Фрезерно-гравировальные станки с ЧПУ – виды, изготовление своими руками

Среди многообразия универсального оборудования фрезерной группы фрезерно-гравировальный станок с ЧПУ выделяется целым рядом преимуществ. Особенно актуально использование такого устройства в тех ситуациях, когда необходимо выполнить высокоточную обработку деталей, отличающихся сложной конфигурацией. К слову сказать, добиться таких результатов обработки, используя станки с ручным управлением, достаточно сложно.

Компактный фрезерно-гравировальный станок

Цена на оборудование данной категории определяется такими параметрами, как функциональность, технические характеристики, торговая марка, под которой выпущен станок. Чтобы серьезно сэкономить на приобретении такого функционального устройства, можно изготовить его своими руками, что уже реализовали многие домашние умельцы.

Область применения фрезерно-гравировальных станков

Фрезерно-гравировальный станок, оснащенный системой ЧПУ, можно встретить на предприятиях многих отраслей промышленности. Такая высокая популярность объясняется не только техническими возможностями и функциональностью данного оборудования, но еще и тем, что его использование сводит практически к нулю брак при обработке заготовок.

Изначально оборудование данного типа стали применять машиностроительные предприятия. На таких предприятиях из металлообрабатывающих станков формировались производственные линии, на которых осуществлялась обработка однотипных деталей. Именно по такому пути шла автоматизация процесса производства.

Активный рост спроса на потребительские товары различного назначения привел к тому, что на рынке стали появляться многочисленные производственные предприятия, работающие в сфере малого бизнеса. Такие предприятия или индивидуальные предприниматели, как правило, производят свою продукцию мелкими сериями или в единичных экземплярах, а именно для таких условий производства оптимально подходят фрезерно-гравировальные станки, оснащенные системой ЧПУ.

Целесообразность применения станков фрезерно-гравировальной группы в условиях мелкосерийного и единичного производства объясняется следующими преимуществами данных устройств:

• исключительной функциональностью;
• удобством и простотой обслуживания;
• высоким качеством обработки;
• высоким уровнем производительности;
• надежностью.

Благодаря таким характеристикам фрезерно-гравировальные станки успешно применяются в различных сферах деятельности. С их помощью производят мебель и ювелирные изделия, сувенирную и рекламную продукцию, а также изделия любого другого назначения. Посредством таких станков можно выполнять сложнейшую гравировку на поверхности металла, стекла, древесины, камня, пластика и слоновой кости, что не могло остаться без внимания современных производителей.

Более крупная модель фрезерно-гравировального станка в сравнении с вариантом на первом фото

Отдельную категорию составляют лазерные гравировальные станки, рабочим инструментом которых является луч лазера. Используя такой инструмент, можно выполнять надписи и рисунки даже на таких материалах, как ткани, искусственная и натуральная кожа, картон, шпон, различные виды пластика, резина и др.

Как устроен фрезерный станок

На современном рынке представлено большое разнообразие оснащенных ЧПУ фрезерно-гравировальных станков, с помощью которых можно выполнять надписи, рисунки и узоры на поверхности изделий, изготовленных из различных материалов, а также осуществлять раскрой листового металла. Стоимость такого оборудования зависит от ряда факторов: конструктивных особенностей станка, его функциональных возможностей и торговой марки.

Выделяют три типа таких станков:

• настольные станки, фиксация заготовки на которых осуществляется механическим способом;
• автоматические станки, фиксирующие заготовку за счет пневматических прижимов;
• автоматические станки с пневматической фиксацией заготовки, на которых установлена трехшпиндельная головка.

На предприятиях машиностроительной отрасли используются фрезерно-гравировальные аппараты с ЧПУ, у которых рабочая головка может быть расположена в разных плоскостях – это горизонтально- и вертикально-фрезерные станки. Изготовить такие сложные станки самостоятельно возможно, но для этого вам потребуется дополнительное оборудование и комплектующие.

Для решения серьезных производственных задач по обработке металла желательно приобрести серийное устройство. В том же случае, если вам требуется небольшой настольный станок фрезерно-гравировального типа, с помощью которого вы планируете выполнять работы по алюминию и другим мягким материалам, есть смысл самостоятельно изготовить такое оборудование.

Сборка станка своими руками

К планированию работ по изготовлению фрезерно-гравировального станка с ЧПУ следует подходить очень ответственно. Прежде всего, необходимо определить, для решения каких задач вам необходимо такое оборудование. От ответа на этот вопрос будет зависеть выбор конструктивных элементов для вашего станка, его электрической и электронной составляющих. Соответственно, влиять такой выбор будет и на конечную стоимость вашего будущего настольного оборудования.

