Станок ЧПУ для моделиста

[Граф]

В первую очередь эта ветка адресована МОДЕЛИСТАМ. Для моделиста построить то что я предлагаю, вообще не проблема (строили и вещи и посложнее), а польза от использования подобного устройства с лихвой перекроет затраты труда, времени и денег. Я сам моделист, поэтому знаю, что говорю.

Кстати, о деньгах. Скажу сразу - не дорого! Относительно не дорого. Самая дорогостоящая часть станка - направляющая с двумя каретками. В "Сервотехнике" такая штука стоит 2100…2500 руб. в зависимости от длины рельса, но можно найти дешевле. В станке 6 таких направляющих, что составляет около 13500 руб. Остальное: шаговики (например, от старых принтеров); контроллер (электронщики спаяют сами); фанера, винты, подшипники (с рынка)… - все это у кого, как получится. Даже если не паять драйвера самому, а купить готовый контроллер на три оси, думаю, за все про все можно уложиться тысяч в 30, или даже меньше.
Доступно это? Для большинства моделистов - вполне!



Итак.

• Вся конструкция станка будет выполнена из фанеры 4, 8 и 10 мм.
• Столешница деревянная, из клееной мебельной панели толщиной 20 мм.
• Комплектующие - мелкие рельсовые направляющие с каретками от старых приборов (но их можно купить, например, в "Сервотехнике").
• Резьбовые шпильки с рынка.
• Ходовые гайки и переходные втулки придется заказать токарю.
• Еще нужны шаговые моторы и контроллер на три оси. Вот, собственно, и все. Это по крупному. А по мелочи
• подшипники (простые, не радиально-упорные), шурупы 3х10 для крепления рельс (не саморезы, а именно шурупы с полукруглой головкой) , винты М3, обрезок алюминиевой прямоугольной трубы 40х80х4 мм и небольшие полоски алюминия толщиной 2 …3 мм.

Что же я ожидаю от фанерного станка с такими комплектующими?
Много чего хорошего.

Во-первых. При условии небольших рабочих ходов по Y (200…250 мм) и Z (50…70 мм), ожидю получить приличную жесткость, достаточную для того, чтобы пилить бальзу, фанеру и пластики с точностью до 0,1 мм на длине 400...500 мм. Такая точность удовлетворит моделиста в подавляющем большинстве случаев. А может, точность будет и выше, ведь основа ходовой части станка - весьма точные станочные направляющие. Не удивлюсь, если станок будет пилить тонкий алюминий и карбон. Однако, тут могут возникнуть проблемы с охлаждением. Лить СОЖ на деревянный станок я бы не стал, но организовать струю воздуха под хорошим напором в зону реза вполне можно. Я работал с таким охлаждением. Это лучше, чем вообще ничего.

Во-вторых. Станок будет портативный , технологичный и легкий в изготовлении. Подгонка деталей и настройка - не проблема. Долго ли он прослужит? Долго. Я думаю, станок переживет не одну замену износившихся ходовых винтов. Ремонтопригодность также будет на высоте. Дерево, а тем более фанера, отличный материал. Достаточно вспомнить, деревянные корабли и фанерные самолеты. Да что там самолеты! Столы и стулья достаточно вспомнить.


Из инструментов потребуются: лобзик, дрель, ножовка по металлу, шкурка и напильники. В основном, конечно, лобзик.
Признаюсь сразу, сам я этот станок лобзиком не выпиливал. Пилил на новом станке ЧПУ, так сказать, для обкатки. Ручками это, конечно, посложней. Однако, за свою жизнь я столько навыпиливался ручным лобзиком, что могу судить профессионально - сложно, но можно! В основном используется фанера 8 мм. Если работать по вечерам, то это не одна неделя выпиливания и подгонки, опять же, если стараться и не халтурить.

Так что, кто не любит работать ручками - лучше не браться.

[Dj_smart]

Чёрт побери, а оно стильно даже как-то... Под ретро, что-ли . Красиво!

[boroda_de]

Вы- змей искуситель!

[com@]

ВЫШАК !!!!!

[fly55]

Ну уж не знаю по моему фанера это перебор . Вроде дюраль и доступна и не сильно дороже фанеры в розницу, а пилиться так же электролобзиком.
К тому же за обозначеный бюджет 30-40 тысяч можно уже и купить что то. Вот тут например http://www.purelogic.ru/cnc_mill.html цена какраз с 43 тысяч начинается а если киты на ebay поискать и заказть то можно и чего-то побольше собрать за те же деньги...

Не внушает фанера доверия как то мне... хотя может это предубеждения )

[Constantine]

по моему перебор совмещать несовместимое, проще взять валы от гидроцилиндров и втулки качения в алюминиевых блоках.
будет проще и такое же по жесткости если не больше.

это по определению должно быть дешевле чем рельсы
единственный смысл вижу в том что фанерную конструкцию можно через какое-то время заменить на алюминий/сталь, шпильки на ШВП и получить совершенно другой станок.

[Граф]

О фанере.

Моделисты хорошо знают свойства этого материала и им не надо объяснять особенности конструирования изделий из фанеры и дерева. А особенности эти есть.

Главная особенность - фанера не дружит с винтами и гайками, совсем не дружит! Даже шурупы и саморезы для фанеры это плохо. Фанерная конструкция, детали которой соединены таким образом, разболтается очень быстро. Винты, гайки, саморезы - только помогают клею, который и обеспечивает надежное соединение.

Кстати о клее.
Для склеивания фанеры можно использовать любой древесный клей, подходящий для конкретных условий эксплуатации. Условия эксплуатации у нас простые - на улице под дождем и снегом станок работать не будет, только дома. Поэтому, вполне подойдет ПВА. Очень хорошо использовать густой циакриновый гель, однако, он намного дороже. И все-таки, без эпоксидки не обойтись - эпоксидные составы незаменимы при склеивании металла и фанеры, а в нашем станке такие места есть .

Ударная вязкость материала (способность гасить вибрации) параметр один из самых важных. У фанеры этот параметр на высоте. Что для станка, конечно, хорошо.

Один из главных недостатков фанеры - выраженная анизотропия механических свойств. Например модуль упругости фанеры вдоль и поперек волокон в среднем отличатся в 2 раза. Этот факт надо обязательно учитывать при конструировании деталей, какие бы маленькие они не были.

Вообще, деталей в фанерном изделии должно быть много. Чем их больше, тем ровнее, жестче и надежней получается конструкция. Отдельные детали ребер, подкосов, косынок, упоров, сухарей, планок и прочее в том же духе, т.е. всего того, что для конструирования из металла является плохим тоном, для фанеры - очень даже хорошо! Парадокс? Вовсе нет. Клееная конструкция сродни сварной, или даже литой. Можно получить большие и весьма замысловатые корпусные сборки, склеенные из множества простых плоских деталей, причем жесткость таких сборок оказывается на высоте. Например, на модели самолета клееная моторама из фанеры 6 мм отлично держит ДВС 20…25 кубов и не разваливается, и жесткость достаточная.

Это позволяет свести количество разъемных соединений до минимума. Например, этот станок содержит всего 6 относительно крупных клееных корпусных узлов, которые будут свинчены.

[Граф]

Еще из особенностей.

ВСЕ детали, составляющие клееную сборку, какие бы маленькие они не были, должны быть на шипах. Шипы в пазы должны входить плотно, с небольшим натягом. Это позволяет выровнять конструкцию и сохранить в дальнейшем геометрическую точность изделия.

То, что уважаемый Dj_smart назвал РЕТРО, тоже особенность конструирования из фанеры - никаких острых углов. Округлость форм распределяет нагрузку и предотвращает сколы материала на углах.
Вложение 262333

[TimRS]

О фанере.
Главная особенность - фанера не дружит с винтами и гайками, совсем не дружит!

А направляющие как крепить?

[Граф]

Направляющие и винты.

Шариковые линейные направляющие. Почему они? Потому что в данном случае они проще и надежнее любых других. Направляющие это тот элемент конструкции, в котором надо быть стопроцентно уверенным. Мы как бы цепляемся за заведомо точные покупные элементы и "наворачиваем" остальную конструкцию вокруг них. Кроме того, плоский рельс крепится по плоскости. Множество шурупов, которыми крепится рельс, это тоже плюс.
Все это позволяет распределить нагрузку и облегчить фанере жизнь, в отличии от круглых направляющих, которые на концах в месте крепления создают концентрацию нагрузки, что для фанеры плохо. В принципе, можно применить круглые направляющие на подложке, но они более габаритны, а нам раздувать размеры станка не выгодно.

Я использую направляющие SBMNS09 с шириной рельса 9 мм. Несмотря на миниатюрность это достаточно мощное устройство. Одна каретка держит в динамике 142 кг, а в статике и того больше - 290 кг. Это за глаза, с запасом.
Ходовые винты - это резьбовые шпильки с рынка. На Y и Z - М8, на Х - М10. Подшипниковые узлы просты, как правда - в фанерных пластинках делаются отверстия для подшипников, а между ними прокладывается дюралюминиевая пластинка (толщина 2 мм), в которую подшипники упираются. Сам винт фиксируется обычными гайками на "Локтайте". Простенько и сердито. Задача максимально облегчить замену винтов. А менять их придется. Ходовые гайки у меня капролоновые, а капролон материал серьезный. Даже при наличии смазки капролоновая гайка интенсивно стирает сырую резьбовую шпильку. Поэтому винт должен быть простым - отрезал новый кусок от покупной шпильки и вставил, желательно без дополнительной обработки концов.

Как быстро сотрется винт? Понятия не имею! Но то, что сотрется, это точно, а вот гайка будет жить! И это для бюджетного станка хорошо, т.к. гайку надо заказывать токарю, а это дороже шпильки.
Вложение 262366

А направляющие как крепить?

На эпоксидке и шурупах

[Граф]

Рабочее поле и габариты станка.

Рабочее поле станка будет 75х200х600 мм. Почему 75х200 я уже писал - чем меньше, тем лучше (в смысле, проще обеспечить необходимую жесткость). А вот почему 600, а не 700 или 800? На самом деле габарит по Х не принципиален. Можно сделать и 1000, были бы рельсы нужной длины. У меня рельсы максимальной длины 730 мм, поэтому рабочее поле получилось 600 мм, а вообще, какая нужна длина, такую и можно сделать. Только один нюанс. Чем длиннее столешница, тем она должна быть толще.

[Адепт]

Идея с деревом - шикарна, дешева и сердита! Но вопросец терзает маленький. Поскольку Вы, уважаемый Граф уже ответили по поводу влаги, которая должна коробить станок у нерадивого хозяина, однако не будет ли та же вава, применив рельсовые направляющие, требующих периочическое обслуживание и смазки неизбежно попадающую на несущие детали станка? Древесина и фанера маслице любят впитывать, а так же любят при этом иногда коробится и расслаиватся, если не применить дополнительные меры защиты.

[ukr-sasha]

Интересно, можно ли рассчитать жесткость такого станка в СолидВоркс, как делают для металлических? И что покажут расчеты?

[boroda_de]

если не применить дополнительные меры защиты

Вы сами себе и ответили: кто мешает пройтись лаком для себя, любимого.

[Sergey_S]

Стер пыль с дубовой фанеры, смазал электролобзик, стер слюни.
Кто тут в цари на изготовление последний? Ни кто? Так я первый буду (с).
С нетерпением жду продолжения.
Подходов по изготовлению такого станка было несколько штук. Даже есть рельсы и немного шпилек.

[Граф]

Древесина и фанера маслице любят впитывать, а так же любят при этом иногда коробится и расслаиватся, если не применить дополнительные меры защиты.

В принципе, вам уже ответили От себя могу добавить.
На счет масла. Масло фанере не вредит. Обычную строительную фанеру пропитывают горячей олифой для придания ей водостойкости (например, при использовании в качестве наружной обшивки лодки или катера. У меня был такой). Кроме того, существует бакелизированная фанера. У нее слои склеены клеем на основе фенолформальдегидной смолы. Эта фанера вообще ничего не боится и, к тому же, гораздо прочнее обычной (800 кг/см2 вдоль волокон рубашки). Есть, так называемая, авиационная фанера, тоже очень подходящая для наших целей. В общем есть простор для творчества.

Интересно, можно ли рассчитать жесткость такого станка в СолидВоркс, как делают для металлических? И что покажут расчеты?

Вряд ли получится из-за, как я уже говорил, выроженной анизотропии механических свойств. Имеет значение направление волокон наружних слоев склееных деталей, клеевой слой неравномерен, клей пропитывает древесину и меняет ее свойства и т.д. и т.п.
Короче, ничего полезного подобные расчеты не дадут.

Продолжим.

Вот балка портала.



Некоторым может показаться, что тонкие ребрышки только усложняют и ничего полезного не дают. Это неправильно. Дают. И еще как! Не забывайте, ребрышки не привинчены, а ПРИКЛЕЕНЫ! Это монолитная конструкция

[Creolka]

Великолепно!
Но!
Есть пара маааленьких ньюансов.
Первый:
Использование прицизионных направляющих - это расточительство.
(в данном случае)
Второе:
Правильная работа этих направляющих обеспечивается правильной установкой онных, что на фанере почти недостижимо. Все данные по установке, как правило, показаны в паспорте на эти направляющие.
Третье:
Шпильки!!!
(несуразится - шпильки и высокоточные направляющие)
Ну замените хотябы на трапецию 12х3!

Я ни в коей мере не сомневаюсь что станок будет работать!
Работа Вами проделана колоссальная, но появилось ощющение что рождается новый вид моделизма, или точнее новый класс моделей... (затрудняюсь в "обозвании" этого класса).

...моё сугубо личное мнение..., как моделиста,
"решпект" и уважуха! ( это из серии - такова "селява")

[Марат]

Уважаемый ГРАФ!
Снимаю шляпу!
Настоящий инженерный подход!!!

По поводу расточительства...заниматься юстировкой рельсов при точности + - 0,1mm на дереве нет необходимости .
Это тоже моё личное мнение

[Граф]

Великолепно!
Использование прицизионных направляющих - это расточительство.
(в данном случае)

Ездить на трехсот сильном джипе по московским пробкам - расточительство...
Сидеть в интернете на супер навороченном компьютере с четырехядерным процессором и винчестером на 240 гигов - расточительство...
Ставить гигантскую ванну с гидромассажем в дачном домике, где достаточно душа на улице - супер расточительство... Продолжить?

Мне УДОБНО ездить в джипе
Мне УДОБНО на навороченном компьютере
Мне УДОБНО мыться в джакузи на даче

Так вот.
В данном случае, ставить такие направляющие УДОБНО!!
В любом случае, ничего более удобного, что можно применить для фанерного станка я не вижу. Впрочим, это не значит, что ничего более удобного не существует в природе

Мне кажется, нельзя создать ВЕЩЬ экономя буквально на всем, это будет уже не ВЕЩЬ, это будет УБОГАЯ вещь

[com@]

Блин ,после прохода жертвенного слоя и сверловки на новом станке етот вариант будет наверное первым,что я нарежу КРАСОТААА.
p/s Эт новое слово в станкостроении )

[Dj_smart]

Так что, кто не любит работать ручками - лучше не браться.

Опять микроны, жёсткость и пр. А об основном забыли. Цитата выше. Это не ящик под картошку склепать . Ей-бо бы взялся, хотя фанеру(хорошую) у меня найти сложнее, чем, скажем, дюраль. Но вот чую, что не вкурю. Именно так - чтобы КРАСИВО. Но мозги в этом направлении шелестят, мож созрею

[Граф]

По поводу расточительства...заниматься юстировкой рельсов при точности + - 0,1mm на дереве нет необходимости .
Это тоже моё личное мнение

Обижаете!
Я ожидаю +- 0,05 мм. 0,1 это все поле допуска

[com@]

[QUOTE=Dj_smart;1348930]Опять микроны, жёсткость и пр. А об основном забыли. Цитата выше. Это не ящик под картошку склепать .
Ежли Вы про меня ,то я для эстетики, оч ход понравился правда красиво ,а я люблю дерево Железяк у меня хватает

[Dj_smart]

com@, упаси бог . Про разговор вообще. А то все кинулись искать слабые места, а вот оценить свои силы забыли . Опять же. Имею ввиду изготовление именно вот так, с претензией на шик. А то сам себя поймал на мысли: " А вот тут можно упростить...". Ну и так далее.

[ATLab]

Делают же умельцы полностью деревянные (за исключением пружин) часы.
А тут станок. Красиво, глазу приятно.

[yaso73]

конструкция как всегда КРАСИВАЯ(немаловажный фактор) и решения грамотные.работать несомненно будет.сам подумываю о таком станке.правда склоняюсь к варианту текстолитовой рамы аналогичной конструкции и трапеции вместо шпилек.

[Граф]

После склейки балки портала, верхнюю и нижнюю грани (там, где будут рельсы) необходимо отшлифовать таким образом, чтобы добиться их параллельности. На металлическом станке эти поверхности фрезеруются. А мы шкуркой на ровном бруске. Расстояние между этими гранями (70 мм) точно выдерживать не надо. Ось Z своими кронштейнами, при помощи которых она крепится к рельсам балки, как бы ее обнимет, поэтому, добиваясь параллельности, можно не стесняться сошкуривать.

[ukr-sasha]

правда склоняюсь к варианту текстолитовой рамы

Не советую. Я прошел через это. Потом сделал из стальных труб.

[Граф]

Теперь вклеиваем балку в стенки портала, или стенки приклеиваем к балке…, ну, в общем склеиваем. Портал получается весьма жесткий.

[Адепт]

У меня складывается такое впечатление, что этот станок из разряда производственно-хоббийного оборудования перейдет в разряд предмета интерьера - настолько он будет естественно туда вписыватся. А если в том же стиле делать всю мебель да на том же станке... замечтался...

[Граф]

Посмотрим на станок снизу.



Траверса, на которую ставится портал, крепится к кареткам направляющих. Площадь монтажной поверхности каретки маленькая и, затягивая винты, можно вдавить каретку в фанеру. Поэтому, в этом месте, между каретками и траверсой надо проложить дюралевую полоску, для жесткости. Полоска, естественно, приклеивается к траверсе эпоксидкой.

Траветса не симметричная, для того, чтобы сэкономить габарит стола

[kaa]

Уважаемый Граф, а чертежи деталей станка будут в свободном доступе?

[Аэробус]

Правильно ли я понимаю, что ходовые винты имеют только один опорный узел с подшипником, а второй конец вала напрямую соединен с мотором? А по Z второй конец вала "висит" свободно? Насколько помню, где то было бурное обсуждение такой установки ходового винте, с претензиями к большим погрешностям в точности. (может правда, и ошибаюсь, может не на этом форуме, пардон).
Можно ли поподробнее об этом узле (в смысле крепление подшипников, и какие планируются радиальные, упорные...?)

[Jen]

У меня складывается такое впечатление, что этот станок из разряда производственно-хоббийного оборудования перейдет в разряд предмета интерьера - настолько он будет естественно туда вписыватся.

Мысль, вот сделать инкрустацию на оси Y, резьбой боковушки украсить, вскрыть это все лаком и отполировать. Стильно получится

[ukr-sasha]

Ув. Граф, интересно, как Вам такая замечательная идея пришла в голову? Спортивный интерес: получится-не получится?

[Граф]

Правильно ли я понимаю...

Подшипники радиальные однорядные. Об этом сказано в посте №1
Подшипниковый узел описан в посте №10. Все они одинаковые.

Радиальные однорядные подшипники могут воспринимать не только радиальные, но и осевые нагрузки, действующие в обоих направлениях вдоль оси вала и не превышающие 70% неиспользованной допустимой радиальной нагрузки.
Это не я сказал, это справочник подшипников качения

Даже подшипники миллионники (т.е. легких серий) на диаметр 10 мм допускают радиальную нагрузку далеко за 200 кг. Радиальные нагрузки у нас мизерные, поэтому подшипник может воспринимать вдоль оси почти все эти 200 кг. Подшипников в узле у нас два. Это выше крыши. Упорные подшипники тут просто не нужны.
Это уже я

Если для передачи момента от двигателя используется не муфта с упругим элементом, а жесткая втулка, то свободный конец винта вполне можно повесить на двигатель. Это компромисс, но оправданный.

Что касается оси Z, то вертикальный ходовой винт (если он короткий) висит почти на всех станках и ЧПУ и на простых. Это обычная практика.

Уважаемый Граф, а чертежи деталей станка будут в свободном доступе?

Я ждал этого вопроса.
Мой рассказ об этом станке настолько подробен, что что-то скрывать смысла нет. Я собирался выложить dxf файлы деталей в свободный доступ, но когда станок будет окончательно готов и опробован. Одноко, кому не терпится, пожалуйста, пишите в личку, скину архив. Но, колличество, какая толщина, куда ставить - разбирайтесь сами, информации достаточно, это просто архив dxf файлов деталей.

[Аэробус]

Подшипники радиальные однорядные.
Радиальные однорядные подшипники могут воспринимать не только радиальные, но и осевые нагрузки, действующие в обоих направлениях вдоль оси вала и не превышающие 70% ....
Подшипников в узле у нас два. Это выше крыши. Упорные подшипники тут просто не нужны. ...

[spike]

Можно ли поподробнее об этом узле...

Присоединюсь к вопросу: насколько я понял между внешними обоймами подшипников присутствует пластина (2мм), внутренние обоймы стягиваются гайкой и втулкой (ну или еще одной гайкой). Меня вот всегда интересовал вопрос, с каким моментом можно и нужно затягивать гайки, ведь перетянуть очень легко, недотянуть тоже. Понятно что можно дистанционную шайбу поставить, но вроде как у Вас нет её. Поясните этот момент, пожалуйста.

[ATLab]

...
Я ждал этого вопроса.
Мой рассказ об этом станке настолько подробен, что что-то скрывать смысла нет...

Снимаю шляпу!
Как с Вашей первой статьи началось (imho) массовое увлечение ЧПУ у нас, так с этого цикла пойдет массовая постройка деревянных ЧПУ.

P.S. Я вот подумал, а почему бы не взять за основу оргстекло: доступно, хорошо обрабатывается и клеется, не боится влаги... По Вашим "деревянным" чертежам да из оргстекла, разноцветного, с подсветкой... Тоже будет красиво.

[Граф]

Присоединюсь к вопросу: насколько я понял

Вы все правильно поняли.
На счет момента. Затянуть, чтобы небыло люфта и все. Это не бином Ньютона тяните крепенько, но без фанатизма
Как еще объяснить?
Осевую нагрузку, которую держит подшипник, я привел. Нужен момент, посчитайте