Устройство станка «Торсиона» своими руками
Узнайте, как устроен станок «Торсион», каковы основные узлы и элементы конструкции. Что нужно учесть при сборе торсиона своими руками. Фото и видео-материалы в помощь домашним умельцам.
Торсировка — это продольное скручивание прутка (либо нескольких прутков одновременно), является одной из распространенных операций художественной ковки. С ее помощью можно изготавливать привлекательные кузнечные узоры. Поэтому станок «Торсион» (или отдельный узел «Торсион») часто входит в арсенал оборудования современных кузниц.
Сущность операции и ее возможности
В ходе продольного скручивания пруток подвергается винтообразному переплетению оси, причем многократному. Поскольку напряженное состояние кручения характеризуется преобладанием напряжений сдвига, к которым макроструктура металла особенно критична, то далеко не все заготовки, даже при совершенном, с технической точки зрения, станке, способны выдержать торсировку без трещинообразования.
Горячая торсировка имеет ряд преимуществ: пластичность разогретого металла повышается, сопротивление деформированию, наоборот, понижается. Следовательно, снижаются нагрузки на привод станка. Во многих случаях (скручивание мягких металлов и сплавов, малоуглеродистых сталей и т.п.) можно выполнять операцию усилием самого кузнеца. Таким способом можно успешно деформировать прутки некруглого поперечного сечения, у которых пластический момент сопротивления различен по разным осям.
Вместе с тем горячее деформирование сопровождается образованием окалины, которую на готовых полуфабрикатах удалить довольно сложно. Кроме того, в процессе продольного скручивания возможно залипание отдельных зон заготовки, что препятствует дальнейшей работе над изделием, например, формированию двойной спирали.
С точки зрения возможности получения брака, ручная торсировка безопаснее, поскольку в противном случае можно «перекрутить» заготовку. Станок «Торсион» с электроприводом в таком случае следует оснащать недешевыми шаговыми двигателями, которые в состоянии останавливать вращение заготовки после определенного числа оборотов.
Типичные виды брака при выполнении данной операции представлены на рис. 1.
Таким образом, выбор способа выполнения данной кузнечной операции следует производить с учетом пластичности металла (использовать преимущественно горячекатаный прокат малоуглеродистых сталей), скорости скручивания (с ростом динамики процесса напряжения в материале увеличиваются), а также способа закрепления заготовки.
Устройство «торсион»
Общий вид такого приспособления приведен на рис. 2
Как видно из рисунка, универсальность оснастки обеспечивается наличием посадочных мест под различные захваты, учитывающие диаметр прутка, поскольку универсальность патрона обеспечивается его конструкцией. Все габаритные размеры приспособления предварительно просчитываются с учетом способности выполнить скручивание заготовок с определенными диаметром и длиной.
Подвижная каретка, на которой монтируется узел зажима пассивной части прутка, стоит выполнять с направляющими, для которых можно приспособить соответствующий узел от списанного токарного станка, например, ТВ-4. Зажим производится применением пары стандартных эксцентриковых захватов: это обеспечивает равномерность зажима. Для снижения износа захватов иногда предусматривают разрезную втулку из нормализованной среднеуглеродистой стали, которая будет обжимать пруток: ее заменить легче, чем сами захваты.
Некоторой доработки потребует патрон: в нем необходимо получить сквозное отверстие, предназначенное для ввода прутка в зону деформирования. Можно обойтись и без этого, но в таком случае приспособление будет обладать ограниченной функциональностью.
Станину можно сварить из толстостенных профильных труб, либо использовать швеллер подходящего по габаритам размера.
Изготовление приспособления «Торсион» целесообразно при больших объемах производства данной операции.
Способы изготовления станка «Торсиона»
К вопросу оснащения станка электроприводом следует подходить крайне осторожно. Даже малооборотистый электродвигатель потребует объемной червячной передачи, что будет сопровождаться необоснованной потерей мощности и КПД. Поэтому, если принято решение об изготовлении станка «Торсион» своими руками, то наиболее целесообразными вариантами будут два:
Главная особенность шагового двигателя заключается в том, что полный оборот его ротора выполняется за четыре шага, для чего напряжение на обмотки статора подается попарно. Управление такими двигателями производится с использованием принципа микрошага, когда питание на обмотки осуществляется по синусоидальной кривой. Для электропитания станка «Торсион» вполне подойдет шаговый двигатель, который имеет постоянный магнит, поскольку в этом случае будет обеспечен точный поворот патрона на угол 45-900, чего чаще всего и требуется при торсировке.
Момент М, необходимый для скручивания прутка, определяется с учетом его момента инерции:
m — масса той части прутка, которая пребывает в зоне пластической деформации;
r — радиус поперечного сечения прутка;
ω — желаемая угловая скорость поворота патрона.
σт — предел пластичности материала по касательным напряжениям;
W — момент сопротивления (для круглого сечения W = 0,2d3).
Сельсинные приводы применять в самодельных станках для художественной ковки нецелесообразно, поскольку управление ими весьма сложно.
Прочие элементы для станка «Торсион» выбираются из тех же соображений, что и описанные ранее.
Общий вид станка представлен на рис. 3.
Интересные видео по теме представлены здесь:
Для обсуждения и дополнения материалов статьи собственным практическим опытом просьба оставлять содержательные комментарии.
Профессиональные и самодельные торцовочные станки по дереву
Чтобы качественно распилить небольшую деревянную заготовку, подойдёт обычная дисковая пила. Но при многократном повторении этой операции требуется очень точная обработка торцов одинаковых по габаритам заготовок. С этой целью лучше всего применять торцовочный станок по дереву.
Это более сложное устройство, чем простая дисковая пила. Он позволяет торцевать деревянные поверхности пилами, у которых можно менять две основные характеристики: число зубьев и диаметр обрабатывающего диска.
Основные узлы торцовочного станка
С помощью торцовочного станка можно распиливать заготовки из различных материалов – пластика, металла, дерева. Максимальный вес установки составляет около 30 кг или меньше в зависимости от функций, которые она выполняет. Наиболее широко торцовочные станки применяются в деревообработке.
Станки для торцевания деревянных заготовок состоят из нескольких основных узлов.
Во-первых, это стол. Для корректной работы станка стол необходимо устанавливать на устойчивую опорную раму. Чтобы выполнять сложные операции, отличающиеся друг от друга по характеру воздействия на дерево, к столу крепятся поворотные механизмы и различные позиционеры.
Обязательно наличие пильного узла. Он состоит из вала и прикреплённого к нему с помощью привода режущего диска. На станине можно установить несколько пильных узлов для одновременной обработки разных мест на заготовке. Узел состоит из электродвигателя и блока передачи крутящего момента на вал.
Механизм перемещения пильного узла по конструкции может быть простым (собранным из амортизационных пружин и кронштейнов) и сложным (гидравлическим или пневматическим автоматом). Существенно расширяются его функциональные возможности, если добавить механизм, позволяющий выдвигать режущий диск под углом к заготовке.
Кроме основных узлов, торцовочный станок комплектуется вспомогательными приспособлениями, устройствами, программирующими узлами, простыми или сложными системами для удаления стружки.
Характеристика и виды оборудования
Торцовочные деревообрабатывающие станки имеют ряд общих характеристик. С их помощью легко выбрать агрегат, который наилучшим образом подойдёт под особенности процесса. К числу таких общих характеристик относятся:
Для подключения системы уборки стружки необходимо, чтобы подводящий патрубок и трубка пылесоса имели одинаковый диаметр. Это избавит от необходимости крепления переходников.
Чтобы заготовка не двигалась во время обработки, её можно дополнительно закрепить на столе специальными струбцинами. Конфигурация и габариты струбцин определяются в зависимости от параметров рабочего стола торцовочного станка и максимальной высоты обрабатываемой заготовки.
По характеру движения пильных узлов станок для торцовки досок может принадлежать к одному из перечисленных ниже видов.
В прямолинейном агрегате для движения блока приспособлена жёсткая консольная балка. Высота консоли может меняться в зависимости от размеров обрабатываемой древесины.
В маятниковом агрегате (ЦМЭ) дисковый узел располагается на специальных подвесках таким образом, чтобы готовый обработанный брус имел сегментный дугообразный выступ. Это достигается подъёмом и спуском резца в процессе обработки заготовки.
Самостоятельное изготовление из дисковой пилы
Чтобы изготовить торцовочный станок по дереву своими руками, необходимо внимательно ознакомиться с рекомендациями тех, кому уже довелось работать на самостоятельно собранном агрегате. Схема сборки самодельного станка довольно проста и понятна.
Для сборки станины потребуется уголок из металла и стальной лист толщиной не менее 5 мм. Электродвигатель монтируется на основании при помощи болтов и стабилизирующей пружины. Это делается для придания плавности движению пильных узлов.
Для придания прочности конструкции в её состав включаются регулирующие опоры. Маятниковая стойка монтируется из швеллера, который нужно упереть в основание торцовочного станка по дереву.
Обратите внимание! Подобрав каждый узел не только по необходимости в конструкции, но и по соотношению «цена/качество», можно значительно сэкономить на суммарной стоимости самодельного торцовочного станка.
Главным достоинством такого агрегата является минимальное время, затрачиваемое на устранение неисправностей. Найти их и устранить в станке, собранном своими руками, гораздо легче, чем в установке заводской сборки.
Примерный безремонтный срок работы самодельного оборудования – до трёх лет.
В дальнейшем может потребоваться замена узлов, которые перестали корректно выполнять возложенные на них функции. К недостаткам самодельных торцовок следует отнести невысокую производительность. Наладить на таком станке поточное производство достаточно сложно.
Одним из главных недостатков самодельных торцовочных станков является невозможность обеспечения соответствующих мер безопасности. Практически всегда на самоделках отсутствуют защитные кожухи на пильных узлах и в районе подвижных соединений. Это может привести к несчастным случаям. Также негативно влияет на безопасность работы наличие мелких дефектов на металлических деталях.
Профессиональные торцовки
Совсем иной уровень функциональных возможностей, производительности и безопасности у торцовочных станков, предназначенных для профессионалов. Агрегаты промышленного изготовления имеют лёгкую и очень устойчивую конструкцию.
Все режущие поверхности надёжно закрыты защитными кожухами. Адаптерами пылеотсоса оснащаются все пильные узлы станков.
Главные качества профессиональных торцовочных пил – высокая надёжность и точность при распиливании брёвен и полуфабрикатов из дерева.
Немаловажным преимуществом профессиональных торцовочных пил является возможность обработки заготовок из различных материалов – пластика, дерева, металла. Для того чтобы приспособить станок под определённый материал, требуется лишь сменить режущий диск.
Цены на российском рынке на профессиональные торцовки колеблются от 15 до 30 тысяч рублей. Если необходимо наладить мелкосерийное производство деталей из дерева при изготовлении мебели, такие станки просто незаменимы. К числу наиболее популярных и относительно недорогих профессиональных торцовочных пил относятся представленные в таблице.
Сообщества › Сделай Сам › Блог › Токарный станок по дереву своими руками
Приветствую автолюбителей – гаражных самоделкиных. Предлагаю ознакомится с моей версией изготовления токарного станка по дереву с приводом от дрели. Надеюсь, кого-то воодушевит мой проект на создание своего станка. Конструкция получилась надежной, жесткой и безопасной – работать на таком самодельном станке не страшно (по крайней мере мне, возможно самоделкины с драйва меня переубедят, но это не точно).
Для начала я смоделировал будущую поделку в 3D, и только потом приступил к изготовлению.
Сложно описать весь процесс в одной статье, потому пройдемся по основным узлам.
Основание
Основание я изготовил из листа ДСП с двумя направляющими из бруса 50х50.
Изготовлена из фанеры 10 мм, брусков 30х50 и 45х90 мм.
Конструктивно сделана аналогично передней
Подручник также сделан из фанеры толщиной 10 мм и бруска 50х50 мм с накладкой из металлического уголка (уголок даже не знаю от чего – валялись в гараже до лучших времен и их славный час, как мы видим, настал).
Закрепляются подвижные части при помощи вот таких самодельных винтов
Метки: sam_столяр, sam_инструмент, sam_кулибин, токарный станок
Комментарии 68
я такой же делаю
подскажите: задняя бабка должна вращаться вместе с заготовкой (будет же дерево гореть)? если да — то как это сделать?
Сделал чертеж — скачать PDF с размерами можно тут — mazaydiy.com/plans/lathe-plans.pdf
Конструкция задней бабки немного отличается в чертеже и видео — на чертеже как раз вращающийся центр, а на видео стационарный. Если бы я сейчас делал такой станок, то я бы сделал стационарный вообще без подшипников в задней бабки — только 2 гайки, так жестче. А капелька масла на заготовку решает все проблемы с «горящей» древесиной
спасибо!а то я уже сварил 2 гайки под болт с резьбой на 20 и теперь думаю как переделывать!
Сделал чертеж — скачать PDF с размерами можно тут — mazaydiy.com/plans/lathe-plans.pdf
Конструкция задней бабки немного отличается в чертеже и видео — на чертеже как раз вращающийся центр, а на видео стационарный. Если бы я сейчас делал такой станок, то я бы сделал стационарный вообще без подшипников в задней бабки — только 2 гайки, так жестче. А капелька масла на заготовку решает все проблемы с «горящей» древесиной
кстати, что если вместо всей передней бабки взять обычно перьевое сверло?как думаете надежно будет крутить?
Д.день) а нет возможности пересохранить модель в формате stl, либо obj, либо svg?
всем привет, никому не интересен станок деревообрабатывающий Metabo swift 260
ЧПУ нет — не кошерно)))
Красиво и правильно сделано, не хватает только защиты. Но я бы лучше купил советский станок для школьников. Цены на авито в районе 3-6 тыс. Зато из металла. Школьные СТД-120М. Новый СТД-450 стоит в районе 8 тыс.
Приветствую вас! Работа слов нет! Классная! Судя по тому что вы професионально работаете с деревом мой вопрос будет к стати, подскажите чем лучше клеить фанеру, чтобы хорошо держалось?Буду очень признателен за ответ!
Titebond — дорого-богато, но надежней непридумаешь
Если площадь большая, то ПВА тоже будет держать отлично
Я извиняюсь за назойливость но titebond видов немеренно, каким вы пользуетесь? Мне поверхности 4см в ширину и 80см в длинну в пакет собрать надо физическое воздействие на деталь по плоскости не вребро.
Я не так много клею и не считаю себя специалистом. В вашем случае я думаю вам подойдет любой столярный клей, главное место склейки прижать посильнее
Очень шумный и много лишнего. Могли бы сделать в разы проще. Такой, каким я пользуюсь уже 12 лет!
Интересная идея, проще действительно трудно придумать
Тоже делал себе токарный…ПРавда из металла и отдельным движком, реверс, все дела. И уже несколько лет стоит, пару ручек вырезал. Нафига он мне нужен? Выкинуть жалко, а место занимает. Что Вы делаете на токарном?
Прикольно. Но вряд ли дрель предназначена для длительной работы
+1, надо что-то другое бы подобрать.
Прикольно. Но вряд ли дрель предназначена для длительной работы
кнопка с фиксацией подразумевает, что палец развалится раньше, чем дрель)
Заметил Ваш сверлильный станок. Есть обзор по нему?
Есть — 
Далее скамейка опять приобрела нормальный вид ))))
Как собрать станок с ЧПУ своими руками
В этой статье мы рассказываем о том, что построить своими руками фрезерный станок с ЧПУ — выполнимая задача. Подробно описывается весь процесс создания: от проектирования до применения станка.
В первом случае к покупным комплектующим добавлялись самодельные детали, сделанные на токарном станке, во втором проекте автор обошелся готовыми частями, третий — бонус, изготовление функционального стола для станка, совмещенного с полками для хранения материалов и инструментов.
Содержание:
Как сделать самодельный станок с ЧПУ
Автор проекта Benne подробно описал весь процесс создания станка с ЧПУ для работы по дереву и другим материалам, начиная с проектирования.
1. Проектирование
Перед постройкой станка нужно как минимум нарисовать эскиз от руки, а лучше выполнить более точный трехмерный рисунок с помощью программы САПР. Автор проекта использовал google sketchup, довольно простую (бесплатную для 30-дневного использования) программу. Для более сложного проекта вы можете выбрать Autocad.
Главная цель рисунка — выяснить необходимые размеры деталей, для заказа их по интернету, и убедиться, что все движущиеся части станка подойдут друг к другу.
Как видите, детальных чертежей с размеченными отверстиями под крепления автор не использовал, намечал отверстия в процессе постройки станка, но такого исходного дизайна оказалось достаточно.
Габаритные размеры станка: 1050 х 840 х 400 мм.
Перемещение по осям: X 730 мм, Y 650 мм, Z 150 мм
Длина направляющих и шариково-винтовой передачи зависит от размера задуманного вами станка.
Когда идет проектирование станка с ЧПУ, есть несколько вопросов, от ответа на которые зависит конечный результат.
Какой тип станка с ЧПУ вы хотите выбрать?
С подвижным столом или с подвижным порталом? Конструкции с подвижным столом часто используются для станков небольшого размера, до 30х30 см. Их легче построить, их можно сделать более жесткими, чем машины с движущимся порталом. Недостаток перемещения стола заключается в том, что при одинаковой зоне резки общая площадь станка получается раза в два больше, чем при использовании конструкции с подвижным порталом. В этом проекте зона обработки около 65×65 см, поэтому был выбран подвижный портал.
Что вы хотите обрабатывать с помощью станка с ЧПУ?
В данном проекте станок предназначался в основном для фанеры, лиственных пород дерева и пластмасс, а также для алюминия.
Из чего будет строиться станок?
Это в основном зависит от материала, который будет на станке обрабатываться. В идеале материал, который используется для изготовления станка, должен быть прочнее материала, который будет обрабатываться на станке или, как минимум, не менее прочным. Поэтому, если вы хотите резать алюминий, станок должен быть собран из алюминия или стали.
Какая длина осей вам нужна?
По первоначальному замыслу станок с ЧПУ должен был обрабатывать фанеру и МДФ, которые в Нидерландах выпускают размером 62 х 121 см. Поэтому для Y расстояние прохода должно быть не менее 620 мм. Длина хода по оси Х равна 730 мм, потому что иначе станок занял бы все пространство комнаты. Поэтому ось X короче, чем длина листа фанеры (1210 мм), но можно обработать половину, затем сдвинуть лист вперед и обработать оставшуюся часть. С помощью такой уловки получается обрабатывать на станке куски куда большие, чем длина оси Х. Для оси Z выбрано 150 мм, чтобы в будущем использовать четвертую ось.
Какой тип линейного движения вы будете использовать?
Существует множество вариантов системы линейного перемещения, от ее выбора во многом зависит качество работы. Поэтому есть смысл потратиться на лучшую систему, которую вы можете себе позволить. Автор проекта решил, что линейные рельсы были лучшим вариантом из тех, на которые ему хватало денег. Если вы строите 3-осевой фрезерный станок с ЧПУ, вам нужно купить комплект, состоящий из трех наборов линейных направляющих и двух линейных подшипников на каждую направляющую.
Какую систему привода подач вы будете использовать для каждой оси?
Основные варианты привода подачи: зубчатые ремни, механизмы реечной передачи и передача винт-гайка. Для самодельных станков с ЧПУ чаще всего используют передачу винт-гайка с использованием шарико-винтовой пары. Гайка крепится к подвижной части машины, винт закреплен с обоих концов. Винт крепится к двигателю. Если двигатели вращается, гайка с прикрепленной к ней движущейся частью машины будет двигаться вдоль винта и приводить машину в движение.
ШВП в данном станке используется для привода осей X и Y. Шарико-винтовые подшипники обеспечивают очень плавный ход, люфт отсутствует, повышается качество и скорость резки.
Для оси Z использован стержень M10 из высококачественной нержавеющей стали с самодельной гайкой из делрина.
Тип двигателя и контроллера
Обычно в самодельных станках с ЧПУ применяются шаговые двигатели. Сервоприводы в основном используются для мощных промышленных станков с ЧПУ, они дороже и требуют более дорогих контроллеров. Здесь использованы шаговые двигатели 3Nm.
Тип шпинделя
В проекте используется стандартный Kress, он имеет хороший 43-мм зажимной фланец, а также встроенный регулятор скорости (но последняя функция есть у большинства шпинделей).
Если вы собираетесь выполнять действительно сложную резку, стоит обратить внимание на шпиндели с водяным охлаждением — они дороже стандартных, зато шумят гораздо меньше, могут работать на низких оборотах без перегрева и с самыми разными материалами.
Затраты
На данный станок с ЧПУ ушло примерно 1500 евро. Готовый фрезерный станок с ЧПУ сходных характеристик стоит намного дороже, так что вы можете сэкономить, создав станок самостоятельно.
2. Комплектующие для создания станка с ЧПУ
Электрооборудование и электроника:
Станок в основном построен из алюминиевых пластин толщиной 15 мм и алюминиевых профилей 30×60 мм. Работы выполнялись с применением сверлильного и токарного станков. Пластины и профили заказывались нарезанными по размеру.
3. Ось Х
Базовая рама сделана из 4 отрезков алюминиевого профиля сечением 30х60 мм и двух боковых панелей толщиной 15 мм. В конце профилей есть по два отверстия диаметром 6,8 мм, с помощью метчика внутри отверстий выполнена резьба М8.
Нарезка резьбы в торцах алюминиевого профиля
Чтобы отверстия на концевых панелях совпадали, при сверлении обе пластины зажимались вместе. Посередине каждой пластины просверлено по 4 отверстия, чтобы установить подшипниковые опоры, и четыре дополнительных отверстия в одной из боковых пластин для крепления двигателя.
Их кусочков алюминия (50х50х20) сделаны 4 блока, чтобы прикрепить выравнивающие ножки. Блоки прикручены к наружным профилям четырьмя болтами М5 с мебельными t-гайками.
Линейные направляющие подходят непосредственно к алюминиевым профилям. Для оси X использовались рельсы диаметром 20 мм. Предварительно просверленные в основании линейных направляющих отверстия точно совпадают с пазами в алюминиевых профилях. Для установки использованы болты М5 и мебельные t-гайки.
4. Боковые пластины портала
Боковые пластины портала почти одинаковы, но в одной из них просверлены четыре дополнительных отверстия для крепления мотора. Весь портал изготовлен из алюминиевых пластин толщиной 15 мм. Чтобы отверстия оказались точно в нужном месте, в тщательно отмеченных местах слесарным кернером были пробиты углубления, и по этим меткам просверлены отверстия на сверлильном станке, сначала сверлом меньшего диаметра, затем — нужного.
Из-за того, как спроектирован портал, пришлось сверлить отверстия в торцах боковых пластин и делать в отверстиях резьбу М8.
5. Сборка портала
Портал собран и установлен
Остальная часть портала выполнена так же, как и боковые части. Самым сложным было правильно выровнять линейные рельсы, которые должны были совпасть с краем пластины. При маркировке точного расположения отверстий автор прижал два куска алюминиевых профилей к боковым сторонам пластины, чтобы выровнять направляющие. В просверленных отверстиях нарезана резьба М5. При креплении направляющих к порталу необходимо убедиться, что расстояние между направляющими по всей длине одинаково, направляющие должны быть параллельны.
Линейные подшипники прикреплены к боковой стенке портала.
Несколько угловых скоб придают дополнительную жесткость конструкции.
В пластине на нижней части портала просверлено 6 отверстий, чтобы прикрепить ее к боковым пластинам. В середине пришлось просверлить два отверстия для крепления держателя гайки.
6. Каретка оси Y
Каретка оси Y состоит из одной пластины, к которой прикреплены линейные подшипники. Сверлить отверстия было довольно просто, но требовалась высокая точность. К этой пластине прикреплены подшипники как для оси Y, так и для оси Z. Поскольку линейные подшипники расположены близко друг к другу, даже малейшее смещение вызывает их заедание. Каретка должна легко скользить с одной стороны на другую. Рельсы и подшипники необходимо отрегулировать. Для выравнивания применялись высокоточные цифровые приборы. Когда было сделано крепление гайки привода для оси Y, потребовалось просверлить два дополнительных отверстия в пластине, чтобы прикрепить ее.
7. Ось Z
Линейные направляющие (рельсы) оси Z прикрепляются к подвижной части узла оси Z. Рельсы нужно было сместить на несколько миллиметров от края пластины. Для их выравнивания два куска пластика нужной толщины использовались в качестве прокладок. Было точно известно, что края алюминиевой пластины параллельны, поэтому между алюминиевыми бортиками, прикрепленными к краю пластины, и рельсами автор вставил куски пластика, отодвинув рельсы на нужное одинаковое расстояние, затем наметил места отверстий, просверлил их и нарезал внутреннюю резьбу.
Чтобы установить верхнюю пластину на узел оси Z, просверлены три отверстия в конце монтажной пластины. Не получилось прикрепить шаговый двигатель непосредственно к пластине, так что пришлось сделать отдельное крепление для двигателя из пластика (см. пункт 12).
Из того же пластика сделаны два блока корпусов подшипников. Приводной винт представляет собой стальной стержень с резьбой M10. Шкив для зубчатого ремня просверлен, нарезана резьба М10, и он просто прикручен к верхней части приводного винта. Он удерживается на месте тремя установочными винтами. Приводная гайка из делрина крепится к каретке оси Y.
Приводная гайка из делрина крепится к каретке оси Y.
Крепление шпинделя было заказано заранее, оно имеет зажимное кольцо 43 мм, которое подходит к используемому в проекте Kress.
Если вы хотите использовать шпиндель с водяным охлаждением, то в его комплектацию часто входит готовое крепление. Вы также можете приобрести крепления отдельно, если хотите использовать Dewalt или Bosch с цилиндрическим корпусом, или напечатать их на 3D-принтере.
8. Зубчатые ремни и шкивы
Часто двигатели крепятся на внешней стороне станка или на отдельной стойке. В таком случае двигатели можно соединить непосредственно с ШВП с помощью гибкой муфты. Но, поскольку станок размещается в маленьком помещении, вынесенные наружу двигатели мешали бы.
Вот почему моторы размещены внутри машины. Напрямую соединить двигатели с ШВП было нельзя, так что пришлось использовать зубчатые ремни HTD5m шириной 9 мм и шкивы.
При использовании ременной передачи, для подключения двигателя к приводному винту вы можете использовать понижающую передачу, что позволит использовать меньшие двигатели и при этом получать тот же крутящий момент, но меньшую скорость. Поскольку моторы были выбраны довольно большие, не требовалось снижения передачи ради получения большей мощности.
9. Крепления двигателя
Опоры двигателя изготовлены из кусков алюминиевых трубок квадратного сечения, нарезанных по заказу до нужной длины. Также можно взять стальную трубку и нарезать квадратные кусочки из нее. Крепления двигателя для осей X и Y должны иметь возможность выдвигаться и задвигаться, чтобы натянуть зубчатые ремни. На токарном станке были сделаны прорези и просверлено большое отверстие на одной стороне крепления, но вы также можете сделать это на сверлильном станке.
Большое отверстие с одной стороны крепления выпилено концевой пилой. Это позволяет двигателю сидеть на одном уровне с поверхностью, а также обеспечивает центрирование вала. Мотор крепится болтами М5. На другой стороне крепления сделаны четыре слота, чтобы двигатель мог скользить взад и вперед.
10. Подшипниковые опорные блоки
Опорные блоки для осей X и Y изготовлены из 50-миллиметрового алюминиевого прутка круглого сечения — от него отрезаны четыре кусочка толщиной 15 мм каждый. После маркировки и сверления четырех монтажных отверстий, высверлено большое отверстие в центре заготовки. Затем была сделана полость для подшипников. Подшипники должны быть запрессованы, а блоки закреплены болтами на торцевых и боковых пластинах.
11. Опора для приводной гайки по оси Z
Вместо ШВП для оси Z использовался стержень с резьбой M10 и самодельная гайка из кусочка делрина. Полиформальдегид делрин хорошо подходит для этой цели, потому что он самосмазывающийся и не изнашивается со временем. Если использовать для резьбы метчик хорошего качества, люфт будет минимальным.
12. Опоры для приводных гаек по осям X и Y
Для осей X и Y сделано крепление привода из алюминия. Гайки шарико-винтовой передачи имеют два небольших фланца с тремя отверстиями на каждой стороне. По одному отверстию с каждой стороны использовано для крепления гайки к держателю. Держатель обработан на токарном станке с большой точностью. После того, как вы прикрепили гайки к порталу и каретке оси Y, вы сможете попробовать переместить эти детали с одной стороны на другую, поворачивая ШВП вручную. Если размеры держателей неправильные, гайку заклинит.
13. Крепление двигателя оси Z
Крепление двигателя оси Z отличается от остальных. Оно вырезано из 12-миллиметрового акрила. Натяжение ремня можно отрегулировать, ослабив два болта сверху и сдвинув весь узел крепления двигателя. На данный момент акриловое крепление прекрасно работает, но в будущем есть мысль заменить его на алюминиевое, потому что при натяжении ремня акриловая пластина слегка сгибается.
14. Рабочая поверхность
Лучше всего подошел бы алюминиевый стол с Т-образными пазами, но это дорого. Автор проекта решил использовать перфорированную столешницу, потому что она укладывается в бюджет и дает много вариантов зажима обрабатываемой детали.
Стол сделан из куска березовой фанеры толщиной 18 мм и прикреплен, с помощью болтов М5 и гаек с Т-образными пазами, к алюминиевым профилям. Было куплено 150 шестигранных гаек М8. С помощью программы CAD была нарисована сетка с шестиугольными вырезами под эти гайки. Затем станок с ЧПУ вырезал все эти отверстия для гаек.
Поверх куска березовой фанеры был установлен кусок МДФ толщиной 25 мм. Это заменяемая поверхность. Чтобы прорезать отверстия в обеих частях использовалась большая фасонная фреза. Отверстия в МДФ выровнены точно с центром шестиугольных отверстий, вырезанных ранее. Затем кусок МДФ был снят и все гайки установлены в отверстия фанеры. Отверстия были немного меньше гаек, поэтому гайки забивались в них молотком. По завершении МДФ вернулась обратно на место.
Поверхность стола параллельна осям X и Y и совершенно плоская.
15. Электроника
Использованы следующие компоненты:
Если вы не хотите тратить много денег на покупку оборудования порознь, можно купить сразу комплектом. Перед заказом следует подумать о том, какого размера шаговые двигатели вам нужны. Если вы строите небольшую машину для резки дерева и пластика, то шаговые двигатели Nema 23, 1.9Nm дадут достаточно мощности. Здесь выбраны двигатели 3Nm, потому что сама машина довольно большая и тяжелая, и планировалась также обработка материалов типа алюминия.
Для небольших двигателей можно брать плату на три двигателя, но лучше использовать отдельные драйверы. Индивидуальные драйверы Leadshine имеют микрошаговый режим, так достигается максимальная плавность движения и снижается вибрация шагового двигателя. Драйверы в этом проекте могут выдерживать максимум 4,2 А и до 125 микрошагов.
Источник постоянного напряжения 5 В подключен к основному входу питания. Для вентиляторов установлена электрическая розетка внутри шкафчика, так что для их питания используется стандартный 12-вольтовый настенный адаптер. Основное питание включается и выключается большим выключателем.
Реле на 25А управляется компьютером через прерыватель. Входные клеммы реле подключены к выходным клеммам прерывателя. Реле подключено к двум электрическим розеткам, которые питают Kress и пылесос для всасывания стружки. Когда G-код заканчивается командой M05, автоматически выключаются и пылесос, и шпиндель. Чтобы включить их, вы можете нажать F5 или использовать команду G-кода M03.
16. Шкафчик для электроники
Для электрооборудования нужен хороший шкафчик. Автор нарисовал приблизительные размеры и места для всех компонентов на листе бумаги, пытаясь расположить их так, чтобы легко добираться до всех клемм при подключении проводов. Также важно, чтобы через шкафчик шел достаточный поток воздуха, поскольку шаговые контроллеры могут сильно нагреваться.
По замыслу, все кабели должны были подключаться в задней части корпуса. Использовались специальные 4-х проводные разъемы, чтобы была возможность отсоединить электронику от машины, не отсоединяя ни одной из клемм провода. Предусматривались две розетки для подачи питания на шпиндель и пылесос. Розетки питания подключены к реле для автоматического включения и выключения шпинделя по командам Mach3. На передней части шкафчика должен был стоять большой выключатель.
Детали для шкафа вырезаны на самом станке с ЧПУ
Далее, после приблизительной раскладки деталей, в программе CAD были спроектированы части корпуса. Затем, на самом станке, уже собранном, вырезаны все стороны и основание. Сверху шкафчика крышка, с куском оргстекла посередине. После сборки внутрь были установлены все компоненты.
17. Программное обеспечение
Для управления станком с ЧПУ необходимо три типа программного обеспечения.
В данном проекте используется простая программа CamBam. Она имеет базовые функции САПР и пригодна для большинства DIY-проектов. Одновременно это CAM-программа. Прежде, чем CamBam сможет создать траектории, нужно установить несколько параметров. Примеры параметров: диаметр используемого инструмента, глубина резания, глубина за один проход, скорость резания и т. п. После создания траектории вы можете вывести G-код, который сообщает машине что делать.
Рисунок, созданный в CamBam
Для программного обеспечения контроллера используется Mach3. Mach3 передает сигналы через параллельный порт компьютера на интерфейсную плату. Команды Mach3 обнуляют режущий инструмент и запускают программы резки. Вы также можете использовать ее для управления скоростью шпинделя и скоростью резания. Mach3 имеет несколько встроенных мастеров, которые вы можете использовать для вывода простых файлов с G-кодами.
Траектория для инструмента, созданная CamBam
18. Использование станка
Первыми были изготовлены несколько зажимов для крепления обрабатываемых материалов к рабочему столу. А первым «большим» проектом стал шкафчик для электроники (пункт 15).
В качестве первых образцов были сделаны несколько различных типов шестеренок, коробочки для гитарных медиаторов.
Выяснилось, что станок с ЧПУ производит кучу пыли и сильно шумит. Для решения проблемы с пылью сделан пылеуловитель, к которому можно прикрепить пылесос.
3-х осевой фрезерный станок с ЧПУ
Без фрезера с ЧПУ многие проекты так и останутся нереализованными. Автор пришел к выводу, что все станки дешевле 2000 евро не могут дать тот размер рабочей поверхности и ту точность, которые ему нужны.
Эти требования были учтены при трехмерном проектировании. Основное внимание уделялось тому, чтобы все части подходили одна к другой.
В результате было принято решение построить фрезер с рамой из алюминиевого профиля, 15-миллиметровыми шарико-винтовыми передачами и шаговыми двигателями NEMA 23, с рабочим током 3А, которые отлично подходят к готовой системе крепления.
Все части идеально сочетаются, и нет нужды изготавливать дополнительно специальные детали.
1. Изготовление рамы
Ось Х была собрана за считанные минуты.
Линейные направляющие серии HRC — очень качественные, и сразу после установки понятно, что они будут работать отлично.
Затем возникла первая проблема: приводные винты не входят в подшипниковые опоры. Поэтому решено было охладить винты сухим льдом, чтобы размеры уменьшились.
2. Установка приводных винтов
После того, как концы винтов охладили с помощью льда, они идеально вписались в держатели.
3: Электрика
Сборка механической части закончена, теперь очередь за электрическими составляющими.
Поскольку автор хорошо знал Arduino и хотел обеспечить полное управление через USB, выбор пал на Arduino Uno с расширительное платой CNC Shield и драйверы шагового двигателя DRV8825. Установка прошла совсем нетрудно, и после настройки параметров станок стала управляться с ПК.
Но так как DRV8825 работает в основном при 1,9 А и 36 В (и сильно нагревается), происходит пропуск шага из-за слишком малой мощности. Длительное фрезерование при большой температуре вряд ли пошло бы хорошо.
Следующими были дешевые драйверы Tb6560, подключенные к плате расширения. Номинальное напряжение оказались не слишком подходящим для этой платы. Была попытка использовать источник питания на 36 В.
В результате два драйвера работают нормально, третий не выдерживает более высокого напряжения и крутит ротор шагового двигателя только в одном направлении.
Снова пришлось менять драйвер.
Хорошо подошел tbV6600. Он почти целиком закрыт алюминиевым радиатором и прост в настройке. Теперь шаговые двигатели по осям X и Y работают с током 2,2 А, а по оси Z с 2,7А.
Требовалось защитить блок питания шаговых двигателей и преобразователь частоты от мелкой алюминиевой стружки. Существует множество решений, когда преобразователь выносится довольно далеко от фрезерного станка. Основная проблема в том, что эти устройства выделяют много тепла и требуют активного охлаждения. Было найдено оригинальное решение: использовать кусочки от колготок длиной по 30 см качестве защитного рукава, дешево и сердито, и обеспечивает достаточный поток воздуха.
4. Шпиндель
Выбрать подходящий шпиндель непросто. Сначала была идея использовать стандартный шпиндель Kress1050, но у него всего 1050 Вт на скорости 21000 об/мин, так что не приходилось ожидать большой мощности на более низких скоростях.
Для сухого фрезерования алюминия и стальных деталей требуется 6000–12000 об/мин. Был куплен трехкиловатный шпиндель VFD с инвертором, с доставкой из Китая он обошелся в 335 евро.
Это довольно мощный и простой в установке шпиндель. Он тяжелый — вес 9 кг, но крепкая рама выдерживает его тяжесть.
5. Сборка завершена
Станок хорошо справляется с работой, пришлось повозиться с драйверами шаговых двигателей, но в целом результат удовлетворительный. Потрачено 1500 евро, и построен станок, который точно отвечает потребностям создателя.
Первым фрезерным проектом была фигурная выемка, вырезанная в полиформальдегиде POM.
6: Доработка для фрезерования алюминия
Уже при обработке POM было видно, что крутящий момент на Y-опоре великоват, и станок изгибается при высоких нагрузках по оси Y, поэтому автор приобрел вторую направляющую и соответственно модернизировал портал.
После этого все нормализовалось. Доработка обошлась в 120 евро.
Теперь можно и алюминий фрезеровать. Из сплава AlMg4,5Mn получались очень достойные результаты без какого-либо охлаждения.
7. Выводы
Чтобы создать собственный станок с ЧПУ, не требуется быть семи пядей во лбу, все в наших руках.
Если все хорошо спланировано, не обязательно иметь кучу оборудования и идеальные условия для работы, потребуется лишь некоторое количество денег, отвертка, захват и сверлильный станок.
Месяц ушел на разработку дизайна с помощью программы САПР и на заказ и покупку комплектующих, четыре месяца на сборку. Создание второго станка заняло бы гораздо меньше времени, потому что автор не имел опыта в области станкостроения, и ему пришлось много узнавать о механике и электронике.
8. Комплектующие
Автор рекомендует брать пластины из алюминиевого сплава AlMg4.5Mn.
Все электрические части куплены на ebay.
Линейные подшипники ARC 15 FN
Шарико-винтовые пары SFU1605-DM:
Подшипниковый держатель винта ШВП FLB20-3200, включая держатель мотора NEMA23:
Опора винта ШВП LLB20
Соединительные муфты шаговый двигатель–шпиндель: из Китая по 2,5 евро за штуку.
Профили основания 160×16 I-Typ Nut 8
Профили для оси Х 30×60 B-Typ Nut 8
Профили крепления шагового двигателя оси Y 30×60 B-Typ Nut 8
Профиль 30×60 B-Typ Nut 8 на линейный подшипник оси Х 100 мм
Задняя пластина: алюминиевая пластина толщиной 5мм, 600×200.
Профиль 30x60x60 B-Typ Nut 8 для Y: 2 шт.
Профиль 30×30 B-Typ Nut 8
Монтажная пластина — алюминиевая пластина толщиной 5 мм, размеры 250×160
Скользящая пластина для монтажа шпинделя — алюминиевая пластина толщиной 5 мм, размеры 200×160
9. Программа
После долгих поисков программного решения, была выбрана удобная программа Estlcam, со стоимостью лицензии 50 евро. Пробная версия программы обладает всеми возможностями лицензионной, но работает медленнее.
Это ПО способно перепрограммировать Arduino и имеет множество функций, в том числе — способно управлять шаговыми двигателями напрямую.
Пример: Для поиска края детали необходимо подключить провода к контактам микрокомпьютера Ардуино и к заготовке. Если заготовка не проводит ток, можно создать временное проводящее покрытие с помощью фольги.
После этого программа подводит инструмент к детали с разных сторон и определяет ее границы в момент контакта.
10. Апгрейд
На осях Y и Z были установлены временные пластиковые кронштейны. Пластик был достаточно прочный, но скобы все же могли сломаться. Поэтому автор фрезеровал алюминиевые кронштейны для замены. Результат показан на фото.
11. Станок в работе
После некоторой практики станок дает уже очень неплохие, для самоделки, результаты.
На этих снимках показана деталь из сплава AlMg4,5Mn. Она полностью фрезерованная. На втором фото — результат работы станка, без дальнейшей обработки другими средствами.
Применялась концевая фреза VHM 6 мм с 3 зубьями. При использовании фрез на 4 и 6 мм станком достигаются вполне достойные результаты. Для своего класса оборудования, конечно.
ЧПУ-стол
На десерт — не станок, но полезная и интересная самоделка для станка, а именно — прочная и вместительная станина с полками. Если у вас еще нет станка с ЧПУ, вы можете построить ее раньше и использовать как рабочий верстак.
Изделие собиралось полностью на винтовых соединениях, без применения клея, чтобы сохранить возможность легкой переделки и апгрейда.
Использованные инструменты и комплектующие:
Шаг 1: подготовка
Шаг первый — удалить все со старого стола, начиная со станка и заканчивая кучей других вещей, лежащих там, и частично разобрать его. Было полностью разобрано все, кроме двух больших полок 120 х 120 см, которые укрепили, сделав основой нового стола.
Шаг 2: укрепление полок
Были использованы угловые скобки на четырех внутренних углах и L-образные скобки вдоль поперечной балки, проходящей вдоль нижней стороны.
На фото ниже: сравнение усиленной полки с недоделанной.
Шаг 3: отрезать лишнее
Первоначально было 4 стойки, поднимающиеся над верхней частью стола, потому что планировалась дополнительная полка над станком. Эту идею забраковали, решив оставить две стойки из четырех.
Их укрепили угловыми скобами.
Для закрепления полки добавили небольшие деревянные подставки.
На них поместили полку и укрепили ее еще большим количеством скобок.
Шаг 4: пегборд — панель для инструментов
В обновленный предмет мебели стоило добавить как можно больше места для хранения, и одной из расширяющих его возможности деталей стала перфорированная панель, в отверстиях которой закрепляются держатели для инструментов. На панели вырезали углы электролобзиком.
Смотрите подробнее в видео. Дальше ее просто прикрутили.
Шаг 5: нижние полки
Для хранения в нижней части надо было оставить как можно больше места, т.к. там хранится настольная пила и барабанный шлифовальный станок. Для хранения материалов тоже было нужно много места, так что решено было добавить полку, но сделать ее легко удаляемой. Пригодились заготовленные для ножек деревянные бруски и лист фанеры.
Ножки прикрепили к фанерному листу угловыми скобами, получившуюся полку вставили в нижнюю часть. Ее легко снять, когда снова понадобится хранилище полной высоты.
Шаг 6: верхние полки
В старой станине была верхняя полка для компьютера, работающего со станком, и для разных мелких вещей. Там оставалось еще место, и под этой полкой решили сделать еще одну. Это также помогло прикрыть розетки и проводку для станка.
Верхнюю полку положили на торцы стоек и прикрутили.
Во второй полке лобзиком вырезали углы под ножки.
И также закрепили ее уголками.
Шаг 7: последние штрихи
На пегборд добавили лоточки для хранения отверточных бит и прочих мелочей.
На торец прикрутили табличку с надписью “Назови меня”, которая впоследствии будет заменена именем, придуманным подписчиками на YouTube.
Наконец, в стол вернули все, что лежало в его предшественнике.
Все фотографии принадлежат авторам проектов.
Заключение и рекомендации
Существует множество впечатляющих проектов самодельных станков, зачастую авторы поражают своими навыками и остроумными решениями. Как увлечение, самостоятельная сборка станка с ЧПУ или 3D-принтера превосходит многие другие хобби — как по полезности получаемого результата, ведь на станке можно делать много замечательных вещей, так и по пользе от самого процесса — это не только увлекательное, но и познавательное занятие, помогающее развить инженерные навыки.
Если же вам не столь интересен сам процесс, а скорее требуется станок с ЧПУ для работы, в мастерскую или на предприятие — рекомендуем приобрести готовое оборудование промышленного производства, с гарантией и сервисом.
Можем порекомендовать станки следующих производителей:
