Руководство по созданию фрезерного CNC ЧПУ станка. Глава 2. Рама и механика

Всех приветствую! Судя по количеству просмотров первой части статьи, тема ЧПУ людям не безинтересна. Представляю вашему вниманию следующую главу о своём фрезерном ЧПУ станке. В ней пойдет речь о механической части станка. Не буду тянуть кота за уши и без долгого вступления перейду сразу к делу. Пора начать обдумывать конструкцию будущего станка. С чего начать? – конечно же с Интернета! Снова смотреть картинки и читать форумы. Сначала присматривался к фанерному станку с круглыми трубами – направляющими, по которым на подшипниках перемещается портал. Но опять же фанера… на сколько ее хватит в условиях вибрации и нагрузок, да и проживание на открытом воздухе на пользу точно не пойдет. Потом наткнулся в принципе на не сложную в изготовлении конструкцию станка из металлических квадратных труб, которую с успехом повторили несколько человек. Почитал, посмотрел фотографии и замечания по доработке, всё довольно просто и вроде бы нет дефицитных деталей даже для нашей глубинки. Все железки купил в одном магазине. Правда до этого был ещё в трех, где ничего не было. Уже начал беспокоиться, но название магазина «Находка» себя оправдало

Для сборки станка было приобретено:
 — шпилька строительная М12 (2шт по 2 м) +соединительные гайки
 — труба квадратная 20×20 на направляющие оси Z, решетку для крепления заготовки и ножки (6,5 м)
 — труба квадратная 25×25 для стоек портала и чего-нибудь ещё (6 м)
 — труба квадратная 30×30 для направляющих оси X, Y (3,6 м)
 — труба 40×60 для основы всего перечисленного (3,6 м)
 — уголок 40 (20 м)
 — подшипники Z608 в количестве 40 штук
 — гайки, болты, шайбы (около 1 кг)

На дворе была зима и весь этот металлолом сложил в кладовку до лучших, теплых времен. А пока ждал эти времена, набирался опыта (теоретического) сидя в интернете, без него никуда. Зима уступала свое место весне, сугробы медленно превращались в лужицы и тут неожиданно всплыла проблема, о которой я почему-то даже не подумал. А кто мне будет всю эту кухню сваривать…?

Сварщиков не дождёшься, есть один любитель, который не плохо владеет сваркой, но и у него свои дела. В общем поразмыслив и вспомнив поговорку «хочешь сделать хорошо – делай это сам» рискнул освоить ещё одно дело – сварочное. Прикупил сварочный инвертор, и станок сварю как надо и в хозяйстве такая вещь всегда пригодиться. Остановил свой выбор вот на этом, тем более что выбор был не большой, да и продавец советовал брать либо Ресанту либо ARC, а 190А для дома должно хватить с избытком.

Сначала тренировался на ненужных железках, а когда немного научился прочно сваривать и по возможности не прожигать дыры, дело дошло до станка и началось самое интересное. Поддержу мнение многих людей о том, что сварочный инвертор действительно классная штуковина. Впервые взяв держак в руки, положил шов в половину электрода МР3.

Железные работы начал с крепления подшипника к уголкам для оси Х. Отверстия в уголках просверлили на станке в школьной мастерской. Для осей Y и Z сверлил уже в домашних условиях с помощью…шуруповерта. С осью Y получилось нормально, а вот с Z накосячил. Позже, когда начал всё скручивать даже пришлось гвоздь вварить, чтобы выровнять. Сложно без фотографий, на словах, описать, как выравнивал и сваривал детали, попробую нарисовать.

Основа станка

На ровную (желательно, но не обязательно) поверхность укладываем трубы 40×60, до этого уже нарезанные по 90 см. По углам стягиваем пластинами с болтами, или как я – нарезал деревянные рейки и стянул саморезами. Это делается для того, чтобы все трубы находились в ровной горизонтальной плоскости, и никуда не перемещались, пока их не приварили. С внешней стороны делаем припуск для возможности установки направляющих с катающимися по ним уголками. У меня получился припуск 7 см.

Как можно точнее всё выравниваем уголком, уровнем, рулеткой, чем угодно — по длине, ширине и диагонали, и прихватываем точечно сваркой. Еще раз проверяем вплоть до миллиметра и, если ничего не сместилось, окончательно всё свариваем. Т.к. у меня, как у начинающего сварщика швы получились некрасивые, а провар, как ни странно на всю глубину, для эстетики сгладил все швы болгаркой с установленным шлифовальным диском.

Станину сварили, перейдем к стойкам. Здесь в первую очередь на куске фанеры нужно начертить расположение деталей стойки (их 7). Затем нарезать трубы нужного размера, расположить эти отрезки на чертеже и закрепить в нескольких местах чем-нибудь. Я сделал также как в предыдущем случае – прикрутил деревяшки к фанере.

Точечно прихватываем отрезки труб между собой, чтобы не развалились, переворачиваем на другую сторону и проделываем то же самое. Если ничего не сместилось – свариваем навсегда. Нужно быть аккуратными, потому что в процессе сварки стойку может повести. У меня одна получилась хорошо, а вторую подправлял кувалдочкой.

Направляющие, трубы 30×30 и 20×20 крепятся следующим образом. В трубу запрессовывается или забивается гайка подходящего размера, выравнивается и очень аккуратно, чтобы не залить резьбу приваривается к трубе.

После чего в детали, к которой мы будем прикручивать направляющую, просверливаем отверстие и растачиваем напильником до нужного диаметра, куда вставляется болт и вкручивается в направляющую. Когда всё было отрегулировано и настроено, я прихватил сваркой направляющую к станине для уверенности.

Ещё раз повторю, что все детали нужно устанавливать как можно точнее – это намного облегчит задачу, когда вы начнете выравнивать станок по всем трем осям, и положительно скажется на качестве изделий, которые будет вырезать ваш станок. С направляющими оси Z немного другая история. В оригинальной версии станка по оси Z в качестве направляющих использовались штоки от газовых амортизаторов, например от двери багажника.

В моём варианте вместо штоков – труба 20×20. В неё также вваривается гайка, затем параллельно укладываются две трубы и посредине фиксируются (свариваются) пластиной.

Далее рассмотрим уголки с подшипниками. Отверстия под болты, крепящие подшипники, просверливаем на таком расстоянии от вершины уголка, чтобы, когда уголок катился на подшипниках по направляющей, между вершиной уголка и ребром трубы оставался небольшой зазор. Зазор делается с небольшим запасом, потому как в процессе работы на трубе появляется выработка, и уголок немного осядет.

Установка уголков на направляющую по оси Х происходит следующим образом. По двум сторонам трубы ставим 2 уголка и стягиваем их. Я стягивал с помощью двух пластин и длинных болтов. Стягиваем так, чтобы и люфта не было и в то же время уголки свободно, без усилий перемещались по трубе. Затем верхний и нижний уголок свариваем между собой пластинами с обеих сторон.

К внутренней стороне всех 4-х уголков привариваем пластины, в которых просверливаем отверстия и нарезаем в них резьбу. В верхних уголках, чтобы прикрутить к ним стойки, а в нижних уголках для возможности прижима уголка к направляющей и устранению люфта.

Проверка на лёгкость скольжения осей X Y. Видео снято на телефон



С уголками для оси Y, Z поступаем немножко по-другому. Здесь также скрепляем уголки между собой с двух сторон. Пластины нужны для установки ходовой гайки другая (ось Y). И одна для крепления шпинделя, вторая для ходовой гайки оси Z.

Но пластины с резьбой под регулировочные винты (внутри уголка) нужны только для одного уголка на каждой оси.

На данном этапе у нас уже должно получиться что-то вроде этого.

Уголки, по сторонам оси X соединил двумя трубами 20×20, а для дополнительной жесткости эти две трубы скрепил между собой, приварив по центру пластину, к которой позже прикрепил ходовую гайку оси Х.

Также для исключения перекоса, стойки помимо самих направляющих оси Y дополнительно усилил приварено трубой. Ходовые гайки (в прошлом соединительные) по осям Y, Z приварил прямо к пластинам, а по оси Х закрепил через деревянный брусок. Это было необходимо для того чтобы приподнять гайку на уровень ходового винта.

И вот здесь я допустил грубую ошибку. Нужно было уже на этом этапе произвести регулировку станка, а я это сделал, когда станок был практически полностью собран. В итоге разница по высоте (направляющая Х) с одной стороны была 0,5 мм, с другой 1,5 мм.

Если 0,5 мм для обработки дерева было ещё допустимо, то 1,5 мм уже много. Хотя, читал, что у некоторых дешевых китайских станков близкого размера перекос иногда достигает 5 мм! И если всё делать правильно, то нужно было всего лишь открутить одну направляющую и напильником доработать отверстие на эти 1,5 мм чего в моём случае было невозможно сделать.

Если бы я снял направляющую, в этот же момент вся конструкция наклонилась, а весу там килограмм 15 и согнуло бы в бараний рог ходовой винт. Из положения вышел подкладыванием кусочков жести под трубы на которые крепится решетка стола с заготовкой. После того как устранил 1,5 мм перекоса, просто прикрутил эту трубу к станине саморезами.

Двигатели крепил по всем трем осям одним способом.

Из листа 2 мм сделал крепление в форме буквы «П», двигатель прикрутил к креплению, а крепление в свою очередь к станку.

Ходовой винт, он же строительная шпилька, закрепил через подшипник специально только с одной стороны.

Пусть лучше будет небольшая расхлябанность, чем долбежка по валу двигателя, в случае установки шпильки на подшипники с двух сторон. А долбежка будет, потому как точно отцентрировать вал двигателя и шпильку очень проблематично. Ввиду отсутствия токарного станка крепления для подшипников сделал всё из той же, ставшей родной, фанеры.

В куске фанеры вырезал посадочное гнездо под подшипник, равное половине его ширины.

Просто и эффективно. Не знаю насколько в плане износостойкости, но пока всё хорошо.

На оси Z крепление подшипника немножко другое.

Шпильку (ходовой винт) соединил с валом двигателя через двойную гибкую муфту! Хотел было заказать нормальные, заводские, но цена в 10$ за штуку отпугнуло желание. Как соединить вал 8 мм с валом 12 мм? Долго думал над этим и пришел к безобразно простому решению. На вал движка надел кусочек топливного шланга, надевается с усилием, но это даже хорошо. На шпильку надел более широкий шланг. Не знаю откуда — мне его отдал водитель автомобиля ЗИЛ.
Также, с усилием запрессовываем тонкий шланг в толстый, для верности стягиваем хомутиками и получается замечательная гибкая муфта.

На тот момент у меня был только маленький китайский «дремель» мощностью 135w, для него сделал крепление, которое прикручивается к станку двумя болтами.

С перспективой на установку более мощного шпинделя предусмотрел ещё 4 отверстия с резьбой.

Для компенсации веса оси Z предусмотрены две пружинки. Чтобы и моторчику легче дышалось, и на винт с гайкой нагрузка была меньше.

Выбор шпинделя – это отдельный разговор. Наверное месяц не мог остановится на чем-то конкретном. В наших магазинах электроинструментов из того, что мне подходило была лишь одна модель Интерскола (фрезер со съёмным двигателем), но цена в 5500р гнала меня в сторону поиска чего-то более бюджетного. Хотелось либо отдельный шпиндель, наподобие Kress, либо обычный фрезер со съёмным двигателем, чтобы была возможность быстро снять двигатель со станка и использовать его как ручной фрезер. Даже вертел в руках маленький фрезер Диолд, но как только перевернул его цангой к себе – ужаснулся. Зажимная гайка накручивалась на цангу с перекосом наверное в миллиметр!

И вот однажды просматривая какой-то форум увидел обсуждения фрезера «Фиолент 1100». Как раз такого, какой видел в магазине, но почему-то даже не взял в руки по причине предвзятого отношения к этой марке. У самого лобзик Фиолент и кроме того, что «пилит» больше ничего хорошего сказать не могу о нем)) В общем люди говорили о этой модели, которая относится к классу «Professional», как к инструменту не очень качественно сделанному в плане удобства регулировок, но с неубиваемым двигателем. А зачем мне регулировки, если он будет стоять в станке? … К тому же подошва держится только на линейке одним болтиком и двигатель снимается буквально за 10 секунд.

Позвонил родственнику и он в тот же день купил этот фрезер. Но радовался покупке я всего лишь пару дней)). При первом включении обнаружил, что греется цанга и часть фрезера возле цанги. Включил минут на 20, нагрев хорошо ощущается, но рука терпит т.е. температура не критическая. Интернет сказал – либо подшипник, либо якорь двигателя.

Разумеется, я надеялся, что это подшипник, и дополнительно смазал его, однако нагрев не исчез. Т.к. у нас шла стройка, нужно было выбрать четверть в досках. Досок было много! Жужжал я им жужжал при этом фрезер сильно грелся, и чтобы не насиловать инструмент работал с передышкой — давал фрезеру остыть.

На следующий день включаю фрезер и…грррр. На малых оборотах вообще не крутится, только страшно рычит, максимальные обороты тоже не набирает, по признакам обрыв либо замыкание в обмотке. Вот вам, думаю, и хваленый неубиваемый двигатель. С унылым видом протёр от пыли и стружки, сложил в коробку с намерением везти в магазин и сдать по гарантии. Но что-то не давало покоя…Снова вытащил из коробки, осмотрел – пломб нигде нету! (большое спасибо украинцам за это).

Аккуратно разобрал, чтобы в магазине не заметили следы разборки:) Вытащил якорь, проверил мультиметром якорь и статор – вроде бы всё нормально, сопротивление примерно одинаково там, где нужно. Смотрю, на коллекторе от щёток явный черный след, протёр салфеткой со спиртом, собрал всё, включаю и, о чудо, работает как новый!

Видимо по неопытности, я доски фрезеровал сразу на всю глубину за один проход (10 мм) и ему это не понравилось, т.к. в этот же день доделал оставшуюся работу таким же объёмом, но уже выбирал за 2 прохода по 5 мм, без перерыва и при этом фрезер даже не грелся.
Сварил вот такое крепление, сейчас фрезер из стационарного в ручной, и обратно, превращается за пару минут.


После установки в станок, фрезер прошел пятичасовой тест-драйв с перекуром в пару минут, пока менял фрезу и подгонял к заготовке. Постоянно ощупывал его на предмет нагрева, и что странно, после такой обкатки греться он стал меньше. Видимо всё- таки дело было в подшипнике.
Кабели от моторов до контроллера – обычные многожильные в двойной изоляции, сечением 0,75 мм.

Кабели продеты в металлический рукав и уложены в пластиковый кабельканал.

«Рабочий стол» представляет собой конструкцию из двух неподвижно зафиксированных труб 20×20 и трех труб лежащих на них.

Одна прикручена, две другие можно передвигать в зависимости от размера заготовки.

Заготовка крепится нехитрым, но надежным приспособлением. Долго голову ломал над тем, как крепить заготовку. Хотел как у многих положить лист фанеры и к нему саморезами прикручивать деталь, но не нашел ровного листа нужного размера. Вариант со струбцинами тоже не подошел. Даже нарезал реек, но получалось очень громоздко, к тому же не хватало длины болтов. И тут на глаза попался кусок трубы. Опа! А, если ее разрезать вдоль на две части и просверлить дырочки под болтики, должно получиться неплохое и очень компактное крепление.

На том и остановился.
Три сломанные фрезы убедили меня в необходимости установки концевиков

и кнопки экстренного торможения

Для них в компьютерном магазине купил 6 м витой пары. Две фрезы сломал на второй картинке по собственной невнимательности, хотя какие там фрезы…обломанные и переточенные сверла 3 мм, а вот третья НАСТОЯЩАЯ фреза сломалась, когда в сети напряжение упало и заклинило один шаговик. Скажу, что фреза была крепкая и держалась до последнего пока не уперлась в крепление заготовки и даже немного сдвинула его, после чего с громким хлопком переломилась.

Добежать до клавиатуры, чтобы остановить станок я просто не успел. Самодельные фрезы-сверла такого сопротивления не оказывали и ломались со звуком щепки.
Как видно на фото – бомжует станок во дворе, а во время простоя я накрываю его полиэтиленовой плёнкой.

Это своеобразный парник и внутри скапливается конденсат, от которого железо начало ржаветь. Ходовой винт и направляющие спасает смазка, остальное пришлось покрасить, в защитных целях, да и внешне стало выглядеть получше. В итоге получился такой станочек. Жесткости хватает, точности тоже (для дерева), в целом это нормальный ЧПУ станок, на котором можно изготавливать хорошие изделия из мягких материалов. А возможно и из твердых…металл не пробовал фрезеровать.


А для затравки и тех, кто сомневается – микро возможности станка и одна из выполненных работ.


На этом заканчиваю рассказ о механике станка, надеюсь, что ничего не забыл. Прошу прощения за стиль письма, возможно, некоторые моменты были не понятны т.к. я сам не знаю как называть ту или иную деталь станка и потому «обзывал» их как в голову придёт.

Сажусь за написание заключительной части статьи о настройках, регулировках и запуске станка. До встречи!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации