Можно ли сделать своими руками станок с ЧПУ?

Сложная обработка различных материалов давно перестала быть уделом заводских цехов. Еще двадцать лет назад, максимум, что могли себе позволить домашние мастера – это фигурное выпиливание лобзиком.
Сегодня, ручные фрезеры и режущие лазеры можно запросто купить в магазине бытового инструмента. Для линейной обработки предусмотрены различные направляющие. А как быть с вырезанием сложных фигур?

Элементарные задачи можно выполнить с помощью шаблона. Однако такой способ имеет недостатки: во-первых, надо изготовить собственно шаблон, во-вторых, у механического лекала есть ограничения по размеру закруглений. И наконец, погрешность таких приспособлений слишком велика.

Выход давно найден: станок с ЧПУ позволяет вырезать из фанеры своими руками такие сложные фигуры, о которых «операторы лобзиков» могут лишь мечтать.

Устройство представляет собой систему координатного позиционирования режущего инструмента, управляемую компьютерной программой. То есть, обрабатывающая головка движется по заготовке, в соответствии с заданной траекторией. Точность ограничена лишь размерами режущей насадки (фреза или лазерный луч).
Возможности таких станков безграничны. Существуют модели с двухмерным и трехмерным позиционированием. Однако стоимость их настолько высока, что приобретение может быть оправдано лишь коммерческим использованием. Остается своими руками собрать ЧПУ станок.

Принцип работы координатной системы

Основа станка – мощная рама. За основу берется идеально ровная поверхность. Она же служит рабочим столом. Второй базовый элемент – это каретка, на которой закрепляется инструмент. Это может быть дремель, ручной фрезер, лазерная пушка – в общем, любое устройство, способное обрабатывать заготовку. Каретка должна двигаться строго в плоскости рамы.

Для начала рассмотрим двухмерную установку

В качестве рамы (основы) для станка ЧПУ, сделанного своими руками, можно использовать поверхность стола. Главное, после юстировки всех элементов, конструкция больше не перемещается, оставаясь жестко прикрученной к основе.

Для перемещения в одном направлении (условно назовем его X), размещаются две направляющих. Они должны быть строго параллельны друг другу. Поперек устанавливается мостовая конструкция, также состоящая из параллельных направляющих. Вторая ось – Y.


Задавая вектора перемещения по осям X и Y, можно с высокой точностью установить каретку (а вместе с ней и режущий инструмент) в любую точку на плоскости рабочего стола. Выбирая соотношение скоростей перемещения по осям, программа заставляет инструмент двигаться непрерывно по любой, самой сложной траектории.

Рама станка из ЧПУ сделана руками умельца, видео

Существует еще одна концепция: каретка с инструментом закреплена неподвижно, перемещается рабочий стол с заготовкой. Принципиальной разницы нет. Разве что размеры основания (а стало быть, и заготовки) ограничены. Зато упрощается схема подачи питания на рабочий инструмент, не надо беспокоиться о гибких кабелях питания.

Решение может быть комплексным: по одной оси движется стол, по второй оси – каретка с рабочей головкой.


С помощью такой системы можно обрабатывать изделия «непрерывной линией разреза». Что это означает? Режущая головка, расположенная в плоскости заготовки, начинает работу от края, и проходит всю фигуру непрерывным распилом. Это ограничивает возможности, но двухмерный станок ЧПУ по дереву проще сделать своими руками. Вертикальная позиция головки устанавливается вручную.

Следующая ступень сложности – трехкоординатный самодельный станок с ЧПУ. Сделать его своими руками несколько сложнее. Вопрос даже не в механике, а в более сложной схеме программирования.

Принцип третьей руки механической части заключается в том, что на каретку устанавливается еще один комплект направляющих. Теперь инструмент имеет три степени свободы: X, Y, Z.


Что это дает? Во-первых, можно вырезать замкнутые фигуры в середине заготовки. Фреза установится над началом разреза, опустится на заданную глубину, пройдет по внутреннему контуру, и снова поднимется над плоскостью заготовки. По аналогичной схеме можно высверливать отверстия в заданных точках. Но самое главное – с помощью такого станка можно вырезать трехмерные фигуры.


Каретка перемещается вдоль направляющих с помощью шаговых двигателей. Сборка станка ЧПУ своими руками дает возможность выбора привода. Если приоритет в скорости – устанавливается ременный привод. Для высокой точности используется червячно-резьбовой.


Чтобы изготовить своими руками ЧПУ станок, требуются чертежи и трехмерная модель с расчетом всех трех координат (осей перемещения).


Лучше всего выполнить моделирование в профильной программе, например AutoCAD. Перед началом проектирования следует приобрести элементы, которые невозможно изготовить самостоятельно: узлы скольжения по направляющим, шаговые двигатели, приводные ремни.

Сердцем такого станка является программируемый блок управления. Условно он состоит из трех частей:

Модуль ввода, в который помещается схема обработки заготовки. Его роль может исполнять персональный компьютер

Процессорный блок, преобразующий электронную модель изделия в команды для исполнительных механизмов

Модуль управления исполнительными механизмами (шаговыми двигателями, рабочей головкой). Этот же блок принимает сигналы от датчиков позиционирования (при наличии таковых).

Самая прогрессивная (и одновременно доступная) технология – это станок ЧПУ на процессоре Ардуино. Его можно собрать своими руками и запрограммировать буквально за пару выходных. Блок схема выглядит следующим образом:


Один модуль отслеживает положение инструмента относительно заготовки по всем трем координатам. Второй модуль дает команды блоку управления координатными моторами. И третий модуль управляет работой режущей головки (включение, скорость вращения).

Общее управление осуществляется с персонального компьютера со специализированным программным управлением. Освоить его может пользователь, умеющий работать в графических редакторах.


Вы задаете не только трафарет и глубину обработки заготовки, но даже путь перемещения рабочей головки инструмента до каждой точки начала разреза или сверления. Кроме того, программа подскажет вам оптимальные формы раскроя, для минимизации потерь материала.

Это можно сделать с помощью пишущего инструмента и бумаги, совершенно не обязательно переводить физический материал. Очень важно определить нулевые точки координат. Они устанавливаются с учетом погрешности на габаритные размеры режущей головки.

Как своими руками сделать ЧПУ станок, примеры работоспособных проектов

Если вы планируете работать с массивными заготовками, и трехмерная составляющая относится не только к сверлению отверстий, станок изготавливается из металла. Соответственно сервоприводы располагают достаточной мощностью, чтобы преодолеть инерцию каретки и тяжелого двигателя рабочего фрезера.


С точки зрения управления – размер станка не имеет значения, равно как и материал станины. Моменты инерции закладываются при настройке программы и калибровке сервоприводов. Однако если вы не планируете изготавливать малые архитектурные формы, санок можно сделать компактным и легким.
Например, из фанеры:


Этот материал достаточно жесткий, при правильной сборке конструкция не будет пружинить, что особенно важно при точном позиционировании. Но главное достоинство дерева – отсутствие инерции и малый вес. Поэтому можно устанавливать компактные сервоприводы с малым потреблением энергии.

Самодельный станок из ЧПУ, видео.

При этом направляющие все-таки делаются из металла. Эти части подвержены износу, и на них лежит «ответственность» за точность позиционирования.


Еще одно направление — лазерный станок ЧПУ своими руками. Некоторые материалы можно именно резать (например, тонкую фанеру или пластик). Для этого потребуется достаточно дорогая лазерная пушка. Но основное применение – художественное выжигание.


Вывод:
Изготовить собственный станок с числовым управлением возможно. Совершенно бесплатно не получится, некоторые элементы невозможно сделать в домашних условиях. Но экономия (в сравнении с фабричным экземпляром) настолько существенна, что вы не пожалеете о потраченном времени.