Этап 1. Определяем характеристики станка с ЧПУ
Этап 2. Выбираем тип компоновки ЧПУ станка
Этап 3. Выбираем размер рабочего поля
Этап 4. Размер станка с ЧПУ
Этап 5. Точность
Этап 6. Из чего делать станок с ЧПУ
Этап 7. Бюджет - сколько стоит сделать станок с ЧПУ своими руками?
Итак, в первой части "Из чего состоит станок с ЧПУ" мы изучили познакомились с составляющими станка.
Данное руководство призвано вооружить вас минимумом необходимых знаний перед тем, чтобы Вы могли сэкономить ваши время и деньги, построив большой и красивый, но совершенно нефункциональный станок.
Описываемые вещи в основном относятся к ЧПУ-роутерам хоббийного класса, однако подавляющее большинство информации справедливо и для любых других систем линейного перемещения с числовым программным управлением.
Изложенные принципы позволят применить их впоследствии, скажем, при проектировании плазмореза, лазерного станка или даже покрасочного робота. Однако, здесь изложены именно принципы, и нет конкретных рецептов - придется вырабатывать их самим. В конце концов, это же Ваш станок.
Для начала вам стоит ознакомиться с обзором конструктивных частей портальных станков с ЧПУ и их видами, а затем определить необходимые технические характеристики вашего будущего станка.
Вообще, постановка задачи - это очень важный этап, и ему посвящена отдельная статья.
Компоновка
Все настольные станки с ЧПУ, исходя из компоновки, можно условно поделить на 2 класса:
- С подвижным рабочим столом
- С подвижным порталом
Рассмотрим подробнее
Станки с подвижным рабочим столом
Станки этого типа составляют заметное меньшинство в семействе роутеров с ЧПУ - причиной является в основном то, что рабочее поле у таких станков намного меньше, чем у такого же размеров станка с подвижным порталом.
Однако, станки с подвижным столом имеют ряд собственных преимуществ.
Первое преимущество заключается в том, что на таком станке намного проще сделать тяжелый и жесткий портал, который сможет принять на себя гораздо большую нагрузку фрезерования и тяжелый шпиндель - неподвижный портал может быть сколь угодно тяжелым, и вам не надо заботиться о том, как его потом перемещать.
Отсюда вывод - компоновка с подвижным столом подойдет тогда, когда нужен небольшой станок, с малым рабочим полем и жестким порталом
Схематично, станки с подвижным рабочим столом выглядят так:
Компоновка с подвижным порталом
Станки с подвижным порталом - это подавляющее большинство всех ЧПУ роутеров.
По сути станок ничем не отличается от предыдущего варианта, кроме того, что по оси X перемещается не стол, а сам портал целиком. Такая структура снимает ограничения на размер, и теоретически станок может быть любого размера. Собственно, гигантские роутеры строятся именно по такой компоновке.
Однако, все усложняется тем, что зачастую весьма непросто спроектировать такой портал, который с одной стороны, был бы достаточно легким для перемещения с заданными ускорениями, а с другой - был бы достаточно жестким, чтобы не поддаваться под нагрузками. А также есть сложность синхронизации двух двигателей по сторонам портала.
Тем не менее, подвижный портал - более гибкое и универсальное решение, поэтому если вы строите станок с полем обработки больше, чем формат А3, скорее всего Вам лучше подойдет вариант с подвижным порталом.
Схематично это выглядит так:
Рабочее поле
Рабочее поле - пространство, заключенное между крайними положениями режущего инструмента по всем трем осям.
Размер рабочего поля - крайне важно, определив его единожды, вы не сможете изменить его потом, разве что построив новый станок.
Естественно, каждый станкостроитель хочет сделать станок с рабочим полем как можно большим. Однако, ограничения не заставят себя долго ждать - и первыми напомнят о себе масса и жесткость станка. Для удержания их в нужных пределах вам потребуются место и деньги - расходы на направляющие и передачи, словом, весь бюджет растет в геометрической прогрессии(если не экспоненциально) вместе с размером поля.
Поэтому для начала надо определиться с максимальным размером заготовок, которые будут обрабатываться на этом станке. Затем стоит оценить примерно, какие линейные направляющие вы сможете себе позволить с изначальным бюджетом, и провести повторную проверку - смогут ли эти направляющие обеспечивать необходимую точность и жесткость(если они являются частью несущей конструкции, как валы) - возможно, по результатам второй проверки вам придется уменьшить рабочее поле станка.
Проверку вы можете выполнить, смоделировав нагрузку в САПР типа Solidworks, КОМПАС, Autodesk Inventor и т.п. При составлении динамической модели для просчета обязательно надо учитывать вид и свойства материалов, которые будут обрабатываться.
Размер станка
Конечно, чем станок больше, тем больше он предоставляет возможностей, однако, всегда есть сдерживающий фактор - место в мастерской. Оно, к сожалению, ограничено. Поэтому, если у вас нет запасных гектар производственных площадей, Вам стоит уделить некоторое внимание компоновке станка, чтобы его общие размеры в трех измерениях были минимальны, а размер рабочего поля при этом - максимальным. Недостижимым идеалом является случай, когда рабочее поле равно размеру станка.
Точность
Точность, наряду с повторяемостью - ключевая характеристика станка с ЧПУ. Важно различать эти два понятия - повторяемость показывает, насколько сильно ошибка размера "плавает" относительно среднего значения, тогда как точность показывает, насколько сам размер "плавает" относительно заданного значения. Точность и повторяемость часто упоминаются без указания, к чему они относятся - к координатам осей после позиционирования или к размерам обработанных деталей. Здесь и далее мы всегда будем иметь виду второе.
Точность станка с ЧПУ - тема настолько обширная, что невозможно о ней рассказать даже вкратце в рамках данного руководства. Скажем только, что ориентироваться стоит на точность в 0.1-0.2 мм для станка с полем около 0.5-1 кв. м: меньшие значения(0.05 мм и меньше) обычно удел станков профессиональных и получить такие значения без значительного опыта невозможно. Также, надо учитывать, что с ростом рабочего поля точность сильно падает, и если есть необходимость увеличить рабочее поле, Вам придется смириться либо с падением точности обработки, либо с резким увеличением бюджета.
Материал станины
Портальный станок с ЧПУ может быть сделан из огромного спектра материалов. Несмотря на то, что промышленные станки делаются из стали и чугуна, существуют самодельные станки из оргстекла, алюминия, фанеры, полимерных материалов.
Материал станины определяется 4 факторами - материалами, которые будут обрабатываться, бюджетом, доступными материалами для постройки и доступными вам средствами обработки.
Влияние первого фактора вполне естественно - некоторые материалы, такие как камень, сталь, цветные металлы - требуют особой жесткости станины, и делать для них станок из фанеры или пластика не очень хорошая идея, и стоит рассмотреть чугун или полимергранит. Остальные три фактора всегда связаны, и тут тоже нет сложностй: не каждому доступен шлифовальный станок для выравнивания стальной станины под направляющие, не всегда есть возможность заказать фрезерованные детали станины из Д16Т, а заливка полимергранитом может оказаться дороже, если у вас под боком литейных цех, где вам отольют чугунную станину.
На самом деле, нет каких-то универсальных рекомендаций по выбору материала, исходить надо из реальных возможностей. Немало станков из оргстекла показывают лучшую точность, чем станки из алюминия, сделанные без должного навыка и кое-как отфрезерованных деталей, потому что в процессе постройки не удалось найти нормальный фрезерный станок.
Перед началом постройки составьте список доступных материалов и средств обработки, и проверьте, достаточно ли их для выполнения всех операций при производстве деталей для станка. Не беритесь за работу, прежде чем дважды не проверите этот список - одна изготовленная "на коленке" деталь, которая должна быть изготовлена на заводском оборудовании, может свести качество вашего станка к нулю. Возможно, придется сделать сперва станок попроще, чтобы потом на нем изготовить детали для будущего, улучшенного, станка.
Бюджет
Неоднократно уже упомянутый фактор. При постройке станка для собственных нужд он зачастую же и основной. Смету расходов надо постараться составить заранее, не оставляя белых пятен ни на что - ни на материалы, ни на обработку на стороне. И всегда прибавляйте 30-60% сверху - непредвиденные расходы будут всегда.
