Робототехника в образовании - Выбираем фрезерный станок с ЧПУ

Научно-техническая революция явилась источником необратимых процессов в производстве. Она способствовала массовой производственной компьютеризации в различных областях промышленности. Развитие программирования привело к существенному сокращению усилий и участия со стороны рабочего при обработке материала на фрезерном станке. В результате чего станки с ручных и частично или полностью автоматизированных перешли на числовое программное управление, таким образом облегчив работу на этих станках при производстве огромного количества изделий.

Числовым программным управлением называют компьютеризованную систему, осуществляющую управление приводами технологического оборудования и станочной оснастки.

Подбор фрезерного станка с ЧПУ довольно сложная задача, как для инженера, так и для обычного предпринимателя. В настоящее время на рынке выбор этого промышленного инструмента достаточно велик и его классификация довольно сложна. Для начала необходимо определиться с требованиями, предъявляемыми к оборудованию и обратить внимание на ассортимент рынка. Список ваших требований и ожиданий должен содержать следующую информацию:

– основные задачи с возможностью расширения их в будущем (материал, профиль работ, скорость, точность, требуемый ресурс);

– размеры возможных обрабатываемых заготовок (размер стола) и удобство закрепления заготовки;

– предполагаемый уровень цены, которую вы готовы заплатить за оборудование.

После выбора станка необходимо внимательно изучить конструкцию, принципиальную схему и техническую характеристику. Так же следует обратить внимание на сроки гарантии и технического обслуживания. Часто характеристики подобных станков зависят от их промышленного оснащения – и от свойств их комплектующих и расходных составляющих, от конструктивных особенностей. Элементами станка с ЧПУ, требующими особого внимания являются шпиндель и область фрезеровки.

Шпиндель – едва ли не самая неприхотливая часть фрезерного станка. Но именно от шпинделя зависит ассортимент фрез станка, углы закрепления фрез и другие конструктивные особенности станка. Шпиндель – это небольшой электродвигатель с приспособлением для зажима фрезы (цангой).

Шпиндель станка оснащен жидкостным охлаждением и воздушным охлаждением (с мощностью от 3 кВт). Срок службы качественного шпинделя около 5 лет. При выборе шпинделя необходимо руководствоваться запасом мощности не менее 10%.

К выбору данного конструктивного элемента следует подходить тщательно и ответственно, так как необходимо обратить внимание на рекомендации производителя станка и репутацию производителя.

Важная особенность станка с ЧПУ – это размер области фрезеровки, которая определяется размером изделия, обрабатываемого на станке. Для каждой специальной области применения существует свой диапазон размеров.

Следует обратить внимание на качество портала (площадки), в частности на материал, из которого он выполнен и устройства для закрепления и чёткого позиционирования детали заготовки. Величина хода шпинделя по вертикальной оси, что является показателем толщины детали, подверженной обработке играет роль при подборе оборудования.

Классификация станков с ЧПУ не столь сложна. Она зависит от материала, подверженного обработке, также от области применения станка. Далее идёт разделение по конструктивным особенностям и новшествам, использованным в конструкции.

Эти станки используют для работы с металлом и неметаллическими материалами. Их особенность – прочность и достаточная мощность конструкции.

Для уменьшения износа фрез станков и избегания нагревания фрезы в процессе работы и её заклинивания, фрезы оснащают подачей охлаждающей жидкости на её поверхность. При этом часто используют подачу воды или масла, непосредственно в область рабочего контакта. Для устранения отработанной стружки предусматривают крепление воронкообразного расширения (раструба) промышленного пылесоса.

Станки для работы с деревом характеризуются чуть более простой конструкцией и меньшими требованиями к различным прочностным характеристикам и необходимой мощности. Но следует отметить, что современные модели таких станков способны обрабатывать не только дерево, но и различные виды акрила, пластика, фанер, алюминия, ДСП и других материалов.

В них встречается воздушное охлаждение фрезы либо оно отсутствует. Устранение стружки главным образом осуществляется оператором в ручном режиме. Такие станки характеризуются приемлемой ценой, простотой конструкции и большой распространённостью.

Оборудование для производства корпусной мебели

Особенностью станков данной группы является большая сложность конструкции рамы и её высокая стоимость. Так же играют роль конструктивные особенности направляющих и их стоимость при комплектации оборудования, по сравнению с аналогичными станками для работы с менее крупными объектами обработки. Поэтому станок с ЧПУ для производства мебели будет иметь большие габаритные размеры, и требовать большие производственные площади для установки.

Фрезерные станки с ЧПУ, предназначенные для обработки стекла характеризуются особенностью применения специальных фрез с алмазными, твердосплавными и корундовыми рабочими поверхностями.

В станках, обрабатывающих стекло, подача рабочей жидкости в область контакта фрезы с материалом обязательна – это обусловлено необходимостью охлаждения фрезы при работе с твёрдым материалом, так же немедленное устранение отработанных фрагментов материала, во избежание порчи детали при дальнейшей обработке и соблюдения техники безопасности при работе оператора станка.

Область применения таких станков достаточно велика. Их используют для обработки оргстекла, притом различного состава и поликарбоната.

Такие фрезерные станки предназначены для фрезеровки каменных и бетонных изделий, для гравировки и выполнения сложных барельефов на особо твёрдых природных материалах – мраморе, граните, песчанике. Камнеобрабатывающие станки используют для изготовления колонн, статуэток и других дизайнерских моделей.

К специфике работы по камню относят высокую твёрдость обрабатываемого материала, большие площади обработки и большой вес используемых заготовок. Также, при работе с камнем необходимо учитывать постоянную циркуляция воды в рабочей зоне, и устранение пыли и крошки пылесосом, так как сама по себе вода не удаляет при обработке камня крупной фракции, характерной для перечисленных минеральных материалов.

И ещё одна из важных деталей, на которую желательно обратить внимание при выборе специального оборудования – это сервисное обслуживание станка. Достаточно развитая сервисная служба сократит ваши расходы и сбережет нервы при монтаже и отладке оборудования.

Также необходимо обращать внимание на то, чтобы производственная компания имела связи непосредственно с сервисным центром обслуживания. Поэтому нежелательно ориентироваться только лишь на низкую стоимость товара при покупке.

Можно рекомендовать при выборе станка посетить специализированные выставки производственного оборудования либо действующее производство, где монтированы, отлажены и запущены в производство подобные станки.

Более подробную консультацию вы можете получить по телефону 8 (982) 325-91-81 или по электронной почте 88005052573@mail.ru

Как собрать самодельный фрезерный станок с ЧПУ Чертежи и схемы! Блог Станкофф

Я давно хотел разместить серию постов по теме самодельных станков с ЧПУ. Но всегда останавливал тот факт, что Станкофф - станкоторговая компания. Дескать, как же так, мы же должны продавать станки, а не учить людей делать их самостоятельно. Но увидев этот проект я решил плюнуть на все условности и поделиться им с вами.

И так, в рамках этой статьи-инструкции я хочу, что бы вы вместе с автором проекта, 21 летним механиком и дизайнером, изготовили свой собственный настольный фрезерный станок с ЧПУ. Повествование будет вестись от первого лица, но знайте, что к большому своему сожалению, я делюсь не своим опытом, а лишь вольно пересказываю автора сего проекта.

В этой статье будет достаточно много чертежей. примечания к ним сделаны на английском языке, но я уверен, что настоящий технарь все поймет без лишних слов. Для удобства восприятия, я разобью повествование на «шаги».

Уже в 12 лет я мечтал построить машину, которая будет способна создавать различные вещи. Машину, которая даст мне возможность изготовить любой предмет домашнего обихода. Спустя два года я наткнулся на словосочетание ЧПУ или если говорить точнее, то на фразу "Фрезерный станок с ЧПУ". После того как я узнал, что есть люди способные сделать такой станок самостоятельно для своих нужд, в своем собственном гараже, я понял, что тоже смогу это сделать. Я должен это сделать. В течение трех месяцев я пытался собрать подходящие детали, но не сдвинулся с места. Поэтому моя одержимость постепенно угасла.

В августе 2013 идея построить фрезерный станок с ЧПУ вновь захватила меня. Я только что окончил бакалавриат университета промышленного дизайна, так что я был вполне уверен в своих возможностях. Теперь я четко понимал разницу между мной сегодняшним и мной пятилетней давности. Я научился работать с металлом, освоил техники работы на ручных металлообрабатывающих станках, но самое главное я научился применять инструменты для разработки. Я надеюсь, что эта инструкция вдохновит вас на создание своего станка с ЧПУ!

Все начинается с продуманного дизайна. Я сделал несколько эскизов, чтобы лучше прочувствовать размеры и форму будущего станка. После этого я создал CAD модель используя SolidWorks. После того, как я смоделировал все детали и узлы станка, я подготовил технические чертежи. Эти чертежи я использовал для изготовления деталей на ручных металлообрабатывающих станках: токарном и фрезерном .

Признаюсь честно, я люблю хорошие удобные инструменты. Именно поэтому я постарался сделать так, чтобы операции по техническому обслуживанию и регулировке станка осуществлялись как можно проще. Подшипники я поместил в специальные блоки для того, чтобы иметь возможность быстрой замены. Направляющие доступны для обслуживания, поэтому моя машина всегда будет чистой по окончанию работ.

DIY_CNC_основные размеры.pdf 1675 Скачать

Станина обеспечивает станку необходимую жесткость. На нее будет установлен подвижной портал, шаговые двигатели, ось Z и шпиндель, а позднее и рабочая поверхность. Для создания несущей рамы я использовал два алюминиевых профиля Maytec сечением 40х80 мм и две торцевые пластины из алюминия толщиной 10 мм. Все элементы я соединил между собой на алюминиевые уголки. Для усиления конструкции внутри основной рамы я сделал дополнительную квадратную рамку из профилей меньшего сечения.

Для того, чтобы в дальнейшем избежать попадания пыли на направляющие, я установил защитные уголки из алюминия. Уголок смонтирован с использованием Т-образных гаек, которые установлены в один из пазов профиля.

На обоих торцевых пластинах установлены блоки подшипников для установки приводного винта.

Несущая рама в сборе

Уголки для защиты направляющих

Чертежи основных элементов станины

Блок подшипников.pdf 1377 Скачать

Т-образная гайка.pdf 1027 Скачать

Боковой рофиль внутренней рамки 40х40 мм.pdf 1139 Скачать

Крепежные элементы внутренней рамки.pdf 938 Скачать

Основной профиль 80х40 мм.pdf 1043 Скачать

Задняя торцевая пластина.pdf 1034 Скачать

Пылезащитный профиль.pdf 923 Скачать

Торцевой рофиль внутренней рамки 40х40 мм.pdf 921 Скачать

Торцевые защитный накладки.pdf 859 Скачать

Фронтальная торцевая платина.pdf 971 Скачать

Подвижной портал - исполнительный орган вашего станка, он перемещается по оси X и несет на себе фрезерный шпиндель и суппорт оси Z. Чем выше портал, тем толще заготовка, которую вы можете обработать. Однако, высокий портал менее устойчив к нагрузкам которые возникают в процессе обработки. Высокие боковые стойки портала выполняют роль рычагов относительно линейных подшипников качения.

Основная задача, которую я планировал решать на своем фрезерном станке с ЧПУ - это обработка алюминиевых деталей. Поскольку максимальная толщина подходящих мне алюминиевых заготовок 60 мм, я решил сделать просвет портала (расстояние от рабочей поверхности до верхней поперечной балки) равным 125 мм. В SolidWorks все свои измерения я преобразовал в модель и технические чертежи. В связи со сложностью деталей, я обработал их на промышленном обрабатывающем центре с ЧПУ, это дополнительно мне позволило обработать фаски, что было бы весьма затруднительно сделать на ручном фрезерном станке по металлу.

Нижняя поперечная пластина портала с креплением приводной гайки.pdf 928 Скачать

Крепления для U-образного профиля.pdf 825 Скачать

Боковые стойки портала.pdf 948 Скачать

U-образный верхний профиль портала.pdf 888 Скачать

Крепление двигателя оси Y.pdf 841 Скачать

В конструкции оси Z я использовал переднюю панель, которая крепится к подшипникам перемещения по оси Y, две пластины для усиления узла, пластину для крепления шагового двигателя и панель для установки фрезерного шпинделя. На передней панели я установил две профильные направляющие по которым будет происходить перемещение шпинделя по оси Z. Обратите внимание на то, что винт оси Z не имеет контропоры внизу.

Верхняя пластина оси Z для крпеления шагового двигателя.pdf 850 Скачать

Задняя пластина оси Z.pdf 790 Скачать

Ложемент фрезерного шпинделя.pdf 783 Скачать

Нижняя исредняя пластины оси Z.pdf 766 Скачать

Пластина для крепления фрезерного шпинделя на оси Z.pdf 790 Скачать

Пластина для крепления гайки перемещения по оси Y.pdf 744 Скачать

Передняя пластина оси Z для крепления линейных направляющих.pdf 822 Скачать

Направляющие обеспечивают возможность перемещения во всех направлениях, обеспечивают плавность и точность движений. Любой люфт в одном из направлений может стать причиной неточности в обработке ваших изделий. Я выбрал самый дорогой вариант - профилированные закаленные стальные рельсы. Это позволит конструкции выдерживать высокие нагрузки и обеспечит необходимую мне точность позиционирования. Чтобы обеспечить параллельность направляющих, я использовал специальный индикатор во время их установки. Максимальное отклонение относительно друг друга составило не более 0,01 мм.

Винты преобразуют вращательное движение от шаговых двигателей в линейное. При проектировании своего станка вы можете выбрать несколько вариантов этого узла: Пара винт-гайка или шарико-винтовая пара (ШВП). Винт-гайка, как правило, больше подвергается силам трения при работе, а также менее точна относительно ШВП. Если вам необходима повышенная точность, то однозначно необходимо остановить свой выбор на ШВП. Но вы должны знать, что ШВП достаточно дорогое удовольствие.

Я все же решил использовать винт-гайку для своего станка. Я выбрал гайки со специальными пластиковыми вставками которые уменьшают трение и исключают люфты.

Необходимо обработать концы винтов в соответствии с чертежами. На концы винтов устанавливаются шкивы

Винт оси X.pdf 975 Скачать

Винт оси Y.pdf 814 Скачать

Винт оси Z.pdf 804 Скачать

Рабочая поверхность - это место на котором вы будете закреплять заготовки для последующей обработки. На профессиональных станках часто используется стол из алюминиевого профиля с Т-пазами. Я решил использовать лист обычной березовой фанеры толщиной 18 мм.

Основными компонентами электрической схемы являются:

1. Шаговые двигатели
2. Драйверы шаговых двигателей
3. Блок питания
4. Интерфейсная плата
5. Персональный компьютер или ноутбук
6. Кнопка аварийного останова

Я решил купить готовый набор из 3-х двигателей Nema, 3-х подходящих драйверов, платы коммутации и блока питания на 36 вольт. Также я использовал понижающий трансформатор для преобразования 36 вольт в 5 для питания управляющей цепи. Вы можете использовать любой другой готовый набор или собрать его самостоятельно. Так как мне хотелось быстрее запустить станок, я временно собрал все элементы на доске. Нормальный корпус для системы управления сейчас находится в разработке )).

Электрическая схема.pdf 1082 Скачать

Для своего проекта я использовал фрезерный шпиндель Kress. Если есть необходимость, средства и желание, то вы вполне можете поставить высокочастотный промышленный шпиндель с водяным или воздушным охлаждением. При этом потребуется незначительно изменить электрическую схему и добавить несколько дополнительных компонентов, таких как частотный преобразователь.

В качестве управляющей системы для своего детища я выбрал MACH3. Это одна из самых популярных программ для фрезерных станков с ЧПУ. Поэтому про ее настройку и эксплуатацию я не буду говорить, вы можете самостоятельно найти огромное количество информации на эту тему в интернете.

Если вы все сделали правильно, то включив станок вы увидите, что он просто работает!

Я уверен, моя история вдохновит вас на создание собственного фрезерного станка с ЧПУ.

Друзья, если вам понравилась история, делитесь ей в социальных сетях и обсуждайте в комментариях. Успехов вам в ваших проектах!