Pull to refresh

Домашний ЧПУ-фрезер как альтернатива 3D принтеру, часть первая — выбор станка

DIY
Sandbox
Tutorial
Последнее время на хабре все чаще появляются топики, посвященные 3D-печати вообще и домашним 3D-принтерам в частности. И почти в каждом в комментариях вспыхивает холивар между романтиками, в жизни не видевшими 3D отпечатков, и практиками, единожды потрогавшими и разочаровавшимися. При этом вторые почему-то не приводят адекватных альтернативных технологий, комментарии носят либо чисто критический характер, либо предлагают заведомо более дорогие альтернативы. Тем не менее, достойная альтернатива есть — домашний фрезерный станок с ЧПУ.

Звучит удивительно, да? Как-то само слово станок в народе ассоциируется с производством, с отдельными помещениями и специально обученным персоналом. В действительности, существует большой класс ЧПУ-станков, рассчитанных на настольное использование в офисе и на малых производствах, а при желании — и дома. При этом цена маленьких ЧПУ-фрезеров приближается (чтобы не сказать равна) к реальной цене 3D-принтеров.

Жизнь сложилась так, что последний год с гаком я занимаюсь изготовлением литьевых форм для полиуретановых изделий на ЧПУ-фрезере. Поскольку до этого 10 лет оттрубил в IT ритейле, а образование не имеет никакого отношения ни к инжинирингу, ни к ЧПУ, осваивать технологии пришлось с нуля. За прошедший год я подрос с должности оператора-фрезеровщика до инженера-конструктора, а затем и до замдиректора по технологиям, моими стараниями ЧПУ-парк предприятия вырос с одинокого старенького роланда до 5 разнокалиберных станков. В связи с чем еще свеж и актуален опыт выбора, покупки, пусконаладки, тюнинга, эксплуатации и ремонта различных ЧПУ-станков.

И вот — решил поделиться опытом с сообществом. Я осознаю сам, и прошу принимать во внимание читателей, что я — самоучка без базового инженерного образования, все нижеизложенное основано исключительно на личном опыте.

После долгих мук выбора, писать статью-противопоставление или статью-обзор технологии победил третий вариант: написать цикл статей, описывающий слегка абстрагированный опыт ЧПУшника — от выбора станка, пусконаладки и инструментов, через подбор материалов, ПО и режимов работы, до тюнинга и доводки.

Под катом первая статья цикла — краткое описание подсистем ЧПУ-фрезеров, с комментариями и рекомендациями по выбору.

Что купить и как выбрать

В первую очередь определяемся с задачами.
Поскольку мы смотрим на альтернативы 3D принтерам для домашнего/хоббийного использования, основными рабочим материалами у нас будут пластики, дерево, МДФ, ДСП, фанера, текстолит и немножко цветмета. Размеры — не менее домашние 20*30 см — размер листа А4.

Шпиндель

Шпиндель — рабочий инструмент станка, вращающий фрезу. Мощность шпинделя является производной от желаемой скорости съема материала: у меня есть вполне неплохой опыт фрезеровки алюминия 60Вт шпинделем, но с убого маленькими подачами и заглублением. В большинство китайских станков устанавливаются шпиндели 600-800 Вт, чего вполне достаточно для чистого съема пластика/дерева глубиной 1 мм со скоростью 2 метра в минуту.
Отдельно предостерегу от использования шпинделей Kress FHE/FE серии: по сравнению с китайцами они в разы более шумные и менее точные. Если продавец предлагает установку такого шпинделя, лучше закажите сами нормальный шпиндель на алиэкспрессе, а еще лучше — найдите другого продавца.

Рама

На хоббийных станках в лучшем случае рама будет представлена конструкционным профилем в основании и 10-15 мм алюминием на стойках портала и оси Z. В принципе, этого достаточно для домашних-хоббийных задач, главное — проследить, чтобы это было. На моей памяти есть один китаец безрамной конструкции, у которого самая длинная ось была безрамной — ее функция была переложена на стол. Естественно, станок был крайне слабым.

Направляющие

Для озвученных размеров подойдет станок на круглых направляющих 16-21 мм.
вообще, эмпирическое правило для заявленных целей «длина-направляющие»:
<15см — 12мм круглые
15-40 см — 16 мм круглые
40-90 см — 22 мм круглые с основанием

Механика

Поскольку мы заявили цветмет в целях использования, передача усилия с моторов на ось должна быть достаточно жесткой. Потому — долой ремни, да здравствуют ШВП и винты. ШВП — это шарико-винтовая передача, фактически — тот же винт, только канавки резьбы полированы и гайка представляет собой шариковый подшипник. ШВП имеет значительно более плавный ход, выше точность и надежность. Так что винт, пожалуй, допустим только на оси Z, которая по определению менее подвижная, чем остальные.
Передача усилия с моторов на винты для наших задач не критична — достаточную жесткость обеспечивает и ременная передача, и редуктор и муфты. Опять же главное — чтобы между мотором и винтом было что-то, компенсирующее биение оси и резкие усилия в начале движения, а то китайцы в целях экономии могут и напрямую шаговик прикрутить к винту, что отрицательно скажется на продолжительности жизни моторчика.

Моторы

В хоббийном сегменте однозначно рулят шаговые двигатели, они же шаговики. Причем для заявленных целей вполне достаточно фактически любого современного движка, начиная от 42/48 с усилием 5,5 кгсм. Из дополнительных плюшек, предлагаемых станкостроителями можно отметить рукоятки на оси, энкодеры, и прочее — в наших задачах это некритично.

Электроника

Поскольку мы рассматриваем покупку готового станка, предположим, что драйверы и блок питания соответствуют установленным двигателям. Имеет смысл разве что отметить наличие управления шпинделем с ЧПУ — некоторые китайцы экономят на частотнике.

Стол

Стол должен быть. Поскольку во многом точность детали определяется жесткостью крепления, стол должен быть жестким. А дальше — пошли вариации. Китайцы в свои станки любят ставить столы из конструкционного профиля с Т-образными пазами — достаточно удобно и универсально, но не очень жестко. Гораздо лучше — плита с сеткой отверстий с резьбой. Наиболее универсально, но дорого и замороченно в эксплуатации — вакуумный стол.

Плюшки и дополнения

Важным подспорьем являются концевые датчики на всех осях и датчик нуля оси Z.
Специфические дополнения — дополнительная (вращающаяся) ось, DSP контроллер, датчик положения, щуп, энкодеры, специальные зажимы и т.д., но все это, пожалуй, уже выходит за рамки статьи для начинающих.

Интерфейс и ПО

Поскольку мы говорим о фрезерах низшей ценовой категории на шаговых двигателях без энкодеров, штатный интерфейс будет в лучшем случае слегка кастомизированным PCI-LPT контроллером с опторазвязкой, в худшем — просто кабелем к LPT порту компьютера. По-моему, примерно один черт, по крайней мере я не заметил разницы в работе.
Программное обеспечение разнообразно, но функционально сводится либо к простому интерпретатору G-code в сигналы драйверов шаговых двигателей, либо к более продвинутому эмулятору стойки управления станка. В любом случае, если штатная программа не удовлетворяет, можно немножко помучиться и состыковать станок с LinuxCNC, который по функционалу и удобству не уступает продвинутым фирменным решениям.

Пожалуй, на этом статью можно и завершить, будут вопросы/пожелания/дополнения — велкам в комментарии и ЛС.

В следующей части — обзор режущего инструмента, крепеж, аспирация, СОЖ в домашних условиях.

UPD. другие статьи цикла:
Домашний ЧПУ-фрезер как альтернатива 3D принтеру, часть вторая, инструмент и приспособления
Домашний ЧПУ-фрезер как альтернатива 3D принтеру, часть третья, ПО и G-code
Домашний ЧПУ-фрезер как альтернатива 3D принтеру, часть четвертая. Общие понятия обработки
Tags:CNCЧПУфрезерование
Hubs: DIY
Total votes 104: ↑98 and ↓6+92
Views158K