Создание ЧПУ станка: От идеи к реальности

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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

Для сравнения размеров — новая гравицаппа на столе оригинального станка.

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.

На основание навешиваем ведущие каретки.

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

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

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.

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

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

Поверх устанавливаем плату CNC shield.

И завершаем этот процесс драйверами шаговых двигателей.

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

Схема приведена ниже.

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

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

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

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.

В качестве управляющей программы используем также классическую программу — bCNC.

На этом все подготовки завершены, приступаем к работе:

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

Список материалов: