Cadre CNC en tube profilé. Fraiseuse CNC à grand portail à faire soi-même

La question de savoir comment fabriquer une machine CNC peut recevoir une réponse brève. Sachant qu'une fraiseuse CNC artisanale, en général, est un appareil complexe avec une structure complexe, il convient au concepteur de :

• acquérir des dessins;
• acheter des composants et des attaches fiables ;
• préparez un bon outil;
• avoir un tour sous la main et perceuses Usiné CNC pour produire rapidement.

Cela ne ferait pas de mal de regarder la vidéo – une sorte de guide pédagogique pour savoir par où commencer. Je vais commencer par la préparation, acheter tout ce dont j'ai besoin, comprendre le dessin - ici bonne solution designer novice. C'est pourquoi étape préparatoire, précédant l’assemblage, est très important.

Travaux préparatoires

Pour réaliser une fraiseuse CNC maison, il existe deux options :

1. Vous prenez un ensemble de pièces prêtes à l'emploi (composants spécialement sélectionnés), à partir desquels nous assemblons vous-même l'équipement.
2. Trouvez (fabriquez) tous les composants et commencez à assembler de vos propres mains une machine CNC qui répondrait à toutes les exigences.

Il est important de décider du but, de la taille et du design (comment se passer d'un dessin machine maison CNC), trouver des schémas pour sa fabrication, acheter ou fabriquer certaines pièces nécessaires à cela, acquérir des vis-mères.

Si vous décidez de créer une machine CNC de vos propres mains et de vous passer d'ensembles prêts à l'emploi de composants, de mécanismes et de fixations, vous avez besoin d'un schéma assemblé selon lequel la machine fonctionnera.

Habituellement, après avoir trouvé diagramme schématique appareils, ils modélisent d'abord toutes les pièces de la machine, préparent des dessins techniques, puis les utilisent pour produire des composants en contreplaqué ou en aluminium sur des tours et des fraiseuses (il est parfois nécessaire d'utiliser une perceuse). Le plus souvent, les surfaces de travail (également appelées table de travail) sont en contreplaqué d'une épaisseur de 18 mm.

Assemblage de certains composants importants de la machine

Dans la machine que vous avez commencé à assembler de vos propres mains, vous devez prévoir un certain nombre de composants critiques qui assurent le mouvement vertical de l'outil de travail. Dans cette liste :

• engrenage hélicoïdal – la rotation est transmise par une courroie crantée. C'est bien car les poulies ne glissent pas, transférant uniformément les forces à l'arbre de l'équipement de fraisage ;
• si vous utilisez un moteur pas à pas (SM) pour une mini-machine, il est conseillé de prendre un chariot d'un modèle d'imprimante plus grand - plus puissant ; les anciennes imprimantes matricielles avaient des moteurs électriques assez puissants ;

• pour un appareil à trois coordonnées, vous aurez besoin de trois SD. C'est bien s'il y a 5 fils de commande dans chacun, la fonctionnalité de la mini-machine augmentera. Il convient d'évaluer l'ampleur des paramètres : tension d'alimentation, résistance de l'enroulement et angle de rotation du moteur en une seule étape. Pour connecter chaque moteur pas à pas, vous avez besoin d'un contrôleur séparé ;
• à l'aide de vis, le mouvement de rotation du moteur est converti en linéaire. Pour la réalisation haute précision, beaucoup de gens considèrent qu'il est nécessaire d'avoir des vis à billes (vis à billes), mais ce composant n'est pas bon marché. Lors de la sélection d'un jeu d'écrous et de vis de montage pour les blocs de montage, choisissez-les avec des inserts en plastique, cela réduit la friction et élimine le jeu ;

• au lieu d'un moteur pas à pas, vous pouvez prendre un moteur électrique ordinaire, après une petite modification ;
• un axe vertical qui permet à l'outil de se déplacer en 3D, couvrant toute la table de radiographie. Il est fabriqué à partir d'une plaque d'aluminium. Il est important que les dimensions de l'axe soient adaptées aux dimensions de l'appareil. Si vous possédez un four à moufle, l'essieu peut être coulé selon les dimensions des dessins.

Ci-dessous, un dessin réalisé en trois projections : vue latérale, vue arrière et vue de dessus.

Attention maximale au lit

La rigidité nécessaire de la machine est assurée par le bâti. Un portail mobile, un système de guidage ferroviaire, un moteur, une surface de travail, un axe Z et une broche y sont installés.

Par exemple, l'un des créateurs d'une machine CNC artisanale a fabriqué un cadre de support en profilé d'aluminium Maytec - deux parties (section 40x80 mm) et deux plaques d'extrémité de 10 mm d'épaisseur à partir du même matériau, reliant les éléments avec des coins en aluminium. La structure est renforcée, à l'intérieur du cadre se trouve un cadre composé de profilés plus petits en forme de carré.

Le cadre est monté sans utiliser de connexions soudées ( soudures mal capable de résister aux charges vibratoires). Il est préférable d'utiliser des écrous en T comme fixations. Les plaques d'extrémité permettent l'installation d'un bloc de roulement pour le montage de la vis mère. Vous aurez besoin d'un roulement lisse et d'un roulement de broche.

L'artisan a déterminé que la tâche principale de la machine CNC fabriquée par lui-même était la production de pièces en aluminium. Comme les pièces à usiner d'une épaisseur maximale de 60 mm lui convenaient, il a fixé le dégagement du portail à 125 mm (c'est la distance entre la traverse supérieure et surface de travail).

Ce processus d'installation difficile

Collecter CNC maison machines, après avoir préparé les composants, il est préférable de se conformer strictement au dessin pour qu'ils fonctionnent. Le processus d'assemblage à l'aide de vis mères doit être effectué dans l'ordre suivant :

• un artisan averti commence par fixer les deux premiers moteurs au corps - derrière l'axe vertical de l'équipement. L'un est responsable du mouvement horizontal de la tête de fraisage (guides ferroviaires) et le second est responsable du mouvement dans le plan vertical ;
• un portail mobile se déplaçant le long de l'axe X porte la broche de fraisage et le support (axe z). Plus le portail est haut, plus la pièce à usiner peut être grande. Mais à un portail élevé, lors du traitement, la résistance aux charges émergentes diminue ;

• Pour la fixation du moteur de l'axe Z et des guides linéaires, des plaques avant, arrière, supérieure, centrale et inférieure sont utilisées. Faites-y un berceau pour la broche de fraisage ;
• Le variateur est assemblé à partir d'écrous et de goujons soigneusement sélectionnés. Pour fixer l'arbre du moteur et le fixer au goujon, utilisez un enroulement en caoutchouc d'un câble électrique épais. La fixation peut être constituée de vis insérées dans un manchon en nylon.

Ensuite, l'assemblage des composants et assemblages restants du produit fait maison commence.

Nous installons le remplissage électronique de la machine

Pour fabriquer une machine CNC de vos propres mains et la contrôler, vous devez fonctionner avec un numéro numérique correctement sélectionné contrôlé par programme, des circuits imprimés et des composants électroniques de haute qualité (surtout s'ils sont chinois), qui vous permettront de tout mettre en œuvre sur une machine CNC Fonctionnalité, traitant une partie d'une configuration complexe.

Afin d'éviter des problèmes de gestion, les machines CNC faites maison comportent les composants suivants parmi les composants :

• moteurs pas à pas, certains arrêtés par exemple Nema ;
• Port LPT, à travers lequel l'unité de contrôle CNC peut être connectée à la machine ;
• pilotes pour contrôleurs, ils sont installés sur une mini-fraiseuse, connectés conformément au schéma ;

• tableaux de commutation (contrôleurs);
• Bloc d'alimentation 36 V avec transformateur abaisseur qui se convertit en 5 V pour alimenter le circuit de commande ;
• ordinateur portable ou PC ;
• bouton responsable de l'arrêt d'urgence.

Ce n'est qu'après cela que les machines CNC sont testées (et l'artisan le fera) tour d'essai, après avoir chargé tous les programmes), les lacunes existantes sont identifiées et éliminées.

Au lieu d'une conclusion

Comme vous pouvez le constater, il est possible de réaliser une CNC qui n'est pas inférieure aux modèles chinois. Après avoir réalisé un ensemble de pièces détachées avec la bonne taille, disposant de roulements de haute qualité et de suffisamment de fixations pour l'assemblage, cette tâche est à la portée de ceux qui s'intéressent à la technologie logicielle. Vous n’aurez pas à chercher longtemps un exemple.

La photo ci-dessous montre quelques exemples de machines avec commande numérique, qui ont été fabriqués par les mêmes artisans et non par des professionnels. Pas une seule pièce n'a été réalisée à la hâte, avec une taille arbitraire, mais montée sur le bloc avec une grande précision, avec un alignement minutieux des axes, l'utilisation de vis-mères de haute qualité et de roulements fiables. L’affirmation est vraie : à mesure que vous vous assemblez, vous travaillerez également.

Une ébauche en duralumin est traitée par CNC. Avec une telle machine, assemblée par un artisan, vous pouvez effectuer de nombreux travaux de fraisage.

Il existe de nombreuses histoires similaires sur Internet, et je surprendrai probablement peu de gens, mais peut-être que cet article sera utile à quelqu'un. Cette histoire a commencé fin 2016, lorsque moi et mon ami, partenaire dans le développement et la production d'équipements de test, avons accumulé une certaine somme d'argent. Afin de ne pas simplement gaspiller de l'argent (c'est une jeune entreprise), nous avons décidé de l'investir dans l'entreprise, après quoi l'idée de fabriquer une machine CNC nous est venue à l'esprit. J'avais déjà de l'expérience dans la construction et le travail avec ce type d'équipement, et le domaine principal de notre activité est la conception et le travail des métaux, ce qui a accompagné l'idée de​​construire une machine CNC.

C’est alors qu’a commencé le mouvement qui se poursuit encore aujourd’hui…

Tout s'est poursuivi avec l'étude des forums dédiés aux sujets CNC et le choix du concept de base de la conception de la machine. Après avoir décidé au préalable des matériaux à traiter sur la future machine et de son champ de travail, le premier croquis en papier, qui ont ensuite été transférés sur l'ordinateur. Dans l'environnement de modélisation tridimensionnelle KOMPAS 3D, la machine a été visualisée et a commencé à acquérir des détails et des nuances plus petits, ce qui s'est avéré être plus que ce que nous souhaiterions, dont certains sont encore en cours de résolution à ce jour.

Un des solutions initiales les matériaux traités sur la machine et les dimensions du champ de travail de la machine ont été déterminés. Quant aux matériaux, la solution était assez simple : le bois, le plastique, matériaux composites et les métaux non ferreux (principalement le duralumin). Étant donné que nous utilisons principalement des machines à travailler les métaux dans notre production, nous avons parfois besoin d'une machine qui traiterait rapidement des matériaux assez faciles à traiter le long d'un chemin courbe, ce qui réduirait par la suite le coût de production des pièces commandées. A partir de matériaux sélectionnés, fournis principalement sous emballage en feuilles, avec tailles standards 2,44x1,22 mètres (GOST 30427-96 pour contreplaqué). Après avoir arrondi ces dimensions, nous sommes arrivés aux valeurs suivantes : 2,5x1,5 mètres, l'espace de travail est défini, à l'exception de la hauteur de levage de l'outil, cette valeur a été choisie en tenant compte de la possibilité d'installer un étau et nous avons supposé que nous n'aurions pas de pièces d'une épaisseur supérieure à 200 mm. Nous avons également pris en compte le fait que s'il est nécessaire de traiter l'extrémité d'une pièce en tôle d'une longueur supérieure à 200 mm, pour cela l'outil se déplace au-delà des dimensions de la base de la machine, et la pièce elle-même est fixé sur le côté d'extrémité de la base, ce qui permet de traiter l'extrémité de la pièce.

Conception de la machine est une base de cadre préfabriquée du 80ème tube profilé avec un mur de 4 mm. De part et d'autre de la longueur de la base sont fixés des guides roulants profilés de la 25ème taille standard, sur lesquels est installé un portail, réalisé sous la forme de trois tubes profilés soudés ensemble de même taille standard que la base.

La machine est à quatre axes et chaque axe est entraîné par une vis à billes. Deux axes sont situés parallèlement le long du côté long de la machine, appariés par logiciel et liés à la coordonnée X. En conséquence, les deux axes restants sont les coordonnées Y et Z.

Pourquoi exactement avez-vous choisi un cadre préfabriqué : au départ, ils voulaient le faire purement structure soudée avec des tôles soudées encastrées pour le fraisage, l'installation de guides et de supports de vis à billes, mais ils n'ont pas trouvé de fraiseuse à coordonnées suffisamment grande pour le fraisage. J'ai dû dessiner un cadre préfabriqué afin de pouvoir usiner moi-même toutes les pièces à l'aide des machines de travail des métaux disponibles dans la production. Chaque pièce exposée au soudage à l'arc électrique a été recuite pour soulager les contraintes internes. Ensuite, toutes les surfaces de contact ont été fraisées, puis les réglages ont dû être grattés par endroits.

Pour aller de l'avant, je voudrais dire tout de suite que l'assemblage et la fabrication du châssis se sont avérés être l'événement le plus laborieux et le plus coûteux financièrement dans la construction de la machine. L’idée originale avec une charpente entièrement soudée est supérieure à tous égards à une structure préfabriquée, à notre avis. Même si beaucoup ne sont peut-être pas d’accord avec moi.

Je voudrais d'emblée faire une réserve : nous ne considérerons pas ici pour l'instant les machines fabriquées à partir de profilés structurels en aluminium ; cela fera plutôt l'objet d'un autre article.

En continuant à assembler la machine et en en discutant sur les forums, beaucoup ont commencé à conseiller de fabriquer des flèches en acier diagonales à l'intérieur et à l'extérieur du châssis pour ajouter encore plus de rigidité. Nous n'avons pas négligé ce conseil, mais nous avons également ajouté des flèches à la structure, car la charpente s'est avérée assez massive (environ 400 kg). Et une fois le projet terminé, le périmètre sera recouvert de tôle d'acier, qui reliera davantage la structure.

Passons maintenant à la problématique mécanique de ce projet. Comme indiqué précédemment, le mouvement des axes de la machine était réalisé grâce à une paire de vis à billes d'un diamètre de 25 mm et d'un pas de 10 mm, dont la rotation était transmise depuis moteurs pas à pas avec brides 86 et 57. Initialement, il était prévu de faire tourner l'hélice elle-même directement afin d'éliminer les jeux inutiles et les engrenages supplémentaires, mais cela n'aurait pas pu se faire sans eux car avec une connexion directe entre le moteur et l'hélice, cette dernière commencerait à se dérouler à grande vitesse, surtout lorsque le portail est dans des positions extrêmes. Compte tenu du fait que la longueur des vis le long de l'axe X était de près de trois mètres, une vis d'un diamètre de 25 mm a été installée pour moins d'affaissement, sinon une vis de 16 mm aurait suffi.

Cette nuance a déjà été découverte lors de la production de pièces, et il a fallu résoudre rapidement ce problème en fabriquant un écrou rotatif, plutôt qu'une vis, ce qui a ajouté un ensemble de roulements supplémentaire et un entraînement par courroie à la conception. Cette solution a également permis de bien serrer la vis entre les supports.

La conception de l'écrou rotatif est assez simple. Initialement, nous avons sélectionné deux roulements à billes coniques, qui se reflètent sur le écrou de vis à billes, après avoir préalablement coupé un filetage à son extrémité pour fixer la bague de roulement sur l'écrou. Les roulements, ainsi que l'écrou, s'insèrent dans le boîtier, à leur tour, toute la structure est fixée à l'extrémité du poteau du portail. À l'avant de la vis à billes, les écrous fixaient un manchon adaptateur aux vis, qui était ensuite tourné assemblé sur un mandrin pour donner l'alignement. Ils y ont mis une poulie et l'ont serrée avec deux contre-écrous.

Évidemment, certains d’entre vous se poseront la question : « Pourquoi ne pas utiliser une crémaillère comme mécanisme de transmission ? La réponse est assez simple : une vis à billes offrira une précision de positionnement, une plus grande force d'entraînement et, par conséquent, moins de couple sur l'arbre du moteur (c'est ce dont je me suis immédiatement souvenu). Mais il y a aussi des inconvénients - une vitesse de mouvement plus faible et si vous prenez des vis de qualité normale, le prix varie en conséquence.
Au fait, nous avons pris des vis à billes et des écrous chez TBI, ça suffit une option économique, mais la qualité est également au rendez-vous, puisque sur les 9 mètres de vis prélevés, nous avons dû en jeter 3 mètres, du fait de l'écart des dimensions géométriques, aucun des écrous n'a simplement été vissé...

Comme guidages coulissants, des guidages sur rail profilé de 25 mm de HIWIN ont été utilisés. Pour leur installation, des rainures d'installation ont été fraisées pour maintenir le parallélisme entre les guides.

Nous avons décidé de fabriquer des supports de vis à billes par nos propres moyens, ils se sont avérés être de deux types : supports pour vis rotatives (axes Y et Z) et supports pour vis non rotatives (axe X). Des supports pour vis rotatives pouvaient être achetés, car les économies étaient minimes grâce à la production interne de 4 pièces. Une autre chose concerne les supports pour vis non rotatives - de tels supports sont introuvables en vente.

D'après ce qui a été dit précédemment, l'axe X est entraîné par des écrous rotatifs et par un entraînement par courroie. Ils ont également décidé de réaliser les deux autres axes Y et Z grâce à un entraînement par courroie, cela ajoutera une plus grande mobilité dans la modification du moment transmis, ajoutera de l'esthétique en vue d'installer le moteur non pas le long de l'axe de la vis à billes, mais sur le côté de celui-ci, sans augmenter les dimensions de la machine.

Passons maintenant en douceur à partie électrique, et nous commencerons par les variateurs ; les moteurs pas à pas ont été choisis comme eux, bien sûr, pour des raisons de prix inférieur par rapport aux moteurs avec retour. Sur l'axe X, ils ont installé deux moteurs avec une 86ème bride, sur les axes Y et Z il y avait un moteur avec une 56ème bride, uniquement avec un couple maximum différent. Je vais essayer d'imaginer ci-dessous liste complète les pièces achetées...

Le circuit électrique de la machine est assez simple : les moteurs pas à pas sont connectés à des pilotes, qui à leur tour sont connectés à la carte d'interface, qui est également connectée via un port LPT parallèle à un ordinateur personnel. J'ai utilisé 4 pilotes, un pour chaque moteur. J'ai installé tous les mêmes drivers pour simplifier l'installation et le branchement, avec un courant maximum de 4A et une tension de 50V. En tant que carte d'interface pour les machines CNC, j'ai utilisé une option relativement économique, de fabricant national, comme indiqué sur le site, c'est la meilleure option. Mais je ne vais ni le confirmer ni l’infirmer, la carte est simple à utiliser et le plus important c’est qu’elle fonctionne. Dans mes projets passés, j'ai utilisé des cartes de fabricants chinois, elles fonctionnent également, et dans leurs périphériques elles diffèrent peu de celle que j'ai utilisée dans ce projet. J'ai remarqué que dans toutes ces cartes, une n'est peut-être pas significative, mais l'inconvénient est que vous ne pouvez y installer que jusqu'à 3 fins de course, mais au moins deux de ces commutateurs sont nécessaires pour chaque axe. Ou est-ce que je n'ai tout simplement pas compris ? Si nous avons une machine à 3 axes, nous devons alors installer des interrupteurs de fin de course aux coordonnées zéro de la machine (c'est aussi appelé « position d'origine ») et aux coordonnées les plus extérieures afin qu'en cas de panne ou de manque de champ de travail, l'un ou l'autre axe ne tombe tout simplement pas en panne (ne s'est tout simplement pas cassé). Mon circuit utilise : 3 capteurs inductifs sans contact d'extrémité et un bouton d'urgence « E-STOP » en forme de champignon. La partie puissance est alimentée par deux alimentations à découpage 48 V. et 8A. La broche refroidie à l'eau de 2,2 kW est connectée via un convertisseur de fréquence. La vitesse est réglée à partir d'un ordinateur personnel, puisque le variateur de fréquence est connecté via une carte d'interface. La vitesse est régulée en changeant la tension (0-10 volts) à la borne correspondante Convertisseur de fréquence.

Tous les composants électriques, à l'exception des moteurs, de la broche et des interrupteurs de fin de course, ont été montés dans une armoire électrique métallique. Tout le contrôle de la machine s'effectue depuis un ordinateur personnel ; nous avons trouvé un vieux PC sur une carte mère au format ATX. Il vaudrait mieux rétrécir un peu et acheter un petit mini-ITX avec un processeur et une carte vidéo intégrés. Compte tenu de la grande taille du coffret électrique, il était difficile d'insérer tous les composants à l'intérieur ; ils devaient être placés assez près les uns des autres. Au fond de la boîte, j'ai placé trois ventilateurs de refroidissement forcé, car l'air à l'intérieur de la boîte était très chaud. Une plaque métallique a été vissée sur la face avant, avec des trous pour les boutons d'alimentation et les boutons d'arrêt d'urgence. Il y avait aussi sur ce panneau une prise pour allumer le PC, je l'ai retirée du boîtier d'un vieux mini-ordinateur, c'est dommage qu'elle n'ait pas fonctionné. Une plaque de recouvrement a également été fixée à l'extrémité arrière du boîtier ; des trous y ont été placés pour les connecteurs pour l'alimentation 220 V, les moteurs pas à pas, la broche et le connecteur VGA.

Tous les fils des moteurs, de la broche, ainsi que les tuyaux d'eau pour son refroidissement ont été posés câble souple canaux de type chenille de 50 mm de large.

Quant au logiciel, Windows XP a été installé sur un PC situé dans un coffret électrique, et l'un des programmes Mach3 les plus courants a été utilisé pour contrôler la machine. Le programme est configuré conformément à la documentation sur la carte d'interface, tout y est décrit assez clairement et en images. Pourquoi exactement Mach3, et tout cela parce que j'avais une expérience professionnelle, j'ai entendu parler d'autres programmes, mais je ne les ai pas envisagés.

Caractéristiques:

Espace de travail, mm : 2700x1670x200 ;
Vitesse de déplacement des axes, mm/min : 3000 ;
Puissance de la broche, kW : 2,2 ;
Dimensions, mm : 2800x2070x1570 ;
Poids, kg : 1430.

Liste des pieces:

Tube profilé 80x80 mm.
Bande métallique 10x80mm.
Vis à billes TBI 2510, 9 mètres.
Écrous pour vis à billes TBI 2510, 4 pcs.
Guides profilés chariot HIWIN HGH25-CA, 12 pcs.
Rail HGH25, 10 mètres.
Moteurs pas à pas :
NEMA34-8801 : 3 pièces.
NEMA 23_2430 : 1 pièce.
Poulie BLA-25-5M-15-A-N14 : 4 pièces.
Poulie BLA-40-T5-20-A-N 19 : 2 pcs.
Poulie BLA-30-T5-20-A-N14 : 2 pièces.

Carte d'interface StepMaster v2.5 : 1 pièce.
Pilote de moteur pas à pas DM542 : 4 pièces. (Chine)
Alimentation à découpage 48V, 8A : 2 pcs. (Chine)
Convertisseur de fréquence 2,2 kW. (Chine)
Broche 2,2 kW. (Chine)

Il me semble avoir répertorié les principales pièces et composants, si je n'ai pas inclus quelque chose, écrivez dans les commentaires et je l'ajouterai.

Expérience d'exploitation de machines : Finalement, après presque un an et demi, nous avons enfin lancé la machine. Dans un premier temps, nous avons ajusté la précision de positionnement des axes et leur vitesse maximale. Selon des collègues plus expérimentés vitesse maximum 3 m/min n'est pas élevé et devrait être trois fois plus élevé (pour le traitement du bois, du contreplaqué, etc.). A la vitesse que nous avons atteinte, le portail et les autres axes sont presque imparables en posant les mains (avec tout le corps) dessus - ça fonce comme un tank. Nous avons commencé les tests avec le traitement du contreplaqué, le coupeur fonctionne comme sur des roulettes, il n'y a pas de vibration de la machine, mais nous sommes également allés plus profondément d'un maximum de 10 mm en un seul passage. Bien qu'après cela, ils aient commencé à approfondir.

Après avoir joué avec le bois et le plastique, nous avons décidé de ronger le duralumin, j'étais ravi, même si j'ai d'abord cassé plusieurs couteaux d'un diamètre de 2 mm en sélectionnant les modes de coupe. Le duralumin coupe en toute confiance et le résultat est une coupe assez nette le long du bord usiné.

Nous n'avons pas encore essayé de traiter l'acier, mais je pense qu'au moins la machine pourra graver, mais pour le fraisage la broche est trop faible, ce serait dommage de la tuer.

Sinon, la machine s'acquitte bien des tâches qui lui sont assignées.

Conclusion, avis sur le travail effectué : Beaucoup de travail a été fait, mais au final nous étions assez fatigués, puisque personne n'a annulé le travail principal. Et beaucoup d’argent a été investi, je ne dirai pas le montant exact, mais il s’agit d’environ 400 000 roubles. Outre les coûts d'équipement, la majeure partie des coûts et la plupart des efforts ont été consacrés à la fabrication de la base. Wow, nous avons eu tellement de problèmes avec lui. Sinon, tout a été fait au fur et à mesure que les fonds, le temps et les pièces finies devenaient disponibles pour continuer l'assemblage.

La machine s'est avérée tout à fait fonctionnelle, assez rigide, massive et de grande qualité. Maintient une bonne précision de positionnement. Lors de la mesure d'un carré en duralumin mesurant 40x40, la précision était de +- 0,05 mm. La précision du traitement des pièces plus grandes n'a pas été mesurée.

Et après…: Il reste encore suffisamment de travail sur la machine, à savoir recouvrir les guides et les vis à billes d'une protection contre la poussière, recouvrir la machine sur tout le périmètre et installer des plafonds au milieu de la base, qui formeront 4 grandes étagères pour le refroidissement de la machine. broche, stockage d'outils et de matériel. Ils voulaient équiper l'un des quartiers de la base d'un quatrième axe. Il est également nécessaire d'installer un cyclone sur la broche pour éliminer et collecter les copeaux de poussière, surtout si vous traitez du bois ou du textolite, d'où la poussière vole partout et se dépose partout.

Quant au sort futur de la machine, tout n'est pas clair, car j'ai eu un problème territorial (j'ai déménagé dans une autre ville), et maintenant il n'y a presque plus personne pour travailler sur la machine. Et il n'est pas garanti que les plans ci-dessus se réalisent. Personne n’aurait pu imaginer cela il y a deux ans. Ajouter des balises

Et donc, dans le cadre de cet article pédagogique, je souhaite que vous, avec l'auteur du projet, un mécanicien et designer de 21 ans, fabriquiez le vôtre. La narration se déroulera à la première personne, mais sachez que, à mon grand regret, je ne partage pas mon expérience, mais raconte seulement librement l'auteur de ce projet.

Il y aura pas mal de dessins dans cet article., des notes leur sont faites sur langue anglaise, mais je suis sûr qu'un vrai technicien comprendra tout sans plus tarder. Pour faciliter la compréhension, je diviserai l’histoire en « étapes ».

Préface de l'auteur

Déjà à l’âge de 12 ans, je rêvais de construire une machine capable de créer diverses choses. Une machine qui me donnera la possibilité de fabriquer n’importe quel article ménager. Deux ans plus tard, je suis tombé sur l'expression CNC ou pour être plus précis, l'expression "Fraiseuse CNC". Après avoir découvert qu'il existe des gens qui peuvent fabriquer eux-mêmes une telle machine pour leurs propres besoins, dans leur propre garage, j'ai réalisé que je pouvais le faire aussi. Je dois le faire! Pendant trois mois, j'ai essayé de rassembler les pièces adaptées, mais je n'ai pas bougé. Alors mon obsession s’est progressivement estompée.

En août 2013, l'idée de construire une fraiseuse CNC m'a de nouveau conquis. Je viens de terminer mon diplôme de premier cycle à l'université design industriel, j’étais donc assez confiant en mes capacités. Maintenant, j'ai clairement compris la différence entre moi aujourd'hui et moi il y a cinq ans. J'ai appris à travailler le métal, maîtrisé les techniques de travail avec des machines manuelles pour le travail des métaux, mais surtout, j'ai appris à utiliser les outils de développement. J'espère que ce tutoriel vous inspirera pour construire votre propre machine CNC !

Étape 1 : Conception et modèle CAO

Tout commence par une conception réfléchie. J'ai réalisé plusieurs croquis pour avoir une meilleure idée de la taille et de la forme de la future machine. Après cela, j'ai créé un modèle CAO à l'aide de SolidWorks. Après avoir modélisé toutes les pièces et composants de la machine, j'ai préparé des dessins techniques. J'ai utilisé ces dessins pour réaliser des pièces sur des machines manuelles de travail des métaux : et.

Je l'avoue honnêtement, j'aime le bien des outils pratiques. C'est pourquoi j'ai essayé de m'assurer que les opérations entretien et le réglage de la machine ont été effectués aussi simplement que possible. J'ai placé les roulements dans des blocs spéciaux afin de pouvoir les remplacer rapidement. Les guides sont accessibles pour l'entretien, ma voiture sera donc toujours propre une fois les travaux terminés.

Fichiers à télécharger « Étape 1 »

dimensions

Étape 2 : Lit

Le banc confère à la machine la rigidité nécessaire. Un portail mobile, des moteurs pas à pas, un axe Z et une broche, puis une surface de travail y seront installés. Pour créer le cadre de support, j'ai utilisé deux profilés en aluminium Maytec d'une section de 40x80 mm et de deux plaques d'extrémité en aluminium de 10 mm d'épaisseur. J'ai relié tous les éléments entre eux à l'aide de coins en aluminium. Pour renforcer la structure à l'intérieur du cadre principal, j'ai réalisé un cadre carré supplémentaire à partir de profilés de section plus petite.

Afin d'éviter que de la poussière ne pénètre sur les guides à l'avenir, j'ai installé des coins de protection en aluminium. L'angle est monté à l'aide d'écrous en T installés dans l'une des rainures du profilé.

Les deux plaques d'extrémité sont dotées de blocs de roulement pour le montage de la vis d'entraînement.

Assemblage du cadre de support

Coins pour protéger les guides

Fichiers à télécharger « Étape 2 »

Dessins des principaux éléments du cadre

Étape 3 : Portail

Portail mobile - agence exécutive de votre machine, il se déplace le long de l'axe X et porte la broche de fraisage et le support de l'axe Z. Plus le portique est haut, plus la pièce que vous pouvez usiner est épaisse. Cependant, un portail haut est moins résistant aux charges qui surviennent lors du traitement. Les montants latéraux hauts du portail font office de leviers par rapport aux roulements linéaires.

La tâche principale que j'avais prévu de résoudre sur ma fraiseuse CNC était le traitement des pièces en aluminium. L'épaisseur maximale des flans en aluminium qui me conviennent est de 60 mm, j'ai décidé de rendre le jeu du portail (la distance entre le plan de travail et la traverse supérieure) égal à 125 mm. J'ai converti toutes mes mesures en modèle et en dessins techniques dans SolidWorks. En raison de la complexité des pièces, je les ai traitées sur un centre d'usinage CNC industriel, ce qui m'a en outre permis d'usiner des chanfreins, ce qui serait très difficile à faire sur une fraiseuse manuelle pour métaux.

Fichiers à télécharger « Étape 3 »

Étape 4 : étrier de l'axe Z

Pour la conception de l'axe Z, j'ai utilisé un panneau avant qui se fixe aux roulements de mouvement de l'axe Y, deux plaques pour renforcer l'assemblage, une plaque pour monter le moteur pas à pas et un panneau pour monter la broche de fraisage. Sur le panneau avant, j'ai installé deux guides profilés le long desquels la broche se déplacera le long de l'axe Z. Veuillez noter que la vis de l'axe Z n'a pas de contre-support en bas.

Téléchargements « Étape 4 »

Étape 5 : Guides

Les guides offrent la possibilité de se déplacer dans toutes les directions, garantissant des mouvements fluides et précis. Tout jeu dans une direction peut entraîner des imprécisions dans le traitement de vos produits. J'ai choisi l'option la plus chère : les rails profilés en acier trempé. Cela permettra à la structure de résister à des charges élevées et fournira la précision de positionnement dont j'ai besoin. Pour m'assurer que les guides étaient parallèles, j'ai utilisé un indicateur spécial lors de leur installation. L'écart maximum les uns par rapport aux autres n'était pas supérieur à 0,01 mm.

Étape 6 : Vis et poulies

Les vis convertissent le mouvement rotatif des moteurs pas à pas en mouvement linéaire. Lors de la conception de votre machine, vous pouvez choisir plusieurs options pour cet ensemble : une paire vis-écrou ou une paire vis à billes (vis à billes). En règle générale, la vis-écrou est soumise à davantage de forces de frottement pendant le fonctionnement et est également moins précise par rapport à la vis à billes. Si vous avez besoin d’une précision accrue, vous devez absolument opter pour une vis à billes. Mais il faut savoir que les vis à billes sont assez chères.

Maintenant, un peu plus de détails sur l'assemblage principal.

Ainsi, pour assembler le cadre, vous aurez besoin des composants suivants :

• Sections de profil 2020 (deux parties longitudinales, 5 transversales, 2 parties verticales)
• Coins pour profil 16 pcs
• Ecrous en T M3 ou M4 pour rainure - 6mm
• Vis pour installation avec écrous en T (M3 ou M4, respectivement, 8...10 mm, plus M3x12 pour le montage des moteurs)
• Entretoise (angle 45°)
• Outil (tournevis)

Depuis que j'ai commencé à parler du profil, juste au cas où je répéterais l'achat et la découpe du profil chez Soberizavod

C’est structurel.
J'ai immédiatement acheté un kit de profilés pour 2418 coupé sur mesure.
Il existe deux options : un profilé non revêtu (moins cher) et un profilé revêtu (anodisé). La différence de coût est faible, je recommande le revêtement, surtout s'il est utilisé comme guides pour rouleaux.

Choisir type souhaité profil 2020, puis entrez « couper sur mesure ». Sinon, vous pouvez acheter une pièce (fouet) tous les 4 mètres. Lors du calcul, gardez à l'esprit que le coût d'une coupe varie en fonction du profil. Et ces 4 mm sont autorisés pour la coupe.

Entrez les tailles des segments. J'ai rendu la machine 2418 un peu plus grande, il s'agit de sept sections de 260 mm et de deux sections verticales de 300 mm. Celui vertical peut être réduit. Si vous avez besoin d'une machine plus longue, deux sections longitudinales sont plus grandes, par exemple 350 mm, et les sections transversales sont également de 260 mm (5 pièces).


Nous confirmons (doit être ajouté à la carte de découpe)


Vérification du panier


Le profil est obtenu pour 667 roubles avec le service de découpe.


La livraison est effectuée par TK, vous pouvez calculer le coût à l'aide d'un calculateur, puisque vous connaissez les dimensions du profilé, le poids est très bien calculé dans le tableau de découpe. Pour le calcul, vous avez besoin de l’option « enlèvement du fret auprès du fournisseur ». La livraison via les lignes Business coûtera moins cher, environ 1 000 roubles.

Vous pouvez le récupérer à Moscou.


Au même endroit se trouvent un bureau, un entrepôt et un atelier où les profilés sont découpés sur mesure. Il y a une vitrine avec des échantillons, vous pouvez sélectionner un profil sur place.

Alors, commençons à assembler le cadre ordinateur de bureau 2418.
Voici le profil déjà découpé.


Dans cette conception, j'ai augmenté l'axe Z (un peu plus de quelques cm que les autres) afin d'utiliser la machine comme perceuse CNC.
Dans l'original, l'axe Z est le plus court. Vous décidez déjà cela en fonction de vos objectifs. Pour étendre le champ de travail, vous devez acheter deux sections du profil (paire longitudinale) plus longueur souhaitée(par exemple +10 cm), les guides (+10 cm pour une paire d'arbres de 8 mm) et la vis (+10 cm pour une vis T8) sont rallongés en conséquence. En termes d'argent, le +10 cm indiqué s'avère très bon marché : le coût d'un profilé de 10+10 cm est d'environ 40 roubles, les guides et la vis coûteront plus 6 $ (chèque).

Voici les coins préparés pour le montage

C'est ainsi que les écrous en T doivent être installés dans la fente. Vous ne pouvez pas le visser par l'extrémité, mais l'installer directement dans la rainure du profilé sur le côté, mais ensuite contrôler la rotation et l'installation de l'écrou, car cela ne se produit pas toujours, une certaine habileté est requise.


La découpe du profil est nette, il n'y a pas de bavures

Le profil est au nombre de vingt, c'est-à-dire de la série 2020, avec des dimensions correspondantes de 20 mm x 20 mm, une rainure de 6 mm.

Ainsi, nous assemblons d'abord la partie en forme de U du cadre, fixons deux parties longitudinales du profilé et une traverse extérieure. Grande valeur Il n'y a aucune question de quel côté assembler, mais gardez à l'esprit qu'il y a une barre transversale centrale qui se rapproche de l'arrière. Il fait partie du plan vertical et la taille du décalage dépend du décalage de l'axe Z et de la broche. Placez-le de manière à ce que l'axe de rotation de la broche soit au centre de la machine (axe Y).
Ensuite, nous assemblons la traverse centrale. Il est plus pratique d'installer d'abord les deux coins sur une section du profilé et de les fixer, puis de les installer sur le cadre.
Nous appliquons une section du profilé, mesurons la même distance avec une règle et resserrons les vis. Les vis doivent être serrées lentement, en laissant le temps à l'écrou en T de tourner et de prendre sa position dans la rainure. Si cela ne fonctionne pas du premier coup, desserrez à nouveau l'écrou et répétez.


Nous installons la dernière partie du cadre horizontal. Il est plus facile d'y accéder avec un long tournevis. Ne soyez pas paresseux et vérifiez les angles droits de la structure résultante avec un carré et les diagonales avec une règle.




Étant donné que les coins de la structure sont dirigés les uns vers les autres, peu importe dans quel ordre ils sont assemblés. J'ai fait la même chose que dans la conception de base du CNC2418. Mais l'intuition suggère qu'il est logique d'augmenter la distance entre les profils, surtout lorsque altitude plus élevée portail. D'accord, cela peut être fait plus tard.


Ensuite, nous commençons à assembler le support de portail vertical

Nous installons le portail assemblé sur la partie horizontale, le fixons avec 6 coins (installés dans trois directions à partir du profilé vertical).


Nous établissons et maintenons la perpendiculaire des segments (le long du carré). Ensuite j'ai serré toutes les vis une à une.





Dans l'original, un angle d'extrusion spécial à 45° est utilisé pour renforcer la verticale. Je n’ai pas pu en trouver un similaire en vente, alors je l’ai remplacé par un modèle imprimé en 3D. Le lien vers le modèle se trouve à la fin du sujet.
Mise à jour: Il s’est avéré que l’original avait également été imprimé en 3D.
Au contraire, vous pouvez le remplacer par des attaches perforées provenant de magasins ou des coins de meubles. Cela n’affectera en rien la qualité.


À première vue, la structure s’est avérée solide et non fragile. On peut voir que la plaque avec le moteur est plus courte que le jeu d'étriers KP08+SK8. Je vais l'étendre plus largement.


En fait, ce châssis est une copie d'un design similaire de la machine CNC2418, sauf que je n'ai pas directement copié les dimensions, je l'ai fait un peu plus grand afin d'avoir moins de chutes de guides et de vis.

L'assemblage du cadre est terminé, vous pouvez maintenant commencer à installer les moteurs. J'utilise des brides imprimées en 3D pour monter les moteurs. Il est conseillé de réaliser les supérieurs assemblés avec des supports de guidage, les inférieurs - sans supports, car l'axe Y doit être plus large. Il est conseillé d'installer l'axe Y sur les supports SK8 et KP08, comme sur la machine d'origine. Les étriers eux-mêmes peuvent être imprimés sur une imprimante ou achetés (les liens se trouvent à la fin du sujet et figuraient également dans le premier message).

Pour l'un des axes (les axes X et Y ont la même longueur), j'en ai pris un « de visée ». Je ne connaissais pas encore mes « envies » concernant la taille de la machine. De ce fait, les restes de vis iront vers l'axe Z, vous n'aurez qu'à acheter un écrou en laiton T8.

Emballé était dans une boîte en carton, à l'intérieur chaque pièce était dans un sachet séparément.

Le kit ressemble à ceci : un moteur avec un fil court, une vis mère T8, deux étriers KP08 et deux accouplements 5x8.

Il en existe un similaire, et aussi sans moteur (avec étriers et écrou).
Si vous le prenez sans gros stock, alors l'option 400 mm fonctionnera bien pour la « version agrandie » de la machine

Informations complémentaires - photos de l'ensemble séparément

Marquage moteur RB Step Motor 42SHDC3025-24B-500, siège Nema17


Un fil court pour la connexion est inclus. Idéalement, vous pouvez simplement augmenter la longueur sans toucher aux connecteurs.

Vis T8, écrou


Étriers KR08.


Pratique à attacher au profil. Si vous utilisez une bride large pour l'installation, il est préférable d'utiliser la version KFL08 de l'étrier, elle permet de fixer la vis non pas au profilé, mais à la bride.


L'accouplement 5x8 est un accouplement divisé pour relier l'arbre du moteur à l'hélice.

C'est ainsi que le moteur est monté d'origine sur l'axe X. Sur une petite plaque en aluminium.

J'ai fait la même chose, uniquement avec une plaque d'impression. Ce sera en même temps un support pour les guides.

J'ai déjà coupé la longueur supplémentaire de la vis pour l'axe Z (l'axe Z est toujours en cours, les informations seront séparément, très probablement également imprimées en 3D).


Il est probable que vous devrez allonger les fils du moteur afin de les acheminer soigneusement le long du profil en la partie supérieureà la carte électronique (il y aura très probablement un bouclier CNC). Et cela ne ferait pas de mal d’installer des fins de course pour les positions extrêmes.
Les informations de base sur le montage sont déjà là, vous pouvez commencer à estimer les coûts))))

Coût
Maintenant, comme demandé dans les commentaires de la première partie, je propose de discuter du coût. Naturellement, j'ai dépensé moins que prévu, puisque j'avais les moteurs et la plupart des composants en stock. Fortement moins cher ce sera le cas si vous utilisez des coins imprimés faits maison pour le profil, les étriers, les brides, etc. Pour faire fonctionner une perceuse cartes de circuits imprimés et par fraisage matériaux souples il est peu probable que cela ait un effet. Plus une bonne option- utilisation de tôles perforées de construction/quincaillerie. Convient pour renforcer les coins, y compris verticaux, et pour installer un moteur, à condition que la partie centrale soit percée pour l'arbre. À la place des attaches perforées, vous pouvez utiliser des attaches faites maison feuille d'aluminium ou du contreplaqué.
Certainement un achat incontournable profil 2020, sinon ce sera un type de machine complètement différent. Vous pouvez faire la même chose à partir d'un coin en aluminium ou d'un tuyau rectangulaire, mais uniquement par amour de l'art))) Il existe des conceptions plus optimales en termes de rigidité pour un assemblage à partir d'un coin/tuyau.
Certainement nécessaire pour le profil Écrous en T. Vous pouvez acheter des boulons en T, mais les écrous en T sont plus universels (puisque n'importe quelle longueur de vis peut être utilisée).
Mais le reste peut être modifié à votre discrétion, vous pouvez même remplacer le châssis Vis T8 utiliser épingle à cheveux en acier inoxydable. A moins que le nombre de pas par mm soit à recalculer dans le firmware.
Moteurs peut être retiré des anciens appareils/équipements de bureau et planifié des places déjà pour un type spécifique.
Électronique presque tous (pilotes Anduino UNO/Anduino Nano, CNCShield, Mega R3+Ramps, A4988/DRV8825), vous pouvez utiliser une carte adaptateur pour les pilotes Mach3 et TB6600. Mais le choix de l'électronique est limité par le logiciel utilisé.
Pour le perçage, vous pouvez utiliser n'importe quel moteur DC, qui vous permet d'installer un mandrin à pince et a une vitesse décente. DANS version de base il existe un moteur à grande vitesse 775. Pour le fraisage, vous pouvez utiliser des broches non réactives de 300 watts avec une pince ER11, mais cela augmente considérablement le coût de la machine dans son ensemble.

Calcul du coût approximatif :
profil 2020 (2,5 mètres) = 667r
profil 2080 (0,5 mètres) sur bureau = 485 RUR
Deux 300 mm 2х$25
. Un lot de 20 pièces revient à 5,5$ avec livraison
environ 4r/pièce si vous prenez un gros colis. Il vous faut au minimum 50 pièces (supports moteurs, étriers). Je ne compte pas les vis pour eux, généralement quelques kopecks par pièce selon la qualité. Total environ 400...500 roubles.
Moteurs 3 pièces 8,25 $ chacun
Électronique 2 $
$3.5
A4988 trois pièces pour 1 $

La machine coûte environ 111 $. Si vous ajoutez une broche :
$9
$7.78,
Que coût total environ 128 $

Je n’évalue pas les pièces imprimées en 3D. Peut être remplacé par des plaques/coins perforés des crêperies et magasins similaires. Je n’estime pas non plus les fils, le ruban isolant ou le temps passé.
Permettez-moi de vous rappeler que toutes les options de configuration du CNC2418 n'ont pas d'aussi bons moteurs 775 et, surtout, une pince ER11.

Possibilités moins cher.