Как собрать лазерный станок чпу своими руками по металлу

Обновлено: 20.09.2024

Я давно хотел разместить серию постов по теме самодельных станков с ЧПУ. Но всегда останавливал тот факт, что Станкофф - станкоторговая компания. Дескать, как же так, мы же должны продавать станки, а не учить людей делать их самостоятельно. Но увидев этот проект я решил плюнуть на все условности и поделиться им с вами.

И так, в рамках этой статьи-инструкции я хочу, что бы вы вместе с автором проекта, 21 летним механиком и дизайнером, изготовили свой собственный настольный фрезерный станок с ЧПУ. Повествование будет вестись от первого лица, но знайте, что к большому своему сожалению, я делюсь не своим опытом, а лишь вольно пересказываю автора сего проекта.

В этой статье будет достаточно много чертежей, примечания к ним сделаны на английском языке, но я уверен, что настоящий технарь все поймет без лишних слов. Для удобства восприятия, я разобью повествование на «шаги».

Предисловие от автора

Уже в 12 лет я мечтал построить машину, которая будет способна создавать различные вещи. Машину, которая даст мне возможность изготовить любой предмет домашнего обихода. Спустя два года я наткнулся на словосочетание ЧПУ или если говорить точнее, то на фразу "Фрезерный станок с ЧПУ". После того как я узнал, что есть люди способные сделать такой станок самостоятельно для своих нужд, в своем собственном гараже, я понял, что тоже смогу это сделать. Я должен это сделать! В течение трех месяцев я пытался собрать подходящие детали, но не сдвинулся с места. Поэтому моя одержимость постепенно угасла.

В августе 2013 идея построить фрезерный станок с ЧПУ вновь захватила меня. Я только что окончил бакалавриат университета промышленного дизайна, так что я был вполне уверен в своих возможностях. Теперь я четко понимал разницу между мной сегодняшним и мной пятилетней давности. Я научился работать с металлом, освоил техники работы на ручных металлообрабатывающих станках, но самое главное я научился применять инструменты для разработки. Я надеюсь, что эта инструкция вдохновит вас на создание своего станка с ЧПУ!

Шаг 1: Дизайн и CAD модель

Все начинается с продуманного дизайна. Я сделал несколько эскизов, чтобы лучше прочувствовать размеры и форму будущего станка. После этого я создал CAD модель используя SolidWorks. После того, как я смоделировал все детали и узлы станка, я подготовил технические чертежи. Эти чертежи я использовал для изготовления деталей на ручных металлообрабатывающих станках: токарном и фрезерном.

Признаюсь честно, я люблю хорошие удобные инструменты. Именно поэтому я постарался сделать так, чтобы операции по техническому обслуживанию и регулировке станка осуществлялись как можно проще. Подшипники я поместил в специальные блоки для того, чтобы иметь возможность быстрой замены. Направляющие доступны для обслуживания, поэтому моя машина всегда будет чистой по окончанию работ.

Файлы для скачивания «Шаг 1»

Шаг 2: Станина

Станина обеспечивает станку необходимую жесткость. На нее будет установлен подвижной портал, шаговые двигатели, ось Z и шпиндель, а позднее и рабочая поверхность. Для создания несущей рамы я использовал два алюминиевых профиля Maytec сечением 40х80 мм и две торцевые пластины из алюминия толщиной 10 мм. Все элементы я соединил между собой на алюминиевые уголки. Для усиления конструкции внутри основной рамы я сделал дополнительную квадратную рамку из профилей меньшего сечения.

Для того, чтобы в дальнейшем избежать попадания пыли на направляющие, я установил защитные уголки из алюминия. Уголок смонтирован с использованием Т-образных гаек, которые установлены в один из пазов профиля.

На обоих торцевых пластинах установлены блоки подшипников для установки приводного винта.

Высококачественный лазерный CO2 станок с ЧПУ своими руками! С сенсорным управлением! + Чертежи!

Около года назад я хотел купить лазерный CO2 станок, чтобы сделать свое рабочее место полноценным. Одна из проблем заключалась в том, что лазерные резаки недешевы, особенно для любителей, которым нужна большая площадь резки. Конечно, за эту цену вы также получаете отличное программное обеспечение и техническую поддержку клиентов, но когда я начал этот проект мне исполнилось 17 лет, и у меня просто не было таких денег. Вот почему я построил свой собственный лазерный СO2 станок. Это полная пошаговая инструкция, как собрать лазерный резак самому! Я включил в это руководство все файлы, необходимые для его создания.

Этот лазерный резак использует лазерную CO2 трубку мощностью 40 Вт, имеет большую площадь резки 1000 на 600 мм и оснащен сенсорным экраном для управления! Весь проект мне обошелся примерно в 170 тысяч рублей, это все равно большие деньги, но я не хотел делать его из лома. Его нужно было построить из высококачественных материалов, чтобы он не развалился за два года. И это все еще очень дешево для лазерного резака с такой большой площадью реза. Кроме того, за эту цену вы получите потрясающий опыт создания собственного лазерного станка и бесценные знания.

