Пошаговая инструкция сборки станка с чпу своими руками. Оборудование для производства печатных плат Схема станка для фрезеровки печатных плат

В наше время у рукодельных людей всё чаще можно встретить новые станки, которые управляются не руками, как мы все привыкли, а компьютерной программной и компьютеризированной оснасткой. Такое новшество получило название ЧПУ (числовое программное управление).

Такая технология применяется во многих учреждениях, на больших производствах, а также в хозяйских мастерских. Автоматизированная система управления позволяет сэкономить очень много времени, а также повысить качество производимой продукции.

Автоматизированной системой управляет программа с компьютера. В эту систему входят асинхронные двигатели с векторным управлением, имеющие три оси движения электрического гравера: X, Z, Y. Ниже мы рассмотрим, какими бывают станки с автоматическим управлением и расчётами.

Как правило, на всех станках с ЧПУ используется электрический гравер, либо фрезер, на котором можно менять насадки. Станок с числовым управлением применяется для придания тем или иным материалам элементов декора и не только. ЧПУ станки, в связи с продвижениями в компьютерном мире, должны иметь множество функций. К таким функциям относятся:

Фрезерование

Механический процесс обработки материала, в процессе которого, режущий элемент (насадка, в виде фрезы), производит вращательные движения на поверхности заготовки.

Гравировка

Заключается в нанесении того или оного изображения на поверхности заготовки. Для этого используют либо фрезы, либо штихель (стальной стержень с заострённым под углом одним концом).

Сверление

Механическая обработка материала резаньем, с помощью сверла, за счёт которого получаются отверстия разных диаметров и отверстия, имеющие много граней различных сечений и глубин.

Лазерная резка

Способ раскроя и резанья материала, при котором отсутствует механическое воздействие, сохраняется высокая точность заготовки, а также деформации, совершаемые данным способом, имеют минимальные деформации.

Графопостроитель

Производится высокоточное рисование сложнейших схем, чертежей, географических карт. Рисование производится за счёт пишущего блока, посредством специализированного пера.

Рисование и сверление печатных плат

Производство плат, а также рисование электропроводящих цепей на поверхности диэлектрической пластины. Также сверление маленьких отверстий под радиодетали.

Какие функции будет выполнять ваш будущий станок с программным управлением решать только вам. А дальше рассмотрим конструкцию станка ЧПУ.

Разновидность станков ЧПУ

Технологические признаки и возможности данных станков приравниваются к универсальным станкам. Однако, в современном мире, выделяют три разновидности станков ЧПУ:

Токарные

Предназначение таких станков заключается в создании деталей по типу тел вращения, которое заключается в обработке поверхности заготовки. Также производство внутренних и наружных резьб.

Фрезерные

Автоматизированная работа этих станков заключается в обработке плоскостей и пространств различных корпусных заготовок. Осуществляют фрезеровку плоскую, контурную и ступенчатую, под различными углами, а также с нескольких сторон. Производят сверление отверстий, нарезание резьб, развёртывание и растачивание заготовок.

Сверлильно — расточные

Выполняют рассверливание, сверление отверстий, растачивание и развёртывание, зенкерование, фрезеровка, нарезание резьб и многое другое.

Как мы видим, станки ЧПУ имеют большой ряд функционала, которые они совершают. Поэтому и приравниваются к универсальным станкам. Все они стоят очень дорого и купить какую-нибудь установку из вышеперечисленных просто невозможно, в силу финансовой недостаточности. И можно подумать, что придётся совершать все эти действия вручную, на протяжении всей жизни.

Можно не расстраиваться. Умелые руки страны, ещё с первого появления заводских станков ЧПУ, начали создавать самодельные прототипы, которые работают не хуже профессиональных.

Все комплектующие материалы для станочков ЧПУ можно заказать в интернете, где они находятся в свободном доступе и стоят довольно-таки недорого. Кстати, корпус автоматизированного станка можно изготовить своими руками, а за правильными размерами можно обратиться в интернет.

Совет: Перед выбором станка ЧПУ определитесь с тем, какой материал вы будете обрабатывать. Этот выбор будет иметь главное значение при сооружении станка, так как это напрямую зависит от размеров оборудования, а также затрат на него.

Конструкция станка ЧПУ полностью зависит от вашего выбора. Можно приобрести уже готовый стандартный набор всех необходимых деталей и просто собрать его в своём гараже или мастерской. Или заказывать всё оснащение отдельно.

Рассмотрим стандартный набор деталей на фото :

Непосредственно рабочая область, которая производится из фанеры - это столешница и боковой каркас.
Направляющие элементы.
Держатели направляющих.
Линейные подшипники и втулки скольжения.
Опорные подшипники.
Ходовые винты.
Контролёр шаговых двигателей.
Блок питания контролёра.
Электрический гравер или фрезер.
Муфта, соединяющая вал ходового винта с валом шаговых двигателей.
Шаговые двигатели.
Ходовая гайка.

Используя данный перечень деталей, вы смело сможете создать свой собственный фрезерный по дереву с ЧПУ станок с автоматизированной работой. Когда вы соберёте всю конструкцию, можете смело приступать к работе.

Принцип работы

Пожалуй, самым главным элементом на этом станке является фрезер, гравер или шпиндель. Это зависит от вашего выбора. Если у вас будет стоять шпиндель, то хвостик фрезы, который имеет цангу для крепления, будет плотно крепиться в цанговый патрон.

Сам патрон непосредственно закреплён на шпиндельном вале. Режущая часть фрезы подбирается исходя из выбранного материала. Электрический мотор, который располагается на движущейся каретке, вращает шпиндель с фрезой, что позволяет обрабатывать поверхность материала. Управление шаговыми двигателями происходит от контролера, на который подаются команды с компьютерной программы.

Электроника станка работает непосредственно на обеспечении компьютерного обеспечения, которое должно поставляться с заказываемой электроникой. Программа передаёт команды, в виде G - кодов на контролер. Тем самым эти коды сохраняются в оперативной памяти контролера.

После выбора на станке программы обработки (чистовой, черновой, трёхмерной), команды распределяются на шаговые двигатели, после чего происходит обработка поверхности материала.

Совет: Перед началом работы, необходимо протестировать станок, специализированной программой и пропустить пробную деталь, чтобы убедиться в правильности работы ЧПУ.

Сборка

Сборка станка своими руками не займёт у вас слишком много времени. Тем более что в интернете сейчас можно скачать очень много различных схем и чертежей. Если вы купили набор деталей для самодельного станка, то его сборка будет очень быстрой.

Итак, разберём один из чертежей собственно ручного станка.

Чертёж самодельного станка ЧПУ.

Как правило, первым делом из фанеры, толщиной 10-11 миллиметров, изготавливается каркас. Столешница, боковые стенки и подвижный портал для установки фрезера или шпинделя, изготавливаются только из фанерного материала. Столешница делается подвижной, используются мебельные направляющие соответствующих размеров.

В итоге должен получиться вот такой вот каркас. После того, как каркасная конструкция готова, в дело вступает дрель и специальные коронки, с помощью которых можно сделать отверстия в фанере.

Каркас будущего станка ЧПУ.

В готовом каркасе необходимо подготовить все отверстия, чтобы установить в них подшипники, направляющие болты. После этой установки, можно производить установку всех крепёжных элементов, электрических установок и т.д.

После того, как сборка завершена, важным этапом становится настройка программного обеспечения станка и компьютерной программы. При настройке программы проверяется работа станка на правильность заданных размеров. Если всё готово, можно приступать к долгожданным работам.

Совет: Перед началом работы необходимо проверить правильность крепления заготовочного материала и надёжность крепления рабочей насадки. Также убедиться в том, что выбранный материал соответствует изготовленному станку.

Наладка оборудования

Наладка станка ЧПУ производится непосредственно с рабочего компьютера, на котором установлена программа для работы со станком. Именно в программу загружаются необходимые чертежи, графики, рисунки. Которые в последовательности преобразуются программой в G - коды, необходимые для управления станком.

Когда всё загружено, совершаются пробные действия, относительно выбранного материала. Именно при этих действиях совершается проверка всех необходимых предустановленных размеров.

Совет: Только после тщательной проверки работоспособности станка можно приступать к полноценной работе.

Техника безопасности

Правила и техника безопасности при работе с данным станком ничем не отличается от работы на всех остальных станках. Ниже будут представлены самые основные:

Перед работой проверить исправность станка.
Одежда должна быть заправлена должным образом, чтобы нигде ничего не торчало и не могло попасть в рабочую зону станка.
Должен быть одет головной убор, который будет прижимать ваши волосы.
Около станка должен быть резиновый коврик или невысокая деревянная обрешётка, которые защитят от утечки электричества.
Доступ к станку детям должен быть категорически запрещён.
Перед работой со станком проверить все крепёжные элементы на их прочность.

Совет: К работе на станке необходимо подходить с трезвой головой и пониманием, что при неправильной работе вы можете нанести себе непоправимый вред.

С полными требованиями к безопасности при работе со станком вы сможете найти во всемирной паутине, т.е. в интернете и ознакомиться с ними.

Видео обзоры

Обзор сборки станка самодельного с ЧПУ

Видео обзор простого станка с ЧПУ

Обзор возможностей самодельного ЧПУ станка

Обзор шаговых двигателей

Обзор видео многоканального драйвера для шаговых двигателей

Оптимальным и популярным на сегодняшний день способом является фрезеровка печатной платы на ЧПУ.

Традиционно, есть три способа создания любительских печатных плат:

Фрезеровка печатных плат на ЧПУ.
Использование переноса тонера и химическое травление в хлорном железе, но в данном методе может быть сложным достать нужные материалы, плюс ко всему, химикаты – опасные вещества.
С помощью платных услуг предприятий, которые этим занимаются – услуги довольно недорогие, цена зависит от трудоемкости заказа, сложности и объема. Но это не очень быстрый процесс, поэтому придется ждать некоторое количество времени.

В данной статье мы рассмотрим, стоит ли заниматься данным видом работы, что для этого требуется, и какие усилия нужно приложить, чтобы получился качественный продукт на выходе.

Преимущества и недостатки фрезерования плат на ЧПУ

Данный способ довольно быстрый, но имеет как плюсы, так и минусы.

минимальные затраты человеческого труда, почти всю работу делает станок;
экологичность процесса, нет взаимодействия с опасными веществами;
простота повторного производства. Для этого достаточно установить один раз правильные настройки – и процесс можно легко повторить;
массовость производства, так как можно изготовить достаточно большое количество необходимых изделий;
экономичность, идут затраты средств только на приобретение фольгированного стеклотекстолита, который стоит около 2 долларов за лист с размерами 200х150 мм;
высокое качество изготовления.

режущие инструменты и торцевые фрезы могут быть дорогими, а также они имеют свойство изнашиваться;
нет возможности изготавливать данный вид продукта при помощи фрез повсеместно;
фрезерование может занять некоторое время;
при снятии большого количества меди за один проход канавки фрезы забиваются, что затрудняет работу и ухудшает качество обработки;
размер реза зависит от диаметра фрезы и точности фрезерования. Если планируется использование SMD – деталей, необходимо тщательно проверить программу фрезеровки.

Процесс изготовления печатных плат

Все производство данного продукта делится на такие шаги:

Поиск или самостоятельная проработка схемы и разводка дорожек.
Подготовка нужных файлов для дальнейшего производства.
Непосредственное производство.

Для 1 этапа на просторах интернета можно найти большое количество ПО, такого как Sprint Layout, PCad, OrCad, Altium Designer, Proteus и многие другие. Данные программы подойдут для проработки схем и разводки дорожек. Самым популярным сейчас является фрезеровка печатных плат на ЧПУ из программы Sprint Layout. Видео о ней вы сможете найти на нашем сайте.

Объемность второго этапа зависит от сложности платы, которую вы хотите получить. Для самых простых конструкций требуется небольшое количество файлов. Основными из них являются топология, файл для просверливания отверстий и файлы будущей обрезки заготовки и, конечно, готовой платы.

Третий этап включает в себя сверление отверстий под штифты для позиционирования платы на рабочем столе станка, а также вставка самих штифтов. Далее на них необходимо будет насадить плату и обрезать ее по контуру.

Программное обеспечение

Основная трудность фрезеровки печатных плат – это наличие нужных программ, которые позволят перевести рисунок платы в G-Code. Важным аспектом данного момента является то ПО, в котором вы в самом начале занимаетесь разработкой топологии.

Давайте разберемся с принципами работы станка при фрезеровке текстолита. Для лучшего понимания рассмотрим один из примеров работы программы, при помощи которой происходит фрезеровка платы:

Закрепление заготовки на станине, фиксация специальной насадки в шпинделе для того, чтобы просканировать поверхность чтобы увидеть и определить неровности.
Установка фрезы для дорожек в шпиндель, и сам запуск программы для фрезерования.
Установка сверла для сверления отверстий и запуск программы для сверления.
Последним этапом является обрезка ПП по контуру при помощи фрезы. Далее плату можно свободно вынимать из листа текстолита, процесс производства завершен.

Я не люблю травить печатные платы. Ну не нравится мне сам процесс возни с хлорным железом. Там напечатай, тут проутюжь, здесь фоторезист проэкспонируй - целая история каждый раз. А потом еще думай, куда бы слить хлорное железо. Я не спорю, это доступный и простой метод, но лично я его стараюсь избегать. А тут случилось у меня счастье: достроил я фрезер с ЧПУ. Тут же появилась мысль: а не попробовать ли фрезеровать печатные платы. Сказано - сделано. Рисую простенький переходник c завалявшегося esp-wroom-02 и начинаю свой экскурс во фрезеровку печатных плат. Дорожки специально сделал мелкими - 0,5 мм. Ибо если такие не выйдут - то и ну нафиг эту технологию.

Так как лично я делаю печатные платы раз в пять лет по большим праздникам - мне для проектирования вполне хватает KiCAD. Для него специализированных удобных решений я не нашел, но есть более универсальный путь - с использованием gerber-файлов. В этом случае все относительно просто: берем pcb, экспортируем нужный слой в gerber (никаких зеркалирований и прочей магии!), запускаем pcb2gcode - и получаем готовый nc-файл, который можно отдать фрезеру. Как всегда, реальность - злая зараза и все оказывается несколько сложнее.

Получение gcode из gerber-файлов

Итак, как получить gerber-файл, я особенно описывать не планирую, я думаю, это все умеют. Дальше нужно запустить pcb2gcode. Оказывается, он требует примерно миллион параметров командной строки, чтобы выдать что-то приемлемое. В принципе, документация у него неплохая, я ее осилил и понял, как получить какой-то gcode даже так, но все же хотелось казуальности. Потому был найден pcb2gcode GUI . Это, как подсказывает название, GUI для настройки основных параметров pcb2gcode галочками, да еще и с предпросмотром.

Собственно, на этом этапе получен какой-то гкод и можно пробовать фрезеровать. Но пока я тыкал в галочки, выяснилось, что дефолтное значение заглубления, которое предлагает этот софт, - 0,05 мм. Соответственно, плата должна быть установлена во фрезере как минимум с точностью выше этой. Я не знаю, у кого как, но у меня рабочий стол у фрезера заметно более кривой. Самое простое решение, что пришло в голову, - поставить на стол жертвенную фанерку, отфрезеровать в ней карман под размеры плат - и она окажется идеально в плоскости фрезера.

Для тех, кто уже хорошо владеет фрезером, эта часть неинтересна. После пары экспериментов я выяснил, что фрезеровать карман обязательно нужно в одном направлении (например, подачей на зуб) и с захлестом хотя бы процентов на тридцать. Fusion 360 мне предложил сначала слишком маленький захлест и ездил туда-сюда. В моем случае результат получился неудовлетворительный.

Учет кривости текстолита

Выровняв площадку, я поклеил на нее двустороннего скотча, положил текстолит и запустил фрезеровку. Вот результат:

Как видно, с одного края платы фреза практически не задевает медь, с другого - слишком углубилась в плату, при фрезеровке пошли крошки текстолита. Посмотрев внимательно на саму плату, я заметил, что она изначально неровная: слегка выгнутая, и, как ты с ней ни мучайся, какие-то отклонения по высоте будут. Потом, кстати, я посмотрел и выяснил, что для печатных плат толщиной более 0,8 мм допуск ±8 % считается нормальным.

Первый вариант борьбы, приходящий в голову, - автокалибровка. По логике вещей - чего уж проще, плата омедненная, фреза стальная, приделал один проводок к меди, другой к фрезе - вот тебе готовый щуп. Бери да строй поверхность.

Мой станок управляется grbl’ом на дешевом китайском шилде. У grbl есть поддержка щупа на пине A5, но вот специального разъема на моей плате почему-то не выведено. Внимательно рассмотрев ее, я все же обнаружил, что пин A5 выведен на разъем SPI порта (подписанный как SCL), земля там тоже рядом есть. С этим «датчиком» одна хитрость - провода нужно переплести между собой. Во фрезере крайне до фига наводок, и без этого датчик будет постоянно давать ложные срабатывания. Даже после переплетения продолжит, но сильно-сильно реже.

Команда говорит: начинай спускаться вниз вплоть до –10 по Z (абсолютная это или относительная высота - зависит от режима, в котором сейчас прошивка). Спускаться будет очень медленно - со скоростью 5 мм/мин. Это вызвано тем, что сами разработчики не гарантируют, что спуск остановится ровно в момент срабатывания датчика, а не чуть позже. Поэтому лучше спускаться медленно, чтобы все остановилось вовремя и не успело уйти в плату по самое не балуйся. Лучше всего первый тест проводить, подняв голову на высоту сильно больше 10 мм и сбросив систему координат. В таком случае, даже если все не сработает и вы не успеете дотянуться до кнопки E-Stop’а, фреза не будет запорота. Можно провести два теста: первый - ничего не делать (и по достижении –10 grbl выдаст «Alarm: Probe Fail»), второй - пока оно едет вниз, чем-нибудь замкнуть цепь и убедиться, что все остановилось.

Дальше надо найти метод, как, собственно, промерить матрицу и исказить gcode как нужно. На первый взгляд, у pcb2gcode’а есть какая-то поддержка autoleveling’а, но поддержки именно grbl’а нет. Там есть возможность задать команды запуска пробы руками, но с этим надо разбираться, а мне, честно говоря, было лень. Пытливый ум мог бы заметить, что у LinuxCNC команда запуска пробы совпадает с командой grbl. Но дальше идет непоправимое различие: все «взрослые» интерпретаторы gcode’а сохраняют результат выполненной пробы в машинную переменную, а grbl просто выводит в порт значение.

Легкое гугление подсказало, что есть еще довольно много разных вариантов, но мне на глаза попался проект chillpeppr :

Это система из двух компонентов, предназначенная для игры с железом из вебни. Первый компонент - Serial JSON Server, написанный на go, запускается на машине, подключенной непосредственно к железке, и умеет отдавать управление последовательным портом по вебсокетам. Второй - работает у вас в браузере. У них есть целый фреймворк для построения виджетов с каким-то функционалом, которые потом можно засовывать на страничку. В частности, у них уже есть готовый workspace (набор виджетов) для grbl и tinyg.

И у chillpeppr’а есть поддержка autoleveling’а. Да еще и с виду он сильно удобнее UniversalGcodeSender’а, которым я пользовался до этого. Ставлю сервер, запускаю браузерную часть, трачу полчаса на то, чтобы разобраться с интерфейсом, загружаю туда gcode своей платы и вижу какую-то фигню:

Посмотрев в сам gcode, который генерирует pcb2gcode, вижу, что он использует нотацию, когда на последующих строках не повторяется команда (G1), а даются только новые координаты:

G00 X1.84843 Y34.97110 (rapid move to begin.) F100.00000 G01 Z-0.12000 G04 P0 (dwell for no time -- G64 should not smooth over this point) F200.00000 X1.84843 Y34.97110 X2.64622 Y34.17332 X2.69481 Y34.11185 X2.73962 Y34.00364 X2.74876 Y31.85178 X3.01828 Y31.84988 X3.06946 Y31.82249 X3.09684 Y31.77131

Судя по тому, что chilipeppr показывает только вертикальные движения, он видит строку G01 Z-0.12 здесь, но не понимает все, что идет после F200. Нужно переделывать на explict нотацию. Конечно, можно руками поработать или напилить какой-нибудь post-processing скрипт. Но никто еще не отменил G-Code Ripper , который среди прочего умеет бить сложные команды gcode’а (типа тех же дуг) на более простые. Он же, кстати, тоже умеет по матрице autoprobe’а искривлять gcode, но встроенной поддержки grbl’а опять нет. Зато можно сделать тот самый split. Мне вполне подошли стандартные настройки (разве что в конфиге пришлось заранее поменять единицы измерения на mm). Результирующий файл начал нормально отображаться в chilipeppr:

Дальше запускаем autoprobe, не забыв указать расстояние, с которого опускать пробу, и ее глубину. В моем случае я указывал, что надо опускать с 1 до –2 мм. Нижняя граница не так важна, ее можно поставить хоть –10, но я бы не советовал: пару раз неудачно выставил начальную точку, с который надо запускать пробу, и крайние точки оказывались за пределами платы. Если заглубление больше - можно и гравер сломать. А так просто ошибка. От уровня верхней границы напрямую зависит то, как долго он будет промерять поверхность. В моем случае реально плата почти никогда не уходила за пределы 0,25 мм вверх или вниз, но 1 мм как-то надежнее. Жмем заветную run и бежим к фрезеру медитировать:

А в интерфейсе chilipeppr появляется потихоньку промеренная поверхность:

Здесь надо обратить внимание, что все значения по Z умножены на 50, дабы лучше визуализировать получившуюся поверхность. Это настраиваемый параметр, но 10 и 50 хорошо работают, на мой взгляд. Я достаточно часто сталкиваюсь с тем, что какая-то одна точка оказывается сильно выше, чем можно от нее ожидать. Лично я связываю это с тем, что датчик ловит-таки наводки и дает ложное срабатывание. Благо chilipeppr позволяет выгрузить карту высот в виде json’ки, ее можно руками после этого поправить, а потом руками же загрузить. Дальше жмем кнопку «Send Auto-Leveled GCode to Workspace» - и в перце уже загружен поправленный гкод:

N40 G1 X 2.6948 Y 34.1118 Z0.1047 (al new z) N41 G1 X 2.7396 Y 34.0036 Z0.1057 (al new z) N42 G1 X 2.7488 Y 31.8518 Z0.1077 (al new z) N43 G1 X 3.0183 Y 31.8499 Z0.1127 (al new z) N44 G1 X 3.0695 Y 31.8225 Z0.1137 (al new z) N45 G1 X 3.0968 Y 31.7713 Z0.1142 (al new z)

В код добавлены перемещения по Z, которые должны компенсировать неровность поверхности.

Выбор параметров фрезеровки

Запускаю фрезеровку, получаю вот такой результат:

Тут видно сразу три момента:

Проблема с неровностью поверхности ушла: прорезано (точнее, процарапано) все практически на одну глубину, нигде нет пропусков, нигде не заглубился слишком сильно.
Заглубление недостаточное: 0,05 мм явно не хватает для этой фольги. Платы, кстати, какой-то неизвестный зверь с AliExpress, толщину меди там не указали. Слой меди бывает разный, наиболее распространенные - от 18 до 140 мкм (0,018-0,14 мм).
Явно видны биения гравера.

Про заглубление. Подобрать то, насколько глубоко надо опускать гравер, несложно. Но есть специфика. Конический гравер имеет в проекции форму треугольника. С одной стороны, угол сведения к рабочей точке определяет, насколько инструмент тяжело сломать и как долго он проживет, а с другой - чем больше угол, тем шире будет рез при заданном заглублении.

Формула расчета ширины реза при заданном заглублении выглядит так (нескромно взята с reprap.org и исправлена):

2 * penetration depth * tangens (tool tip angle) + tip width

Считаем по ней: для гравера с углом 10 градусов и точкой контакта 0,1 мм при заглублении 0,1 мм мы получаем ширину реза почти 0,15 мм. Исходя из этого, кстати, можно прикинуть, какое минимальное расстояние между дорожками сделает выбранный гравер на фольге выбранной толщины. Ну и еще, даже если вам не надо очень маленьких расстояний между дорожками, слишком глубоко фрезу опускать все равно не стоит, так как стеклотекстолит очень сильно тупит фрезы даже из твердых сплавов.

Ну и тут есть еще смешной момент. Допустим, у нас есть две дорожки, отстоящие друг от друга на 0,5 мм. Когда мы прогоним pcb2gcode, он посмотрит на значение параметра Toolpath offset (насколько отступать от дорожки при фрезеровке) и фактически сделает между дорожками два прохода, отстоящие друг от друга на (0,5 – 2 * toolpath_offset) мм, между ними останется (а скорее всего, сорвется) какой-то кусочек меди, и будет это некрасиво. Если же сделать toolpath_offset большим, чем расстояние между дорожками, то pcb2gcode выдаст warning, но сгенерирует только одну линию между дорожками. В общем случае для моих применений это поведение более предпочтительно, так как дорожки получаются шире, фреза режет меньше - красота. Правда, может возникнуть проблема с smd-компонентами, но маловероятно.

Есть выраженный случай такого поведения: если задать очень большой toolpath_offset, то мы получим печатную плату в виду диаграммы Вороного. Как минимум - это красиво;) На эффект можно посмотреть на первом скриншоте из pcb2gcode, что я давал. Там показано, как она будет выглядеть.

Теперь про биения гравера. Это я их зря так называю. Шпиндель у меня неплохой вроде и так сильно, конечно, не бьет. Тут скорее кончик гравера при перемещении изгибается и прыгает между точками, давая вот ту странную картину с точечками. Первая и основная мысль - фреза не успевает прорезать и потому перепрыгивает. Легкое гугление показало, что народ фрезерует печатные платы шпинделем на 50к оборотов со скоростью примерно в 1000 мм/мин. У меня шпиндель дает 10к без нагрузки, и можно предположить, что резать надо со скоростью 200 мм/мин.

Результаты и вывод

Учтя все это, промеряю новый кусок текстолита, запускаю фрезеровку и получаю вот такой результат:

Верхняя ровно так, как вышла из фрезера, нижняя - после того как провел по ней обычным точильным камнем пару раз. Как видно, в трех местах дорожки не прорезались. В целом по всей плате ширина дорожек плавает. С этим еще надо разбираться, но у меня есть предположение, в чем причина. Сначала я крепил плату на двусторонний скотч, и она достаточно часто отходила. Потом в паре мест прихватил еще краями головок саморезов. Вроде держаться стала лучше, но все равно немного играет. Подозреваю, что в момент фрезеровки она прижимается к площадке и из-за этого, собственно, не прорезается.

В общем, перспективы у этого всего есть. Когда процесс отработан, построение матрицы высот занимает минут пять-семь, потом непосредственно фрезеровка - пару минут. Вроде можно экспериментировать дальше. Зато можно потом сверловку делать на том же станке. Еще прикупить заклепок, и будет счастье! Если тема интересна, то могу написать еще одну статью про сверловку, двусторонние платы и пр.

На вопрос, как сделать станок с ЧПУ, можно ответить кратко. Зная о том, что самодельный фрезерный станок с ЧПУ, в общем-то, – непростое устройство, имеющее сложную структуру, конструктору желательно:

обзавестись чертежами;
приобрести надёжные комплектующие и крепежные детали;
подготовить хороший инструмент;
иметь под рукой токарный и сверлильный станки с ЧПУ, чтобы быстро изготовить.

Не помешает просмотреть видео – своеобразную инструкцию, обучающую – с чего начать. А начну с подготовки, куплю всё нужное, разберусь с чертежом – вот правильное решение начинающего конструктора. Поэтому подготовительный этап, предшествующий сборке, – очень важен.

Работы подготовительного этапа

Чтобы сделать самодельный ЧПУ для фрезерования, есть два варианта:

Берёте готовый ходовой набор деталей (специально подобранные узлы), из которого собираем оборудование самостоятельно.
Найти (изготовить) все комплектующие и приступить к сборке ЧПУ станка своими руками, который бы отвечал всем требованиям.

Важно определиться с предназначением, размерами и дизайном (как обойтись без рисунка самодельного станка ЧПУ), подыскать схемы для его изготовления, приобрести или изготовить некоторые детали, которые для этого нужны, обзавестись ходовыми винтами.

Если принято решение создать станок ЧПУ своими руками и обойтись без готовых наборов узлов и механизмов, крепёжных деталей, нужна та схема, собранный по которой станок будет работать.

Обычно, найдя принципиальную схему устройства, сначала моделируют все детали станка, готовят технические чертежи, а потом по ним на токарном и фрезерном станках (иногда надо использовать и сверлильный) изготовляют комплектующие из фанеры или алюминия. Чаще всего, рабочие поверхности (называют еще рабочим столом) – фанерные с толщиной 18 мм.

Сборка некоторых важных узлов станка

В станке, который вы начали собирать собственноручно, надо предусмотреть ряд ответственных узлов, обеспечивающих вертикальное перемещение рабочего инструмента. В этом перечне:

винтовая передача – вращение передаётся, используя зубчатый ремень. Он хорош тем, что не проскальзывают на шкивах, равномерно передавая усилия на вал фрезерного оборудования;
если используют шаговый двигатель (ШД) для мини-станка, желательно брать каретку от более габаритной модели принтера – помощнее; старые матричные печатные устройства имели достаточно мощные электродвигатели;

для трёхкоординатного устройства, понадобится три ШД. Хорошо, если в каждом найдётся 5 проводов управления, функционал мини-станка возрастёт. Стоит оценить величину параметров: напряжения питания, сопротивления обмотки и угла поворота ШД за один шаг. Для подключения каждого ШД нужен отдельный контроллер;
с помощью винтов, вращательное движение от ШД преобразуется в линейное. Для достижения высокой точности, многие считают нужным иметь шарико-винтовые пары (ШВП), но это комплектующая не из дешевых. Подбирая для монтажа блоков набор гаек и крепежных винтов, выбирают их со вставками из пластика, это уменьшает трение и исключает люфты;

вместо двигателя шагового типа, можно взять обычный электромотор, после небольшой доработки;
вертикальная ось, которая обеспечивает перемещение инструмента в 3D, охвачивая весь координатный стол. Её изготовляют из алюминиевой плиты. Важно, чтобы размеры оси были подогнаны к габаритам устройства. При наличии муфельной печи, ось можно отлить по размерам чертежей.

Ниже – чертёж, сделанный в трёх проекциях: вид сбоку, сзади, и сверху.

Максимум внимания – станине

Необходимая жесткость станку обеспечивается за счёт станины. На нее устанавливают подвижной портал, систему рельсовых направляющих, ШД, рабочую поверхность, ось Z и шпиндель.

К примеру, один из создателей самодельного станка ЧПУ, несущую раму сделал из алюминиевого профиля Maytec – две детали (сечение 40х80 мм) и две торцевые пластины толщиной 10 мм из этого же материала, соединив элементы алюминиевыми уголками. Конструкция усилена, внутри рамы сделано рамку из профилей меньших размеров в форме квадрата.

Станина монтируется без использования соединений сварного типа (сварным швам плохо удаётся переносить вибронагрузки). В качестве крепления лучше использовать Т-образные гайки. На торцевых пластинах предусмотрена установка блока подшипников для установки ходового винта. Понадобится подшипник скольжения и шпиндельный подшипник.

Основной задачей сделанному своими руками станку с ЧПУ умелец определил изготовление деталей из алюминия. Поскольку ему подходили заготовки с максимальной толщиной 60 мм, он сделал просвет портала 125 мм (это расстояние от верхней поперечной балки до рабочей поверхности).

Этот непростой процесс монтажа

Собрать самодельные ЧПУ станки, после подготовки комплектующих, лучше строго по чертежу, чтобы они работали. Процесс сборки, применяя ходовые винты, стоит выполнять в такой последовательности:

знающий умелец начинает с крепления на корпусе первых двух ШД – за вертикальной осью оборудования. Один отвечает за горизонтальное перемещение фрезерной головки (рельсовые направляющие), а второй за перемещение в вертикальной плоскости;
подвижной портал, перемещающийся по оси X, несет фрезерный шпиндель и суппорт (ось z). Чем выше будет портал, тем большую заготовку удастся обработать. Но у высокого портала, в процессе обработки, – снижается устойчивость к возникающим нагрузкам;

для крепления ШД оси Z, линейных направляющих используют переднюю, заднюю, верхнюю, среднюю и нижнюю пластины. Там же сделайте ложемент фрезерного шпинделя;
привод собирают из тщательно подобранных гайки и шпильки. Чтобы зафиксировать вал электродвигателя и присоединить к шпильке, используют резиновую обмотку толстого электрокабеля. В качестве фиксатора могут быть винты, вставленные в нейлоновую втулку.

Затем начинается сборка остальных узлов и агрегатов самоделки.

Монтируем электронную начинку станка

Чтобы сделать своими руками ЧПУ станок и управлять ним, надо оперировать правильно подобранным числовым программным управлением, качественными печатными платами и электронными комплектующими (особенно если они китайские), что позволит на станке с ЧПУ реализовать все функциональные возможности, обрабатывая деталь сложной конфигурации.

Для того, чтобы не было проблем в управлении, у самодельных станков с ЧПУ, среди узлов, есть обязательные:

шаговые двигатели, некоторые остановились напримере Nema;
порт LPT, через который блок управления ЧПУ можно подключить к станку;
драйверы для контроллеров, их устанавливают на фрезерный мини-станок, подключая в соответствии со схемой;

платы коммутации (контроллеры);
блок электропитания на 36В с понижающим трансформатором, преобразующем в 5В для питания управляющей цепи;
ноутбук или ПК;
кнопка, отвечающая за аварийную остановку.

Только после этого станки с ЧПУ проходят проверку (при этом умелец сделает его пробный запуск, загрузив все программы), выявляются и устраняются имеющиеся недостатки.

Вместо заключения

Как видите, сделать ЧПУ, которое не уступит китайским моделям, – реально. Сделав комплект запчастей с нужным размером, имея качественные подшипники и достаточно крепежа для сборки, эта задача – под силу тем, кто заинтересован в программной технике. Примера долго искать не придётся.

На фото внизу – некоторые образцы станков, имеющих числовое управление, которые сделаны такими же умельцами, не профессионалами. Ни одна деталь не делалась поспешно, произвольным размером, а подходящая к блоку с большой точностью, с тщательным выверением осей, применением качественных ходовых винтов и с надёжными подшипниками. Верно утверждение: как соберешь, так и работать будешь.

На ЧПУ выполняется обработка дюралевой заготовки. Таким станком, который собрал умелец, можно выполнить много фрезерных работ.

Еще один образец собранного станка, где плиту ДВП используют как рабочий стол, на котором возможно изготовление печатной платы.

Каждый, кто начнет делать первое устройство, скоро перейдет и к другим станкам. Возможно, захочет испытать себя в качестве сборщика сверлильного агрегата и, незаметно, пополнит армию умельцев, собравших немало самодельных устройств. Занятия техническим творчеством сделают жизнь людей интересной, разнообразной и насыщенной.