Фрезерный станок с ЧПУ в домашних (гаражных) условиях

Устройство шпинделя

Конструктивно эта важная составляющая технического устройства выглядит следующим образом:

• на вал из металла закрепляется фреза через натяг, оправку или цангу;
• чтобы режущий инструмент был прочно закреплен, конец шпинделя имеет форму конуса;
• само устройство расположено на каретке для обеспечения перемещения по трем координатным осям;
• вращения передаются на фрезу, которая обеспечивает фрезерование отверстия по заданным параметрам.

Важные технические характеристики – это показатели мощности и количество оборотов режущего инструмента.

Работа фрезерного станка с ЧПУ зависима от мощности, а именно:

1. Для обработки ДСП, МДФ или фанеры достаточно мощности в 800 Вт.
2. Если необходимо фрезой обработать дерево или цветные металлы, то мощности хватит в 1500 Вт.
3. Обработка твердого металла, камня или бетона требует показателя мощности не менее 3000 Вт.

Количеством создаваемых оборотов несложно определить режим функционирования одно- или двухшпиндельного инструмента. Популярностью пользуются режимы гравировки, раскройки или фрезерования.

Выбор шпинделя также должен учитывает запас скорости вращения и мощности.

Составные части устройства

Чтобы сделать своими руками непосредственно самодельный стационарный фрезерный станок по дереву, необходимо ознакомиться с основными компонентами данного механизма. Самостоятельное изготовление подобного приспособления для обработки поможет сэкономить, так как цена готовой продукции относительно высока.

Приводящий механизм

На этапе проектирования начинающий мастер должен решить, какой мощности двигатель будет использоваться. Если при эксплуатации не предполагается осуществлять глубокую выборку древесины, то можно обойтись мотором с мощностью не более 500 Вт. Однако на практике такие станки очень часто глохнут.

Рекомендуется взглянуть на чертежи самодельного фрезерного станка по дереву.

Оптимальный вариант заключается в применении двигателя, мощность которого колеблется в пределах 1-2 кВт. При наличии такого агрегата можно использовать практически любые типы фрез, осуществляя обработку древесины в стандартном режиме.

Для проведения работ может подойти как электрический лобзик по дереву, так и ручные инструменты, вроде дрели или болгарки.

При выборе двигателя немалую роль играет количество оборотов, производимое за одну минуту. Чем выше показатель, тем равномернее и чище будет срез. Лучше всего, если мотор рассчитан на подключение к бытовой сети с напряжением 220 вольт.

Регулировочный лифт

Когда изготавливается самодельный фрезер по дереву, определенное внимание следует уделить данному приспособлению. Лифт обычно состоит из корпуса, скользящих полозьев, каретки, резьбовой оси и винта для фиксации.

При включении устройства каретка должна двигаться вниз или вверх. Полозья выполняют функцию защитных ограничителей. Фиксирующий винт позволяет закрепить каретку в одном положении после выбора конкретной высоты. Что касается корпуса, то он удерживает полностью всю конструкцию.

Так выглядит самодельный шпиндель для фрезерного станка по дереву.

Подобное приспособление обеспечивает регулирование выхода сменной насадки непосредственно над поверхностью стола. Для удобства лифт снабжается специальными шестернями.

Опорная конструкция

Если нет готового стола, то его можно легко сделать из древесины. Хотя данный материал боится влаги, из него получаются достаточно долговечные и надежные конструкции. В ходе работ для создания основной плоскости могут использоваться древесные плиты различного типа.

Перед основными работами должны быть составлены чертежи самодельного фрезерного стола по дереву, на которых следует выделить наиболее важные места. При планировании нельзя забывать о технике безопасности. Требуется в обязательном порядке закрыть пространство вокруг вращающейся фрезы.

Можно изготовить примерно такой стол для станка.

Изготовление

Чтобы самостоятельно изготовить устройство для фрезерного станка с ЧПУ по дереву необходимо учесть, что конструкция должна воспринимать не одни осевые, но и боковые нагрузки. Зачастую приобретают для этих целей коллекторные двигатели, они дешевые по цене и функционируют на больших скоростях, но переключив их на низкие скорости, они теряют параметры мощности. Чтобы не возникало подобных проблем, на самодельных шпинделях, устанавливается бесколлекторный движок.

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.

Изготовление насадки

При необходимости может использоваться самодельная фреза по дереву, позволяющая осуществлять несложные работы.

Детальная инструкция по изготовлению подобной насадки приведена ниже. Деталь будет изготавливаться непосредственно из полотнища резака поэтапно.

1. Сначала делается отверстие точно в центральной части. Для этого используется сверло из твердых сплавов. Заусенцы и другие дефекты устраняются при помощи алмазного надфиля.
2. Следом производится центрирование диска. Простым карандашом четко обрисовывается контур. Внешние края подравниваются на станке с установленным шлифовальным кругом.
3. Далее проделываются зубчики с помощью отрезного круга. Их количество обычно составляет около 20 штук. Угол наклон прорезей должен соответствовать 30 градусам.
4. На завершающей стадии подготовленная насадка устанавливается непосредственно на станок. Для тестирования можно использовать ненужную заготовку из дерева. Выборка древесины должна происходить равномерно.

Показан один из этапов изготовления детали.

Внимание! Самодельные фрезы по дереву для ручного фрезера или станка не рекомендуется подвергать термической обработке в домашних условиях, так как качество режущего элемента может только ухудшиться.

О достоинствах шпинделей

Самодельная конструкция предполагает применение станка с наклонным шпинделем.

Перечень преимуществ:

1. Оснащение станка недорогостоящими зажимными устройствами.
2. Схемы изготовления несложно найти в интернет – ресурсах.
3. Простота конструкторского решения.
4. Дополнительное оснащение любыми элементами соответствующих параметров.

Если нет уверенности, что выполненный своими руками шпиндель по металлу для ЧПУ или по дереву не будет работать эффективно, то чтобы избежать риска, можно приобрести изделие заводского производства.

Начальная информация о процессе

Прежде чем сооружать самодельные фрезерные станки по дереву, рекомендуется ознакомиться с данным способом обработки более подробно. В качестве основного элемента в данном случае выступает специальная насадка с большим количеством зубчиков.

В зависимости от ее типа можно произвести тот либо иной способ фрезерования:

• Концевая обработка направлена в первую очередь на то, чтобы сделать в детали канавку или паз определенного размера.
• Фасонная технология подразумевает проведение работ с профильными элементами вроде багетов, шестерней, а также оконных рам.
• Торцевая методика фрезерования, как правило, применима к максимально большим поверхностям.

Наглядно демонстрируется схема торцевого фрезерования.

Дополнение! Достаточно часто используются специализированные фрезы, позволяющие делать фигурный срез. При таком варианте можно легко осуществить раскрой материала с дополнительной обработкой крайней части.

Что использовать для настольных станков

Если вам необходимо оснастить настольный станок с ЧПУ подходящим шпинделем, сейчас доступно несколько довольно привлекательных вариантов. Выбирать устройство вам.

1. Ручные граверы. Стоит такое устройство от 500 рублей. Особых сильных качеств не имеет, но если вам предстоит выполнить ремонт или фрезеровку мягких материалов с небольшими фрезами, то этот агрегат вполне подойдет для оснащения станка с вертикальным шпинделем. Недостатки — это небольшая скорость вращения и незначительная мощность.
2. Бормашины. Работают очень тихо, оснащаются надежным фиксатором для патрона. При малых оборотах двигателя крутящий момент почти не меняется. Это обеспечивает серьезное превосходство устройства перед гравером.
3. Шпиндель от двигателей DC. При мощности 0,4 кВт обеспечивают крутящий момент в 12000 оборотов за минуту. Выполнять различный ремонт, фрезерные работы с таким шпинделем удобно, поскольку обеспечивается слабое биение, работает агрегат тихо. Плюс цанга выполнена по широко используемому стандарту. Но есть недостатки — незначительные показатели мощности, сильный нагрев, который вынуждает искать эффективное охлаждение. Для работы устройство потребует отдельный источник питания, к чему также важно быть готовым.

Выбирая шпиндель, ориентируйтесь на его качество и соответствие станку, на котором вы собираетесь использовать данный элемент.

Разновидности устройств

Шпиндели для фрезерного станка с ЧПУ и их особенности, учитываемые перед выбором:

Выбор шпинделя зависит от обрабатываемого материала и количества заготовок, подлежащих обработке.

Где используются станки с ЧПУ

Такое оборудование отличается универсальностью в использовании, что положительно сказалось на его востребованности и популярности на рынке. Такие аппараты могут использоваться для работы со следующими материалами:

• Дерево.
• Пластмасса.
• Композиты и полимеры.
• Тонкий металл.
• Резина.
• Другие материалы.

Наиболее востребованные сегодня ЧПУ-станки, которые полностью управляются автоматикой и обеспечивают максимальную точность обработки древесины. С помощью таких деревообрабатывающих станков можно выполнять следующие работы:

• Распиливать дерево.
• Разрезать фанеру.
• Выполнять точную шлифовку.
• Производить сложный трехмерный и фигурный распил древесины.
• Изготавливать различные стройматериалы из дерева.

В каждом конкретном случае в зависимости от функционала такого устройства его схема исполнения и используемые компоненты будут различаться. Именно поэтому вам необходимо сначала определиться с функциональными возможностями такого оборудования и уже в зависимости от этого выбирать тот или иной тип и схему для самостоятельного изготовления станка с ЧПУ.

Преимущества оборудования

Если говорить о преимуществах изготовленных своими руками станков с ЧПУ, то отметим следующее:

• Эффективность в работе.
• Универсальность использования.
• Возможность упрощенной перенастройки оборудования.
• Надежность.
• Доступная стоимость.

Инструкция по сборке

Предлагаем вам достаточно простую инструкцию по сборке фрезерного станка с ЧПУ, что позволит вам самостоятельно выполнить такое оборудование для обработки древесины. Данная схема подразумевает использование уже готовых наборов компонентов, которые включают специально подобранные элементы для изготовления такого оборудования. Впрочем, ничего не мешает вам самостоятельно найти или изготовить все комплектующие, и впоследствии вы не только сможете существенно сэкономить, но и сделаете такой станок, который будет полностью отвечать вашим требованиям.

Подготовительные работы

• В первую очередь вам необходимо определиться со схемой, по которой в последующем будет работать выполненное вами оборудование. За основу проще всего взять старый фрезеровальный или сверлильный станок. В таком оборудовании рабочая головка с установленным сверлом меняется на фрезерную насадку.
• Далее вам потребуется самостоятельно выполнить или использовать из набора уже готовый механизм, который позволяет фрезерному инструменту перемещаться в трех плоскостях. Если вы выполняете самостоятельную сборку такого механизма, то его можно выполнить из кареток от старого неработающего лазерного принтера. Такие каретки позволят обеспечить перемещение рабочего инструмента в двух плоскостях.

В последующем к выполненному механизму можно будет с легкостью подключить компьютер или блок управления с программным обеспечением, что позволяет полностью задавать траекторию движения фрезерной рабочей головки. В то же время отметим, что если вами используется каретка от старого фильтра, то использовать такой станок с ЧПУ можно будет лишь для обработки древесины, пластика или тонколистового металла.

Если вам необходим станок с ЧПУ, способный выполнять полноценное фрезерование заготовок из различных материалов, то за перемещение используемого рабочего инструмента должен отвечать мощный шаговый двигатель. Выполнить его можно из обычного электромотора или приобрести уже готовые модели небольшой мощности.

Использование таких двигателей позволит избежать необходимости использования винтовой передачи, которая усложняет всю конструкцию. При этом характеристики такого самодельного оборудования и его функциональные возможности существенно расширяются.

Если вы по каким-либо причинам не можете или не хотите использовать мощный шаговый двигатель, то рекомендуем выбирать каретки от принтеров мощных топовых моделей, что позволит обеспечить максимально возможную амплитуду движения фрезеровальной рабочей головки.

