Создание ЧПУ станка: От идеи к реальности

ЧПУ станок своими руками

Сегодня мы поговорим о сборке ЧПУ станка. Мы пригласили настоящего эксперта в этой области - бывшего Application Engineer в National Semiconductor и Texas Instruments. Он согласился поделиться своим богатым опытом и знаниями с нами. Вся информация, которую вы найдете в этой статье, основана на личном опыте нашего автора. Мы рады, что можем поделиться ценным опытом с нашими читателями. Что ж, давайте начнем!

Время чтения: 8 минут

Много лет назад, бродя по интернету, я зашел на сайт, где описывался станок с числовым управлением, сделанный буквально из желудей и палок. Комплектующих было немного, они были недорогие и не дефицитные. 3D принтер был, пожалуй, единственным условием для изготовления станка. Но самое главное — этот станок был до безумия красив! И был больше похож на объемную головоломку, чем на станок.

CNC станок
Прототип моего CNC станка

В то время у меня был принтер, который я собрал в основном из сломанных старых струйных принтеров и хлама, нашедшегося в кладовке.

Удержаться было невозможно и я сделал этот станок, все необходимые файлы доступны здесь: https://www.thingiverse.com/thing:790533.

Все прекрасно заработало, но — дело было летом. Машина стояла около дома, а зимой она живет в гараже. И места для станка уже не было. Дома иметь это чудо инженерной мысли супруга категорически отказывалась. И такую красоту она, как ни странно, не оценила.

Собираем ЧПУ станок своими руками
Результат работы

В итоге стал делать так, как и надо было с самого начала — с выбора места. В доме есть небольшое служебное помещение, где расположен центральный пылесос и система принудительной вентиляции. Я его использую в качестве мастерской и небольшого склада. Там стоит маленький морозильник, на него я и нацелился. На нем вполне можно было поместить небольшой станок, поэтому размеры нового станка определялись размерами холодильника. История, схожая с недавно открытым фактом о связи космического корабля с габаритами крупа лошади.

Этап проектирования ЧПУ станка

Инструмент для проектирования у меня, прямо скажем, не самый престижный — Sketchup. Это старая версия (Sketchup 8), скачанная еще в те времена, когда он был собственностью Google. И этот Google уверял, что бесплатная версия Sketchup — это навсегда, причем коммерческое использование не возбраняется. Но, как часто бывало, обманули и оставили в стороне. Новая фирма в лицензионном соглашении уже не позволяет использовать Sketchup в коммерческих целях.

Кроме того, эта старая версия, её можно было легко использовать с Linux, за место Windows. Как раз которым я не пользовался уже несколько лет.

Предисловие получилось длинным, но нарисовать новый станок мне удалось за пару выходных.

Проектирование ЧПУ станка
Проект станка в Sketchup

Печать и подбор деталей

Печать деталей заняла значительно больше времени, но все равно не было всех необходимых комплектующих под рукой, и надо было ждать, пока нужные компоненты придут из Китая. Больше всего в станке подшипников 624ZZ — целых 60 штук! Их количество компенсировалось ценой — за десяток я платил чуть больше 1 евро. Опытный читатель скажет, что за такую цену можно купить только низкокачественные изделия. Согласен, это действительно так, но в данной конструкции они работают без особой нагрузки, на очень низких скоростях. Поэтому после отбраковки нескольких явно неисправных подшипников, они пошли в дело.

В местной лавке закупился мебельными стальными трубами и различными крепежными элементами. Трубы, кстати, попались под стать подшипникам — очень даже ржавеющие. Поэтому рекомендуется не хранить такой станок в холодном сарае и время от времени обильно обрабатывать смазкой WD-40.

Крепежные детали и подшипники
Подшипники и крепежные элементы

Сборка станка

Начинаем собирать с самого интересного— с центрального узла, самая красивая вещь в этом станке. Из первоначально 2-х непримечательных заготовок одинакового типа получается такая удивительная сборка.

Основа станка
Сборка центрального узла
Как пел Миронов —
Разбор грехов моих оставьте до поры,
Вы оцените красоту игры…

Этот центральный узел навешивается на штанги и на него вешается привод инструмента.

Сборка узла станка
Центральный узел с приводом инструмента

Точь-в-точь как устройство из советского фильма «Кин-дза-дза!» - гравицаппа. Для тех, кто сомневается, сверху даже надпись имеется.

3д моделирование станка чпу
Модель центрального узла

Для сравнения размеров — новая гравицаппа на столе оригинального станка.

Размеры центрального узла
Центральный узел с приводом инструмента – установлены на станке

Дальше собираем основу станка из стальных труб на древесноволокнистой плите или из другого доступного материала. Здесь важно быть внимательным и аккуратным — должен получиться именно прямоугольник, а не ромб, трапеция или что-то еще. Если собрать конструкцию неправильно — о точности можно забыть. Впрочем, если вам и не нужна высокая точность, то это не столь существенно.

Конструкция станка с чпу
Сборка основы станка из стальных труб

На основание навешиваем ведущие каретки.

Подвижная часть станка
Ведущие каретки

На каретки навешиваем крест из труб, на который установлен центральный узел — должна получиться вот такая конструкция:

Собираем станок своими руками
Готовая конструкция

Осталось лишь вдохнуть жизнь в конструкцию. Задача подобна той, с которой сталкивались Пигмалион или граф Калиостро. Тут я несколько увлекся и перестал фотографировать процесс сборки. Поэтому дальше большую часть буду описывать на словах.

Нам понадобятся 5 шаговых двигателей Nema17. Лишняя мощность никому не помешает, но имейте в виду, что драйверы шаговых двигателей больше 2 ампер не обеспечат. Вот что я нашел на eBay — дешево и сердито, причем доставили их меньше, чем за неделю из Германии:

Шаговый двигатель nema 17 характеристики
Схема и характеристики шагового двигателя

Устанавливаем моторы, натягиваем ремни GT2 вдоль направляющих и дальше можно заняться электроникой.

Крепление шагового двигателя nema 17
Соединение шаговых двигателей на направляющих

Соединяем двигатели на противоположных направляющих последовательно. Получаем сразу два практических преимущества. Во-первых, одного драйвера достаточно для питания двух двигателей, и во-вторых, гарантируется одинаковый ток в обмотках противоположных двигателей.

схема соединения шаговых двигателей
Схема подключения шагового двигателя

С осью Z никаких особенностей нет, но, как обычно, не забываем поставить разделитель между осью двигателя и приводным винтом.

разделительная муфта
Установка соединительной муфты для передачи крутящего момента

Установка системы ЧПУ

Теперь настала пора вплотную заняться электроникой. Собираем все на базе популярной Arduino Uno.

платформа для разработки Arduino
Плата Arduino Uno

Поверх устанавливаем плату CNC shield.

arduino cnc shield
Плата CNC Shield

И завершаем этот процесс драйверами шаговых двигателей.

чпу на ардуино
Контроллер системы ЧПУ

На драйверах стоит остановиться немного подробнее. Я использовал самые дешевые на базе A4988.

Схема приведена ниже.

схема подключения драйвера шагового двигателя
Драйвер шагового двигателя на базе А4988

На плате есть подстроечный резистор, с его помощью нужно установить ток, соответствующий вашему шаговому двигателю. Для моего я установил чуть меньше 1,7 Ампер.

Драйвер шагового двигателя
Подстроечный резистор на шаговом двигателе

Измерять напряжение можно прямо на подвижном контакте резистора. Ток определяется по формуле:

ток драйвера шагового двигателя
Максимальный выходной ток

Rs - это сопротивление резисторов R7 и R8 на вашей плате драйвера. Проверьте на всякий случай — величина может быть другой.

автономный контроллер чпу на ардуино
Собранный контроллер ЧПУ

Когда все собрано, требуется установить программное обеспечение. Один из классических вариантов — GRBL.

Не забудьте отредактировать файл defaults.h и создать файл конфигурации, который будет описывать именно вашу машину. Эта информация изложена в избытке, поэтому нет необходимости повторяться.

Да, двигатели нуждаются в питании — я поставил блок питания 12 Вольт 8 Ампер.

Питание шаговых двигателей
Блок питания для шаговых двигателей

В качестве управляющей программы используем также классическую программу — bCNC.

Управляющая программа для станка ЧПУ
Программа для управления ЧПУ станком

Запускаем станок и подводим итоги

На этом все подготовки завершены, приступаем к работе:

Лазерный гравер с чпу
Результат работы собранного станка

Ну, или короткое видео: https://www.youtube.com/watch?v=wNJMj2xoA70

Список материалов:

комплектующие для чпу станков
Список использованных материалов

Если хотите напечатать себе такой станок, все необходимые файлы я выложил здесь:

Сборка основных частей станка;
Схема блока питания и модель кейса;
Модель кейса для плат управления.

Пользуйтесь с удовольствием!


Количество показов: 2319
22.05.2023
Понравилась статья? Поделитесь ей в ваших социальных сетях:

Возврат к списку