Збираємо верстат з ЧПУ своїми руками, підключаємо через Ардуіно

Складна обробка різних матеріалів давно перестала бути долею заводських цехів. Ще двадцять років тому, максимум, що могли собі дозволити домашні майстри – це фігурне випилювання лобзиком.
Сьогодні, ручні фрезери і ріжучі лазери можна запросто купити в магазині побутового інструменту. Для лінійної обробки передбачені різні напрямні. А як бути з вирізанням складних фігур?

Елементарні завдання можна виконати за допомогою шаблону. Однак такий спосіб має недоліки: по-перше, треба виготовити власне шаблон, по-друге, у механічного лекала є обмеження за розміром заокруглень. І нарешті, похибка таких пристосувань занадто велика.

Вихід давно знайдений: верстат з ЧПУ дозволяє вирізати з фанери своїми руками такі складні фігури, про які «оператори лобзиків» можуть лише мріяти.

Пристрій являє собою систему координатного позиціонування різального інструменту, керовану комп’ютерною програмою. Тобто, обробна головка рухається по заготівлі, відповідно до заданої траєкторією. Точність обмежена лише розмірами ріжучої насадки (фреза або лазерний промінь).

Можливості таких верстатів безмежні. Існують моделі з двовимірним і тривимірним позиціонуванням. Однак вартість їх настільки висока, що придбання може бути виправдано лише комерційним використанням. Залишається своїми руками зібрати ЧПУ верстат.

Принцип роботи координатної системи

Основа верстата – потужна рама. За основу береться ідеально рівна поверхня. Вона ж служить робочим столом. Другий базовий елемент – це каретка, на якій закріплюється інструмент. Це може бути дремель, ручний фрезер, лазерна гармата – в загальному, будь-який пристрій, здатне обробляти заготовку. Каретка повинна рухатися строго в площині рами.

Для початку розглянемо двомірну установку


Як рами (основи) для станка ЧПУ, зробленого своїми руками, можна використовувати поверхню столу. Головне, після юстування всіх елементів, конструкція більше не переміщається, залишаючись жорстко прикрученою до основи.

Для переміщення в одному напрямку (умовно назвемо його X), розміщуються дві напрямних. Вони повинні бути строго паралельні один одному. Поперек встановлюється бруківка конструкція, також складається з паралельних напрямних. Друга вісь – Y.

Ставлячи вектора переміщення по осях X і Y, можна з високою точністю встановити каретку (а разом з нею і ріжучий інструмент) в будь-яку точку на площині робочого столу. Вибираючи співвідношення швидкостей переміщення по осях, програма змушує інструмент рухатися безперервно по будь-, найскладнішою траєкторії.

Рама верстата з ЧПУ зроблена руками умільця, відео

Існує ще одна концепція: каретка з інструментом закріплена нерухомо, переміщається робочий стіл із заготівлею. Принципової різниці немає. Хіба що розміри підстави (а отже, і заготовки) обмежені. Зате спрощується схема подачі живлення на робочий інструмент, не треба турбуватися про гнучких кабелях харчування.

Рішення може бути комплексним: по одній осі рухається стіл, по другий осі – каретка з робочою головкою.

За допомогою такої системи можна обробляти вироби «безперервної лінією розрізу». Що це означає? Ріжуча головка, розташована в площині заготовки, починає роботу від краю, і проходить всю фігуру безперервним розпилом. Це обмежує можливості, але двомірний верстат ЧПУ по дереву простіше зробити своїми руками. Вертикальна позиція головки встановлюється вручну.

Важливо! Ріжучий інструмент повинен мати свободу переміщення по вертикальній осі. Інакше неможливо буде працювати з насадками різного розміру.

Наступний щабель складності – трьохкоординатний саморобний верстат з ЧПУ. Зробити його своїми руками трохи складніше. Питання навіть не в механіці, а в більш складній схемі програмування.

Принцип третій руки механічної частини полягає в тому, що на каретку встановлюється ще один комплект напрямних. Тепер інструмент має три ступені свободи: X, Y, Z.

Що це дає? По-перше, можна вирізати замкнуті фігури в середині заготовки. Фреза встановиться над початком розрізу, опуститься на задану глибину, пройде по внутрішньому контуру, і знову підніметься над площиною заготовки. За аналогічною схемою можна висвердлювати отвори в заданих точках. Але найголовніше – за допомогою такого верстата можна вирізати тривимірні фігури.

Каретка переміщається уздовж напрямних за допомогою крокових двигунів. Збірка верстата ЧПУ своїми руками дає можливість вибору приводу. Якщо пріоритет у швидкості – встановлюється ремінний привід. Для високої точності використовується червячно- різьбовій.

Щоб виготовити своїми руками ЧПУ верстат, потрібні креслення і тривимірна модель з розрахунком всіх трьох координат (осей переміщення).

Найкраще виконати моделювання в профільній програмі, наприклад AutoCAD. Перед початком проектування слід придбати елементи, які неможливо виготовити самостійно: вузли ковзання по напрямних, крокові двигуни, приводні ремені.

Серцем такого верстата є програмований блок управління. Умовно він складається з трьох частин:

  1. Модуль введення, в який поміщається схема обробки заготовки. Його роль може виконувати персональний комп’ютер
  2. Процесорний блок, що перетворює електронну модель вироби в команди для виконавчих механізмів
  3. Модуль управління виконавчими механізмами (кроковими двигунами, робочої головкою). Цей же блок приймає сигнали від датчиків позиціонування (при наявності таких).

Найпрогресивніша (і одночасно доступна) технологія – це верстат ЧПУ на процесорі Ардуіно. Його можна зібрати своїми руками і запрограмувати буквально за пару вихідних. Блок схема виглядає наступним чином:

Один модуль відстежує становище інструменту щодо заготовки за всіма трьома координатами. Другий модуль дає команди блоку управління координатними моторами. І третій модуль управляє роботою ріжучої головки (включення, швидкість обертання).

Загальне керівництво здійснюється з персонального комп’ютера зі спеціалізованим програмним управлінням. Освоїти його може користувач, вміє працювати в графічних редакторах.

Ви задаєте не тільки трафарет і глибину обробки заготовки, але навіть шлях переміщення робочої головки інструменту до кожної точки початку розрізу або свердління. Крім того, програма підкаже вам оптимальні форми розкрою, для мінімізації втрат матеріалу.

Важливо! Перед остаточною збіркою і налагодженням каретки з ріжучим (пропалює) інструментом, модуль управління слід «навчити».

Це можна зробити за допомогою пише інструменту і паперу, зовсім не обов’язково переводити фізичний матеріал. Дуже важливо визначити нульові точки координат. Вони встановлюються з урахуванням похибки на габаритні розміри ріжучої головки.

Як своїми руками зробити ЧПУ верстат, приклади працездатних проектів

Якщо ви плануєте працювати з масивними заготовками, і тривимірна складова відноситься не тільки до свердління отворів, верстат виготовляється з металу. Відповідно сервоприводи мають у своєму розпорядженні достатню потужність, щоб подолати інерцію каретки і важкого двигуна робочого фрезера.

З точки зору управління – розмір верстата не має значення, так само як і матеріал станини. Моменти інерції закладаються під час налаштування програми і калібрування сервоприводів. Однак якщо ви не плануєте виготовляти малі архітектурні форми, санок можна зробити компактним і легким.
Наприклад, з фанери:

Цей матеріал досить жорсткий, при правильній збірці конструкція не буде пружинити, що особливо важливо при точному позиціонуванні. Але головне достоїнство дерева – відсутність інерції і малу вагу. Тому можна встановлювати компактні сервоприводи з малим споживанням енергії.

Саморобний верстат з ЧПУ, відео.

При цьому напрямні все-таки робляться з металу. Ці частини схильні до зносу, і на них лежить «відповідальність» за точність позиціонування.

Ще один напрямок – лазерний верстат ЧПУ своїми руками. Деякі матеріали можна саме різати (наприклад, тонку фанеру або пластик). Для цього буде потрібно досить дорога лазерна гармата. Але основне застосування – художнє випалювання.

висновок:
Виготовити власний верстат з ЧПУ можливо. Абсолютно безкоштовно не вийде, деякі елементи неможливо зробити в домашніх умовах. Але економія (в порівнянні з промисловим екземпляром) настільки істотна, що ви не пошкодуєте про витрачений час.

Ссылка на основную публикацию