Как я ЧПУ фрезер делал

Идея заиметь 3D-принтер засела в мою голову еще при появлении первых общедоступных экземпляров. Читал о них, облизывался. Время идет, технологии становятся доступнее. Делают рабочие экземпляры даже школьники, чем я хуже? Руки достаточно прямые. Прочитав гору литературы, понял, что трехмерный принтер мне не очень нужен – все же качество печати еще не дотягивает. А вот трехмерный фрезер подойдет как нельзя лучше. В планах использовать его в хоббийном направлении – пилить детям игрушки-конструкторы, себе авиамодели

12 картинок + видео

Выбрал вариант с мебельными направляющими – они доступны, дешевы. Да и имел опыт установки и эксплуатации направляющих с подшипниками. Итого 3 пары качественных мебельных направляющих обошлось в сумму менее 10$. Корпусные детали делал из 18 мм фанеры – она очень крепкая, относительно дешевая, плюс к тому были большие куски в наличии. Фанеру предполагалось вначале напилить у знакомых мебельщиков, но т.к. конечный вариант конструкции ЧПУ фрезера додумывал в процессе, то пилил сам.
Детали достаточно точно напилил с помощью деревообрабатывающего станка с гордым и малопонятным названием для нынешней молодежи «Комсомолец» еще советского производства. Ну и денег сэкономил на распиле.
Электронику, двигатели и ходовые винты заказывал на ebee. Пришло все, что заказывал. С двигателями при транспортировке был косяк – упакованы были парой валами напротив дружки. В итоге вмятины на алюминии корпуса и немного погнутые валы. Впрочем использовалась переходная муфта, которая эти неточности нивелировала. Ходовые винты также идеальной прямизной не похвалятся. Не знаю, кто больше виноват – доставка или китайское производство.

Механику собрал достаточно точно. Хорошая металлическая линейка, уголок, цифровой штангенциркуль, зажимы и отсутствие спешки – залог успешного исхода.
С электроникой немного было сложнее. Многое было непонятно, помогли тематические форумы. Рекомендую cnc-club.ru и mir-cnc.ru

В итоге было куплено следующее:
1) Плата управления на пять осей 5 Axis CNC Breakout Board. Был бы немного поосведомленнее заранее, то купил бы сразу 3х осевой контроллер со встроенными драйверами, мороки было бы меньше. А так дождался контроллера, понял что без драйверов дело не пойдет – ждал еще полмесяца их прихода.
2) Три драйвера DRV8825 управления ШД.
3) Три двигателя Nema 17, один помощнее на ось Z, два немного слабее
4) Три направляющие с латунными гайками для осей XYZ соответственно длинами 500, 300 и 100 мм
5) Переходные муфты
6) Концевые выключатели. Шесть штук – по паре на каждую ось

Имелось в закромах:
- Блок питания компьютерный АТХ 350ВТ. Позже заменю на 24 вольтовый. С ним движки забегают шустрее.
- Настольный компьютер с LPT портом и невстроенной видеокартой. P.S. Из минусов такой аппаратуры - все железо управляется через порт LPT. Операционная система ХР или Виста 32-х разрядная. Вин 7 и более свежие не подходят в силу использования виртуализации. Требования у компу тоже особенные – только настольные ПК с дискретной видеокартой. Ноутбуки отпадают т.к. там используется функция энергосбережения чипсета, что может привести к пропускам в управлении. В общем старые компы для этой цели придутся как нельзя кстати.

- Аналог дремеля с разными фрезами со стоматологического кабинета.
В итоге двигатели закрутились, завертелись, но далеко не сразу. Долго вкуривал как подсоединить драйверы. Интересно, что при подаче напряжения на двигатели появляется характерный тонкий свист. Большое желание запустить станок перебороло все проблемы.
Далее конечная сборка и юстировка всех осей.

Итак – имеем собранный хоббийный станок с числовым управлением, который подключен к компьютеру. Далее вопрос упирается в программы для работы со станком. Софта не шибко чтобы очень. Основные программы для работы со станками – Mach3 и LinuxCNC. Мач можно брать с оф. сайта. Там демо версия с ограниченным функционалом. Но его вполне достаточно, чтобы запустить станок и понять, как им управлять. Линукс будет покруче, но и работать с ним будет тяжелее. Как приверженнику мягкотелого виндовса mach3 вполне хватит.

Для создания 3D моделей можно использовать автокад, компас, Autodesk Inventor и др. Что кому ближе. Мне для моих задач вполне хватит и 2D моделей. Рисовать их можно корелом.
Вот как примерно выглядят процесс создания:
- Рисуем модель в векторном формате.
- Импортируем ее в софт (ArtCam или Type3), которая создаст управляющую программу (УП) для фрезера. По сути это пошаговые инструкции, как и куда покоординатно перемещаться фрезе.
- Загружаем УП в mach и любуемся процессом выпиливания.

До установки дремеля. В более продвинутом варианте можно будет поставить шпиндель с водяным охлаждением

Плата управления на пять осей 5 Axis CNC Breakout Board

Схема подключения драйвера к плате, БП и ШД

Ну и самый верный и главный помощник. Всем добра!

UPD Итоговые полезности.
- Провода в шаговых двигателях не всегда правильно промаркированы и соответствуют документации. Для определения пар выводов замыкаем поочередно провода и крутим вал. Одна правильная пара – крутится тяжело, две пары – вообще сложно прокрутить.
- Соединения корпуса, деталей крепить на болты с гайками и контрить. Можно лака на резьбу капнуть. Иначе раскручивается.
- Не ленитесь читать мануалы, форумы. Сэкономит времени и возможно детали. Полно у людей сожженых контроллеров и драйверов из-за неправильного подключения.
- В мач3 посчитать количество шагов, необходимое для перемещения оси на 1 мм можно высчитать следующим образом: замечаем точку, прокручиваем ось на один оборот. Измеряем штангенциркулем перемещение (В моем случает 8,5 мм). ШД в основном имеют шаг 1,8 градуса. Соответственно 360 градусов – это 200 шагов. Искомое перемещения оси на 1 мм равняется делению 200 шагов на измеренное штангелем перемещение. (200/8,5=23,5)
-На драйверах есть подстроечный резистор. Крутим его отверточкой, до нормальной работы ШД и отсутствия перегрева