Для многих проектов фрезерный станок с ЧПУ необходим для хороших и быстрых результатов. После некоторого исследования существующих на данный момент машин CNC, я пришел к выводу, что все машины с ценой до 150 тыс. не могут удовлетворить мои потребности в отношении рабочего пространства и точности.
Что я хочу:
- рабочее пространство 900 х 400 х 120 мм
- относительно тихий шпиндель с высокой мощностью на низких скоростях вращения
- максимально возможная жесткость (для фрезерования алюминиевых деталей)
- максимально возможная точность
- USB-интерфейс
- потратить до 150 тыс. рублей
С этими требованиями я начал 3D конструирование с разработкой схем и чертежей, проверяя множество доступных деталей. Основное требование: части должны сочетаться друг с другом. В конце концов я решил построить машину на гайке типа 30-B с 8 алюминиевыми рамами с 16-миллиметровыми шарикоподшипниковыми шпинделями, 15-мм шарикоподшипниковыми направляющими и 3-амперными шаговыми двигателями NEMA23, которые легко вписываются в готовую систему крепления.
Эти детали идеально сочетаются друг с другом без необходимости в изготовлении специальных деталей.
Инструменты которые вам понадобятся
Для фрезерного ЧПУ нужны будут следующие инструменты:
- Сварочный аппарат для изготовления металлического корпуса. Преимуществом пользуются сварка — автомат;
- Необходимо будет выточить шпильки, возможно еще какие то токарные работы. Поэтому в идеале нужно было бы иметь доступ к токарному станку для выполнения работ по изготовлению комплектующих;
- Болгарка или ножовка по металлу;
- Отвертка;
- Молоток;
- Паяльник;
- Ножницы;
- Плоскогубцы и пассатижи;
- Изолента;
- Супер клей;
- Фумлента и герметик;
- Ключи для сборки.
Это интересно: Как сделать бормашину своими руками: инструкция по сборке и видео
Что такое Arduino
Прежде всего, стоит разобраться, что такое Arduino.
Ардуино это:
- название торговой марки аппаратуры, средств программирования, при помощи которых реально построить модели станков (в том числе, трехосевого), несложные системы автоматики и робототехники;
- линейка продукции, наличие открытой архитектуры у которой позволит скопировать или дополнить уже существующие конструкции;
- небольшая плата с собственным процессором и памятью;
- аппаратная вычислительная платформа или же контроллер;
- язык программирования, позволяющий разбирать различный софт (условно бесплатное ПО, свежие новости в области IT);
- так называемый электронный конструктор.
Создавая на Ардуино устройства электроники, способные принимать сигналы от разных цифровых и аналоговых датчиков, подключенных к нему, как к основе. Поэтому в контексте данной статьи, речь будет идти о платах.
Для чего нужны шилды
Добавление в схему шилдов, таких как CNC Sheild v3 или v4, расширяет возможности ЧПУ-станка. К Arduino можно одновременно подключить несколько шилдов, для выполнения разных задач. Основные функции оборудования:
- Обеспечение автономной от компьютера работы;
- Подключение и вывод информации на периферийные устройства;
- Параллельное управление несколькими моторами;
- Подключение к Wi-Fi или мобильным сетям.
Варианты конструкции: делаем фрезерный станок из подручных средств
Оборудование можно соорудить из дрели, болгарки, «стиралки». Это наиболее популярные бытовые варианты. Устройства получаются с меньшей мощностью и ручного типа, но пригодны для незначительных работ.
Как из обычной дрели сделать функциональный фрезер по дереву
Здесь сооружается подставка, и меняется оснастка. Это главные критерии сотворения такого варианта фрезера.
Хвостовик фрезы фиксируется в патроне. Можно сделать фрезер вертикального и горизонтального действия (пример 1 и 2). Подставка создаётся из ЛДСП.
Пример 1:
Пример 2:
Преимущества и недостатки фрезера из дрели
Плюсы такого устройства:
- Простота применения.
- Мало пыли от работы.
Минусы:
- Слабое качество результата по причине невысоких оборотов (3000 в мин).
- Очень узкий спектр функций.
Как сделать фрезер из болгарки
Есть два способа:
- На шпиндель инструмента накручивается цанга. Работа может идти со всеми оснастками, которые имеют хвостовики цилиндрической формы.
- На шпиндель крепится стандартный патрон кулачкового типа (от дрели)
Фрезер из двигателя от стиральной машины
Создаётся стол по описанному методу. Вал мотора ставится на цангу. Для этого заказывается специальный переходник.
Создаётся подъёмная система для контроля над выходом инструмента: на двух трубах крепится двигатель и резьбовая шпилька.
Она одним окончанием идёт в гайку, фиксированную к дну стола, а вторым – в нижнюю сторону двигателя. На ней прочно фиксируется поворотное устройство – колесо. За счёт регулируется высота.
Электроника
Теперь настало время подключить Arduino, драйвера и шаговые двигатели . Используйте по одному драйверу на отдельный шаговый мотор. Каждому драйверу надо питание для работы. Я использовал источник питания 24 В 15 А. Драйвера выбираются в зависимости от силы тока (А), которая требуется для шаговых двигателей. A+, A-, B+, B- соответствуют каждой из двух катушек моторов и их полюсам. CLK+ (Clock) подключается к пину step (шаг) на Arduino, CW+ (Clock Wise) подключается к пину direction (направление), CLK- и CW подключается к пину GND. EN+ EN- подключать не надо.
По ссылке ниже находится схема подключения Arduino GRBL и некоторые необходимые пояснения.
Подключение Grbl https://github.com/grbl/grbl/wiki/Connecting-Grbl
Материалы для разработки CNC станка
Список материалов и компонентов, которые вам понадобятся:
- Фанера
- Резьбовые валы
- Стальные стержни
- Шариковые подшипники
- Гайки
- Болты
- Шаговые двигатели (в данном проекте использовались Nema 23)
- Драйвера шаговых двигателей TB6560
- Источник питания 24 В 15 А
- Arduino UNO R3
- Провода
- Втулки из нейлона (капролона, фторопласта) и металлические втулки
Контроллер GRBL
После того как вы сгенерировали G-код с помощью Inkscape может возникнуть необходимость в проверке того, укладываются ли он в заданные ограничения (по возможности рисования).
Ограничения по рисованию определяются в следующих строчках кода нашей программы для Arduino:
В следующем окне GRBL контроллера можно проверить не выходит ли изображение на сгенерированном нами G-коде за пределы рисования, указанные в программе для Arduino. Если какая то часть изображения будет выходить за эти ограничения, то она не будет нарисована.
В нашем примере значения x и y изменяются в диапазоне от 0 до 40 мм. Но поскольку мы сконструировали плоттер с большей зоной рисования, то мы изменили максимальную границу с 40 до 60 мм.
Поэтому после того как вы нарисовали G-код в Inkscape желательно перед загрузкой его в плату Arduino проверять его с помощью программы GRBL не выходит ли он за пределы области рисования. Если выходит, то просто измените его размеры в Inkscape.
Ось Y
Портальная конструкция оси Y очень схожа с конструкцией основания (ось Х). Портал (ось Y) устанавливается на подвижном столе, который перемещается по оси Х благодаря зафиксированной гайке под столом. Все это видно на рисунках, которые приведены ниже.
Как сгенерировать свой собственный G-код
В этом разделе статьи мы рассмотрим как с помощью программного обеспечения Inkscape сгенерировать G-код для надписи HELLO WORLD.
Примечание: Inkscape не умеет сохранять G-коды. Поэтому дополнительно установите вот этот MakerBot Unicorn plugin который позволяет экспортировать изображения в G-коды. Но новые версии Inkscape, возможно, уже умеют сохранять G-коды. Оригинал этой статьи был написан в 2022 году, возможно, с тех пор уже что то изменилось.
Если установка прошла успешно, откройте File menu в Inkscape кликните на «Document Properties» (свойства документа). Сначала измените размеры с px на миллиметры (mm). Также уменьшите ширину и высоту до 90 мм. Теперь закройте это окно. После этого в зоне рисования появится квадрат – именно в нем мы и будем писать наш текст.
Теперь слева в панели инструментов кликните на “create and edit text object tab”. Напишите текст «HELLO WORLD» и установите его необходимую позицию с помощью инструмента, показанного на следующем рисунке.
Кликните text и выберите необходимый вам шрифт. Кликните apply (применить) и закройте.
Теперь кликните на «path» и выберите «object to path». Теперь ваш текст готов к сохранению в виде G-кода. Кликните на file -> save и напишите имя файла «hello world».
Измените тип файла на «MakerBot Unicon G-Code» как показано на следующем рисунке (эта возможность будет вам доступна если вы успешно установили плагин MakerBot Unicorn). Теперь нажмите на «save» и кликните на «ok» в открывшемся окне.
Сохраненный G-код вы можете использовать для рисования на плоттере с помощью выше описанных операций.
