Фанерный станок ЧПУ

Давно собирался построить станок с ЧПУ управлением для раскроя, но все как-то не мог решиться, то не был готов к материальной составляющей постройки, то к затратам по времени, то к всему вместе сразу. И вот наконец понимание необходимости такого девайса (а может желание заиметь новую игрушку) пересилило все препятствующие моменты, и я решился…

Станок был спроектирован по мотивам фанерного станка Графа на валах, за идею ему конечно большое спасибо. Обрабатывать планирую всякие неметаллы (раскрой фанеры, бальзы, текстолита, карбона. Попробую делать на нем платы методом гравировки, потому как ЛУТ метод хоть и хорошо, но у меня с ним дружба не очень гладко идет. Попробую 3D фрезеровку мдф и древисины). Станок будет фанерным, особых требований к нему не предъявляются, но и расхлябанным он не должен быть. В общем я рассчитываю, что получится вполне крепкий середнячок. Станок будет выглядеть так:

Основные характеристики станка:
Ход X – 600 мм
Ход Y – 400 мм
Ход Z – 90 мм
Валы X и Y – 20 мм
Валы Z – 16 мм
Линейные подшипник – шариковые
Двигатели:
X и Y – типоразмера 57 х 76
Z – типоразмера 57 х 56
Ходовые винты – трапеция, 10 х 2 (по всем трем осям)
Ходовые гайки – капролон, 10 х 2 (по всем трем осям)
Драйверы ШД ¬– Leadshine M542 (если есть более бюджетные варианты, не уступающие по функционалу, с удовольствием воспользуюсь советом их применения)
Шпиндель – коллекторный, 300Вт, ER11 (вот такой)
Блок питания – 48В 350Вт х 2 шт.
Контроллер – пока не решил, планирую минимум 4 оси.

Все детали будут вырезаны из шлифованной березовой фанеры 8 мм. Клеить отдельные детали планирую эпоксидкой – пятиминуткой, основной критерий выбора которой это время склейки.

Столешница будет съемной, 40 мм толщиной, варианты по материалам – МДФ, фанерный переклей, мебельный щит. Окончательно пока не решил.
Ходовые винты будут фиксироваться с одной стороны по всем трем осям (2 радиальных подшипника, между которыми упорная дюралевая пластина 4 мм), с противоположных сторон – только муфта и ШД.

Портал с траверсой будут разъемным, в стенки портала планирую ввернуть на эпоксидную смолу мебельные ввертыши, и через сквозные отверстия в траверсе портал планирую крепить винтами М4 или М5 (пока не искал ввертыши, не знаю, какие удастся найти).

Блоки питания будут одинаковые, один на шпиндель, второй на моторы. Почему 48 вольт для моторов? Я не гонюсь за большими скоростями обработки по понятным причинам, но если в холостую мой станок будет бегать чуть быстрее, чем ползти, это будет для меня приятным моментом. Только поэтому. Ну еще есть оглядка: если в будущем я решу строить станок крупнее, из других материалов, драйверы и блок можно будет перенести. В этом подходе я не уверен, поэтому если я тут в чем то ошибаюсь, подскажите, в чем.

Есть мысли побаловаться в перспективе с 4 поворотной осью. Если до этого дойдет, то между траверсой и порталом можно будет установить проставки 30-40 мм, чтобы поднять шпиндель над столом, или убрать стол и поставить поворотную ось прямо на опоры стола. А лучше всего (только что мысль пришла) наверное будет сделать вторую аналогичную столешницу, в которой вырезать прямоугольное отверстие, в которое и будет помещена 4 ось с заготовкой (опираться она будет на опоры столешницы).

Из сомнений… Я понимаю, что я отошел от эталонного дизайна фанерного станка Графа, увеличив ход по Y практически в 2 раза и немного по Z. Я постарался это компенсировать увеличенным сечением направляющих валов и «мясом» отдельных деталей. Но в голове таится мысль, что портал может получиться очень тяжелым и, хотя я уменьшил ход по X, возможно я столкнусь с прогибом валов X. Но мне нужны эти 400 мм по Y, поэтому будем пробовать.

Из вопросов… Контроллер. Тут я вообще в растерянности. Как я понял, одной из самых распространенных программ управления является Mach3. И опять таки на сколько я знаю, он работает только через LPT порт. Но это древний век, компа такого у меня нет (хотя найти конечно не проблема), и резонно возникает желание контроллер к ПК подключить по USB интерфейсу. Но в таком случае придется отказываться от Mach3 в пользу каких-то других программ управления. Здесь я прошу совета – как поступить? Искать ли комп с LPT и пользоваться распространенным Mach3, или же есть сейчас нормальные контроллеры и программы управления, позволяющие работать по USB интерфейсу. Если все таки вариант первый (с LPT разъемом), то какие минимальные требования предъявляются к такому ПК?

Еще не решил вопрос с концевиками и датчиками Home. Но тут, если честно, я и не курил форум, пойду покурю.

На сегодня имею спроектированный станок, набор деталей для раскроя (чертежи), направляющие валы и линейные подшипники. Сейчас договариваюсь на счет раскроя фанеры. Следующим этапом планирую собрать механику, чтобы все каретки и портал ездили ровно и хорошо. Этот этап будет отражен в следующей заметке. Затем буду покупать ШД, ходовые винты, изготавливать ходовые гайки и муфты и монтировать все это дело на станок. Шпиндель уже едет. Всю остальную электронику буду покупать третьим этапом, монтировать ее планирую в отдельный ящик.

  • 3805
Comments
alexeykozin

имхо все тоже самое но из дюрали и будет вещь. Особенно если анодировать.
а фанера и вид будет кустарный и влага может убить.
так народ поудивлять…

Udjin

Требования к ПК в доке к Мачу.
Контроллер рекомендую вот такой: k425
Если хочется секеса, то поделки из поднебесной.

PS
Столешница прогнется. Делайте или сэндвич, или усильте стальным уголком по X.

PPS
Анодирование на работоспособность станка никак не влияет 😃)
Огромный плюс деревянного станка - его ремонтопригодность. Это вам сильно пригодится. Жесткий станок может сам себя убить, если у оператора нет опыта. А у вас его нет. Пока нет.

Dimmitri

И опять таки на сколько я знаю, он работает только через LPT порт. Но это древний век, компа такого у меня нет (хотя найти конечно не проблема), и резонно возникает желание контроллер к ПК подключить по USB интерфейсу. Но в таком случае придется отказываться от Mach3

Есть такой контролер под Mach3 с интерфейсом USB, у меня трех осевой работает пока нормально, есть и четырех. Еще такой.

sirQWERTY

С дюралем сложнее. Материал дороже, обработка дороже, и где его обработать нормально я пока только предполагаю. Это так сказать проба пера. Но тем не менее думаю поставленные задачи он способен решить. А там может и из дюраля что-нибудь сваяем.
Контроллер по ссылке изучу, спасибо.
Про столешницу не думал, что провиснет. Подумаю над усилением.

sirQWERTY

Дмитрий, спасибо, посмотрю эти контроллеры.

sirQWERTY
Udjin;bt133314

Контроллер рекомендую вот такой: k425

Посмотрел сайт, приглянулся контроллер к440, как раз под мои нужды: 4 оси, 4 ампера, напряжение приличное. А автор сообщил, что этих контроллеров больше нет и не будет. Либо с теми же характеристикам на 3 оси, либо на 4, но на лишние мне 6 ампер и менее приемлемы ценник…

Udjin

Когда начнете что серьезное фрезеровать, поставьте микрометр под центр столешницы.
Когда фреза пойдет по Z вниз, в материале, всё и уидите.
2D раскрой менее критичен. Жертвенный слой профрезеруете в ноль, будет нормально.
Прогиб стола начнет мешать при 3D фрезеровке.

Sergey_S

Грабли к которым вам стоит быть готовым:

  • Провис оси Y при фрезеровке в центре стола может достигать до миллиметра под своим весом. Это можно убрать легким шпинделем и снижением веса оси Z по минимуму.
  • Жесткость станка будет никакая, фрезеровать можно будет с очень небольшой скоростью и небольшим заглублением. Например, при контурной резке 19мм МДФ на похожем станке скорость 300мм/мин, заглубление 1мм. Даже в таком режиме станок заметно “дробит”.

И положительные моменты, что бы не было всё мрачно 😉.
Схема станка на валах вполне рабочая. Я на таком работал больше года и сделал очень много всего 😃 Запустите, поработаете, поймете что надо и на этом станке сделаете себе следующий. 😃
P.S. По электронике.
Работает всё, от самых дешевых китайских контроллеров на TBA до самых навороченных Гекко драйв. Но работают совершенно по разному 😃. По мне, покупайте самые дешёвые китайцы из серии DM 542 (50В 4А). Их можно поставить на станок и помощнее, на вырост будет.

sirQWERTY

Сергей, на двадцатых валах по У при длинне 564 мм провис будет до 1 мм? Что же будет тогда на оси Х? 3 мм? В итоге в центре провис 4 мм?
А так шпиндель один из самых компактных, на мой взгляд (ссылка на него в тексте), фанерное “мясо” особо веса не прибавит. Вот валы 16 мм на Z может быть излишне тяжелые.

Taatarenkoff

20 вал на вашем X - будет откровенно слаб. У меня самого такой конструктив но на 25 валу. Так вот после установки безколлекторного 0.8 кВт шпинделя (3кг) провис в центре с 0.4 вырос до 0.8мм

А так же посмотрите на возможность замены винтов с 10х2 на 16х4. Иначе как вы не натяните его, но “скакалку” не избежите.

sirQWERTY

Вот это ценный совет. Про скакалку я не думал вообще. И натяжение винта моя конструкция не предусматривает. Надо вопрос этот решать. Андрей, у Вас по Х какой длинны валы?

Sergey_S
sirQWERTY;bt133338

Сергей, на двадцатых валах по У при длинне 564 мм провис будет до 1 мм? Что же будет тогда на оси Х? 3 мм? В итоге в центре провис 4 мм?
А так шпиндель один из самых компактных, на мой взгляд (ссылка на него в тексте), фанерное “мясо” особо веса не прибавит. Вот валы 16 мм на Z может быть излишне тяжелые.

Я говорил для вала 20мм метровой длины. На 600мм прогиба в 1мм конечно не будет, но он всё равно будет. Плоскости по оси X не будет, будет “седло”.

Я не буду с вами спорить, я просто рассказываю о граблях, которые будут в процессе постройки и эксплуатации станка.

Самоё главное: работать такой станок будет, но не следует от него ждать быстроты обработки.

sirQWERTY

Сергей, да и я не спорю. Вопросы задаю. Я к этому делу подошел впервые, поэтому многого не знаю. Вот и задаю, для опытных возможно наивные, вопросы. Всем огромное спасибо за советы, они мне сейчас нужны.
Седло я конечно тоже ожидаю, но если оно будет больше того, к которому я морально готов, то нижнюю часть перекрою на этом же станке под бОльшие валы, под валы на опорах, а может и под рельсы. Верхнюю часть точно трогать не буду в фанерном станке. Если прогиб по У не будет меня устраивать, то наверное нужно будет думать о другой концепции станка, о других материалах.
Определился с контроллером и программой управления. Это будет Planet CNC и USB CNC контроллер. Функционал очень широкий, USB интерфейс. Пользователей не много, но те, кто пользуются, в восторге.

Taatarenkoff
sirQWERTY;bt133340

Вот это ценный совет. Про скакалку я не думал вообще. И натяжение винта моя конструкция не предусматривает. Надо вопрос этот решать. Андрей, у Вас по Х какой длинны валы?

Валы метровые, но между опор 670 мм, а по порталу 500 и 460 между опор.
По случаю потом поменял все фанерные детали на СТЕФ 20мм. Винты натянут на столько на сколько позволяют подшипники. По короткой оси (в моем обозначении Х) получаю устойчивую скорость 2м/мин, а вот по Y уже при приближении к 1.5м/мин ощущается вибрация от “скакалки”. Поэтому в основном использую режимы со скоростью подачи до 1200 мм/мин

sirQWERTY

Портал с траверсой будут разъемным, в стенки портала планирую ввернуть на эпоксидную смолу мебельные ввертыши, и через сквозные отверстия в траверсе портал планирую крепить винтами М4 или М5 (пока не искал ввертыши, не знаю, какие удастся найти)


гайка мебельная цилиндрическая бывают в 3х размерах 10х13 10х16 и 10х20 но резьба у всех М6 Под них удобно делать посадочные места сразу при раскрое. Если будете кроить не лазером, а фрезером то можно будет сделать сразу и наметить паз под стяжной болт который надо будет просто рассверлить в размер.

sirQWERTY

Изначально у меня в голове были такие ввертыши. Но мебельная гайка тоже интересный вариант. Наверной остановлюсь на них. технологически проще, и в надежности соединения не уступают. Надо переделать детали.

Андрей, а как Вы находите тот же СТЭФ против фанеры в плане жесткости?

Udjin

Парни, а что вы собираетесь кроить на двух метрах? Акрил? Бальзу?
Я лично не понимаю в упор гонки за скоростью на фанерном станке.
Ваши основные рабочие режимы 0,8 м/мин по акрилу. 1-1,2 м/мин по фомексу.
Бальзу вообще не стоит грызть на больших скоростях.
Заботьтесь не о скакалке, а о том, как максимально увеличить жесткость конструкции.

sirQWERTY

Да нет, кроить на таких скоростях я не планирую. А вот холостой ход несколько более быстрый, чем вялый, иметь хотелось бы. Конечно, не часто станок будет гонять на холостом ходу, но все же.

Udjin

Чтоб було 😃)
Понятно.На капролоне можно получить 1,8 м/минуту. Я получал. Но недолго - сильный разогрев узла гайка-винт. Начнет подкусывать. Независимо от длины винта.

Taatarenkoff
sirQWERTY;bt133349

Наверной остановлюсь на них. технологически проще, и в надежности соединения не уступают. Надо переделать детали.
Андрей, а как Вы находите тот же СТЭФ против фанеры в плане жесткости?

Да. “Боченки” и проще и лучше так как работают поперек волокон и нет риска расслоения. Кстати не забудьте сделать в траверсе портала пазы вместо отверстий под стяжку. Потому что не смотря на точность изготовления деталей, перпендикулярность Х и Y с первого раза вы скорее всего не получите.
СТЕФ, особенно с моей 20мм толщиной земля и небо по отношению с фанерой. По мех свойствам он значительно лучше будет. Но для меня решающим фактором было то что станок из фанеры находясь в неотапливаемом подвале периодически покручивало так, что гайки клинило.

sirQWERTY
Taatarenkoff;bt133391

Кстати не забудьте сделать в траверсе портала пазы вместо отверстий под стяжку. Потому что не смотря на точность изготовления деталей, перпендикулярность Х и Y с первого раза вы скорее всего не получите.

Вот тут не очень понял, как пазы помогут выставить перпедикуляр? Я планировал сделать 5 отверстий: 2 под направляющие штивты, 3 под крепеж.

Taatarenkoff;bt133391

Но для меня решающим фактором было то что станок из фанеры находясь в неотапливаемом подвале периодически покручивало так, что гайки клинило.

Ех… Я тоже планировал станок размещать в гараже, правда в отапливаемом (на период моего там присутствия), но думаю это очередной повод задуматься.
Ладно, на носу теплое время года, соберу из фанеры, изучу его вдоль и поперек, а за лето может перережу из того же СТЭфа на этом же станке, или на дюраль вообще перейду. В общем станок еще не собран, а в голове уже мысли по апгрейдам на два шага вперед)))
Нижнюю часть я, кстати решил переделать под рельсы. Думаю, дополнительные 7-8 т.р. потяну на такой перспективный апгрейд.

Евгений, Вы писали во втором посте про композитную столешницу… намекните, что это и как делается в двух словах?

Taatarenkoff
sirQWERTY;bt133392

Вот тут не очень понял, как пазы помогут выставить перпедикуляр? Я планировал сделать 5 отверстий: 2 под направляющие штивты, 3 под крепеж.

Юстировка перпендикулярности осей X и Y

sirQWERTY

Евгений, Вы писали во втором посте про композитную столешницу… намекните, что это и как делается в двух словах

Я думаю имелось в виду что-то типо этого
столешница из искусственного камня Много фирм занимаются изготовлением под заказ под ваши размеры

sirQWERTY

Ладно, на носу теплое время года, соберу из фанеры, изучу его вдоль и поперек, а за лето может перережу из того же СТЭфа на этом же станке, или на дюраль вообще перейду. В общем станок еще не собран, а в голове уже мысли по апгрейдам на два шага вперед)))
Нижнюю часть я, кстати решил переделать под рельсы. Думаю, дополнительные 7-8 т.р. потяну на такой перспективный апгрейд.

Направляющие на опоре - да реально полезная вещь. Увы когда я строил разница в цене мне не позволила их применить. Но нужно ли? Для себя я решил что не надо. Возможно проще взять несколько станков. Я в основном режу дерево/фанеру/СТЕФ/пластики поэтому точность в 0.3-0.5 по XY на всем рабочее поле А3 с маленьким плюсом - вполне устраивает. Мелкие изделия из мягких сплавов обрабатываю в удалении от центра получая точность по Z до 0.15.

До начала безобразия в нашей стране приобрел раму станка формата А1+ чтоб фасады на кухню себе наделать, сделанная неизвестным мастером в условиях завода с самодельными очень хорошо прошлифованными рельсовыми направляющими и такими же самодельными каретками с выбором люфта. На ременном приводе с рабочими подачами до 7 м/мин и холостыми до 12 Но увы и ах…

Udjin

Вариантов несколько.
Дам два.
верхний лист - фанера 6-10, средний лист - фанера 10 отфрезерованная как сота пчелиная (или набрать соту или квадраты из кусочков, которые сами и отфрезеруете, нижний лист фанера 10.

Второй вариант аналогично первому, но в середину укладываете вот такой материал:
r-g-composites.ru/…/p1213_Poliyefirnyi-netkanyi-ma…
Только ищите с толщиной 5-10 мм. Нужно набрать те-же 10 мм.
Этот материал пропитывается предварительно любой смолой.

Сборка сэндвичей на смоле в обоих случаях.

sirQWERTY

Евгений, по первому варианту. Конструкция со средним листом, фрезерованным как соты, будет жестче, чем вариант из трех слоев фанеры 10 мм, тоже на смоле? За счет чего достикается жесткость?
Мне эта конструкция напоминает конструкцию лонжерона (ну или сэндвича), когда есть две полки, а средним слоем мы держим расстояние между полками постоянным, тем самым заставляя работать полки на растяжение/сжатие. Но тут возникают мысли: в авиации применение сотового слоя позволяет сэкономить в весе, в станке в этом необходимости нет. Почему сота, а не просто дополнительный слой, аналогичный крайним?

Udjin

А смысл? То, что находится в центре - не работает. Более того - только нагоняет и вес и провоцирует провис …

sirQWERTY

Перерисовал станок под рельсы по Х. Теперь меня не смущает провис по этой оси, при условии, что столешница будет достаточно жесткой.
Также постарался учесть все замечания и рекомендации, которые тут прозвучали. Винты теперь 14 мм, прорези для регулировки портала есть, стол будет композитный (конструкция с сотами, плюс в среднюю часть продольно размещу 4 дюралевых пластины высотой 20 мм шириной 10 мм).
Евгений, Вы много работаете с композитами, поделитесь ссылкой, где смолу можно купить хорошую по соотношению цена/качетсво. В своем городе я вряд ли найду что-то отличное от того же момента…