Он работает на двух микроконтроллерах, arduino с GRBL и raspberry pi с сенсорным экраном, чтобы сделать его автономным устройством и управлять им. Это означает, что вам не нужен компьютер для отправки файлов на вашу машину. К сожалению, на данный момент у меня нет на это времени, поэтому сенсорный экран теперь используется только для управления дополнительными функциями, такими как освещение, пневматическая система и насос. В будущем я обязательно продолжу работу над этим проектом, чтобы сделать его автономным устройством.

Важно! В этой машине используется лазер мощностью 40 Вт! Я принял все меры предосторожности при проектировании корпуса, и лазер будет активироваться только при закрытой крышке. Всегда используйте защитные очки при проверке лазера. Даже отраженный луч может быть очень опасным для глаза! Я не несу ответственности за возможные несчастные случаи.

Я очень надеюсь, что вам понравятся моя инструкция, и она поможет некоторым из вас построить свой собственный лазерный станок!

Примечание: Данная статья является переводом. Часть файлов доступных для загрузки помимо английского может быть на нидерландском языке.

Шаг 1: Дизайн

На этом этапе я расскажу о конструкции этой машины. На этом шаге нет файлов для загрузки. Я добавлю эти файлы на этапах, где я буду рассказывать о сборке или установке отдельных частей лазерного резака. Что касается этого шага, я просто объясню, как и почему я пришел к этому дизайну. Я вдохновлялся внешним видом дизайна лазерного резака серии hobby от Full Spectrum Laser.

Прежде чем сделать набросок того, как должна выглядеть машина, я составил список вещей, которые нужно учитывать при ее проектировании.

Первое и самое главное безопасность! При создании данной машины не забывайте, что безопасность является приоритетом. Поскольку этот лазерный резак использует CO2-лазер мощностью 40 Вт, очевидно, что лазерный луч и даже его отражения. Должны оставаться внутри станка. Поэтому для чехла машины я использовал темную акриловую пластину. Пластина достаточно прозрачная, чтобы вы могли видеть, что происходит внутри. Для боковых панелей я использовал ламинат высокого давления, потому что он хорошо выглядит и устойчив к лазерному излучению.

Второй фактор, который я имел в виду, - это размер рабочей зоны и самого резака. Я хотел, чтобы у него была большая площадь реза 600 на 1000 миллиметров. Зачем строить маленькую машину, если можно построить большую? Поскольку это все еще машина, сделанная своими руками, я хотел, чтобы при необходимости было легко заменять или добавлять детали. Поэтому поля всех отдельных «комнат» в машине выбраны немного шире.

Помня о простоте сборки и возможной модификации этого лазерного резака, я решил построить раму из Т-образных алюминиевых 30x30 профилей.

Теперь я объясню базовый дизайн этого проекта. На изображениях этого шага я добавил несколько черновиков, которые показывают вам различные ракурсы каркаса. Конструкция состоит из пяти отдельных мест. Самое большое пространство - это рабочая зона лазерного резака. Пространство сразу за рабочей зоной - это вентиляционная комната, все пары будут всасываться из рабочей зоны в это место и выводиться наружу по вентиляционному шлангу. За вентиляционным помещением расположены два пространства друг над другом. Верхнее пространство - это пространство, куда войдет лазер. Я хотел, чтобы лазер не находился в рабочей зоне, потому что было бы плохо, если бы он был во всех этих парах. Нижнее пространство - это пространство, где будут находиться резервуар для воды и водяной насос, они необходимы для охлаждения лазера. Последняя комната - это пространство справа от машины, где будет вся электроника, драйверы, расходные материалы и сенсорный экран. Отдельные зоны пространства будут разделены акрилом толщиной 3 мм.

Шаг 2: Спецификация материалов

Я составил полную ведомость материалов, в которой есть всё необходимое для создания собственного лазерного резака. Большинство запчастей можно заказать на aliexpress, некоторые на ebay. Общая стоимость этих деталей составляет около 161 тысячи рублей. Единственное, что не включено в эту цену, - это стоимость доставки (в общей сложности около 4400 рублей) и нить для 3D-принтера. Я использовал чуть меньше двух рулонов PLA-нити (3600 рублей) для печати всех деталей. Общая стоимость этого потрясающего лазерного резака составляет около 170 тысяч рублей.

В спецификации отдельные пластины не упоминаются, потому что вы получите дополнительную информацию о них на шаге 7. Я потратил в общей сложности около 32 тысяч рублей на эти пластины.

Я также только что упомянул «гайки и болты» в спецификации. Если вы посмотрите на картинку, которую я загрузил на этом этапе, вы увидите, какие именно гайки и болты (с номером DIN) и сколько из них я купил. Я действительно не знаю, сколько из них я использовал, но количество, которое я упомянул, определенно подойдет.

Я выбрал лазерную головку с подвижной линзой, поэтому вы можете настроить расстояние по оси Z между линзой и материалом, который вы хотите вырезать, чтобы правильно установить точку фокусировки.

Шаг 3: 3D-печать некоторых вещей

Многие детали этого лазерного резака напечатаны на моем 3D-принтерe. Я загрузил все файлы, которые нужно напечатать на 3D-принтере, прежде чем вы сможете начать сборку собственной машины. В названиях этих STL-файлов я упомянул, сколько раз нужно распечатать каждую часть (названия частей написаны на голландском языке).

Вы можете увидеть некоторые из этих частей на фотографии, но не все они на нем представлены.

Цвет деталей на самом деле не имеет значения, но я напечатал все внутренние части красным цветом, а внешние части черным (некоторые внутренние части тоже пришлось напечатать черным, потому, что у меня закончилась красная нить.

Если у вас нет 3D-принтера и вы не знаете никого с принтером, вам не обязательно покупать его самостоятельно. Вы можете просто воспользоваться услугами 3D-печати, такими как 3D-хабы , это очень просто.

Лазерный станок с ЧПУ своими руками

Лазерный станок с ЧПУ — высокоточное устройство, которое предназначено для гравировки по фанере, а при достаточной мощности лазера — и для резки фанерных листов. Тем не менее, собрать такой аппарат можно в домашней мастерской, в гараже и даже на кухне. Главное — правильно подобрать компоненты и точно их установить.

Читайте нашу подробную инструкцию, если интересуетесь сборкой самодельного лазерного станка.

Содержание

Материалы для сборки лазерного станка ЧПУ своими руками

Материалы, необходимые для самостоятельной сборки лазерного ЧПУ-станка, зависят от требуемых модификаций. Чем более мощный и производительный требуется станок, тем больше деталей, и тем сложнее необходимые компоненты (особенно, оптическая составляющая). То же самое можно сказать про процесс сборки. Создание аппарата с рабочим столом площадью от 0,5 кв. м требует гораздо больше сил и опыта, чем постройка небольшого настольного станка с рабочим полем формата A4.

Параметры компонентов зависят от модификации будущего станка, в целом, список компонентов для самодельного лазерного станка с ЧПУ стандартный:

Лазер мощностью от минимальной, достаточной для выжигания по фанере, около 0,5 Вт, до 40 Вт;
3 зеркала на шарнирах;
Фокусирующая линза, установленная в специальную голову;
Система охлаждения (комплекс воздушного и/или жидкостного охлаждения);
Древесная плита для корпуса;
Направляющие – металлические профили;
Держатели направляющих;
Подшипники (линейные и опорные) и втулки скольжения;
3 шаговых двигателя;
Контроллер двигателей;
Блок питания контроллера;
Ходовые винты и гайки;
Электрические провода;
Шкивы для ременной передачи и ремни зубчатого типа;
Концевые выключатели.

Главный вопрос — где найти лазер. Для начала стоит определить, какой источник лазера необходим — диодный лазер или CO2-трубка. Приобрести источники лазера можно как на AliExpress или eBay, так и в специализированных магазинах. Также можно найти аналог диодного лазера, например — использовать лазер из пишущего DVD-плеера. В любом случае, необходимо понимать, как работает излучатель на максимальной мощности. От этого зависит назначение и конструкция станка. На стадии сборки необходимо определить, какой трансформатор понадобится для лазера, и какая система нужна для охлаждения излучателя, а также лазерной головы с линзой.

Прежде всего, необходимо спроектировать лазерный станок. Для этого подходит любая CAD-программа. Некоторые детали, например — держатели зеркал и корпус лазерной головы, рекомендуется для простоты напечатать на 3D-принтере. Чтобы обеспечить максимальную точность и прочность деталей за разумную цену, рекомендуется использовать PETG. Это прочный пластик, со стойкостью к нагреву до 75 °C.

Как собрать лазерный станок с ЧПУ своими руками: пошаговая инструкция

Сборка лазерного станка с ЧПУ из вышеперечисленных компонентов состоит из нескольких этапов.

Создание основания. Чаще всего используют 10-мм фанеру, для крупных станков стоит задуматься о металлическом сварном каркасе.
Фиксация боковых стенок, которые изготовлены из древесных плит или тонкого металла.
Изготовление подвижных боковых стенок, с отверстиями для направляющих по оси Х.
Крепление направляющих по оси Y. На этих направляющих предварительно размещают подвижные боковые стенки.
Сборка рабочей головы станка. Принципиально конструкция должна предусматривать возможность крепления на направляющих, а также горизонтальное размещение фокусирующей линзы.
Монтаж оптической установки — лазера и зеркал, монтаж электроники и охлаждающей системы.
Подключение ЧПУ-станка к электросети и отладка оборудования.

После проверки всех элементов можно начинать подготовку станка к работе.

Электроника для самодельного лазерного ЧПУ-станка

Точность работы станка с ЧПУ непосредственно зависит от особенностей управляющей электроники. Электронные «мозги» станка — контроллер, — обеспечивают передачу команд с компьютера на шаговые двигатели. Для этого необходима управляющая программа, передающая команды в форме G-кода. Также контроллер отвечает за включение и выключение лазера в нужные моменты.

Контроллер можно приобрести в собранном виде, либо создать устройство самостоятельно, используя в качестве основы популярную управляющую плату. Среди распространенных плат можно выделить KY-2012 (5 Axis CNC Breakout Board for Stepper Motor Driver с DB25 Cable) и Arduino.

Настройка и отладка самодельного лазерного станка

Самой ответственной частью работы является настройка оптической системы. Работа по отладке узлов производится пошагово: от лазерного излучателя к лазерной голове. Следует помнить, что в процессе работы с лазером обязательно необходимо носить защитные очки, которые рассчитаны на блокировку оптического излучения с определенной длиной волны. Также следует помнить, что лазеры обладают большой оптической мощностью, поэтому следует аккуратно работать с оборудованием при включенном лазере и всегда надевать защитные очки.

Самостоятельная настройка станка с ЧПУ:

Убедиться, что охлаждающая система CO2-трубки или вентиляторы охлаждения диодного лазера функционируют исправно;
Перемещая излучатель, добиться, чтобы луч попадал в центр первого зеркала;
Регулируя первое зеркало, получить на втором зеркале отражение в центре;
Регулируя второе зеркало, добиваемся попадания луча в зеркало, расположенное в лазерной голове станка.

Самостоятельная сборка лазерного станка с ЧПУ требует, в первую очередь, хороших знаний электротехники. Если инженер способен собрать оборудование с учетом всех параметров, ему не составит труда построить корпус с направляющими и провести отладку оптической системы.

А если вы не готовы тратить время на это в высшей степени увлекательное, но трудоемкое занятие, и рисковать деньгами, — покупайте лазерные станки различной мощности в Top 3D Shop.

Большой портальный фрезерный станок с ЧПУ своими руками

Здравствуй дорогой читатель, в этой статье хочу поделиться своим опытом постройки фрезерного портального станка с числовым программным управлением.

Подобных историй в сети очень много, и я наверное мало кого удивлю, но может эта статья будет кому то полезна. Эта история началась в конце 2016 года, когда я со своим другом – партнером по разработке и производству испытательной техники аккумулировали некую денежную сумму. Дабы просто не прогулять деньги (дело то молодое), решили их вложить в дело, после чего пришла в голову идея изготовления станка с ЧПУ. У меня уже имелся опыт постройки и работы с подобного рода техникой, да и основной областью нашей деятельности является конструирование и металлообработка, что сопутствовало идее с постройкой станка ЧПУ.

Вот тогда то и началась движуха, которая длиться и по сей день…

Продолжилось все с изучения форумов посвященных ЧПУ тематике и выбора основной концепции конструкции станка. Предварительно определившись с обрабатываемыми материалами на будущем станке и его рабочим полем, появились первые бумажные эскизы, в последствии которые были перенесены в компьютер. В среде трех мерного моделирования КОМПАС 3D, станок визуализировался и стал обрастать более мелкими деталями и нюансами, которых оказалось больше чем хотелось бы, некоторые решаем и по сей день.

Одним из начальных решений было определение обрабатываемых на станке материалов и размеры рабочего поля станка. Что касается материалов, то решение было достаточно простым — это дерево, пластик, композитные материалы и цветные металлы (в основном дюраль). Так как у нас на производстве в основном металлообрабатывающие станки, то иногда требуется станок, который обрабатывал бы быстро по криволинейной траектории достаточно простые в обработке материалы, а это в последствии удешевило бы производство заказываемых деталей. Отталкиваясь от выбранных материалов, в основном поставляемых листовой фасовкой, со стандартными размерами 2,44х1,22 метра (ГОСТ 30427-96 для фанеры). Округлив эти размеры пришли к таким значениям: 2,5х1,5 метра, рабочее пространство определенно, за исключением высоты подъёма инструмента, это значение выбрали из соображения возможности установки тисков и предположили что заготовок толще 200мм у нас не будет. Так же учли тот момент, если потребуется обработать торец какой либо листовой детали длиной более 200мм, для этого инструмент выезжает за габариты основания станка, а сама деталь/заготовка крепится к торцевой стороне основания, тем самым может происходить обработка торца детали.

Конструкция станка представляет собой сборное рамное основание из 80-й профильной трубы со стенкой 4мм. По обе стороны длинны основания, закреплены профильные направляющие качения 25-го типоразмера, на которые установлен портал, выполненный в виде трех сваренных вместе профильных трубы того же типоразмера что и основание.

Станок четырех осевой и каждую ось приводит в движение шарико-винтовая передача. Две оси расположены параллельно по длинной стороне станка, спаренных программно и привязанных к Х координате. Соответственно оставшиеся две оси – это Y и Z координаты.

Почему именно остановились на сборной раме: изначально хотели делать чисто сварную конструкцию с закладными приваренными листами под фрезеровку, установку направляющих и опор ШВП, но для фрезеровки не нашли достаточно большого фрезерно-координатного станка. Пришлось рисовать сборную раму, чтобы была возможность обработать все детали своими силами с имеющимися на производстве металлообрабатывающими станками. Каждая деталь, которая подвергалась воздействию электродуговой сварки, была отожжена для снятия внутренних напряжений. Далее все сопрягаемые поверхности были выфрезерованны, и в последствии подгонки пришлось местами шабрить.

Залезая вперед, сразу хочу сказать, что сборка и изготовление рамы оказалась самым трудоемким и финансово затратным мероприятием в постройке станка. Первоначальная идея с цельно сваренной рамой по всем параметрам обходит сборную конструкцию, по нашему мнению. Хотя многие могут со мной и не согласиться.

Многие любители и не только, собирают такого рода и размера (и даже большего) станки у себя в мастерской или гараже, делая целиком сварную раму, но без последующего отжига и механической обработки за исключением сверления отверстий под крепление направляющих. Даже если повезло со сварщиком, и он сварил конструкцию с достаточно хорошей геометрией, то в последствии работы этого станка ввиду дребезга и вибраций, его геометрия будет уходить, меняться. Я конечно могу во многом ошибаться, но если кто то в курсе этого вопроса, то прошу поделиться знаниями в комментариях.

Сразу хочу оговориться, что станки из алюминиевого конструкционного профиля мы тут пока рассматривать не будем, это скорее вопрос другой статьи.

Продолжая сборку станка и обсуждая его на форумах, многие начали советовать сделать внутри рамы и снаружи диагональные стальные укосины для добавления еще большей жесткости. Мы этим советом пренебрегать не стали, но и добавлять укосины в конструкцию то же, так как рама получилась достаточно массивной (около 400 кг). А по завершению проекта, периметр обошъётся листовой сталью, что дополнительно свяжет конструкцию.

Давайте теперь перейдем к механическому вопросу этого проекта. Как было ранее сказано, движение осей станка осуществлялось через шарико–винтовую пару диаметром 25мм и шагом 10мм, вращение которой передается от шаговых двигателей с 86 и 57 фланцами. Изначально предполагали вращать непосредственно сам винт, дабы избавиться от лишних люфтов и дополнительных передач, но без них не обошлось в виду того, что при прямом соединении двигателя и винта, последний на больших скоростях начало бы разматывать, особенно когда портал находится в крайних положениях. Учитывая тот факт, что длина винтов по Х оси составила почти три метра, и для меньшего провисания был заложен винт диаметром 25мм, иначе хватило бы и 16 мм-го винта.

Этот нюанс обнаружился уже в процессе производства деталей, и пришлось быстрым темпом решать эту проблему путем изготовления вращающейся гайки, а не винта, что добавило в конструкцию дополнительный подшипниковый узел и ременную передачу. Такое решение так же позволило хорошо натянуть винт между опорами.

Конструкция вращающейся гайки довольно проста. Изначально подобрали два конических шарикоподшипника, которые зеркально одеваются на ШВП гайку, предварительно нарезав резьбу с ее конца, для фиксации обоймы подшипников на гайке. Подшипники вместе с гайкой вставали в корпус, в свою очередь вся конструкция крепится на торце стойки портала. Спереди ШВП гайки закрепили на винты переходную втулку, которую в последствии в собранном виде на оправке обточили для придания соостности. На неё одели шкив и поджали двумя контргайками.

Очевидно, что некоторые из вас, зададутся вопросом о том – «Почему бы не использовать в качестве механизма передающего движения зубчатую рейку?». Ответ достаточно прост: ШВП обеспечит точность позиционирования, большую двигающую силу, и соответственно меньший момент на валу двигателя (это то, что я с ходу вспомнил). Но есть и минусы – более низкая скорость перемещения и если брать винты нормального качества, то соответственно и цена.
Кстати, мы взяли ШВП винты и гайки фирмы TBI, достаточно бюджетный вариант, но и качество соответствующее, так как из взятых 9 метров винта, пришлось выкинуть 3 метра, ввиду несоответствия геометрических размеров, ни одна из гаек просто не накрутилась…

В качестве направляющих скольжения, были использованы профильные направляющие рельсового типоразмера 25мм, фирмы HIWIN. Под их установку были выфрезерованны установочные пазы для соблюдения параллельности между направляющими.

Опоры ШВП решили изготовить собственными силами, они получились двух видов: опоры под вращающиеся винты (Y и Z оси) и опоры под не вращающиеся винты (ось Х). Опоры под вращающиеся винты можно было купить, так как экономии ввиду собственного изготовления 4 деталей вышло мало. Другое дело с опорами под не вращающиеся винты – таких опор в продаже не найти.

Из сказанного ранее, ось Х приводится в движение вращающимися гайками и через ременную зубчатую передачу. Так же через ременную зубчатую передачу решили сделать и две другие оси Y и Z, это добавит большей мобильности в изменении передаваемого момента, добавит эстетики в виду установки двигателя не вдоль оси винта ШВП, а сбоку от него, не увеличивая габариты станка.

Теперь давайте плавно перейдем к электрической части, и начнем мы с приводов, в качестве них были выбраны шаговые двигатели, разумеется из соображений более низкой цены по сравнению с двигателями с обратной связью. На ось Х поставили два двигателя с 86-м фланцем, на оси Y и Z по двигателю с 56-м фланцем, только с разным максимальным моментом. Ниже постараюсь представить полный список покупных деталей…

Электрическая схема станка довольно проста, шаговые двигатели подключаются к драйверам, те в свою очередь подключается к интерфейсной плате, она же соединяется через параллельный порт LPT с персональным компьютером. Драйверов использовал 4 штуки, соответственно по одной штуке на каждый из двигателей. Все драйвера поставил одинаковые, для упрощения монтажа и подключения, с максимальным током 4А и напряжением 50В. В качестве интерфейсной платы для станков с ЧПУ использовал относительно бюджетный вариант, от отечественного производителя, как указанно на сайте лучший вариант. Но подтверждать или опровергать это не буду, плата проста в своем применении и самое главное, что она работает. В своих прошлых проектах применял платы от китайских производителей, они тоже работают, и по своей периферии мало отличаются, от использованной мной в этом проекте. Заметил во всех этих платах, один может и не существенный, но минус, на них можно всего лишь установить до 3-х концевых выключателя, но на каждую ось требуется как минимум по два таких выключателя. Или я просто не разобрался? Если у нас 3-х осевой станок, то соответственно нам надо установить концевые выключатели в нулевых координатах станка (это еще называется «домашнее положение») и в самых крайних координатах чтобы в случае сбоя или не хватки рабочего поля, та или иная ось просто не вышла из строя (попросту не сломалась). В моей схеме использовано: 3 концевых без контактных индуктивных датчика и аварийная кнопка «Е-СТОП» в виде грибка. Силовая часть запитана от двух импульсных источников питания на 48В. и 8А. Шпиндель с водяным охлаждением на 2,2кВт, соответственно включенный через частотный преобразователь. Обороты устанавливаются с персонального компьютера, так как частотный преобразователь подключен через интерфейсную плату. Обороты регулируются с изменения напряжения (0-10 вольт) на соответствующем выводе частотного преобразователя.

Все электрические компоненты, кроме двигателей, шпинделя и конечных выключателей были смонтированы в электрическом металлическом шкафу. Все управление станком производится от персонального компьютера, нашли старенький ПК на материнской плате форм фактора ATX. Лучше бы, чуть ужались и купили маленький mini-ITX со встроенным процессором и видеокартой. При не малых размерах электрического ящика, все компоненты с трудом разместились внутри, их пришлось располагать достаточно близко друг к другу. В низу ящика разместил три вентилятора принудительного охлаждения, так как воздух в нутрии ящика сильно нагревался. С фронтальной стороны прикрутили металлическую накладку, с отверстиями под кнопки включения питания и кнопки аварийного останова. Так же на этой накладке разместили панельку для включения ПК, ее я снял с корпуса старого мини компьютера, жаль, что он оказался не рабочим. С заднего торца ящика тоже закрепили накладку, в ней разместили отверстия под разъемы для подключения питания 220V, шаговых двигателей, шпинделя и VGA разъем.

Все провода от двигателей, шпинделя, а также водяные шланги его охлаждения проложили в гибкие кабель каналы гусеничного типа шириной 50мм.

Что касается программного обеспечение, то на ПК размещенного в электрическом ящике, установили Windows XP, а для управления станком применили одну из самых распространенных программ Mach3. Настройка программы осуществляется в соответствии с документацией на интерфейсную плату, там все описано достаточно понятно и в картинках. Почему именно Mach3, да все потому же, был опыт работы, про другие программы слышал, но их не рассматривал.

Технические характеристики:

Рабочее пространство, мм: 2700х1670х200;
Скорость перемещения осей, мм/мин: 3000;
Мощность шпинделя, кВт: 2,2;
Габариты, мм: 2800х2070х1570;
Вес, кг: 1430.

Список деталей:

Профильная труба 80х80 мм.
Полоса металлическая 10х80мм.
ШВП TBI 2510, 9 метров.
ШВП гайки TBI 2510, 4 шт.
Профильные направляющие HIWIN каретка HGH25-CA, 12 шт.
Рельс HGH25, 10 метров.
Шаговые двигатели:
NEMA34-8801: 3 шт.
NEMA 23_2430: 1шт.
Шкив BLA-25-5M-15-A-N14: 4 шт.
Шкив BLA-40-T5-20-A-N 19: 2 шт.
Шкив BLA-30-T5-20-A-N14: 2 шт.

Плата интерфейсная StepMaster v2.5: 1 шт.
Драйвер шагового двигателя DM542: 4шт. (Китай)
Импульсный источник питания 48В, 8А: 2шт. (Китай)
Частотный преобразователь на 2,2 кВт. (Китай)
Шпиндель на 2,2 кВт. (Китай)

Основные детали и компоненты вроде перечислил, если что-то не включил, то пишите в комментарии, добавлю.

Опыт работы на станке: В конечном итоге спустя почти полтора года, станок мы все же запустили. Сначала настроили точность позиционирования осей и их максимальную скорость. По словам более опытных коллег максимальная скорость в 3м/мин не высока и должна быть раза в три выше (для обработки дерева, фанеры и т.п.). При той скорости, которой мы достигли, портал и другие оси упершись в них руками (всем телом) почти не остановить — прёт как танк. Начали испытания с обработки фанеры, фреза идет как по маслу, вибрации станка нет, но и углублялись максимум на 10мм за один проход. Хотя после заглубляться стали на меньшую глубину.

По игравшись с деревом и пластиком, решили погрызть дюраль, тут я был в восторге, хоть и сломал сначала несколько фрез диаметром 2 мм, пока подбирал режимы резания. Дюраль режет очень уверенно, и получается достаточно чистый срез, по обработанной кромке.

Сталь пока обрабатывать не пробовали, но думаю, что как минимум гравировку станок потянет, а для фрезеровки шпиндель слабоват, жалко его убивать.

А в остальном станок отлично справляется с поставленными перед ним задачами.

Вывод, мнение о проделанной работе: Работа проделана не малая, мы в итоге изрядно приустали, так как ни кто не отменял основную работу. Да и денег вложено не мало, точную сумму не скажу, но это порядка 400т.р. Помимо затрат на комплектацию, основная часть расходов и большая часть сил, ушла на изготовление основания. Ух как мы с ним намаялись. А в остальном все делалось по мере поступления средств, времени и готовых деталей для продолжения сборки.

Станок получился вполне работоспособным, достаточно жестким, массивным и качественным. Поддерживающий хорошую точность позиционирования. При измерении квадрата из дюрали, размерами 40х40, точность получилась +- 0,05мм. Точность обработки более габаритных деталей не замеряли.

Что дальше…: По станку есть еще достаточно работы, в виде закрытия пыле — защитой направляющих и ШВП, обшивки станка по периметру и установки перекрытий в середине основания, которые будут образовывать 4 больших полки, под объем охлаждения шпинделя, хранения инструмента и оснастки. Одну из четвертей основания хотели оснастить четвертой осью. Также требуется на шпиндель установить циклон для отвода и сбора стружки о пыли, особенно если обрабатывать дерево или текстолит, от них пыль летит везде и осаждается повсюду.

Что касается дальнейшей судьбы станка то тут все не однозначно, так как у меня возник территориальный вопрос (я переехал в другой город), и станком заниматься сейчас почти некому. И вышеперечисленные планы не факт что сбудутся. Не кто этого два года назад и предположить не мог.

В случае продажи станка с его ценником все не понятно. Так как по себестоимости продавать откровенно жалко, а адекватная цена в голову пока не приходит.

На этом я пожалуй закончу свой рассказ. Если что-то я не осветил, то пишите мне, и я постараюсь дополнить текст. А в остальном многое показано в видео про изготовления станка на моем YouTube канале.

Плазменный станок с ЧПУ — своими руками

Что такое станок плазменной резки с ЧПУ? Это машина с компьютерным управлением, которая может прорезать любой электропроводящий материал (сталь/нержавеющая сталь/алюминий/медь). Машина берет созданный на компьютере 2D-эскиз и преобразует его в систему числового программного управления (ЧПУ), которая соединена с плазменным резаком. Плазменный резак использует электрическую дугу и сжатый воздух, чтобы прорезать проводящий материал.

Я спроектировал и построил этот плазменный резак в своей личной мастерской, используя несколько готовых компонентов вместе с некоторыми сборками, изготовленными на заказ.

Ознакомьтесь со следующими шагами, чтобы получить подробный обзор моей сборки плазменной машины с ЧПУ!

Примечание: данная статья является переводом.

Шаг 1: Планирование и компоненты

Планирование:

Перед тем как начать, мне нужно было ответить на пару ключевых вопросов:

Насколько большой стол с ЧПУ я хочу сделать?
Какова максимальная толщина материала, который мне нужно разрезать?

Эти два вопроса будут определять остальную часть вашего проекта. Я решил построить стол, на котором можно разместить лист материала размером 4x8 футов. Основываясь на том, что я обычно изготавливаю, я хотел иметь возможность прорезать сталь толщиной как минимум 1/4 дюйма.

Я также включил в дизайн несколько уникальных моментов:

Опускающиеся ролики для удобства передвижения;
Система вытяжки для удаления пыли и дыма;
Система всасывания в точке сопла и водяной затвор для вытягивания мелких частиц вблизи режущего наконечника;
Съемная режущая поверхность - позволяет мне снять режущую поверхность и вставить поддон для воды для альтернативного метода борьбы с дымом и пылью.

Задействованные компоненты:

Ниже приведен общий список основных компонентов станка плазменной резки с ЧПУ:

Аппарат плазменной резки - я решил приобрести плазменный резак Hypertherm Powermax 65 для этой сборки. Эта машина способна резать сталь толщиной 1 дюйм.
Воздушный компрессор - плазменным резакам требуется подача воздуха для работы и резки материалов. Я выбрал воздушный компрессор Ingersoll на 80 галлонов, у которого не должно быть проблем с обеспечением подачи воздуха из системы.
Пакет управления двигателем с ЧПУ - это приводы и двигатели, которые управляют движением плазменного резака. Я купил свою систему в компании CandCNC. Эта система включала в себя все 4 шаговых двигателя и драйверы двигателей в одном полном комплекте.
Основание стола - я изготовил основание стола на заказ, используя поверхность для резки. Основная рама изготовлена из квадратной трубы 2x0.12 дюйма.
Портальный узел - сюда входят все подшипники, шестерни, зубчатые направляющие и структурные компоненты, составляющие подвижный портал наверху стола. Вы можете приобрести эти детали по отдельности или приобрести полный комплект для портала. Я решил купить свой портал у Precision Plasma.
Программное обеспечение - требуется несколько различных типов программного обеспечения:
- Программное обеспечение для проектирования САПР - программное обеспечение для автоматизированного проектирования позволяет создавать эскизы и конструировать детали перед их вырезанием. AutoCad или Fusion 360 - отличные варианты для программ проектирования САПР.
- Программное обеспечение CAM для плазменной резки - программное обеспечение для автоматизированного производства преобразует ваш эскиз САПР в код (обычно G-Code), который система плазменной резки с ЧПУ может считывать и интерпретировать. Я запускаю SheetCAM в своей системе.
- Программное обеспечение управления ЧПУ - это программное обеспечение считывает G-код и отправляет его двигателям на столе ЧПУ. В моей системе используется управляющее по Mach3 с ЧПУ
Шаг 2: Изготовление основания стола

Я начал с создания основной рамы из квадратных труб 2"x2"x11ga и прямоугольных 2"x3"x11ga. Я добавил опускающиеся ролики, которые закреплены на месте для легкой мобильности. Я также расширил свои рельсовые направляющие таким образом, чтобы портал полностью перемещался по площади 4x8 футов, чтобы обеспечить легкую загрузку стальных листов. Размеры портала определяли ширину основания стола.

Шаг 3: Изготовление режущей поверхности

Режущую поверхность я спроектировал как съемный узел. Это позволяет мне приподнять её и вставить поддон для воды в качестве опции для защиты от пыли и дыма. Эта режущая поверхность использует направляющие планки 2x1/8" и была изготовлена из следующих материалов:
- прямоугольная труба 2"x3"x11ga;
- квадратная труба 2"x2"x11ga;
- квадратная труба 1"x1"x14ga;
- 2x.25-дюймовый плоский стержень.
Шаг 4: Сборка основания стола и режущей поверхности

Режущая поверхность опускается на основание стола. Набор холоднокатаных плоских прутков шириной 3 дюйма и толщиной 3/8 дюйма служат направляющими для портала. Холоднокатаные материалы сохраняют более высокие допуски на размеры, чем горячекатаные. Эти направляющие крепятся болтами к верхней части основной рамы. Холоднокатаные материалы имеют более высокие допуски по размерам, чем горячекатаные. Эти направляющие крепятся болтами к верхней части основной рамы.

Шаг 5: Стендовые испытания системы управления двигателем

Прежде чем подключать двигатели и проводку, целесообразно провести стендовые испытания системы. Это позволит убедиться, что все двигатели и соединения полностью исправны и запрограммированы на вращение в правильном направлении. Инструкции, прилагаемые к моему набору управления двигателем CandCNC, помогли упростить этот процесс.

На этом этапе я также подключил свой плазменный резак Hypertherm, чтобы он автоматически запускался по сигналу от блока управления CandCNC. Инструкции CancCNC помогли мне пройти через этот процесс подключения.

Шаг 6: Сборка портала

После изготовления основания стола и режущей поверхности следующим шагом была сборка и установка портала. Моя портальная система от Precision Plasma была построена из экструдированного алюминия.

Этот портал оснащен осью Z, позволяющей регулировать высоту резака (THC). Контроль высоты резака - очень желательная функция для плазменных столов с ЧПУ. Это позволяет осуществлять активный и автоматический контроль расстояния между наконечником резака и разрезаемым материалом. Система обратной связи напряжения автоматически поддерживает заданное расстояние, даже если разрезаемый материал начинает деформироваться. Без THC существует риск столкновения резака с заготовкой. Система THC также продлевает срок службы расходных материалов плазменного резака (электрода/наконечника/сопла).

Я также решил использовать приводы с ременным редуктором для каждого двигателя. Это помогло сгладить работу и движение портала.

Шаг 7: Создание рабочего стола/центра управления

Я изготовил стол из квадратной трубы диаметром 1,5 дюйма для своего компьютера и монитора. Некоторые монтируют свои компьютеры прямо на базу ЧПУ. Я решил сделать систему управления отдельным узлом. Мой компьютер находится под столом. Впоследствии я добавил лист металла вокруг стола, чтобы защитить компьютер от пыли.

Шаг 8: Добавление системы приточной вентиляции

Эффективное средство для отвода дыма и пыли во время работы плазменной системы с ЧПУ крайне необходимо. Для этого существует два распространенных метода: водяной стол или вытяжка. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки

Водяной стол — этот тип включает резервуар с водой (часто обработанный ингибитором коррозии и бактерий), который находится непосредственно прямо под разрезаемым материалом. Вода задерживает большую часть пыли возникающей при резке и помогает сохранить материал прохладным. Однако во время резки вода часто разбрызгивается и требует постоянного технического обслуживания, чтобы ваша портальная система оставалась сухой и чистой.

Вытяжка — этот тип использует поток воздуха с механическим приводом для всасывания пыли и паров вниз в стол и наружу в желаемое место. С правильными вентиляторами и достаточным потоком воздуха этот метод работает очень хорошо. Однако он не обеспечивает возможности охлаждения материала, который обеспечивает поддон для воды. Охлаждение материала полезно для уменьшения деформации, особенно при резке тонких материалов.

Я решил встроить в свой стол вытяжку, но оставил возможность использования водяного стола с помощью съемной режущей поверхности. Я начал с того, что обшил основание стола алюминиевым листом. Я подключил 4 точки всасывания, используя 10-дюймовый воздуховод HVAC. У каждой точки всасывания есть ползунок, который позволяет мне направлять максимальное количество всасывания в определенные квадранты стола. Для питания моего нисходящего потока я использовал два промышленных кухонных вытяжных вентилятора. Эти вентиляторы обычно монтируются на крыше или стене и выбрасывают воздух радиально во всех направлениях. Я модифицировал вентиляторы, чтобы они выбрасывали воздух в одном направлении, используя некоторые специально построенные воздуховоды. Мои вентиляторы выдувают всю пыль и дым за пределы моей мастерской.

Впоследствии я также добавил систему всасывания в точке сопла. Я использовал 1,5-дюймовый сливной шланг и направил его от режущего наконечника через кабельные дорожки портала вниз к ведру объемом 5 галлонов, которое также подключено к магазинному пылесосу. Частично наполнив 5-литровое ведро водой, я создал временный водяной затвор, который помогает улавливать мелкую пыль и частицы.

Читайте также: