Знакомство с ценами готовых фрезерных станков с ЧПУ хобби-класса заставляет многих задуматься о самостоятельном изготовлении этого полезнейшего инструмента. Электроника станка не представляет особой трудности — приемлемый контроллер можно и купить. Другое дело механика, требующая повышенной точности при изготовлении деталей. Механика может стоить в 5-7 раз дороже электроники. Поэтому самодельщики стараются применить либо готовые детали от старых приборов, либо используют возможность изготовить их в заводских условиях. При отсутствии таких возможностей, многие, стремясь снизить стоимость, пытаются использовать в качестве ходовых винтов строительные метрические шпильки, в качестве направляющих мебельные слайдеры, а несущие конструкции выполнить из ДСП. Точность и повторяемость размеров таких станков у маститых специалистов вызывает лишь ухмылку, тем не менее, в плане бюджетности это неплохое решение. Конечно, об обработке металлов на таком станке говорить не приходиться; его назначение — фрезеровка листовых заготовок из фанеры, дерева, пластика, стеклотекстолита. Проверить работоспособность станка c подобной механикой, его ресурс и полезность есть цель данного проекта.

Основные технические характеристики

В качестве шпинделя используется китайский гравер JMT135N, мощностью 135 Вт с цангой 3,175мм. Обработка, в основном, осуществляется фрезами «кукуруза» 1,5мм.

Примеры работ, выполненных на станке

Довольно неплохо для самодельного станка, помещающегося на табуретке.

Калькуляция затрат

Общий вид и размеры станка

Направляющие

В качестве направляющих используются мебельные слайдеры BOYARD — самые дешевые и хлипкие длиной 350 мм.

Их необходимо укоротить симметрично с двух сторон:

Для крепления направляющих на расстоянии 8-15 мм от края подвижной и неподвижной частей необходимо выполнить отверстия Ø 3 мм.

При перемещении каретки вместе с ней перемещается и сепаратор, поэтому, если не предпринять дополнительных мер, то сепаратор может выйти за габарит каретки и шарики высыпятся. Стенки по X и Y препятствуют этому, а по Z необходимо установить ограничитель с каждой стороны слайдера — алюминиевые пластинки 15х20 мм толщиной 3 мм.

Ходовые винты и гайки

В качестве ходовых винтов по X и Y используется строительная шпилька М10:

По Z применена шпилька М6 длиной 179 мм без обработки концов. Свободный конец винта по Z не закреплен, поэтому точность и повторяемость размеров по высоте хуже, чем в плоскости XY. По осям X и Y свободный конец винта закрепляется в подшипниковом узле следующей конструкции:

Фиксация подшипника 608 во фланце пружинным упорным кольцом 22 по ГОСТ 13943, винта — колпачковой гайкой ГОСТ 11860:

Это не есть хорошее решение, и в дальнейшем, следовало бы сделать одним из таких способов (на подшипниках 6000):

Во-первых, это исключает осевой люфт, а во-вторых, экономия на проточке конца винта.

Соединение шпилек с валами моторов выполнено отрезком длиной 45-50 мм из ПВХ-шланга с внутренним диаметром около 6 мм и закреплено проволочными хомутами. Такое внешне неэстетическое решение в данном случае снижает последствия несоосности вала мотора, ходовой гайки и подшипника, неизбежно возникающих при данном методе изготовления и материалах.

Для ходовых гаек графитонаполненного капролона не нашлось, поэтому гайки для винтов X и Y сделаны из бронзы БрКМц3-1, а Z — из полиамида ПА6. Никаких компенсаторов люфтов не предусмотрено.

Несущие конструкции станка

Несущие конструкции выполнены из ДСП толщиной 16,2 мм; торцы деталей необходимо покрыть одним слоем клея ПВА или любой масляной краской. Отверстия в торцах выполняются «по месту».

Порядок сборки

Все соединения несущих конструкций выполнены на клее ПВА и во многих местах продублированы шурупами. Все шурупы законтрены клеем в резьбу. При описании сборки установка шайб опущена. Сборка осуществляется в 4 этапа.

Отверстия под винты крепления мотора и шпинделя необходимо раззеновать так, чтобы утопала потайная головка винтов М4; винты (М4х45 с потайной головкой) фиксировать в отверстиях эпоксидным клеем в резьбу и сверху головок. Детали каретки Z (115х110 мм) клеить ПВА, фиксировать винтами М4х45. Проставки каретки Y (30х170 мм) клеить на каретку Y (110х170 мм) ПВА. Кронштейн Z (70х110 мм) крепить на каретку Y (110х170 мм) с наклеенными проставками клеем ПВА, дополнительно фиксировать шурупами 4,2х40 мм, предварительно выполнив в торцах каретки и проставок отверстия Ø 3,5 мм на глубину 25мм. На нижнюю часть стержня винтов крепления мотора, вклеенных в кронштейн Z (70х110 мм), нанести эпоксидный клей и клеем ПВА крепить проставку мотора Z (70х70 мм) на кронштейн Z (70х110 мм). Используя фиксаторы направляющих как кондуктор, выполнить отверстия в проставках для установки верхних фиксаторов. Закрепить фиксаторы шурупами с потайной головкой, стопорить клеем ПВА в резьбу.

Закрепить гайку Y на каретке Y винтами М4х35, винты не затягивать. На каретку Z установить направляющие, для чего, осторожно сдвинув неподвижную часть и высвободив крепежное отверстие, использовать его как кондуктор для выполнения отверстия Ø 2х14 мм. Ввернув временно шуруп в готовое отверстие, сдвинуть подвижную часть в противоположную сторону и выполнить второе отверстие. Шурупы стопорить клеем ПВА в резьбу. Установить вторую направляющую на каретку Z, контролируя параллельность направляющих друг другу и боковым сторонам каретки. Аналогичным образом установить каретку Z на проставки каретки Y, контролируя свободное перемещение каретки (головки шурупов не должны мешать свободному перемещению подвижных частей направляющих). Далее установить нижние фиксаторы.

На конец ходового винта Z накрутить ходовую гайку, вставить противоположный конец винта через отверстия в проставке и кронштейне Z. На расстояние около 20 мм от конца винта надеть ПВХ шланг длиной 45мм, в противоположный конец шланга вставить вал мотора, контролируя наличие зазора между валом и винтом. Зафиксировать шланг проволокой и установить мотор на место. Вращая ходовой винт и перемещая каретку Z совместить крепежные отверстия гайки и каретки. Закрепить гайку винтами М3х25, проложив между ней и кареткой Z шайбы, толщиной порядка 0,9мм. Затягивая винты и гайки крепления мотора Z следует контролировать свободное вращение ходового винта.

В отверстия кронштейнов Y (36х290 мм) установить винты М4х25, зафиксировать гайками для предотвращения растрескивания ДСП при завинчивании шурупов. На ровной поверхности совместить кронштейны и панели Y (110х280 мм), обеспечив размеры 3,9; 7,5 и 144 мм. Используя отверстия в панелях как кондуктор, выполнить в кронштейнах отверстия Ø 3,5 мм на глубину 25мм. Скрепить конструкцию клеем ПВА, зафиксировать шурупами 4,2х40 мм.

Закрепить на узле кареток Z и Y подвижные части направляющих Y, закрепить неподвижную часть на кронштейнах Y, способом, аналогичным описанному в этапе 1. Установить подшипник 608zz во фланец и зафиксировать. Установить фланец в панель Y и зафиксировать винтами М4х25 с потайной головкой и гайками М4. Установить шланг и мотор как описано в этапе 1. Ввернуть ходовой винт Y в гайку на узле кареток Z и Y, вставить конец винта в подшипник и зафиксировать. Контролируя свободное вращение ходового винта затянуть все сопряженные соединения (под ходовую гайку установить прокладку толщиной около 0,2 мм).

На ровной поверхности размещается узел, собранный по 3 этапу, проставки (40,4х175 мм) и кронштейны X (40,4х330 мм). Выставив между задним торцем панелей Y и торцами проставок и кронштейнов X расстояние 21,6 мм (соответствует совпадению отверстий), зафиксировать детали винтами или струбцинами. В отверстия на краях кронштейнов X и проставок установить винты М4х25 и М4х40 соответственно, зафиксировать гайками для предотвращения растрескивания ДСП при завинчивании шурупов. Разместить панели X (65,5х320 мм) симметрично оси X относительно изготовленного узла, зафиксировать и в торцах кронштейнов X выполнить отверстия Ø 3,5 мм на глубину 25мм. Закрепить панели клеем ПВА и зафиксировать шурупами 4,2х40 мм. Скрепить узлы кареток Y и X клеем ПВА, зафиксировать винтами М4х55 с гайками М4. В стол (160х270 мм) установить винты М4х40 крепления обрабатываемой детали, зафиксировав эпоксидным клеем в резьбу и гайками. На стол закрепить подвижные части направляющих X и закрепить неподвижную часть на кронштейнах X, способом, аналогичным описанному в этапе 1. Установить ходовой винт X, мотор, фланец и подшипник аналогично оси Y. Под ходовую гайку установить вкладыш, толщиной около 5,9 мм).

Эксплуатация

После сборки выяснилось, что стол относительно инструмента выставился довольно точно — с наклоном не более 0,1-0,2 мм. Перпендикулярность осей тоже не подвела. Станок эксплуатируется с 21 октября 2012г. на фанере ФК3/4, толщиной 4 мм. В ноябре 2 недели пилил по 1-2 заготовкам в день, далее по выходным, также 1-2 заготовки.

Эксплуатация выявила необходимость в двух сопутствующих технологиях. Это освещение и пылеудаление. Для установки, снятия заготовки и наблюдения за «процессом» необходимо местное освещение. Два отрезка герметичной 12-ти вольтовой светодиодной ленты по 18 светодиодов приклеенные по бокам кронштейнов Y дали отличный результат.

С пылеудалением сложнее. А без него никак, т.к. «кукуруза» дает стружку в виде манки, которая начинает гореть под фрезой, если ее вовремя не удалить. Поэтому приходится пока держать шланг пылесоса около фрезы.

Кроме мелкой стружки из под фрезы вылетают и более крупные осколки, которые стремятся прилипнуть к смазке направляющих и ходового винта по X. Поэтому, по краю стола приклеены пластиковые уголки, задерживающие основную часть мусора.

Заключение

Я не призываю делать именно такой станок, но его изготовление дало ценный практический опыт, подтверждающий, что и малобюджетные решения могут приносить пользу.

К статье прилагаются файлы:

• Эскизы деталей из ДСП в формате PDF
• Эскизы ходовых винтов, гаек и подшипникового узла в формате PNG

Внимание! Запрещается воспроизведение данной статьи или ее части без согласования с автором. Если вы желаете разместить эту статью на своем сайте или издать в печатном виде, свяжитесь с автором.
Автор статьи: Вершинин И.В.