Схема и чертежи станка

Основой самостоятельно выполненного станка с ЧПУ станет механизм фрезера. В том случае, если вы используете уже готовые наборы для выполнения такого оборудования, то можно подобрать такой механизм, который будет полностью соответствовать мощности двигателя и выполняемым в последующем работам с древесиной и другими материалами.

В Интернете можно подыскать многочисленные схемы выполнения таких механизмов фрезера для станков с ЧПУ.

В каждом конкретном случае используемый механизм будет различаться в зависимости от установленного двигатели и каретки.

Выбирая тот или иной чертёж такого фрезеровального станка, необходимо отдавать предпочтение оборудованию, которое сочетает простоту конструкции и при этом полностью соответствуют вашим требованиям.

Собираем станок с ЧПУ

В первую очередь необходимо выполнить основу оборудования, к которой в последующем будут фиксироваться фрезер, каретка и электродвигатель. Выполнить такое основание можно из балок прямоугольного сечения, к которым привариваются или фиксируются на болтах металлические направляющие.

Выполненное основание для станка должно отличаться жесткостью, что необходимо для точного позиционирования фрезерной головки. Специалисты рекомендуют выполнять соединение всех металлических элементов такой несущей конструкции при помощи винтов, что позволяет не только обеспечить нужную прочность, но и в последующем с легкостью модернизировать ваши станки.

В выполненном станке с ЧПУ должен быть предусмотрен механизм, позволяющий перемещать рабочий инструмент в вертикальной плоскости. Можем порекомендовать использовать для такого вертикального перемещения инструмента винтовую передачу, вращение от которой передается с помощью зубчатого ремня.

Вертикальную ось, которая потребуется каждому изготовленному самостоятельно станку с ЧПУ, можно выполнить из алюминиевой плиты. Размеры такой вертикальной оси следует в точности подгонять под общие габариты собираемого вами устройства.

Изготовив или приобретя все комплектующие для такого оборудования, можно начинать сборку станка. Вам необходимо смонтировать два шаговых электродвигателя, которые крепятся к основанию за его вертикальной осью.

Первый электродвигатель отвечает за перемещение головки в горизонтальной плоскости, тогда как второй обеспечивает движение резака уже по вертикали.

Монтируются используемые узлы и агрегаты, при этом качеству их фиксации следует уделить должное внимание.

В процессе эксплуатации такого оборудования на него приходится повышенная нагрузка с вибрацией, и при некачественном креплении в скором времени могут начаться проблемы с точностью позиционирования головок. Привод всех подвижных элементов и рабочих фрезеровальных головок должен осуществляться исключительно при помощи ременных передач.

Выбор шаговых двигателей

Большинство моделей самостоятельно изготовленных ЧПУ-станков оснащаются шаговыми двигателями, позволяющими перемещать рабочий инструмент в трех плоскостях. В зависимости от конструкции такое оборудование может оснащаться двумя или тремя шаговыми двигателями, а также компоноваться дополнительно электромоторами от компьютерных принтеров.

Выбирая используемые шаговые двигатели, необходимо обратить внимание на количество каналов управления. Наилучшие модели имеют пять каналов управления, что повышает функциональность изготовленного мини-станка.

Также, выбирая конкретные модели таких двигателей, следует ознакомиться с их спецификацией и уточнить, на сколько градусов осуществляется изменение положения головки на координатном столе за один шаг мотора.

От этой характеристики будет напрямую зависеть точность позиционирования режущего инструмента.

Электронная начинка оборудования

Сегодня в продаже можно найти различные уже готовые микросхемы для управления работой маршевых двигателей. Также не составит труда найти соответствующее программное обеспечение, которое будет подавать управляющие сигналы на двигатели, и, соответственно, они будут, изменяя свое положение, опускать и поднимать рабочий инструмент.

Важный момент в выборе программного обеспечения состоит в том, что оно должно обязательно поддерживать драйвера контроллеров arduino, установленных на вашем мини-станке. Подключение платы управления непосредственно к самодельному станку с ЧПУ осуществляется через порт LPT или CNC.