Особенности фрезера ЧПУ, выбор конструкции, схемы и чертежи

Станки с числовым программным управлением стали прорывом в механической обработке материалов. Благодаря компьютерному управлению токарный станок или фрезер ЧПУ способны выполнять геометрически сложные детали с высокой точностью и повторяемостью. Развитие техники постепенно сделало такие станки доступными не только для промышленных предприятий, но и для домашнего использования. Сегодня, любой умелец может приобрести или изготовить своими руками фрезер с ЧПУ и использовать его в различных проектах.

Область применения

Фрезерные станки применяются для сложной обработки деталей по трем координатам. Среди простейших видов фрезеровки: процесс гравировки и вырезание деталей из листовых материалов. Исходное сырье фанера, текстолит, пластмасса. Результатом становятся плоские детали, которые в дальнейшем собираются в какие-то конструкции. Это могут быть коробки, шкатулки, корпуса электроаппаратуры, каркасы объемных изделий. Используется двумерная обработка и при создании художественных изделий.

Более сложный вид обработки объемная или трехмерная. Из массивных заготовок она позволяет вырезать изделия со сложной поверхностью. Например, резьба по дереву, выполненная на станке, зачастую превосходит рукотворные изделия. Установка на станке дополнительной поворотной оси еще больше расширяет его возможности. Четырехосевое точение позволяет выполнять цилиндрические детали или трехмерные изделия с высокой сложностью рельефа. Примером могут ступать скульптуры или изогнутые мебельные фасады. Возможно создание станков и с еще большим числом степеней свободы, но сегодня это остается уделом профессионалов.

Кроме классического фрезерования, фрезер с ЧПУ может использоваться для выполнения других типов работ. Вместо фрезерной головки легко монтируются плоттерные ножи, лазеры или экструдеры 3D принтеров. В некоторых случаях устанавливается плазмотроны для резки металла. Все эти инструменты не изменяют конструкцию оборудования и методы управления.

Особенности выбора конструкции фрезера

Возможности современного оборудования с ЧПУ огромны. Но, ни один станок не является универсальным. Каждая модель имеет свои особенности и предпочтительную область применения. Перед выбором конкретной конструкции, следует четко определить, для чего будет использоваться станок. Попытка совместить все в одном, приведет к большим материальным и физическим затратам, без гарантии результата.

Сегодня выделяют два направления конструирования настольных фрезеров. Первое, самое простое, ориентировано на обработку дерева, пластмассы и других мягких заготовок. Такие станки не предъявляют высоких требований к конструкционным материалам, отличаются простотой и низкой стоимостью. Они доступны для самостоятельного изготовления, без применения дополнительного оборудования. Металлические изделия на таких устройствах обычно не фрезеруются. В редких случаях точатся только мягкие цветные металлы с небольшой подачей.

Второе направление фрезеров ориентировано работу с металлическими заготовками. Эти станки обладают значительной массой и состоят из деталей, выполнить которые можно только с использованием серьезного станочного парка.

Самостоятельно браться за такую конструкцию рекомендуется только при наличии серьезного опыта и доступа к заводскому металлообрабатывающему оборудованию.

Вторым по важности, параметром станка выступают размеры обрабатываемых деталей. Новичкам сразу хочется крупногабаритное поле, на котором они смогут делать все, что захотят. Но чем больше станок, тем больше технических проблем придется решать при его конструировании. Да и стоимость его будет не самой оптимальной. Если нет конкретных задач для большого станка, то рекомендуется в первом проекте ограничиться полем обработки размером в стандартный бумажный лист А4. Максимум можно выбрать А3.

Конструкция станка

Общая конструкция фрезерного станка состоит из трех независимых линейных осей, обеспечивающих продольное, поперечное и вертикальное движения рабочего инструмента. Распространены два варианта реализации их взаимного расположения. В простых станках большую популярность, приобрела портальная конструкция. Ее особенность в том, что поперечная и вертикальная оси закреплены на подвижном портале продольной оси. Вариант обеспечивает небольшие габариты, но существенно проигрывает в жесткости.

Другой подход подразумевает две оси, жестко закрепленные к основанию. Общее название таких механизмов – станки с подвижным столом. Именно такие модели наиболее часто применяются в промышленном оборудовании, так как в них проще обеспечить высокую жесткость. Простота и собираемость конструкции оказывается выше, чем у портальных вариантов. Жертвовать приходится размерами обрабатываемой детали.

В процессе строительства фрезера с ЧПУ решаются задачи выбора комплектующих, сборки механической части устройства, оснащения проекта электроприводами и системой управления.

Станина

В основе механической части лежит станина станка. Несмотря на кажущуюся простоту, от качества выполнения этого элемента будут зависеть многие характеристики работы готового изделия. Классические, литые из чугуна, станины в небольших станках популярностью не пользуются. Высокая сложность изготовления, необходимость дополнительной обработки и большая масса заставляет конструкторов искать альтернативные подходы. Самыми распространенными стали станины, собранные из плоских алюминиевых деталей или стандартного станочного профиля.

Наличие алюминиевых листов толщиной от 10 мм, позволяет вырезать из них детали необходимой формы, а затем собрать с помощью винтов. Высокое качество исходного сырья, при некоторой аккуратности, обеспечивает конструкцию, не требующую дополнительной механической обработки. Тем не менее, рекомендуется для резки и сверления отверстий использовать заводское оборудование. Готовое основание алюминиевое основание характеризуется небольшой массой и жесткостью, достаточной для обработки мягких материалов.

Станочный алюминиевый профиль стал использоваться относительно недавно. Выбор этого решения позволяет изготовить самодельный фрезерный станок с ЧПУ вообще без тяжелого оборудования. Все что необходимо – отрезать детали в размер.

Дальнейший монтаж выполняется с использованием пазов на профиле и готовых узлов крепления. Сам процесс больше напоминает сборку поделок из детского конструктора. Простота, высокая скорость сборки и неплохие результаты позволяют рекомендовать алюминиевый профиль начинающим самодельщикам для сборки станков самого разного назначения.

Линейные перемещения

Реализация подвижных осей требует наличия направляющих и механических передач. В любительском станкостроении наибольшее распространение получили цилиндрические оси, благодаря их относительно низкой стоимости и простоте использования. Диаметр таких направляющих должен быть значительным, что бы обеспечить отсутствие прогиба в процессе обработки. Использовать распространенные варианты диаметром 8 мм допустимо только при поле обработки в несколько сантиметров или в конструкциях с небольшими нагрузками.

На больших длинах они будут прогибаться и нарушат точность фрезерования. Наряду с цилиндрическими, встречаются рельсовые направляющие. Они имеют более высокую стоимость, но обеспечивают гораздо лучшие характеристики по точности, жесткости и долговечности. При наличии достаточных средств рекомендуется оснастить самодельный ЧПУ фрезер именно рельсами.

Привод подвижных узлов выполняется через передачу винт-гайка. В самом простом варианте используется резьбовая шпилька и обычная метрическая гайка. Единственным достоинством такого варианта является низкая стоимость. Комплекс остальных характеристик ограничивает использования область такого решения демонстрационными макетами оборудования. Для обеспечения приемлемой точности и долговечности передачи рекомендуется применять шарико-винтовые пары. Несмотря на высокую стоимость, они имеют множество преимуществ по сравнению с другими типами винтов. Альтернативой винтам выступают ременные передачи и передачи типа рейка-шестерня. Несмотря на активное использование в разнообразном оборудовании, особых преимуществ в небольших они станках не имеют.

Электрооборудование и электроника

Фрезер с ЧПУ оснащается специализированным комплектом электрооборудования, обеспечивающего согласованное перемещение по координатам, необходимые блокировки и защиты. В его состав обычно входят двигатели подач, преобразователи для двигателей, датчики и блок управления. Простейшим вариантом построения становится использование готовых комплектов шаговых двигателей с драйверами. Такие двигатели не требуют тщательного подбора и настройки, просты и относительно дешевы.

Альтернативным вариантом может стать использование сервопривода на основе моторов переменного тока. Это отличное решение для любого типа оборудования имеет только один существенный недостаток высокую стоимость.

Блок управления миниатюрным станком обычно выполняется на основе персонального компьютера. Все необходимые расчеты возложены на специализированное программное обеспечение. Преобразование сигналов ПК в управляющие сигналы драйверов двигателей производится через дополнительную плату преобразователь. К этой же плате подключаются датчики, ограничивающие перемещения, органы управления шпинделем и другое оборудование.

Шпиндель

Важную роль в работе станка играет шпиндель. В небольших станках нашли применение электрические гравировальные машины. Их мощности достаточно для работы с небольшими фрезами при гравировке и вырезании деталей из фанеры. В крупных станках, применяются так называемые, прямо-шлифовальные машины или небольшие фрезеры. С их помощью можно выполнять большое число работ на высоких скоростях. Профессиональные фрезерные головы и специализированные шпиндели применяются в основном при большом поле обработки или в промышленном оборудовании.

Совет: самодельный фрезерный ЧПУ станок выйдет вам в разы дешевле, нежели покупка нового!

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Переработка и утилизации отходов, виды металлов, обзор оборудования, классификация отходов