Эта статья покажет весь путь по изготовлению самодельного ЧПУ фрезеро-гравировального станка под управлением MACH3. Разберемся с конструкцией самоделки, подключения электрики и настойки программ.
Для сборки ЧПУ станка нам понадобятся направляющие из принетра EPSON - 4 штуки длинной 450 мм диаметром 14 мм и шаговые двигатели EM-181 в количестве 3 штук.
Размеры
Стол:
100х500 2шт.
100х420 2шт.
420х410 1шт.
Портал:
100х230 2шт.
100х420 1шт.
100х465 1шт.
Каретка "Z"
100х215 1шт.
95х210 1шь.
100х50 1шт.
Корпус принтера будет из мебельной ДСП. Что бы улучшить эстетические характеристики нашего ЧПУ станка торцы ДСП с помощью утюга проклеим торцевой лентой. Купить ее как и ДСП можно в любом магазине мебельной фурнитуры. Детали скрепляем между собой саморезами или конфирмантами.
Для фрезерования отверстий под подшипники ходовых винтов я использовал перьевое сверло и дрель. Размер брал чуть меньше и доводил наждачкой для плотной посадки обоймы подшипника. Направляющие у меня были диаметром 14 мм, подшипники 22 мм в диаметре.
Направляющие я взял от принтера Epson с которого снял и сами валы. Сразу закреплять направляющие в корпусе не стал т.к. сложно сохранить их правильную ориентацию относительно валов, нужно иметь возможность регулировать. По тому взял сантехническую ПВХ трубу на 1/4 дюйма и зажимы для крепления на стену. Трубу разрезал на куски по 95 мм и тисками запрессовал в них направляющие. В таком виде их стало удобно регулировать и закреплять.
Теперь можно собрать основание ЧПУ станка. Основание лучше поставить на регулируемых ножках. Конструкция хоть и жесткая, но при точной настройке размеры могут заметно гулять если станок сдвинуть. Возможность регулировать длину ножек позволит избежать таких проблем при калибровке.
К нашим ПВХ трубкам с направляющим прикручиваем перекладину. Нужно добиться отсутствия перекосов, что бы при движении салазок по всей длине направляющих наша перекладина не подклинивала и двигался легко.
Аналогичным способом собирается вторая ось - Y. Высоту портала выбираем таким образом, что бы хватало места для закрепления фрезерного инструмента.
Не забываем, что хоть наш станок и деревянный, но есть детали установка которых требует высокой точности. Расстояние между установленными направляющими валами должно вымеряться штангенциркулем. Если непараллельность, то нужно растачивать отверстие шкуркой и ставить жестяные клинья. Добиваться максимальной параллельности.
Ходовые винты сделаны из обычной шпильки М8/М6. Соединение вала с шаговых двигателем выполнялось через самодельную трубчатую муфту, но лучше заказать специальные т.к. нельзя допускать жесткой фиксации валов - будут биения.
Для оси Z решено было использовать мебельные направляющие для шкафов. Они достаточно жесткие и легко монтируются. Те, что были у меня - двигались без заметного люфта.
Двигатель вертикальной оси закрепляем на втулках что бы был доступ к муфте.
Собранная ось Z ЧПУ фрезера:
В качестве шпинделя был использован гравер-дремель. Его мощность позволяет обрабатывать дерево на малых подачах. Для более твердых материалов потребуется шпиндель большей мощности, но тогда и направляющие оси Z придется сменить.
Гайки ходового винта были вытачены на токарном станке. Закреплены через строительный уголок.
Теперь нам остается отрегулировать ходовую гайку и ходовой винт. Положение винта вымеряется так же штангенциркулем относительно направляющих валов, затягиваются. Ходовая гайка фиксируется в последний момент когда мы убедимся, что нет перекосов.
Обращу внимание, что подшипники на шпильку сажаем через подложку из жести. Зажимать гайками ее следует не сильно, что бы шпильку не выгибало в сторону. Само резьбовое соединение проклеивается бакситной смолой. Она устранит люфты и не даст раскручиваться во время работы станка.
Далее нам предстоит размещение концевых выключателей (лимиты рабочего поля) подключение и настройка электроники. Изначально планировалось собирать электронику самостоятельно, но изучив схемы, стоимость комплектующих и необходимое время на изготовление плат было принято решение покупать готовое. Изучив предложения в интернете, сравнив цены были приобретены:
интерфейсная плата с опторазвязкой BL-MACH-V1.1 $ 5.03
драйверы шаговых двигателей BL-TB6560-V2.0 $ 4.84 за 1 штуку.
Начнем с доработки двигателей. Двигатели EM-181 униполярные, это значит, что они имеют 4 обмотки соединенные определенным образом. Драйверы, которые мы используем, работают с биполярными двигателями, в которых 2 обмотки. Откручиваем 4 болта и снимаем заднюю крышку двигателя. Необходимо перерезать дорожку в обозначенном месте. Контакты обмотки 1 обозначены буквами "А" обмотки 2 буквами "В".
Подробно описывать подключение всей электроники смысла нет, просто покажу фотографии из которых все предельно понятно. Одно только хочу заметить, что концевики не будут работать пока к плате опторазвязи кроме 5V от USB не будет подключено 12V. не знаю почему но нигде в описании я этого не нашел и долго не мог понять почему MACH не запускался.
В качестве кабелеукладчика в автомагазине были приобретена пластиковая гофра диаметром около 10 мм. Кабель канал сделан из алюминиевого уголка.
При пробных прогонах станка были неверно настроены драйверы, а точнее ток был выставлен на 3а что не понравилось двигателям и через 20 минут из них пошел дым. Для того чтобы это больше не повторилось, ток был ограничен на уровне 1.2а и были установлены радиаторы и вентиляторы охлаждения. (Позже в процессе эксплуатации выяснилось, что двигатели разогреваются сильно на малой подаче, при правильно выставленном значении тока и подаче в 10-15 мм/с. двигатели греются не сильно)
Электронику упаковываем в симпатичный корпус, нашел случайно на рынке, стоил 4$ подошел идеально.
НАСТРОЙКА MACH3
Теперь пара слов о настройке программы управления MACH3.
В тонкости вдаваться не буду, опишу необходимый минимум, как заставить моторы вращаться в нужную сторону и на нужное расстояние. Скачиваем и устанавливаем программу mach3.
Установка порта:
В меню "config"(«Конфигурации») выбираем "Port and Pins" (Порты и Пины) ставим галку на нужный порт.
Частоту ядра выбираем 25000Hz чтобы разогнать станок на нормальную скорость, на драйверах устанавливаем делитель 1:8
Настройка пинов управления двигателями:
Выберите вкладку "Motor Outputs"(«Выходы двигателей») Ставим галочки напротив осей X,Y,Z. Тем самым мы делаем их активными. Смотрим, к каким портам платы опторазвязки подключены наши драйверы и вписываем эти номера в поля "Step" (шаг) и "Dir" (направление) галочки "Step low active" отвечают за реверс вращения двигателей "step low active" шаг двигателя при положительном или отрицательном импульсе.
Концевые выключатели и кнопка экстренной остановки:
Концевики установленные на осях работают как индикатор достижения крайнего положения рабочего поля. Это предотвращает поломку механики. При срабатывании выключателя в процессе работы станок просто остановится.
В данном случае ось "X" подключена к 13 порту "Y" к 12 порту "Z" к 11 порту платы опторазвязки.
Кнопка E stop подключена к 15 порту и срабатывает при замыкании.
Теперь один очень важный момент. Даже если драйверы подключены правильно и пины управления подключены без ошибок двигатели не будут вращаться без команды включения. Переходим на вкладку ''output signale'' и ставим, галочки напротив "enable'' номер порта прописываем тот, к которому подключен контакт ''EN-'' теоретически их можно подключить на один порт, но я все 3 драйвера подключен на порты 14-16-17
Вот и все, мы закончили настройки. Остался один маленький штрих. Ходовые гайки у нас без компенсации люфтов, и убрать их в таком исполнении убрать тяжело. Разработчики программы позаботились об этом и нам нужно всего лишь включить функцию компенсации и задать их величину. В меню "config"(«Конфигурации») выбираем "Backlash" Ставим галочку включить и прописываем значения для каждой оси.
Работа в ArtCAM Чтобы статья получилась полноценной расскажу в вкратце как работать в программе "ArtCAM pro". В качестве примера возьмем чертеж моторамы от самолета "MicroAngel" в формате *.dxf Открываем ArtCAM выбираем "файл" - "открыть" в поле тип файлов выбираем *.dxf
В меню "размер новой модели" задаем высоту и ширину нашей заготовки из фанеры, которую мы закрепили на рабочем столе. Чтобы не испортить стол станка заготовку я креплю прижимами на подложке из потолочной плитки или подложки для ламината. Задаем размер заготовки 300х300 и нажимаем 2 раза "ОК"
Компонуем элементы от нижнего левого угла, это по умолчанию нулевая точка.
Вначале необходимо вырезать внутренние элементы. Для этого в нижнем левом углу панели инструментов выбираем "УП" Выделяем часть внутренних элементов и в разделе "2D УП" выбираем "обработка по профилю"
В поле "сторона обработки" выбираем внутри начальный проход оставляем "0" это верх нашей заготовки. Финишный проход ставим чуть больше толщины фанеры. В данном случае фанера 3мм. значит, в поле финишный проход ставим 3.2мм.
Далее "плоскость безопасности" тут все понятно, это высота перемещения инструмента над заготовкой. Следующий пункт выбор инструмента. Выбираем из библиотеки инструмент, при необходимости корректируем скорость подачи, скорость заглубления инструмента и максимальная глубина за проход. В данном случае фреза кукуруза диаметром 1мм. Подача инструмента 10 мм/с Заглубление 3мм/с Максимальная глубина за проход 1.1мм. При такой глубине заготовка будет прорезана за 3 прохода. Нажимаем "выбрать"
В поле "заготовка" нажимаем определить. Нулевую плоскость заготовки выбираем вверху, смещение вниз, высота заготовки 7мм. это толщина подложки 4мм. и 3мм. толщина фанеры.
Далее пишем имя данного участка "УП" например №1 и нажимаем "сейчас" На чертеже по внутренней стороне обрисовывается вектор движения инструмента.
Выделяем остальные элементы внутри, а параметры обработки менять не будем. Каждому новому элементу задаем новое название.. Для обработки внешнего контура выбираем обработку по внешнему контуру, присваиваем имя и нажимаем "сейчас". После завершения фрезировки деталь не должна вываливаться и для этого выделяем внешний вектор и выбираем функцию "создания переходов". Высоту и ширину переходов задаем 1 мм, а в поле "постоянное количество" ставим 3-4 шт. Осталось только кликнуть "создать переходы".
По завершению необходимо сохранить "УП" вверху нажимаем "УП" - "Сохранить УП"
Слевой стороны список подпрограмм, которые сгенерировались для обработки детали под фрезу. В какой последовательности мы перенесем их в правое окно в такой, и будет, производится обработка. Переносим все вправо и нажимаем сохранить и присваиваем нашей программе имя. Все, наша программа готова к загрузке в "mach3"
Программа для нашего станка готова. Крепим нашу заготовку из фанеры. Включаем станок, стрелками на клавиатуре перемещаем шпиндель в нулевую точку (у нас это левый нижний угол) кнопками "PgUp" "PgDn" опускаем фрезу так, чтобы она коснулась заготовки. Затем в меню "MACH3" устанавливаем нулевое положение по всем осям и загружаем нашу программу нажатием кнопки "Load G-Code".
Включаем шпиндель, нажимаем кнопу "Cycle Start" и идем пить кофе.
Есть один важный момент. Фанера может быть кривая или при фиксации к столу ее может слегка выгнуть. На большой площади этот перепад может быть до 1мм. Станочек не сильно мощный и фрезы тонкие. Глубина обработки у нас выставлена 1мм за проход, а при изгибе фанеры заглубление может оказаться 1.5-2 мм. фреза начнет гореть или даже может сломаться. Поэтому я прогоняю фрезу над заготовкой и смотрю максимальную высоту и при обработке учитываю эту погрешность.
После того как фрезер закончит свою работу наслаждаемся результатом.
В качестве пробной детали была профрезирована рамка для фотографии.
