Nauka budowy maszyny CNC od podstaw jest łatwiejsza niż mogłoby się wydawać. Podzieliliśmy proces DIY na serię łatwych do wykonania kroków dla początkujących. Od zakupu części po instalację oprogramowania, nasz przewodnik DIY przeprowadzi Cię przez proces łatwego tworzenia własnej maszyny CNC.
Co to jest maszyna CNC?
Maszyna CNC to zautomatyzowane narzędzie elektryczne, które wykorzystuje program komputerowy do sterowania silnikiem, aby napędzać 3 osie X, Y i Z, aby poruszać się tam i z powrotem wzdłuż ścieżki narzędzia wygenerowanej przez oprogramowanie CAD/CAM zgodnie z poleceniami kodu G. Na koniec narzędzie na wrzecionie kończy rzeźbienie, cięcie i frezowanie.
Rzeczy do rozważenia
Jeśli chodzi o maszyny CNC, każdy pomyśli o ich wysokich kosztach i skomplikowanych operacjach programowania, które sprawiają, że czujemy się niezrozumiali. W rzeczywistości znamy i uczymy się CNC, wykonując proste i tanie maszyny CNC, co pozwoliło nam przejść z poziomu początkującego do poziomu eksperta w nowoczesnej technologii CNC. Trudność samodzielnego zbudowania maszyny CNC leży w wysokim koszcie zestawów maszyn i trudności obróbki, a konfiguracja i użytkowanie oprogramowania są stosunkowo proste. Po miesiącu nauki i badań nad CNC zdecydowałem się zbudować własne zestawy maszyn CNC sterowanych przez Mach3, korzystając z lokalnie dostępnych materiałów.
Poziom trudności budynku: Umiarkowany.
Czas trwania budowy: 16 Days.
Narzędzia do majsterkowania: Imadła stołowe, wiertarki elektryczne, piły ręczne, stemple pomiarowe, gwintowniki, rozwiertaki, zaciski, giętarki i śruby.
Jak zacząć
W tym przewodniku dowiesz się, jak stworzyć działającą maszynę CNC z następującymi funkcjami.
1. Konstrukcja portalu charakteryzuje się dobrą stabilnością, dużym formatem przetwarzania, kompaktową i lekką konstrukcją biurka, lekkością i łatwością przenoszenia.
2. Można go używać do cięcia i frezowania PCB, PVC, akrylu, MDF, drewna, aluminium i miedzi.
3. Dokładność obróbki może osiągnąć 0.1 mm, co pozwala na spełnienie wymagań większości płytek PCB, form, stempli i znaków.
4. Jego koszt jest niższy $1,000, a montaż jest wygodny i łatwy.
5. Części i surowce można znaleźć lub kupić lokalnie, co zmniejsza obawy.
6. Proces DIY nie wymaga zbyt skomplikowanych narzędzi.
7. Kontroler Mach3, łatwy w użyciu.
8. Wrzeciono napędzane jest silnikiem krokowym o wysokiej precyzji.
Jak zbudować strukturę maszyny CNC?
Ta maszyna CNC przyjmuje stałą strukturę bramy. Cała maszyna jest podzielona na stół bazowy, ramę bramy, wózek osi X, stół roboczy osi Y i wózek osi Z. Silnik krokowy napędu stołu roboczego osi Y jest zamocowany na płycie dolnej. , śruba i 2 gładkie pręty oraz brama jako prowadnica przesuwna stołu osi Y.
Na bramie zamocowany jest silnik krokowy napędu wózka osi X, śruba pociągowa i 2 gładkie pręty używane jako prowadnice przesuwne wózka osi X. Na wózku osi X zamocowany jest silnik krokowy napędu wózka osi Z, śruba pociągowa i 2 gładkie pręty używane jako prowadnice przesuwne wózka osi Z.
Do zamocowania wrzeciona na wózku osi Z służą wsporniki mocujące w kształcie litery L oraz pierścienie ustalające w kształcie litery U.
Nakrętka dopasowana do śruby pociągowej jest przyspawana do wózka osi X, Y i Z.
Jak stworzyć obwód maszyny CNC?
Układ składa się z 3 identycznych części napędowych silnika krokowego osi X, osi Y i osi Z. Teraz weźmy oś X jako kolumnę, aby zilustrować zasadę działania.
Układ sterownika silnika krokowego z L297/L298
Układ składa się głównie z 2 dedykowanych układów scalonych silników krokowych L297 i L298. Główną funkcją L297 jest dystrybucja impulsów. Generuje on wyjściowe impulsy logiczne na swoich zaciskach wyjściowych A, B, C i D, aby sterować L298. L297 ma również 2 siekacze PWM do sterowania prądem uzwojenia fazowego i realizuje stałą kontrolę siekacza prądu, aby uzyskać dobre charakterystyki częstotliwości momentu obrotowego.
Impuls osi X z HDR1 (pin 2) trafia do ZEGARA (pin 18) układu U1 (L297) i jest przetwarzany przez układ U1 na jego zaciskach wyjściowych A, B, C, D, C (piny 4, 6, 7, 9) w celu wygenerowania Impulsu logicznego wyjściowego trafia do układu U2 (L298) w celu wysterowania podwójnego mostka H na jego zaciskach wyjściowych (piny 2, 3, 13 i 14) w celu wyprowadzenia impulsów krokowych, które napędzają silnik krokowy do obrotu.
L298 to zintegrowany układ sterujący o wysokim napięciu i dużym natężeniu prądu, wykorzystujący podwójny mostek H.
Układy L297 i L298 służą do budowy kompletnego układu napędowego, który może sterować dwufazowymi silnikami krokowymi o maksymalnym napięciu 2 V i natężeniu prądu 46 A na fazę.
SYNC (pin 1) układu U1 to pin synchronizacyjny podłączony do pinu 1 układów U3 i U5 w celu realizacji synchronizacji wielu układów L297.
Płyta sterująca silnika krokowego
ENABLE (pin 10) U1 umożliwia pinowi sterującemu sterowanie logiką wyjściową. Gdy jest niski, INH1, INH2, A, B, C, D są wymuszane na niskim poziomie, aby sterownik L298 nie działał. CONTROL (pin 11) służy do wybierania sterowania sygnałem choppera. Gdy jest niski, sygnał choppera działa na INH1, INH2, a gdy jest wysoki, sygnał choppera działa na sygnały A, B, C, D. Pierwszy jest odpowiedni dla trybu pracy jednostopniowej, a 2 tryby mogą być używane dla silnika krokowego trybu pracy bipolarnej.
VREF (pin 15) złącza S1U1 to pin regulacji napięcia odniesienia. Napięcie na tym pinie jest regulowane w celu ustawienia szczytowego prądu uzwojenia fazowego silnika krokowego.
Zestawy sterowników silników krokowych
Cw/ccw (pin 17) układu U1 to pin określający kierunek obrotu silnika krokowego osi X, a sygnał określający kierunek dla osi X z HDR1 (pin 6) jest podłączony do tego pinu.
HALF/FULL (pin 19) to pin sterujący trybem wzbudzenia. Gdy jest wysoki, jest to tryb jazdy półkrokowej, a gdy jest niski, jest to tryb jazdy pełnokrokowej. RESET (pin 20) to asynchroniczny sygnał resetu, którego funkcją jest resetowanie rozdzielacza impulsów.
D3-D26 to diody gaszące mostka H sterownika L298.
Jak skonfigurować sterownik CNC Mach3?
Mach3 jest najczęściej używanym sterownikiem CNC do maszyn CNC. Jego instalacja jest prosta. Najpierw włóż kartę ruchu Mach3 do płyty głównej komputera. W systemie operacyjnym Windows sterownik Mach3 zostanie zainstalowany domyślnie.
Zestaw kontrolera CNC USB Mach3 3 Axis
Możesz również wybrać sterowniki CNC DSP, NcStudio, Mach4, Syntec, OSAI, Siemens, LNC, FANUC i inne.
Jak zainstalować i używać oprogramowania CAD/CAM?
Najpopularniejsze oprogramowanie CAD/CAM dla maszyn CNC to m.in. Type3, ArtCAM, Cabinet Vision, CorelDraw, UG, MeshCAM, Solidworks, AlphaCAM, MasterCAM, UcanCAM, CASmate, PowerMILL, Aspire, Alibre, AutoCAD, Fusion360, Autodesk Inventor, Rhinoceros 3D, który może zaprojektować 2D/3D rysunki służące do generowania ścieżek narzędzi obróbkowych.
Oprogramowanie CAD/CAM
Jak montować zestawy maszyn CNC?
Dolny stół, wózek osi X, stół roboczy osi Y i wózek osi Z są wykonane na giętarce o grubości 1.5-2mm blachy stalowe walcowane na zimno, które mogą zapewnić najbardziej idealną dokładność obróbki. Jeśli nie ma giętarek, można je również ręcznie wygiąć ręcznym młotkiem w dużym imadle. Podczas obróbki ręcznym młotkiem należy dodać do przedmiotu obrabianego podkładkę żelazną, aby uniknąć pozostawienia śladów młotka na przedmiocie obrabianym. Po wygięciu wymagane jest dalsze kształtowanie. Żadna z płaszczyzn nie jest wypaczona i tworzy kąt 90 stopni względem siebie. Aby zapewnić prawidłową pozycję dziurkowania, punkt igły igły rysującej, który jest równoległy i prostopadły do pierwszej linii rysowania, powinien być cienki, linia rysowania powinna być dokładna, a gniazdo pozycjonujące próbkę powinno być ostrożne i dokładne.
Zestawy maszyn CNC
Na przykład, wywierć otwór o średnicy 6 mm 2 razy. Najpierw użyj wiertła o średnicy 4 mm, aby wywiercić otwór. Określ, czy otwór o średnicy 4 mm jest dokładny zgodnie z linią pozycjonowania krzyżowego. Jeśli nie jest dokładny, użyj pilnika ogrodowego, aby to poprawić. , a na koniec rozwierć otwór za pomocą 6mwiertło m, dzięki czemu błąd położenia otworu jest stosunkowo niewielki.
Pomost można wyciąć ręczną piłą z żelaznego kilu podłogi antystatycznej o grubości ścianki 1.2mm zgodnie z rysunkiem, a także można go wyginać, obrabiać i kształtować w imadle. Listwa świetlna używana jako prowadnica 3-osiowa X, Y, Z wymaga gładkiej powierzchni o gładkiej średnicy 8-10mm. Można to rozwiązać, demontując szynę ślizgową używanej drukarki igłowej i gumowy wałek tuszujący w starym kartridżu drukarki laserowej. Dwa gładkie paski w każdym kierunku powinny mieć równą długość, a powierzchnie końcowe powinny być płaskie. Wywierć otwory w środku powierzchni końcowych, aby nagwintować drut M2 i zamocuj je za pomocą 5mm śruby. Wykonanie musi być poziome i pionowe, zwłaszcza 2 paski świetlne w każdym kierunku muszą być absolutnie Równoległość jest bardzo ważna, decyduje o sukcesie lub porażce produkcji.
Śruba pociągowa 3 osi to śruba pociągowa o średnicy 6mm i wysokość 1mm. Ta śruba pociągowa może być używana do odcięcia wymaganej długości od długiej śruby pociągowej sprzedawanej w sklepie z narzędziami do dekoracji sufitu. Opór i luz powinny być małe, a nakrętka jest przyspawana do odpowiedniego otworu wózka, aby zminimalizować luz i poprawić dokładność maszyny grawerującej.
Tuleja przesuwna to mosiężny łącznik węża zakupiony w sklepie z narzędziami. Należy wybrać średnicę wewnętrzną nieco mniejszą niż średnica pręta przesuwnego, a następnie użyć ręcznego rozwiertaka, aby skręcić średnicę wewnętrzną, aby dokładnie dopasować ją do pręta przesuwnego. W razie potrzeby wypoleruj oś optyczną papierem ściernym metalograficznym, pokrój tuleję przesuwną na odcinki o długości 6 mm, łącznie 12 odcinków, a następnie użyj lutownicy o dużej mocy, aby przylutować ją do odpowiedniego otworu wózka. Nie umieszczaj tulei przesuwnej podczas spawania. Jeśli lut wniknie do środka, użyj chlorku cynku jako topnika, aby zapewnić jakość lutowania. Podczas montażu należy uważać, aby opór stołu przesuwnego był mały i stały. Jeśli opór jest duży, tuleję przesuwną można ponownie podgrzać lutownicą, aby spełnić wymagania.
Wał silnika krokowego i pręt śrubowy są połączone za pomocą miedzianej rurki o średnicy 6mantena prętowa o średnicy m. Pręt śrubowy i rura miedziana są mocno zespawane i zapewniają koncentryczność. Drugi koniec rurki miedzianej jest wkładany do wału silnika krokowego, a następnie wiercony poziomo. Do małego otworu wkładany jest kołek, aby go zamocować, a drugi koniec pręta śrubowego jest przyspawany nakrętką do wózka.
Maszyna CNC może być elastycznie sterowana w zależności od rozmiaru i wielkości własnych materiałów, ale cała maszyna nie powinna być zbyt duża, aby uniknąć słabej sztywności.
Jak obsługiwać maszynę CNC?
Przed przystąpieniem do obróbki CNC należy przygotować listę programów obróbczych:
1. Określ procedurę obróbki części oraz narzędzia i prędkość skrawania użyte do obróbki.
2. Określ punkt połączenia konturu części.
3. Ustaw położenie początkowe i końcowe noża oraz położenie początku układu współrzędnych.
Napisz zestaw instrukcji sterowania numerycznego zgodnie z ustalonym formatem instrukcji, wprowadź zestaw instrukcji do urządzenia sterowania numerycznego w celu przetworzenia (dekodowania, działania itp.), wzmocnij sygnał przez obwód sterujący, napędzaj serwomotor, aby wyprowadzić przemieszczenie kątowe i prędkość kątową, a następnie przekonwertuj komponenty przez komponent wykonawczy. Liniowe przemieszczenie stołu roboczego jest realizowane w celu realizacji podawania.
Rozpocznijmy obsługę maszyny CNC, wykonując następujące 9 kroków.
Krok 1. Programowanie CNC.
Przed obróbką należy najpierw przeanalizować i skompilować programowanie CNC. Jeśli program jest długi lub skomplikowany. Nie programuj na maszynie CNC, ale użyj maszyny programującej lub programowania komputerowego, a następnie wykonaj kopię zapasową do systemu CNC maszyny CNC za pomocą dyskietki lub interfejsu komunikacyjnego. Dzięki temu unikniesz zajmowania czasu maszyny i wydłużysz pomocniczy czas obróbki.
Krok 2. Włącz maszynę.
Zwykle najpierw włącza się zasilanie główne, aby maszyna CNC miała warunki do włączenia. Uruchom system CNC za pomocą przycisku klucza, a obrabiarka jest w tym samym czasie włączana, a CRT systemu sterowania CNC wyświetla informacje. Stan połączenia zacisku i innego sprzętu pomocniczego.
Krok 3. Ustaw stały punkt odniesienia.
Przed obróbką należy ustalić punkt odniesienia ruchu każdej współrzędnej maszyny. Ten krok należy wykonać jako pierwszy dla maszyny układu sterowania wzrostem.
Krok 4. Rozpoczęcie programowania CNC.
W zależności od nośnika programu (taśma, dysk) może być on wprowadzany przez maszynę taśmową, maszynę programującą lub komunikację szeregową. Jeśli jest to prosty program, może być wprowadzany bezpośrednio na panelu sterowania CNC za pomocą klawiatury lub wprowadzany segment po segmencie w trybie MDI w celu zdalnego przetwarzania segmentów. Przed obróbką należy również wprowadzić do programu początek elementu, parametry narzędzia, przesunięcie i różne wartości kompensacji.
Krok 5. Edycja programu.
Jeśli wprowadzony program wymaga modyfikacji, przełącznik wyboru trybu pracy należy umieścić w pozycji edycji. Użyj klawisza edycji, aby dodawać, usuwać i zmieniać.
Krok 6. Inspekcja programu i debugowanie.
Najpierw zablokuj maszynę i uruchom tylko system. Ten krok służy sprawdzeniu programu. Jeśli jest jakiś błąd, należy go ponownie edytować.
Krok 7. Mocowanie i ustawienie przedmiotu obrabianego.
Zamocuj i wyrównaj obrabiany przedmiot, który ma zostać przetworzony, i ustal punkt odniesienia. Metoda przyjmuje ręczny ruch przyrostowy, ruch ciągły lub ręczny ruch koła obrabiarki. Ustaw punkt początkowy na początku programu i ustaw punkt odniesienia narzędzia.
Krok 8. Rozpoczęcie obróbki CNC.
Ciągła obróbka zazwyczaj wykorzystuje dodatki programowe w pamięci. Prędkość posuwu w obróbce CNC można regulować za pomocą przełącznika prędkości posuwu. Podczas obróbki można nacisnąć przycisk zatrzymania posuwu, aby wstrzymać ruch posuwu w celu obserwacji sytuacji przetwarzania lub wykonania pomiaru ręcznego. Naciśnij ponownie przycisk rozpoczęcia cyklu, aby wznowić obróbkę. Aby upewnić się, że misa jest prawidłowa, należy ją ponownie sprawdzić przed dodaniem. Podczas frezowania, w przypadku płaskich, zakrzywionych elementów, można użyć ołówka zamiast narzędzia, aby narysować kontur części na papierze, co jest bardziej intuicyjne. Jeśli system ma ścieżkę narzędzia, można użyć funkcji symulacji, aby sprawdzić poprawność programu.
Krok 9. Wyłącz maszynę.
Po dodaniu, przed wyłączeniem zasilania, zwróć uwagę na sprawdzenie statusu maszyny CNC i położenia każdej części maszyny. Najpierw wyłącz zasilanie maszyny, następnie wyłącz zasilanie systemu, a na końcu wyłącz zasilanie główne.
Najczęstsze pytania
Ile typów maszyn CNC można zbudować samodzielnie?
Do najpopularniejszych typów maszyn CNC, które można wykonać samodzielnie, należą: frezarki CNC, tokarki CNC, frezarki CNC, szlifierki CNC, wiertarki CNC, lasery CNC i przecinarki plazmowe CNC.
Ile kosztuje budowa zestawów maszyn CNC?
Koszt zestawów maszyn CNC DIY obejmuje komputer, płytę sterowniczą, części maszyn i akcesoria. Większość kosztów koncentruje się na sprzęcie, który zależy od dokładności wymaganej dla Twojego planu obróbki CNC, a średni koszt wynosi poniżej $1, 000.
Co potrafi maszyna CNC?
Maszyny CNC mogą wykonywać frezowanie, toczenie, cięcie, rzeźbienie, grawerowanie, znakowanie, szlifowanie, gięcie, wiercenie, czyszczenie i spawanie metalu, drewna, tworzyw sztucznych, pianki, tkanin i kamienia.
Jak wybrać silnik wrzeciona?
Silnik wrzeciona jest podstawową częścią maszyn CNC. Konieczne jest zakupienie odpowiedniego silnika wrzeciona do Twoich planów biznesowych, wszystko zależy od materiałów, które obrabiasz i precyzji wymaganej dla Twoich projektów.
Jak wybrać układ przeniesienia napędu?
Jednym z nich jest wybór śruby lub śruby kulowej do wyboru układu przeniesienia napędu. Tutaj sugeruję, że znacznie lepiej jest wybrać śrubę kulową. Chociaż używam śruby pociągowej, nadal polecam wybór śruby kulowej. Śruba kulowa ma wysoką precyzję i mały błąd obrotu. A w procesie przenoszenia dźwięku jest bardzo cichy. Proces przenoszenia śruby to tarcie między metalem a metalem. Chociaż dźwięk nie jest bardzo głośny, błąd obrotu będzie się zwiększał wraz z upływem czasu tarcia.
Jak wybrać silnik krokowy?
Dopóki maszyna CNC pracuje, silnik krokowy pracuje. Jeśli silnik nie zostanie wybrany ostrożnie, to po pierwsze, silnik bardzo łatwo się nagrzewa. Silnik jest gorący, gdy maszyna zaczyna pracować, a nie powinno być tak, jak chcemy. Moment obrotowy silnika jest również problemem, który należy wziąć pod uwagę, a łatwo stracić kroki, jeśli moment obrotowy jest niewystarczający. Więc nie bądź zachłanny przy wyborze silnika krokowego.
Przestrogi
Niezależnie od tego, czy budujesz niedrogi router CNC, lub tworząc najlepszą budżetową tokarkę CNC, nawet pracując z DIY najtańszą frezarką CNC, pierwszą przestrogą jest zasilanie maszyny CNC. Na maszynie znajdują się 1 silniki krokowe i jeden silnik wrzeciona. Dlatego prąd maszyny CNC jest bardzo duży w procesie użytkowania. Kupując zasilacz prądu stałego, należy kupić zasilacz prądu stałego o większym prądzie znamionowym. Wyznacznikiem prędkości silnika wrzeciona jest napięcie zasilacza prądu stałego. Im wyższe napięcie, tym szybciej może obracać się maksymalna prędkość wrzeciona, więc napięcie nie może być zbyt małe.
Podsumowując, proponuję, aby napięcie znamionowe samodzielnie wykonanej maszyny CNC wynosiło około 30 V, a prąd znamionowy co najmniej 10A aby zapewnić normalną pracę maszyny. Napięcie 30 V jest używane głównie w silniku wrzeciona, a silnik krokowy nie potrzebuje tak wysokiego napięcia. Ponieważ silnik krokowy jest napędzany śrubą, moment obrotowy może być nadal duży nawet przy małym napięciu. Dlatego sugeruję, że tylko 12 V wystarczy do napięcia dostarczanego do silnika krokowego. Silnik krokowy wykorzystuje 12 V, ale napięcie dostarczane przez zasilacz prądu stałego wynosi 30 V. Tutaj należy użyć transformatora. Moc tego transformatora powinna być wysoka. Prąd 3 silników krokowych musi przepływać przez ten transformator. Rozpraszanie ciepła transformatora nie nadąża, co powoduje poważne wytwarzanie ciepła.
