Создайте фрезерный станок с ЧПУ, напечатанный на 3D-принтере:точность 0,05 мм на металле и дереве — пошаговое руководство

В этом уроке мы узнаем, как построить станок с ЧПУ, используя пошаговое руководство, чтобы вы могли легко построить его самостоятельно. 

Это полностью напечатанный на 3D-принтере станок с ЧПУ или фрезерный станок с ЧПУ, который я разработал с двумя конкретными целями:сделать его максимально жестким и максимально простым в сборке.

Обзор

Жесткость напрямую влияет на производительность станка, и, помимо гравировки и резки дерева, я хотел, чтобы этот фрезерный станок с ЧПУ мог гравировать и резать алюминий. Оказалось, что он может это делать вполне уверенно.

Вот пример обработки пропеллера из алюминия. После небольшой шлифовки поверхность пропеллера стала очень гладкой.

Я также провел несколько тестов на точность, вырезав различные фигуры из алюминия. Если мы используем соответствующие подачи и скорости, мы можем получить алюминиевые детали с точностью до 0,05 мм.

Я думаю, что это точность спуска, учитывая, что это 3D-печатный станок с ЧПУ, использующий триммерный фрезер, а также Arduino UNO и GRBL для управления движением. 

Гравировать алюминий – дело несложное. Я сделал несколько гравировок на брелках с очень мелкими деталями (менее 1 мм), и получилось великолепно.

Я также попробовал гравировать латунь, и это тоже получилось великолепно.

Модель с Etsy

Этот напечатанный на 3D-принтере фрезерный станок с ЧПУ способен резать даже сталь.

Моя вторая цель в отношении этого станка с ЧПУ заключалась в том, чтобы его сборка была как можно более простой, а это означало, что я не хотел использовать какой-либо электроинструмент для изготовления станка, не резать алюминиевые профили пилой, не сверлить, не нарезать резьбу... Ничего.

Литературно, вы можете построить этот станок с ЧПУ, используя всего лишь набор шестигранных ключей, потому что я специально разработал его для использования только стандартных компонентов, которые можно легко найти на таких сайтах, как Amazon, AliExpress или в любом другом магазине по вашему выбору. Итак, это почти как набор для самостоятельной сборки, который вам просто нужно собрать. Ниже вы можете найти полный список компонентов, необходимых для этой сборки ЧПУ.

Хотя (конечно, есть оговорка), чтобы изготовить этот станок с ЧПУ, вам понадобится 3D-принтер, но я не думаю, что это имеет большое значение, как будто у вас его нет, в настоящее время существует так много услуг 3D-печати, откуда вы можете легко получить для него 3D-печатные детали.

Я называю его полностью напечатанным на 3D-принтере станком с ЧПУ, поскольку вся конструкция с ЧПУ основана на напечатанных на 3D-принтере деталях, включая пластины осей X и Z, крепление фрезерного станка и даже блоки шарико-винтовых подшипников, напечатанные на 3D-принтере.

Конструкция была оптимизирована, чтобы максимально эффективно использовать тот факт, что мы можем легко печатать сложные детали на 3D-принтере. В сочетании с алюминиевыми профилями 20x40 мм, линейными направляющими 15 мм и шариковыми винтами 16 мм, я думаю, мне удалось добиться приличных характеристик. Он способен гравировать и даже прецизионные детали из алюминия, а деревянные изделия проще говоря; он может легко разрезать любую твердую древесину, а гравюры на дереве просто идеальны. Просто взгляните на этот 3D-рельеф размером 340x340 мм из твердой древесины бука. Выглядит потрясающе.

Рабочая область 450x350x110 мм, но самое интересное то, что мы можем легко масштабировать этот станок с ЧПУ.

Мы можем просто использовать более длинные компоненты для некоторых алюминиевых профилей, линейных направляющих и шариковых винтов, и мы сразу же получим большую рабочую площадь, в то время как все остальные компоненты и сам процесс сборки останутся прежними.

Ниже вы можете найти подробную информацию о том, какие компоненты определяют рабочую зону машины, поэтому вы можете получить желаемую рабочую зону, выбрав правильные компоненты.

Похожие проекты:

3D-модель и файлы загрузки STL

Вы можете просмотреть 3D-модель этого станка с ЧПУ своими руками прямо в веб-браузере с помощью Onshape.

Вы можете получить 3D-модель этого станка с ЧПУ своими руками, а также файлы STL для 3D-печати на сайте Cults3D.

Спецификация

Ниже приведен полный список компонентов, необходимых для этой сборки с ЧПУ своими руками.

Указанные размеры соответствуют размеру здания с ЧПУ, которое я продемонстрировал, с рабочей зоной 450x350 мм.

Компонент Количество Ссылки для покупки Алюминиевый профиль 2080 – 600 мм
(ось Y, нестандартная длина)2Amazon | AliExpress Алюминиевый профиль 2040 – 600 мм
(Ось X, нестандартная длина)3Amazon | Алиэкспресс Алюминиевый профиль 2040 – 700 мм
(Портал по оси X, нестандартная длина)2Amazon | AliExpress Алюминиевый профиль 2040 – 200 мм2Amazon | AliExpress Алюминиевый профиль 2040 — 100 мм2Amazon | AliExpress Линейный рельс HGR15 – 600 мм
(ось Y, нестандартная длина) и (ось X, нестандартная длина)4Amazon | AliExpress Линейный рельс HGR15 – 300 мм (ось Z)2Amazon | AliExpress ШВП SFU1605 – 500 мм
(ось Y, нестандартная длина)2Amazon | AliExpress ШВП SFU1605 – 600 мм
(ось X, нестандартная длина)1Amazon | AliExpress Шарико-винтовая передача SFU1605 — 300 мм (ось Z)1Amazon | AliExpress Соединитель вала от 8 мм до 10 мм4Amazon |Алиэкспресс Радиально-упорные подшипники — 7001 P5-DB A-пара (4 пары)Amazon | AliExpress Контргайка M12x1 мм4Amazon | AliExpress Радиальный шарикоподшипник – 6000 – 2RS 4Amazon | AliExpress Угловой кронштейн 28х20х28мм
(с подходящими гайками с Т-образными пазами и болтами M5)18Amazon | AliExpress Угловой кронштейн 20х20х20мм
(с подходящими гайками с Т-образными пазами и болтами M5)8Amazon | AliExpress Скользящая Т-образная гайка M5100Amazon | AliExpress Молотковая головка M5 T-nut100Amazon | AliExpress Скользящая Т-образная гайка M450Amazon | AliExpress Молотковая головка M4 T-nut50Amazon | AliExpress Шаговый двигатель NEMA23 4Amazon | AliExpress Болты с головкой под торцевой ключ
M3x12мм – 10
М3х16мм – 5
М3х30мм – 5
М4х10мм – 5
М4х12мм – 5
М4х14мм – 60
М4х25мм – 10
М5х12мм – 50
М5х16мм – 40
М5х20мм – 40
М5х30мм – 40
М5х50мм – 25
М5х60мм – 35
М5х70мм – 5 /Амазонка | Алиэкспресс

Раскрытие информации:это партнерские ссылки. Как сотрудник Amazon, я зарабатываю на соответствующих покупках.

Масштабирование ЧПУ – пользовательский размер рабочей области

Если вы хотите увеличить рабочую зону ЧПУ, вы можете просто увеличить размер алюминиевых профилей, линейных направляющих и шариковых винтов для конкретной оси.

Например, чтобы увеличить рабочую площадь по оси Y с 450x350 мм до 450x750 мм, нам необходимо увеличить длину алюминиевого профиля оси Y, линейной направляющей и шариковинтовой передачи. Разница составляет 750-350=400 мм, поэтому нам нужно добавить 300 мм к базовой длине этого станка с ЧПУ для деталей оси Y. Это будет:

• Алюминиевый профиль 2080 – 600 мм + 400 мм =1000 мм
• Линейный рельс HGR15 – 600 мм + 400 мм =1000 мм
• Шариковый винт SFU1605 – 500 мм + 400 мм =900 мм

Тот же принцип используется для масштабирования рабочей зоны станка по оси X. Однако здесь есть одно отличие:если бы мы увеличили размер портала, нам нужно было бы добавить еще один элемент ферменной конструкции.

Масштабирование рабочей области станка с ЧПУ по оси Y

Обратите внимание, что увеличение размера машины по оси X или портала приведет к снижению жесткости всей машины по сравнению с увеличением размера по оси Y, которое почти не влияет на жесткость всей машины.

Сборка

В следующем видео вы найдете полное пошаговое руководство по сборке станка с ЧПУ для 3D-печати своими руками.

Обзор электроники

Я решил разделить это руководство по сборке с ЧПУ и объяснить электронику, а также то, как сделать проводку и блок управления этого станка с ЧПУ, а также как настроить станок и сделать с его помощью первые разрезы, в моем следующем видео. 

Очень быстро:этот станок с ЧПУ основан на Arduino и GRBL. Я использовал Arduino UNO в сочетании с экраном с ЧПУ для простого подключения всего, а для управления шаговыми двигателями NEMA23 я использовал драйверы шаговых двигателей DM542.

Прошивка управления движением — GRBL, а для управления машиной и отправки на нее G-кодов я использовал универсальный отправитель G-кода, они оба с открытым исходным кодом.

Я имею в виду, что это не обязательно должны быть Arduino и GRBL; мы могли бы использовать любой другой контроллер ЧПУ с этой сборкой ЧПУ, например, LinuxCNC, grblHAL, Mach 3 или Mach 4 и другие. Эта комбинация Arduino и GRBL — самый простой и дешевый вариант контроллера с ЧПУ, но, конечно, ему не хватает некоторых расширенных функций, таких как управление в реальном времени и лучшая настраиваемость. Если вам неудобно делать блок управления самостоятельно, существуют готовые к использованию блоки управления с ЧПУ, даже с кабелями для шаговых двигателей в комплекте.

В любом случае, чтобы получить подробное руководство о том, как я построил блок управления для этого 3D-печатного фрезерного станка с ЧПУ, а также как настроить GRBL и управлять машиной, посмотрите следующее видео. Также будет отдельное видео, где я покажу вам, как сделать доску для мусора и пыльник для этого станка с ЧПУ, а также подробно объясню, как приступить к работе и сделать первые разрезы на станке с ЧПУ, и как я сделал эти демонстрационные проекты, которые мы видим здесь.

Прежде чем мы закончим это руководство, я хотел бы показать вам еще несколько вещей, а также то, насколько прочна и точна эта машина, и сколько стоит ее постройка. 

Жесткость и точность

Чтобы продемонстрировать жесткость этого станка с ЧПУ, я вставил в фрезерный станок вал 6 мм и с помощью циферблатного индикатора измерил, насколько станок отклонится при приложении к нему силы. Для этой цели я использую измеритель силы и циферблатный индикатор.

Измерительные инструменты:
Измеритель силы:Amazon | Алиэкспресс
Цифровой индикатор:Amazon. | Алиэкспресс

Сначала я проверяю жесткость по оси X. При силе 50 Н концевая фреза отклоняется примерно на 0,16 мм или на 0,24 мм при силе 70 Н. С другой стороны, отклонение по оси Y составляло около 0,22 мм при силе 50 Н и около 0,32 мм при силе 70 Н.

Это немного худший результат, но этого и следовало ожидать, поскольку это станок с ЧПУ портального типа, который обычно имеет меньшую жесткость по оси Y по сравнению с осью X. 

Что касается жесткости по оси Z, я измерил прогиб около 0,18 мм при силе 50 Н и 0,25 мм при силе 70 Н.

Такая жесткость фрезерного станка с ЧПУ привела к точности в пределах 0,06 мм при резке алюминия с использованием соответствующих подач и скоростей.

Эту тестовую деталь я сделал из алюминия со следующими настройками. Для черновой обработки:DOC 4 мм, WOD 1,2 мм и скорость подачи 1200 мм/мин. Смещение составило 0,3 мм. Затем для окончательного прохода по контуру:DOC 2 мм со скоростью подачи 500 мм/мин. Я измерил деталь с помощью цифрового циферблатного индикатора, и все формы во всех направлениях имели точность 0,06 мм.

Я скажу это снова; Я думаю, что это довольно приличный результат, учитывая, что это полностью напечатанный на 3D-принтере фрезерный станок с ЧПУ, использующий триммерный фрезер, а также Arduino и GRBL для управления движением.

Витрина

Вот некоторые из проектов, которые я сделал на этом станке с ЧПУ своими руками.

• 3D-рельеф

Модель с Etsy – Ram Head

• Резьба и черновая обработка V-образными битами

Модель с Etsy — Коробка-сердечко

• Инкрустация с ЧПУ

• Гравировка на алюминии

• Гравюра на латуни

Модель с Etsy — Голова Дракона

• Изготовление пропеллера из алюминия

Тем не менее, следите за обновлениями, поскольку будет появляться больше контента, связанного с ЧПУ. Я также создам Discord или нечто подобное, чтобы все могли поделиться своим опытом создания этого станка с ЧПУ и создать вокруг него сообщество для решения проблем и улучшения станка.