Шаговый двигатель станок с чпу своими руками

Самый простой способ изготовить самодельный ЧПУ станок — это распотрошить какой либо девайс имеющий шаговые двигатели. Например старый принтер или сканер.
Именно об изготовлении ЧПУ станка своими руками из последнего и пойдет речь в сегодняшней статье.

Итак, для создания небольшого станка нам потребуется выпотрошить старый сканер, из него можно извлечь следующие полезные вещи: микросхему ULN2003, шаговый двигатель и пару стальных прутков.

Кроме этого возьмем картонную коробку для изготовления корпуса нашего контроллера. Можно сделать ее и из текстолита или фанеры, особой разницы тут нет, просто картон легче обрабатывается простыми ножницами.

Подготовим инструменты, вот список того, что мы будем использовать:

Кусачки
Ножницы
Клеевой пистолет
Паяльник и принадлежности для пайки

Для изготовления контроллера нам так же понадобиться:
Разъем DB-25 (на LPT порт) с проводом
Цилиндрическое гнездо для питания контроллера ЧПУ станка

Для испытательного стенда
Стержень с резьбой в качестве ходового винта
Подходящая под ходовой винт гайка
А так же разные шурупы, шайбы и куски древесины

Подключать все это будем к компьютеру, который имеет порт принтера, а в качестве программного обеспечения будем использовать программу для работы на ЧПУ станке TurboCNC.

Скачать TurboCNC можно здесь .

Приступаем к работе по изготовлению самодельного контроллера ЧПУ

Для того, чтобы изготовить самодельный контроллер для ЧПУ станка извлекаем из сканера плату управления и шаговый двигатель. Для этого нужно просто снять стекло сканера и вывернуть несколько винтов.
Кроме шагового двигателя и платы управления снимаем стальные стержни, которые будем использовать для изготовления тестового портала.

Нам нужна микросхема управления ULN2003. Если если ваш сканер собран на другой микрухе, то не беда, ULN2003 можно приобрести отдельно, стоимость ее не велика, около 10-20 рублей. Но если она имеется на плате, то ее нужно аккуратно выпаять. Сначала разгореваем паяльником олово и при помощи отсоса удаляем его. Потом аккуратно засовываем под микросхему конец отвертки и осторожно прикасаясь жалом паяльника к каждому выводу микросхемы, нажимаем на отвертку.

Изготовление схемы контроллера для ЧПУ станка

Аккуратно припаиваем микросхему на плату. Можно использовать макетную плату для первой сборки и проверки работоспособности контроллера.
На макетной плате, что на фотографии, имеется две шины электропитания, поэтому положительный вывод ULN2003 (смотрим схему на рисунке ниже) припаиваем к одной из них, а отрицательный — к другой.
Затем, соединяем вывод 2 коннектора параллельного порта с выводом 1 ULN2003. Вывод 3 коннектора параллельного порта соединяется с выводом 2 ULN2003, вывод 4 — с выводом 3 ULN2003 и вывод 5 — с выводом 4 ULN2003.
Вывод нуля — 25 параллельного порта припаиваем к отрицательной шине питания макетной платы.

Теперь припаиваем шаговый двигатель к управляющему устройству.
Делать это придется методом научного тыка или найдя документацию на выводы вашего электродвигателя.

Легче всего припаять провода так, чтобы потом цеплять на них зажимы-крокодилы. Так же можно использовать клеммы с винтовым креплением или еще что-нибудь подобное.
Соединяем провода с выводами 16, 15, 14 и 13 микросхемы ULN2003.
Теперь припаиваем провод к положительной шине питания.

Управляющее устройство почти готово.

Остается подсоединить к шинам электропитания на макетной плате гнездо электропитания.
Для того, чтобы провода не отламывались, фиксируем из термоклеем из пистолета.

Установка Turbo CNC

С контроллером на базе микросхемы ULN2003 точно будет работать ПО Turbo CNC.

Как я уже писал, скачать Turbo CNC можно здесь .
Как установить программу, думаю объяснять не стоит.
Единственным нюансом Turbo CNC является то, что она хорошо работает под MS-DOS, в режимах совместимости Windows могут возникать ошибки.
На мой взгляд это плюс, так как можно за копейки собрать отдельный комп для ЧПУ станка или купить очень старый ноутбук.

Настройка Turbo CNC

После загрузки Turbo CNC появиться экран, похожий на изображенный ниже.
Нажимаем пробел. Теперь мы находимся в главном меню программы.
Жмем F1, и при помощи клавиш со стрелками выбираем меню «Configure».
Затем выбераем «number of axis». Жмем Enter.
Вводим количество осей, которые будут использоваться. Поскольку у нас только один мотор, выбираем «1». Жмем Enter чтобы продолжить. Снова жмем F1 и в меню «Configure» выбираем пункт «Configure axes», затем дважды жмем Enter.

Появится следующий экран. Нажимайте Tab пока не перейдете к ячейке «Drive Type». При помощи стрелки вниз выбираем пункт «Phase». Снова при помощи Tab выбираем ячейку «Scale». Чтобы использовать калькулятор, нам нужно найти число шагов, которые двигатель делает за один оборот. Зная номер модели двигателя, можно установить на сколько градусов он поворачивается за один шаг. Чтобы найти число шагов, которые двигатель делает за один оборот, теперь нужно поделить 360 на число градусов за один шаг. Например, если мотор поворачивается за один шаг на 7,5 градусов, 360 поделить на 7,5 получится 48. Число, которое получится у вас, забиваем в калькулятор шкалы (scale calculator).

Остальные настройки оставляем как есть. Жмем OK, и копируем число в ячейке Scale в такую же ячейку на другом компьютере. В ячейке Acceleration установите значение 20, поскольку установленных по умолчанию 2000 слишком много для нашей системы. Начальную скорость установите равной 20, а максимальную — 175. Нажимаем Tab пока не дойдете до пункта «Last Phase». Устанавливаем в нем значение 4. Нажимаем Tab пока не дойдем до первого ряда иксов.

Копируем следующее в четыре первых ячейки:

Остальные ячейки оставляем без изменений. Выбираем OK.
Теперь Turbo CNC настроен на работу с нашим контроллером.

Изготавливаем тестовую ось ЧПУ станка

Отрезаем 3 деревянных бруска и скрепляем их друг с другом. Чтобы получить ровные отверстия проводим на поверхности дерева ровную линию. Сверлим на линии два отверстия. Еще 1 отверстие делаем посередине ниже первых двух. Отсоединяем бруски друг от друга.

Через два отверстия, что находятся на одной линии, вставляем стальные прутки. Закрепить прутки проще всего с помощью небольших шурупов.
Продеваем прутки на второй деревянный брусок.
На одной стороне крепим двигатель.

Чтобы закрепить шаговый электродвигатель, можно воспользоваться двумя отрезками стержня с резьбой 1/8.
Брусок с шаговым двигателем надеваем на свободный конец стальных прутов.
Снова крепим их шурупами.
Сквозь третье отверстие продеваем ходовой винт. На него ставим гайку и затем вставляем в отверстие во втором бруске.
Поворачиваем винт до тех пор, пока он не пройдет сквозь все отверстия и не дойдет до вала двигателя.
Соединить вал двигателя и стержень проще всего при помощи резинового шланга и зажимов из проволоки.

На втором бруске ходовая гайка удерживается с помощью дополнительных гаек и винтов.
И в завершение, отрезаем брусок из дерева для подставки.
Крепим ее шурупами ко второму бруску.
Проверяем, установлена ли подставка ровно на поверхности.
Регулировать положение подставки на поверхности можно при помощи дополнительных винтов и гаек.

Тестирование

Соединяем двигатель с контроллером.

Для этого соедините общий провод шагового двигателя (смотрите документацию к двигателю) с проводом, который был припаян к положительной шине питания.

Другие четыре провода соединяем путем проб и ошибок.
Просто цепляем их все, и затем меняем порядок соединения, если шаговый двигатель делает два шага вперед и один назад или что-либо подобное.

Для тестирования подключаем 12 В 350 мА источник питания постоянного тока, проще всего использовать блок питания от компьютера.

Затем соединяем разъем DB25 c компьютером.
Смотрим и тестируем в TurboCNC правильно ли соединен двигатель.

В результате тестирования и проверки правильного подсоединения двигателя у вас должен получиться полностью работоспособная ость ЧПУ станка.

Чтобы проверить масштабирование нашего ЧПУ, прикрепляем к нему маркер и прогоняем тестовую программу.
Измеряем получившуюся линию. Если длина линии составляет порядка 2-3 см, устройство работает правильно.
В ином случае, проверяем вычисления которые мы делали выше.

Если все получилось, то поздравляю, самое трудное уже позади! Остаются мелочи.

Делаем корпус для контроллера ЧПУ станка

Изготовление корпуса для контроллера ЧПУ станка — это завершающий этап нашего станкостроения.

У нашего образца плата имеет размер 5 на 7,5 см, поэтому корпус сделаем размером 7,5 на 10 на 5 см, чтобы оставить достаточно места для проводов.

Из картонной коробки вырезаем стенки.

Вырезаем 2 прямоугольника размером 7,5 на 10 см, еще 2 размером 5 на 10 см и еще 2 размером 7,5 на 5 см.

В них нужно вырезать отверстия для разъемов. Обведите контуры разъема параллельного порта на одной из 5 х 10 стенок.

На этой же стенке обведите контуры цилиндрического гнезда для питания постоянного тока. Вырежьте по контурам оба отверстия.
То, что вы будете делать дальше, зависит от того, припаивали ли вы к проводам двигателя разъемы.

Читать еще: Электрическая схема тяговых двигателей постоянного тока

Если да, то закрепите их снаружи второй пока пустой стенки размером 5 х 10. Если нет, проткните в стенке 5 отверстий для проводов. При помощи клеевого пистолета соедините все стенки вместе. Снаружи углы можно зафикстировать прозрачным скотчем. Корпус нашего контроллера ЧПУ станка можно покрасить.

Теперь нужно вставить все компоненты внутрь корпуса.
Убедитесь, что на разъемы попало достаточно много клея, потому что они будут подвергаться большим нагрузкам.
Чтобы коробка оставалась закрытой, нужно сделать защелки. Из пенопласта вырезаем пару ушек. Затем вырезаем пару полос и четыре небольших квадратика. Приклеиваем по два квадратика к каждой из полос как показано на рисунке. Клеим ушки по обеим сторонам корпуса. Сверху коробки приклеи ваем полосы. Этим и завершаем изготовление корпуса.

Возможные применения нашего контроллера и собранного ЧПУ станка

Этот контроллер и наш ЧПУ станок можно применять как плоттер, небольшой фрезер по дереву, пластику и гравировке. Необходимо только помнить о том, что двигатели не могут выдать большую мощность, и не пытаться работать фрезой на 10 с большой скоростью.

А вот схема и инструкции по изготовлению контроллера с тремя осями.

Чтобы настроить TurboCNC, повторяем все то, что у нас было указано выше, но в поле «number of axis» ставим 3.

Для настройки первой оси ничего из сделанного не меняем, для второй оси тоже, но в строках первых четырех фаз вводим следующее:

Для третьей оси в строках первых четырех полях вводим:

Данная статья является переводом с английского : Easy To Build Stepper Controller from Recycled Materials.

Самодельный ЧПУ станок

Разделы сайта

Самодельный ЧПУ станок
3D принтер
Чертежи 3D принтеров
Чертежи ЧПУ станков
3D модели
Механика
Электроника
Книги по ЧПУ
Софт для ЧПУ станка
Обзоры
Видео
Лазерные граверы

Интересное предложение

Лучшее

Домашний 3D принтер
Простой контроллер для ЧПУ станка
Самодельный ЧПУ станок моделиста
Чертеж самодельного ЧПУ станка
Самодельный ЧПУ станок из МДФ

Статистика

Сегодня разговор пойдет про изготовление самодельных ЧПУ станков из старых принтеров в которых используются шаговые двигатели.

Характеристики ЧПУ станка собранного своими руками.

Рабочее поле: 160х240х70 мм.
Резка : фанера до 15 мм, стеклотекстолит до 3 мм, пластики, дерево и так далее.
Гравировка: включая цветные металлы.
Скорость обработки: 2 мм/сек.

Как видите — не смотря на скромные размеры и использование маломощных шаговых двигателей самодельный ЧПУ станок вполне работоспособен не только для модельных дел, но для вполне серьезной работы.

Прежде чем описывать изготовление ЧПУ станка своими руками поговорим о донорах — матричных и струйных принтерах. Лучше всего подходят мартичники, особенно Epson, впрочем — Epson stylus color тоже не плох. Хороший донор и Ricoh, так же могут подойти Canon, Xerox, HP и другие.

Для каждой модели принтера можно скачать сервис мануал и посмотреть — что у него внутри и какие моторы установлены. Сами принтеры покупаются через доски объявлений и форумы. Берутся в нерабочем состоянии за 150-250 рублей. Многие готовы выкинуть — а тут на пару другую баночек пива выгадывают.

В основе конструкции самодельного ЧПУ станка лежат 4 фанерных квадрата, дно и боковины 37х37 см, задняя стенка станка 34х37, передняя 9х34. Толщина листа фанеры 15 мм.

Чертежи ЧПУ станка под Math3 можно скачать в конце статьи.

Соединяется коробка станка с помощью саморезов 3х40, для соединения засверливаем отверстия 2.5 мм сверлом в 7 мм от края.

В качестве направляющих по оси Y используются дюралевые уголки. Для крепления уголка на боковых стенках выбирается паз глубиной 2 мм в 3-х см от дна. Паз позволит легко прикрутить уголок без перекосов. Фиксация уголков выполняется с помощью саморезов через центральную грань.

Уголки используются по 20 мм. Длина — 34 см. Дюралевого уголка хватает на 300 часов работы станка, потом их можно сменить.

Для рабочего стола используются уголки длиной 14 см. На них крепятся 3 подшипника 608ZZ — 2 сверху и 1 снизу. Крепление осуществляется с помощью болтов М8х25. Здесь нужно соблюсти соосность — рабочий стол должен двигаться по направляющим легко и без усилий.

На высоте 5 см от дна ЧПУ станка сверлится отверстие диаметром 22 мм для мотора оси Y, в передней стенке отверстие делается глубиной 7 мм под опорный подшипник ходового винта.

Моторы используются от принтеров, берите те принтеры, в которых стоят шаговые двигатели, на фотографиях ниже их примеры.

Ходовой винт — обычная строительная шпилька М8. Соединение двигателя со шпилькой через самодельную муфту, смотрите их примеры в статье Как сделать самодельную муфту для ЧПУ станка. В качестве резиновой трубки используется старый советский шланг от душа, внутри у него именно резина, а не пластик, как у современных.

Ходовая гайка — обычная удлиненная гайка М8, в ней просверлены отверстия диаметром 2.5 мм и нарезана резьба М3 — для крепления гайки к оси.

Ось X собирается на стальных направляющих от принтеров. На них надеваются штатные каретки с те же принтеров, они имеют бронзовые втулки. Работают не хуже самодельных, рекомендую прочитать статью Направляющие для самодельного ЧПУ станка, там есть и другие варианты изготовления.

Теперь об оси Z.

Наверное это самое сложное место в изготовлении самодельного ЧПУ станка подобного типа. Для основания используется фанера толщиной 6 мм.

Направляющие — стандартные от принтеров, их диаметр 8 мм.

Деревянные детали склеиваются между собой клеем «ПВА Столяр», в них вклеиваются на эпоксидку линейные подшипники. Можно вставить бронзовые втулки от кареток, но, лучше не мелочиться.

Ходовая гайка — та же самая, удлиненная с отверстием под винт, ее тоже можно прихватить на эпоксидный клей.

Так, как в качестве шпинделя будет использоваться дремель, то держатель для него легко изготовить из кронштейна для досок шириной 80 см. Купить такой кронштейн можо в магазине строительных товаров.

Вот так выглядит механика собранного своими руками ЧПУ станка.

Электроника самодельного ЧПУ станка

Одним из вариантов является изготовление самодельной платы управления ЧПУ станком на микросхемах из плат принтеров — LB1745 + 12F675 или на StepStikaх. Но, это доступно тем, у кого скил паяльника хорошо прокачен. На фотографии выше — как раз самодельная электроника и блок питания от одного из принтеров участвующих в качестве донора.

Однако, можно не греть паяльник, а использовать готовую плату контроллера ЧПУ станка.

Это 5-ти осевой контроллер для ЧПУ станка — читайте о нем статью тут. Там же и ссылка на покупку.

Вот собственно и все — самодельный ЧПУ станок готов к работе.

А это — примеры изготовленных поделок на таком ЧПУ станке. Кстати, с помощью собранного своими руками ЧПУ станка можно собирать и другие станочки, по крайней мере — вырезать все детали для оси Z.

Станок можно использовать без крышки.

В таком варианте он собирается гораздо быстрее, но, пыль от обработки материала разлетается по всему помещению.

По этой технологии было собрано более 30 станков, которые затем продавались на Авито. Автор разработки — А.Лошак. Сейчас он прекратил изготавливать ЧПУ станки на продажу и переключился на сборку 3D принтеров.

Стоит добавить — во время изготовления в ход шло то, что есть под рукой, вот пример без использования уголков, только направляющие от принтеров.

Скачать чертежи ЧПУ станка можно тут.

Так же интересно:

— ЧПУ станок моделиста.

— Чертежи ЧПУ станка из металла.

— Чертежи и видео сборки самодельного ЧПУ станка из МДФ или фанеры.

Самодельный фрезерный станок с ЧПУ: собираем своими руками

Зная о том, что фрезерный станок с ЧПУ является сложным техническим и электронным устройством, многие умельцы думают, что его просто невозможно изготовить своими руками. Однако такое мнение ошибочно: самостоятельно сделать подобное оборудование можно, но для этого нужно иметь не только его подробный чертеж, но и набор необходимых инструментов и соответствующих комплектующих.

Обработка дюралевой заготовки на самодельном настольном фрезерном станке

Решившись на изготовление самодельного фрезерного станка с ЧПУ, имейте в виду, что на это может уйти значительное количество времени. Кроме того, потребуются определенные финансовые затраты. Однако не побоявшись таких трудностей и правильно подойдя к решению всех вопросов, можно стать обладателем доступного по стоимости, эффективного и производительного оборудования, позволяющего выполнять обработку заготовок из различных материалов с высокой степенью точности.

Чтобы сделать фрезерный станок, оснащенный системой ЧПУ, можно воспользоваться двумя вариантами: купить готовый набор, из специально подобранных элементов которого и собирается такое оборудование, либо найти все комплектующие и своими руками собрать устройство, полностью удовлетворяющее всем вашим требованиям.

Читать еще: В каких двигателях ваз ремонтные размеры

Инструкция по сборке самодельного фрезерного станка с ЧПУ

Ниже на фото можно увидеть сделанный собственными руками фрезерный станок с ЧПУ, к которому прилагается подробная инструкция по изготовлению и сборке с указанием используемых материалов и комплектующих, точными «выкройками» деталей станка и приблизительными затратами. Единственный минус — инструкция на английском языке, но разобраться в подробных чертежах вполне можно и без знания языка.

Фрезерный станок с ЧПУ собран и готов к работе. Ниже несколько иллюстраций из инструкции по сборке данного станка

Подготовительные работы

Если вы решили, что будете конструировать станок с ЧПУ своими руками, не используя готового набора, то первое, что вам необходимо будет сделать, — это остановить свой выбор на принципиальной схеме, по которой будет работать такое мини-оборудование.

Схема фрезерного станка с ЧПУ

За основу фрезерного оборудования с ЧПУ можно взять старый сверлильный станок, в котором рабочая головка со сверлом заменяется на фрезерную. Самое сложное, что придется конструировать в таком оборудовании, — это механизм, обеспечивающий передвижение инструмента в трех независимых плоскостях. Этот механизм можно собрать на основе кареток от неработающего принтера, он обеспечит перемещение инструмента в двух плоскостях.

К устройству, собранному по такой принципиальной схеме, легко подключить программное управление. Однако его основной недостаток заключается в том, что обрабатывать на таком станке с ЧПУ можно будет только заготовки из пластика, древесины и тонкого листового металла. Объясняется это тем, что каретки от старого принтера, которые будут обеспечивать перемещение режущего инструмента, не обладают достаточной степенью жесткости.

Облегченный вариант фрезерного станка с ЧПУ для работы с мягкими материалами

Чтобы ваш самодельный станок с ЧПУ был способен выполнять полноценные фрезерные операции с заготовками из различных материалов, за перемещение рабочего инструмента должен отвечать достаточно мощный шаговый двигатель. Совершенно не обязательно искать двигатель именно шагового типа, его можно изготовить из обычного электромотора, подвергнув последний небольшой доработке.

Применение шагового двигателя в вашем фрезерном станке даст возможность избежать использования винтовой передачи, а функциональные возможности и характеристики самодельного оборудования от этого не станут хуже. Если же вы все-таки решите использовать для своего мини-станка каретки от принтера, то желательно подобрать их от более крупногабаритной модели печатного устройства. Для передачи усилия на вал фрезерного оборудования лучше применять не обычные, а зубчатые ремни, которые не будут проскальзывать на шкивах.

Узел ременной передачи

Одним из наиболее важных узлов любого подобного станка является механизм фрезера. Именно его изготовлению необходимо уделить особое внимание. Чтобы правильно сделать такой механизм, вам потребуются подробные чертежи, которым необходимо будет строго следовать.

Чертежи фрезерного станка с ЧПУ

Чертеж №1 (вид сбоку)

Чертеж №2 (вид сзади)

Чертеж №3 (вид сверху)

Приступаем к сборке оборудования

Основой самодельного фрезерного оборудования с ЧПУ может стать балка прямоугольного сечения, которую надо надежно зафиксировать на направляющих.

Несущая конструкция станка должна обладать высокой жесткостью, при ее монтаже лучше не использовать сварных соединений, а соединять все элементы нужно только при помощи винтов.

Узел скрепления деталей рамы станка посредством болтового соединения

Объясняется это требование тем, что сварные швы очень плохо переносят вибрационные нагрузки, которым в обязательном порядке будет подвергаться несущая конструкция оборудования. Такие нагрузки в итоге приведут к тому, что рама станка начнет разрушаться со временем, и в ней произойдут изменения в геометрических размерах, что скажется на точности настройки оборудования и его работоспособности.

Сварные швы при монтаже рамы самодельного фрезерного станка часто провоцируют развитие люфта в его узлах, а также прогиб направляющих, образующийся при серьезных нагрузках.

Установка вертикальных стоек

Во фрезерном станке, который вы будете собирать своими руками, должен быть предусмотрен механизм, обеспечивающий перемещение рабочего инструмента в вертикальном направлении. Лучше всего использовать для этого винтовую передачу, вращение на которую будет передаваться при помощи зубчатого ремня.

Важная деталь фрезерного станка – его вертикальная ось, которую для самодельного устройства можно изготовить из алюминиевой плиты. Очень важно, чтобы размеры этой оси были точно подогнаны под габариты собираемого устройства. Если в вашем распоряжении есть муфельная печь, то изготовить вертикальную ось станка можно своими руками, отлив ее из алюминия по размерам, указанным в готовом чертеже.

Узел верхней каретки, размещенный на поперечных направляющих

После того как все комплектующие вашего самодельного фрезерного станка подготовлены, можно приступать к его сборке. Начинается данный процесс с монтажа двух шаговых электродвигателей, которые крепятся на корпус оборудования за его вертикальной осью. Один из таких электродвигателей будет отвечать за перемещение фрезерной головки в горизонтальной плоскости, а второй — за перемещение головки, соответственно, в вертикальной. После этого монтируются остальные узлы и агрегаты самодельного оборудования.

Финальная стадия сборки станка

Вращение на все узлы самодельного оборудования с ЧПУ должно передаваться только посредством ременных передач. Прежде чем подключать к собранному станку систему программного управления, следует проверить его работоспособность в ручном режиме и сразу устранить все выявленные недостатки в его работе.

Посмотреть процесс сборки фрезерного станка своими руками можно на видео, которое несложно найти в интернете.

Шаговые двигатели

В конструкции любого фрезерного станка, оснащенного ЧПУ, обязательно присутствуют шаговые двигатели, которые обеспечивают перемещение инструмента в трех плоскостях: 3D. При конструировании самодельного станка для этой цели можно использовать электромоторы, установленные в матричном принтере. Большинство старых моделей матричных печатных устройств оснащались электродвигателями, обладающими достаточно высокой мощностью. Кроме шаговых электродвигателей из старого принтера стоит взять прочные стальные стержни, которые также можно использовать в конструкции вашего самодельного станка.

Закрепление шагового двигателя на верхней каретке

Чтобы своими руками сделать фрезерный станок с ЧПУ, вам потребуются три шаговых двигателя. Поскольку в матричном принтере их всего два, необходимо будет найти и разобрать еще одно старое печатное устройство.

Окажется большим плюсом, если найденные вами двигатели будут иметь пять проводов управления: это позволит значительно увеличить функциональность вашего будущего мини-станка. Важно также выяснить следующие параметры найденных вами шаговых электродвигателей: на сколько градусов осуществляется поворот за один шаг, каково напряжение питания, а также значение сопротивления обмотки.

Для подключения каждого шагового двигателя понадобится отдельный контроллер

Конструкция привода самодельного фрезерного станка с ЧПУ собирается из гайки и шпильки, размеры которых следует предварительно подобрать по чертежу вашего оборудования. Для фиксации вала электродвигателя и для его присоединения к шпильке удобно использовать толстую резиновую обмотку от электрического кабеля. Такие элементы вашего станка с ЧПУ, как фиксаторы, можно изготовить в виде нейлоновой втулки, в которую вставлен винт. Для того чтобы сделать такие несложные конструктивные элементы, вам понадобятся обычный напильник и дрель.

Электронная начинка оборудования

Управлять вашим станком с ЧПУ, сделанным своими руками, будет программное обеспечение, а его необходимо правильно подобрать. Выбирая такое обеспечение (его можно написать и самостоятельно), важно обращать внимание на то, чтобы оно было работоспособным и позволяло станку реализовывать все свои функциональные возможности. Такое ПО должно содержать драйверы для контроллеров, которые будут установлены на ваш фрезерный мини-станок.

В самодельном станке с ЧПУ обязательным является порт LPT, через который электронная система управления и подключается к станку. Очень важно, чтобы такое подключение осуществлялось через установленные шаговые электродвигатели.

Схема подключения униполярных шаговых электродвигателей для 3-х координатного станка с ЧПУ (нажмите для увеличения)

Выбирая электронные комплектующие для своего станка, сделанного своими руками, важно обращать внимание на их качество, так как именно от этого будет зависеть точность технологических операций, которые на нем будут выполняться. После установки и подключения всех электронных компонентов системы ЧПУ нужно выполнить загрузку необходимого программного обеспечения и драйверов. Только после этого следуют пробный запуск станка, проверка правильности его работы под управлением загруженных программ, выявление недостатков и их оперативное устранение.

Все вышеописанные действия и перечисленные комплектующие подходят для изготовления своими руками фрезерного станка не только координатно-расточной группы, но и ряда других типов. На таком оборудовании можно выполнять обработку деталей со сложной конфигурацией, так как рабочий орган станка может перемещаться в трех плоскостях: 3d.

Ваше желание своими руками собрать такой станок, управляемый системой ЧПУ, должно быть подкреплено наличием определенных навыков и подробных чертежей. Очень желательно также посмотреть ряд тематических обучающих видео, некоторые из которых представлены в данной статье.

ЧПУ станок своими руками. Часть 1. Введение

КАК РАБОТАЕТ СТАНОК С ЧПУ?

Читать еще: Что такое динамический режим работы двигателя

Портальный станок с ЧПУ во многом схож с любыми другими станками с ЧПУ. ЧПУ станок(станок с числовым программным управлением) — это станок , который оснащен специализированным программно-аппаратным обеспечением для управления механической частью. Использование ЧПУ систем делает производство более предсказуемым, увеличивает повторяемость результата механообработки и снижает потребность в рабочих руках высококвалифицированных рабочих-станочников и операторов. Если в случае обычного станка перемещением рабочего инструмента(резца, шпинделя, рабочего стола) или заготовки вручную управляет рабочий-станочник, то в станке ЧПУ вся траектория рассчитывается заранее в специальных программах — CAM-системах, и сохраняется в пригодном к исполнению формате. Как правило, таким форматом является G-код. В программе управления задаются координаты траектории, а точнее — синхронизированные во времени инструкции по перемещению каждой оси станка. Непосредственно станком управляет специализированное устройство — контроллер, в задачи которого стоит интерпретация программы, и превращение инструкций в последовательность управляющих импульсов. Управляющие импульсы поступают на специализированные приводы, подключенные к осям, шаговые или сервоприводы, которые и превращают их в движение оси путем, например, вращения вала двигателя. Программная часть систем ЧПУ отделена от собственно станка — станком с ЧПУ можно управлять разными контроллерами и даже просто с персонального компьютера, если приводы осей поддерживают протокол STEP/DIR. Поэтому мы рассмотрим наиболее сложную часть — механику и мехатронику станка.

Наиболее распространенная конструкция портального станка может перемещаться в 3х направлениях(координатах). Такие станки называются 3-хкоординатными, но с их помощью нельзя выполнить полностью 3-хмерную деталь, так как конструкция не позволяет фрезеровать поднутрения. Поэтому говорят, что обработка происходит в 2.5 координатах(2.5D-фрезеровка). Оси станка обычно обозначают X,Y и Z, где X и Y — оси, лежащие в горизонтальной плоскости, а Z — вертикальная ось. Говоря «ось Z», также часто под этим понимают собственно конструкцию оси с её направляющими, передачей и рабочим блоком(шпинделем, плазморезом и т.п.). Выбор осей X и Y — вопрос неоднозначный, в его решении нет устоявшегося стандарта. Чаще всего под осью X понимают самую длинную из осей. Однако, это не всегда удобно при работе с пультом станка с ЧПУ . Оператору, который стоит лицом к рабочему полю, привычней под осью X понимать(и управлять с пульта, соответственно) ось, идущую слева направо — как правило, это более короткая ось, которая проходит через балку портала. Схожая дилемма стоит при выборе положительного направления каждой из осей.

КОМПОНОВКА ТИПИЧНОГО ПОРТАЛЬНОГО DIY СТАНКА С ЧПУ

Подавляющая часть портальных станков с ЧПУ имеет весьма схожую структуру. Фрезерный портальный станок с ЧПУ можно условно поделить на следующие части:

Станина.
Станина — скелет станка, его несущая конструкция,в каком-то смысле станина и есть станок. От её правильной проектировки и исполнения(сварки, сборки) зависит самый важный параметр станка — жесткость, а следовательно, и точность обработки станка. Станины портальных станков изготавливаются из разнообразных материалов, однако наибольшее распространение получили станины, изготовленные из алюминиевого конструкционного профиля, фрезерованных алюминиевых деталей и сварные станины из стали(прокат или листовая сталь). Все более набирают обороты также литые станины из полимерных материалов, но задача литья такой станины не под силу начинающим. Подробней вопросы изготовления станины для станка будут освещены в отдельной статье.

Рабочий стол.
Рабочий стол — это собственно поверхность, над которой перемещается рабочий инструмент станка (фреза, гравер и т.д.). Стол служит для закрепления обрабатываемой заготовки, и это накладывает определенные требования на его конструктивное исполнение. Стол должен быть достаточно ровным, и обеспечивать возможность закрепить заготовку в любом месте. Основными решениями для этого являются использование стола с Т-пазами(«Т-стол») и вакуумных столов. Стол с Т-пазами позволяет закрепить практически любую заготовку с помощью специальных зажимов. Вакуумные столы прижимают заготовку к себе за счет создания разрежения под сеткой на поверхности, поэтому они способны фиксировать только заготовки с плоской нижней частью(разнообразные листовые материалы), а также они существенно дороже. Однако вакуумные столы позволяют равномерно прижать заготовку по всей её площади, тогда как при фиксации большой плоской заготовки на Т-столе заготовка в центральной своей части может прогнуться вверх, что приведет к снижению соответствия размеров у конечной детали.

Приводы осей. Двигатели.
Двигатели — связующее звено между электронной частью системы ЧПУ и механической частью, они(точнее, их управляющие модули — драйверы) получают сигналы с контроллера ЧПУ(часто в этой роли выступает персональный компьютер) и преобразуют их во вращательное движения собственного вала. В станках с ЧПУ используются 2 вида двигателей: серводвигатели и шаговые двигатели(а также линейные двигатели — разновидность серводвигателей. Линейные двигатели одновременно являются и трансмиссией для оси). Сказанное далее будет относиться к классическим шаговым и сервоприводам. Шаговые двигатели распространены в самодельных станках с ЧПУ и бюджетных моделях промышленных гравировально-фрезерных станков, а также станков лазерной, плазменной резки и т.п. Причина — в их низкой стоимости и простоте управления. Драйверы шаговых двигателей — достаточно бюджетные устройства, широко представлены на рынке от самых простых моделей до весьма продвинутых цифровых драйверов. Платой за простоту и бюджет становится низкий КПД шаговых двигателей, их низкая удельная мощность, слабая способность к ускорению, высокие вибрации, гул и резонанс, что в сумме сильно влияет на эксплуатационные характеристики станка.
Серводвигатели — двигатели с установленным датчиком угла поворота. Это семейство представлено достаточно широко, существуют щеточные и бесщеточные двигатели, постоянного и переменного тока. В целом про серводвигатели можно сказать, что их отличает высокая плавность хода, высокий КПД, способность переносить кратковременные перегрузки. Однако управление серводвигателем гораздо сложнее, серводрайверы — устройства существенно более дорогие и сложны в настройке(см. статью о выборе привода для фрезерного станка с ЧПУ). Существует также бюджетные варианты щеточных серводвигателей, однако из-за наличия изнашивающейся части(щеток) они менее предпочтительны, чем бесщеточные.

Приводы осей. Драйверы двигателей.
Блоки управления двигателями отличаются разным набором функций, а также разными электротехническими характеристиками. И если к серводвигателям блок как правило поставляется в паре, то шаговые моторы идут обычно без драйверов, а попробовав самостоятельно подобрать что-либо, можно очень надолго задержаться на этом этапе, так как предложений на рынке очень много. См. также: Как выбрать драйвер для шагового двигателя.

Передачи осей.
Задача трансмиссии, или передачи, — превратить вращательное движение вала двигателя в поступательное перемещение по данной оси. Как правило, передача реализуется одним из 3 способов: передача винт-гайка, ШВП или зубчатая передача (шестерня-рейка или шкив-ремень). Как выбать передачу для осей — тема отдельной статьи. Здесь достаточно указать на то, что передача вместе с видом двигателя(и его управления) определяет скорость перемещения по оси, разрешение задания позиции, а также влияет на точность. Каждый вид передачи изготавливается с определенной точностью. С помощью указанного производителем класса точности для данного элемента трансмиссии можно определить, какая погрешность будет вноситься им в работу станка.

Направляющие.
Направляющие обеспечивают перемещение рабочего узла станка строго по заданной траектории. Качество самих направляющих и, что очень важно, качество их установки на станину — второй по важности фактор(после станины), определяющий точность вашего станка. К выбору направляющих стоит подойти очень ответственно.

Шпиндель.
Вообще говоря, вместо шпинделя может быть установлен другой узел — лазерный гравер, установка плазменной или лазерной резки, экструдер. Мы рассмотрим шпиндель, как наиболее нагруженный узел. Шпиндель — как правило, это электродвигатель, особенностью которого является низкое биение вала и возможность регулировать скорость вращения в достаточно широких пределах. Вал шпинделя оканчивается конусом, в который устанавливается зажимная цанга, которая держит режущий инструмент — фрезу или гравер. Ключевыми характеристиками шпинделя являются: биение вала(как правило, измеряется биение на конусе) и мощность шпинделя(указывается в ваттах). Большинство шпинделей предназначены для обработки дерева, пластика, камня, металлообработки. Скорость вращения варьируется обычно от 6000 до 30000 оборотов в минуту. Для фрезеровки и гравировки металлов используются мощные шпиндели с низкими оборотами(2000-10000 об/мин). Многие портальные станки, предназначенные для обработки дерева и пластика, могут гравировать металлы, и даже иногда фрезеровать цветные металлы, однако в этом случае станок испытывает сильную вибрацию из-за отдачи на фрезу, которая не может быть погашена легкой станиной, и это резко снижает качество обработки и ресурс станка. Фрезеровка и гравировка металлов и некоторых видов пластика требует охлаждения режущего инструмента. В настоящее время существует множество способов охлаждения рабочей области, но основным остается подача смазывающе-охлаждающей жидкости на фрезу. Некоторые шпиндели, управляемые инвертором, позволяют контролировать скорость вращения из системы ЧПУ, путем подачи на вход инвертора(частотного преобразователя) аналогового сигнала 0..+10 В.

голоса

Рейтинг статьи