Хоббийный CNC-роутер своими руками. Гуманитарий для гуманитариев

в 14:52, , рубрики: CNC-router, diy или сделай сам, чпу-строение

Сначала я хотел лодку. Начитавшись отчетов на сайте каякеров, насмотревшись на эту красоту, я представлял, как рассекаю на шервотере по утренней глади, и все такое. Попутно, с целью хоть как-то расшевелить остатки межушного ганглия, я уныло ковырял уроки по КОМПАСу.

Позже добавились видеозалипалочки на Ютубе, чтение форума на cnc-club.ru, и постепенно как-то так получилось, что я захотел станок.

Чтобы пояснить, насколько я на тот момент не владел материалом, а желание получить результат дешевлелучшедаром было настолько сильным, что я всерьез обдумывал строительство фанерного станка с направляющими из профильной трубы с приводом на велосипедной цепи. Из инструмента имелась болгарка и две дрели. В качестве верстака — письменный стол.

Сразу скажу, что я не собираюсь описывать принцип действия шагового двигателя и принципы работы ЧПУ. Об этом уже достаточно написано людьми более подготовленными. Я буду вспоминать свои заблуждения и проблемы, с которыми пришлось столкнуться. Я ни словом, ни намеком не собираюсь утверждать, что теория не нужна, мысль в том, что в Сети уже накоплен достаточный опыт для того, чтобы любитель мог построить дома достаточно работоспособный агрегат для работ по дереву и возможно по мягким металлам. Я отдаю себе отчет, что в статье могут быть неточности, но пишу, как понял. Если будут поправки — с меня спасибо.

Также я не собираюсь выкладывать чертежи своего станка. Во-первых, полных их нет. Во-вторых, нет никаких проблем смоделировать хоббийный станок самостоятельно, получив бонус в виде понимания конструкции своего детища. В-третьих, опубликованных моделей хоббийных ЧПУ с отчетами о строительстве в Сети предостаточно. Гораздо более продуманных и лучше сделанных.

Итак, возвращаясь к нашим нам. Я начал моделировать свой будущий станок. Предполагалась портальная конструкция с рабочим полем 1500х1000х100 мм. Первыми пострадали направляющие из профильной трубы. После того как я построил каретки, которые катались бы по направляющим на шарикоподшипниках, и попытался представить, как собираю их в натуре, я понял, что на коленке их ни за что не выставлю не то что точно, а хоть как-то параллельно.
Цилиндрические SFC не рассматривались изначально, поскольку, чтобы при закреплении направляющих только на концах и отсутствии связи между ними обеспечить хоть какую-то устойчивость фрезера, по данным портала purelogic.ru, диаметр направляющей должен быть не менее 5% длины. Лучше 6-10%. То есть, даже при длине направляющей в полметра диаметр ее должен быть 25-50 мм.

Цилиндрические направляющие на опоре, хотя и значительно лучше, однако, тоже имеют свои недостатки. Во-первых, полированный металлический вал просто прикручен через каждые двадцать сантиметров к дюралевой основе, не обеспечивая достаточной жесткости крепления. Во-вторых, шарик линейного подшипника соприкасается с направляющей только в одной точке, что приводит к повышенному износу. В-третьих, линейные подшипники сами по себе люфтят. Принято считать, что цилиндрическая направляющая на опоре обеспечивает точность в десятые доли миллиметра. Приходилось слышать, что данные направляющие на настоящих станках применяются для защитных экранов.

Ну, и лучший вариант для ЧПУ-фрезера — направляющие HGR. Направляющая привинчивается непосредственно на станину, что увеличивает жесткость конструкции, шарики подшипника движутся по специальному желобу, позволяющему сильно увеличить площадь соприкосновения, вследствие чего сильно уменьшить износ. Каретки для этих направляющих продуманы и выполнены более тщательно, и, как результат, обещают точность в сотые доли миллиметра.

Что до меня, то я тогда выбрал второй вариант: направляющие SBR16. Брать нормальные на тот момент задавила жаба. Сейчас думаю, что надо было месяц подождать и выписать, наверно, их, но что сделано, то сделано. Вырасту большой — поменяю.

Были куплены:

  • 2 штуки SBR16 — 1500 мм 112 USD
  • 2 штуки SBR16 — 1000 мм 65 USD
  • 2 штуки SBR16 — 300 мм + 2 шт подшипники SBR16UU 48 USD

Разумеется, были куплены и линейные подшипники по четыре на ось, но с их приобретением произошла скандальная история, и точную цену сейчас не скажу. Дело в том, что я тогда был очень неопытным и очень жадным покупателем на Али-экспресс, и когда в первый раз искал направляющие, наткнулся на несколько мутным образом составленное предложение комплекта из полутораметровой направляющей и пары подшипников. Очумев от такой халявы, я заказал сразу четыре комплекта, решив, что я всех обхитрил и молодец. Когда принесли коробку, длиной явно не полтора метра, в которой были восемь линейных подшипников, я очумел еще раз и открыл спор. Продавец некоторое время прикидывался дурачком, намекая на мою лоховатость, но перед тем, как в дело вмешалась площадка, предложил вернуть часть денег. Я прикинул, сумма получилась адекватной, и согласился на частичный возврат. Сумму сейчас не помню. А вообще, подшипники стоили около пяти долларов за штуку. То есть 5х12=60 USD.

После того как определился с направляющими, встал вопрос: чем я буду это дело тянуть-толкать. Когда дело дошло до проектирования, все велосипедные фантазии пропали как-то сами собой, и выбор получился между гофрированным ремнем, зубчатой рейкой, винтом с трапециевидной резьбой и шариковинтовой передачей.

Некоторое время рассматривался зубчатый ремень HTD, широко применяемый в любительском станкостроении, но я так и не нашел, насколько он растягивается на длине в полтора метра. Позже наткнулся на метод борьбы с растяжением, но выбор к тому времени уже был сделан. Но тот, кто это изобрел — чертов гений. Без намека на иронию.

image

Винт с трапецеидальной резьбой, во-первых, имеет малый шаг, что замедляет движение каретки по оси, во-вторых, я так понял, что там все не просто с регулировкой гайки для избежания люфтов, и, в-третьих, мне не удалось узнать, какое необходимо усилие для преодоления силы трения между винтом и гайкой. Единственное, что удалось найти — утверждение, что ШВП работает легче процентов на тридцать.

Недорогую рейку я на тот момент просто не нашел. И, в конце концов, остановился на ШВП. Думаю, что данная передача оптимальна для начинающего. Закрепления требует только на концах, редукторы и прижимы изобретать не надо. Жесткость достаточная. На скорости 40 мм/с не вибрирует. Уверен, что и при увеличении скорости до 50-60 мм/с вибрировать не будет.

Затраты на ШВП:

  • 1 штука ШВП SFU1605 — 1000 мм 44 USD
  • 1 штука ШВП SFU1605 — 300 мм 30 USD
  • 2 штуки ШВП SFU1605 — 1500 мм 50 USD
  • 4 штуки муфта с полиуретановой вставкой 16 USD
  • 4 комплекта опор для ШВП BK12+DF12 24 USD

Таким образом, на передачи и направляющие мной было потрачено 450 долларов. Все железо нонейм, бренды брать для строительства на коленке посчитал излишним. Про сверхточность врать не буду (хотя, а кто проверит?), поскольку станок находится в неотапливаемом помещении, но повторяемость нескольких двухсотмиллиметровых кругов из пятнадцатимиллиметровой фанеры составляет, если мне не врут глаза и советский штангенциркуль, одну десятую миллиметра.

На этом вводную часть закончу. В следующей постараюсь рассказать, как я проектировал узлы своего станка и чем при этом руководствовался.

Автор: serjmd

Источник


* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js