Я эту статью написал по приколу. В ней нет ничего полезного.
Это история о том, как школьник ЧПУ станок колхозил. И в итоге у него получилась хрень)
На протяжении всего повествования, скорее всего, вы будете задаваться вопросом в духе "Что он несёт?" Это нормально, поскольку не всё в технике можно описать словами.
Будет много кринжа (возможно), я предупредил.
У меня даже видео есть на эту тему: https://youtube.com/playlist?list=PLJPYgmebMTpCtYDR7rx0PtK3lzWtz6EBt&si=j1wE_bnx_mJZCuzK
Глава 1. Алло, это инженер? А у вас есть инжир?
В 2021 году, будучи 7-классником, я узнал о существовании станков с ЧПУ. Сам никогда на нём не работал, а только рядом стоял. В буквальном смысле. В те времена я имел слабое представление о том, как они работают, как они управляются. Но был одержим детским/подростковым интересом. Зная цену, я понимал, что до заводских станков ещё не дорос. Но был заинтересован в создании вообще всего своими руками (нормальная херня для начинающего технаря, но абсолютно всё из хлама сделать невозможно; позже я это пойму)
Первым своим "чудом" я официально (по договору с мозгом) считаю конструкцию, скрученную на саморезах из дерева, без направляющих, без двигателей, без шпинделя, да вообще без всего. Однако, на создание его меня соблазнила возможность использовать школьный 3d принтер: нам сказали, что если вы принесёте свою катушку пластика, то "печатайте, хоть упечатайтесь". Поэтому с другом скинулись и купили свою катушку PLA пластика, которую могли смело использовать.
Говорить о ЧПУ-21 я не буду, поскольку это слишком зашквар. Что такое направляющие я тогда вообще не знал...
Фото сделаны в 2022, т. к. он провалялся один год на даче, а потом я его разобрал и сжёг)
К сведению: в августе 2021 я переехал в другой город, а потому утратил возможность пользоваться школьным 3d принтером.
Летом 2022 стоял вопрос: купить китайский CNC3018 за около 10 тыс. рублей или сделать своими руками. Казалось бы, ответ очевиден - делать из хлама)
Но если перефразировать вопрос: Купить за известную цену то, что точно будет работать, или начать проект "СдохниИлиУмри", который неизвестно во сколько обойдётся, сколько потребуется времени и не факт, что он вообще будет работать? Да, я выбрал "СдохниИлиУмри". Потому что у CNC3018 мне не понравился размер рабочего поля.
Заказал на Aliexpress некоторые комплектующие:
Плата управления: Arduino Uno + CNC shield + A4988 (4 шт.). Шаговые двигатели (ШД): NEMA 17 (хз какие именно) 5 шт. Шпиндель: мотор 775 с цанговым патроном ER11. Подшипники 624zz (20*3=60 шт.) для кареток.
Глава 2. "Декабрьский станок" или Что такое жёсткость?
Сентябрь 2022 года официально (по договору с мозгом) считаю началом челленджа "365 дней ада". Сделал каретки на подшипниках. А также решил в начале протестировать электронику, чтобы быть уверенным, что всё работает. Для этого был нужен блок питания (БП).
Оптимальным я посчитал купить 2 б/у блока питания от компьютера на 350 Вт. Мы приобретали эти БП на радиорынке. Там же и проверили. Напряжение на шинах питания есть. "Ну, и отлично" - подумали. У них есть 2 линии: 5В и 12В. По линии 12В, заявляет производитель, БП способен выдавать до 16А. Хотя имеется подозрение... Я их разбирал, там катушка на клей приклеена прям на башку конденсатора... Возможно, их ремонтировали, но всё-таки не обманули ли нас?
Сначала собрал ось Z, которая впоследствии прославится своими ошибками, но об этом позже (или в видосе подробно: https://www.youtube.com/watch?v=Gon9LDKbV3E&t=58s). Вся из фанеры. Даже крепление шпинделя с полукруглыми вырезами. Использовалось много фанеры толщиной 4 мм. - тогда мне казалось, что она не гнётся. К ноябрю каретка была готова. (от неё осталось мало фотоматериала - только видео)
А к началу декабря уже был готов портал: 2 фанерные стенки толщиной 10 мм., соединённые между собой направляющими - полнотелым стальным квадратом 10*10. Я по неопытности посчитал, что если он полнотелый, значит хрен согнёшь, но потом конечно же понял, что полнотелый профиль не слишком-то отличается по жёсткости от профильной трубы. По этим направляющим ездила ось Z. Дистанция между стенками, т. е. длина квадратов = 500 мм.
В качестве ходовых винтов на всех осях использовалась строительная шпилька М8. Крутится она в подшипниках 608RS, которые вставлены в отверстия в фанере. С валом шаговика соединена она посредством муфты из куска резинового шланга и двух сантехнических хомутов.
Внизу портала проходит фанерная пластина, к которой тоже крепятся каретки. В декабре я уже сделал основу для станка: опять же 2 фанерные пластины, но уже толщиной 18 мм. Соединены по прежнему только лишь направляющими - всё те же 10-е квадраты здесь длинной 1 метр. Да, предусматривалось ещё соединение дополнительно с помощью двух шпилек М12 для доп. жёсткости. Но это техническое решение так и не было задействовано...
Собрав, начал тестировать, двигать осями туды-сюды. Положил кусок фанеры 10 мм. на торцы пластин (которые 18 мм.) и получил импровизированный жертвенный стол, который удерживался только собственным весом и 2,5 кг. блином от гантели. То, что стол никак не закреплен на станке, не могло не сказаться на испытаниях... Закрепил ручку на станке, бумагу - на столе и пошёл ездить.
Надо отметить, что уже тогда я прекрасно понимал, что на такой длине 10-й квадрат замечательно прогибается под весом портала. Поэтому как я решил проблему? Конечно же, я временно подложил под них куски фанеры прямо по середине. Да, рабочая зона уменьшалась тем самым где-то раза в 2, но мне хотелось просто протестировать, загрузить уже наконец какой-нито G-code, посмотреть как моё творение сможет хоть что-то сделать полезное. Да и потом, я рассуждал так: если станок будет работать, значит на нём же можно будет его и переделать. На это я рассчитывал на протяжении всей осени и декабря.
Однако, чтобы станок мог делать сам себя, необходимо чтобы он мог хотя бы медленно, но резать фанеру. Ожидания не оправдались. Самоделка могла писать ручкой на бумаге, резать пенополистирол и... всё. Я пытался резать фанеру, но он её так толком и не прогрыз, а убивать станок в хлам я не хотел и не хочу.
По договору с мозгом, я называю эту самоделку "Декабрьский станок", так как сейчас от него мало что осталось. И да, станком это назвать трудно.
Глава 3. Последняя нервная клетка
С Нового 2023 Года я убрал самоделку под стол на пару месяцев. В это время я занимался другим проектом и, так как "декабрьский станок" всё время попадался на глаза, параллельно думал, что с ним не так. Действительно.
Помимо всем очевидной нехватки жёсткости у меня возникли сложности с питанием шпинделя. На самом деле, всё это время щёточный мотор 775 (неоднозначный шпиндель, но сейчас не об этом), рассчитанный на напряжение 12В питался от 5В. Я использовал БП от компьютера, о котором уже рассказывал. Более того, я использовал один БП на шпиндель и один на электронику с шаговыми моторами, то есть разделил питание.
А двигатель один хрен не заводится) А точнее, заводится только с 5В линии, т к. по ней, согласно таблице на корпусе БП, может быть до 32А (в отличие от 12В где "всего-то" 16А). Отсюда делаю вывод: нам не хватает тока. А точнее, пускового. Самое плохое, что я даже не пытался поэкспериментировать с токоограничивающим резистором и переключателем, который будет подключать двигатель напрямую, когда он раскрутится. "И нужны мне все эти танцы с бубном?" - подумал я.
К началу марта я уже во весь дух занимался колхозом новых направляющих. Хотел соединить два квадрата параллельно друг другу, а между ними - полоса из фанеры толщиной 10 мм. Вся эта конструкция по задумке должна была располагаться вертикально, а значит фанера будет работать как ребро жёсткости, не давая квадратам прогибаться. А по ним будет ходить увеличенная каретка на тех же подшипниках.
С этой идеей я провозился недели 2-3, но затея оказалась глупая, т. к. добиться плавного хода каретки мне так и не удалось, а по итогу я просто поставил профильную трубу большего сечения - 20*20*2. И все дела :) (сейчас я улыбаюсь, но тогда было грустно, что потерял время)
Выпилил увеличенные пластины кареток, а также пластины станины (которые из фанеры 18).
Начал сверлить, собирать, подгонять. В муках подгонки всего ко всему прошёл апрель и май.
В итоге всё собрав, решил ещё разок поиграться: рисовал ручкой по бумаге. Станок, в общем-то, такой же, как и в декабре, но с полностью переделанной осью Y.
Заметил, что каретки портала смещались друг относительно друга, поэтому я соединил их стальным уголком 25*25*3. В это же время сделал ножки из болтов М5.
Да, абсолютно для всех деталей у меня есть 3d модели и чертежи (даже сборки). Так лучше представлять, что я делаю и к чему иду, хоть это и отнимает время. А ещё меньше вероятность совершить тупые ошибки, хотя я их всё равно совершал)
Дальше меня настиг основной государственный экзамен и стало не то что бы некогда заниматься станком, а просто было бы странно, если бы я не пришёл на ОГЭ.
В конце мая стал менять направляющие оси X также на квадратные трубы 20*20*2, поскольку, как оказалось, на этой оси тоже не хватало жёсткости.
Стал разбирать старую ось Z и пилить новые детали уже из фанеры 10 мм. Это было необходимо, поскольку именно из-за старой оси Z происходили отклонения фрезы под боковой нагрузкой. Ничего не предвещало беды, как вдруг... Я обнаружил сильную нехватку высоты. Зазор между кареткой и жертвенным столом (который тогда не был закреплен) был около 12 мм. Произошло это потому, что я, когда менял направляющие, 3d модель перестроил, но не полностью. Лопухнулся одним словом.
Ушёл в выгорание на пару дней, а когда вернулся, понял, что перепиливания боковых стенок портала не избежать. Незамедлительно доработав 3d модели и чертежи приступил к выпиливанию.
Тут есть один легендарный элемент - это шип на правой стенке. Его не было по чертежу, но оставался последний рез, который мне было лень делать, а ещё я и так уже долго пилил. Того и гляди, соседи придут и лобзик отберут ; ) . К тому же фанерных треугольников у меня осталось и так дофига и больше, а по-другому расположить детали на заготовке было нельзя - в обрезки ушло бы ещё больше материала. Это не особо важный момент, но зато теперь все будут приходить и спрашивать "Зачем шип?"
В общем, всё перепилил, пересобрал, подогнал. Короче говоря, рутина. После замены стенок высота была уже 50 мм. Гораздо лучше!
Дальше занялся креплением жертвенного стола. Несколько месяцев назад попалась под руку ДСП в виде старой полки от советского шкафа. Она немного горбатая, но я не посчитал это великой проблемой и стал изобретать, как её закрепить. И ведь нет, нельзя было закрепить его просто на саморезы. Надо было сделать "как посчитал нужным" - высверлить пазы для закладных гаек и прикрутить на винты М4 по 4 с каждого конца. Можно подумать, я эту ДСП хоть раз откручивал. Ага, надо оно мне?
В это же время обзавёлся бор-машиной (гравировальной) и решил её использовать в качестве шпинделя. На 150 Вт, от 12 тысяч до 30 тысяч об/мин. Да, на маленьких оборотах срезается мощность и это никак не исправить. Большой диапазон оборотов при малой мощности - хорошо для универсального гравера, но плохо для специализированного шпинделя. Однако делать нечего и этот шпиндель стоит на самоделке до сих пор.
Всё подготовив для себя будущего, я со спокойной душой отправился лечить нервы отдыхать на июль и август в Сибирь на Родину.
Там же сделал заказ на Aliexpress. Да, именно там, поскольку заказать что-либо с Aliexpress в Крыму - не самая простая задача. Значит:
Полированный вал диаметром 10 мм и длинной 400. Линейные подшипники LM10UU к нему (1*10=10 шт.). Ходовой винт Т8 двухзаходный (Starts 2), с шагом резьбы 2 мм (Pitch 2), следовательно 2*2=4 мм перемещения на 1 оборот винта (Lead 4).
Вернувшись, в сентябре продолжил работу. Первым делом занялся кареткой оси Z. Это должен быть держатель шпинделя, по совместительству деталь, в которую будут запрессовываться линейные подшипники. Изначально хотел набрать пакет из 3-х фанерных деталей толщиной 18 мм каждая. Но, во-первых, пилить такую толстую фанеру не самое приятное занятие в условиях дома. А во-вторых, ввиду отсутствия сверлильного станка и того факта, что пилил и сверлил я, получилось криво. Я должен был это предвидеть на этапе моделирования (поскольку уже обладал достаточным для этого количеством мозгов), т. к. толщина получившейся стопки 56 мм и тут уже, как ни крути, а без сверлильного станка будет косо, даже если сверлить пакетом.
Короче, запорол пару деталей и в итоге плюнул. Недолго думая, поступил весьма странно, но правильно (почему я не догадался до этого раньше): связался с товарищами из старой школы (где есть 3d принтер и оставался мой пластик) и попросил их распечатать эту вещь цельной деталью, а затем выслать почтой. Впервые сказал сам себе спасибо за то, что при переезде не забрал эту катушку PLA с собой. Через 3 недели легендарная розовая деталь была у меня.
Пока она шла, занялся другим видео для YouTube канала, также выпилил крепления для полированного вала (которые в итоге не использовал), и занялся укреплением всего узла - оси Z. Важно было соединить верхнюю и нижнюю каретку, чтобы они не смещались друг относительно друга при боковой нагрузке на фрезу. Выпилил заднюю стенку из старой фанеры 12 мм. Помимо этого решил сделать треугольники (потому что треугольник - это надёжно): кинуть балки в виде стальных профильных труб 15*15*1,5 от пластин кареток к задней стенке узла. При этом было важно, чтобы эти балки не пересекали направляющие X и ходовой винт оси X. Логично, да, но сложность была в том, что нужно было прокинуть их через щели между этими элементами, не потерять эффективность этих балок и, в идеале, сохранить возможность сборки/разборки всего узла... Короче, капэц. Не пытайтесь даже вникать, это сложно описать словами.
Но в итоге задачу я всё-таки победил, всё расчертил, вымерял. И снова пилЯть, сверлЯть, собирать и подгонять....
Заодно расчертил и выпилил диагональные балки, для соединения стенок портала. Это не относится к переделке оси Z, но я это сделал пока ждал посылку.
Глава 4. "Двухдневная депрессия"
Когда пришла напечатанная деталь меня ждал колоссальный звездос. И нет, деталь в целом нормально распечаталась и дошла. Дело не в этом. Меня ждало событие, известное в истории этой самоделки как "Двухдневная депрессия". Без шуток, натуральная депрессия. Поскольку стояла задача: запрессовать линейные подшипники в эту деталь. Причём в одном отверстии два подшипника - это нужно для большей высоты (для жёсткости).
Казалось бы, обычная задача, и что тут такого? Во-первых, углы детали отлипли от столика при печати, и она получилась горбатой; но главное, что оси всех отверстий параллельны (как и задумано), а перепечатывать такую большую деталь не хватило бы пластика. Однако, из-за этого нижняя плоскость детали, как я и сказал, горбатая. Это усложнило запрессовку.
Во-вторых, в 3d модели под печать я поставил диаметр этих отверстий 18 мм., т. к. диаметр подшипников 19, а входить они должны в натяг (напряжённая посадка - это всегда весело). Да, я знал о существовании такого явления, как усадка пластика. А ещё я слышал, что она бывает отрицательная, и, чтобы 10 раз не пересылать деталь, я сделал отверстия меньшего диаметра под предлогом "лучше круглым напильником подточу". Подточил он... Отверстия в получившейся детали были 17...17,5 мм. в диаметре. На глубине пластик вытачивался плохо.
В-третьих, я перепробовал 3 метода запрессовки в домашних условиях: болт с гайкой и большими шайбами, тиски (правда, самодельные), молоток. Во всех трёх случаях подшипники шли вкривь и вкось как относительно розовой детали, так и относительно друг друга (помните, что в одном отверстии два подшипника и вал должен проходить через оба без заеданий, плавно).
С горем пополам, подшипники были на своём законном месте, зато я (я!) валялся под столом со своей последней нервной клеткой.
Даже на полированном валу остались небольшие канавки из-за небольшого несовпадения двух подшипников. Нагрев немного пластик, я всё же попытался их выровнять как мог.
Глава 5. "Можно не думать о сборке на этапе моделирования. Просто потом охренеть его собирать"
Далее, переделал крепление полированного вала. Изначально хотел, чтобы он просто с натягом вставлялся в отверстия в фанерках, но такое крепление не удалось - валы в фанерках сидели, как мне показалось, слабо. По итогу, просто немного удлинил эти фанерки, сделал разрез, просверлил отверстия и скрутил. Получилась деталь, обжимающая вал. (всё это же самое х4)
После чего начал всё собирать во едино. Новую ось Z, в отличие от старой, нельзя было собрать отдельно, а потом просто поставить на станок. Приходилось ходить вокруг станка и сразу к нему прикручивать все детали.
Конечно же, я исплевался, потому что при проектировании в приоритете была жёсткость, простота и вообще возможность изготовить это всё. О сборке я конечно думал, но простотой сборки я не редко жертвовал в пользу вышеупомянутых качеств. "Можно не думать о сборке на этапе моделирования. Просто потом охренеть его собирать" (переработанные слова Матвеева/около pit_stop).
Была ещё проблема с закручиванием некоторых винтов, т. к. отвёрткой туда не подлезть. Не нашёл нигде винтов под плоскую отвертку, в итоге сам пропилил в шляпках винтов прорези, в которые вставлял кусок уголка и закручивал этот винт не отвёрткой, а этим уголком, как ключом.
К концу ноября 2023 станок был готов в том виде, в котором я его представлял. Конечно, я многого не рассказал, но статья и так жирная.
27 ноября 2023 официально (по договору с мозгом) считаю завершением проекта "СдохниИлиУмри" или "365 дней ада". За вычетом двух перерывов по 2 месяца каждый, приблизительно год я потратил на создание данной самоделки.
В отличие, от "декабрьского станка", этот смог кое-как осилить фанеру. Но вот использовать его постоянно для фрезеровки фанеры - очень сомнительная затея. Но об этом в видосе: https://www.youtube.com/watch?v=iZqMyCr43XY
Послесловие.
Станок фигня, но я ни о чём не жалею.
Дата написания: 27.01.2024-01.02.2024
Автор: Роман. 16 лет. Не женат. Симферополь.