собрать более качественный и надежный станок. В этом случае общая стоимость вырастает примерно на 50USD.

Для увеличения точности станка вместо винтов T8 лучше использовать шариково-винтовые пары (например, SFU1204 Kit + опоры BK10 / BF10 + крепления гайки винта). В ШВП используется усиленная трапециевидная резьба, что обеспечивает более точное позиционирование. Кроме того, благодаря наличию внутри гайки шариков, снижается трение и нагрев при длительной работе станка:

Стоимость такого удовольствия примерно в полтора-два раза выше.

Кроме компонентов, обеспечивающих движение CNC milling machine по осям, нужно приобрести электронику, но это можно сделать и позднее, после сборки станины, направляющих и моторов.

Электронная начинка фрезерного станка с ЧПУ:

Arduino Uno (для управления grbl);
драйвера шаговых двигателей (например, TB6660) — для обеспечения подходящего тока и напряжения для моторов;
плата управления драйверами;
контроллер ЧПУ-станка CNC3018, совместимый с Arduino;
качественный и надежный блок питания (приобретается отдельно или используется подходящий по мощности компьютерный/серверный) с необходимыми DC-DC преобразователями;
кабеля, разъемы, провода, выключатель обычный и аварийный;
концевые датчики, ограничивающие движение плафтормы по всем осям.

Пример набора электроники для станка с числовым программным управлением:

В первую очередь собирается станина, на которую крепятся направляющие и винтовые пары.

В качестве основы для ЧПУ-станка можно использовать конструкционный профиль:

либо фанеру,

CNC-фрезер с MAKITA RT007C, двигателями Nema17, собранный Youtube-пользователем Gökmen ALTUNTAŞ:

либо другой подходящий материал:

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ, созданный пользователем PaulQuentin на Thingiverse (MAKITA RT007C, двигатели Nema23):

Расчет конструкции ЧПУ-станка можно произвести в программе 3D-моделирования (например, Autodesk Fusion), либо по старинке, на бумаге. Для достижения высокой степени точности работы, нужно очень ответственно отнестись к составлению чертежа станка, изготовлению его деталей, сборке станины, портала и других деталей, а также сборке. Двигатели и электронный обвес устанавливаются во вторую очередь. Подключение питания, сопряжение с компьютером и настройка производятся в самом конце.

Процесс проектирования самодельного настольного фрезерно-гравировального станка в программе Autodesk Fusion будет описан в отдельной статье.