Схема каркаса и расположения двигателей в портальном фрезерном станке с ЧПУ

Станок, который используется для обработки древесины и металла, отличается не только своим конструктивным наполнением, но и степенью жесткости, что, естественно, оказывает непосредственное влияние на выбор комплектующих для его изготовления. Определившись с назначением, можно выбрать вариант конструктивного исполнения и приступить к подготовке чертежей.

Конструктивное исполнение оборудования

Настольный станок фрезерно-гравировального типа, оснащенный системой ЧПУ, может быть собран по двум конструктивным схемам:

• станок с подвижным рабочим столом;
• станок, подвижной частью которого является портал.

Пример сделанного своими руками фрезерного станка с ЧПУ

В первом случае рабочий стол фрезерно-гравировального станка с закрепленной на нем заготовкой совершает перемещение по горизонтальным направляющим. По вертикальной оси перемещается рабочая головка устройства, закрепленная на неподвижном портале.

Станки подобного типа отличаются простотой и высокой жесткостью своей конструкции, но имеют и ряд существенных недостатков (необходимость в достаточно большой свободной площади вокруг оборудования; невозможность обработки заготовок, обладающих большим весом и значительными габаритами).

Подобных недостатков лишен станок с подвижным порталом. Такое устройство можно с успехом использовать даже в небольших мастерских. На обладающих высокой жесткостью и неподвижных рабочих столах фрезерно-гравировальных станков этого типа можно размещать даже очень тяжелые заготовки. Высокой жесткостью также отличаются элементы подвижного портала такого устройства и направляющие, по которым он совершает свои перемещения.

При изготовлении своими руками фрезерно-гравировального станка с подвижным порталом следует очень ответственно подходить к выбору комплектующих для него: они должны обладать исключительным качеством и надежностью.

Разбираемся в механической части станка

Важнейшим элементом фрезерно-гравировального станка с подвижным порталом является рабочая головка с режущим инструментом, которая перемещается по специальным направляющим, имеющим форму рельса или круглое сечение. Для самодельного устройства преимущественно выбираются направляющие круглого сечения, которые обладают достаточно высокой жесткостью. Используя направляющие такого типа, можно собрать настольный станок для нанесения гравировки на изделия из алюминия, меди и их сплавов.

Перемещение рабочей головки фрезерно-гравировального станка по направляющим может осуществляться за счет пластиковых втулок или подшипников линейного типа. Важный момент: втулки при перемещении рабочей головки не перекатываются, а скользят по направляющим, что требует дополнительных затрат мощности со стороны привода. Невысокая стоимость таких втулок не является большим преимуществом, так как менять их приходится значительно чаще, чем подшипники. Кроме того, в процессе износа пластиковых втулок в узле перемещения рабочей головки образуется сильный люфт, который значительно уменьшает точность выполнения обработки.

Компактный самодельный станок с корпусом из оргстекла

Именно по этим причинам даже для настольных фрезерно-гравировальных станков с ЧПУ лучше использовать подшипники. Важным преимуществом применения подшипников является и то, что они позволяют оснащать оборудование шаговыми двигателями меньшей мощности, тем самым вы экономите на электроэнергии и на стоимости таких комплектующих.

Пожалуй, важнейшим элементом приводного механизма фрезерно-гравировального станка, в том числе и оснащенного ЧПУ, является ходовой винт, преобразующий крутящий момент шаговых двигателей в поступательное перемещение рабочей головки с инструментом или в движение подвижного стола. Гайка, перемещающаяся по такому винту, может скользить или катиться по нему. Собирая собственноручно такой станок, надо учитывать этот нюанс и выбрать вариант, который будет оптимальным именно для вас.

Кроме того, выбирая ходовой винт и гайку для настольного станка, важно обращать внимание на то, как зависит величина перемещения рабочей головки от числа оборотов шагового двигателя. Данный параметр определяет, насколько мелкие детали гравировки вы сможете выполнять с помощью своего оборудования.

Электронная часть фрезерно-гравировального станка

Работоспособность и эффективность вашего самодельного фрезерно-гравировального станка с ЧПУ будет зависеть от того, насколько правильно вы выполнили все предварительные расчеты и на их основе подобрали соответствующие комплектующие.

Выбор шагового двигателя для станка следует делать только после того, как вся конструкция собрана и вам уже известен шаг резьбы ходового винта. Чем больше будет этот параметр, тем более мощный и, соответственно, более дорогостоящий шаговый двигатель вам потребуется.

Что очень важно, для точного позиционирования положения вала шагового двигателя нет необходимости в датчике обратной связи, оно происходит в соответствии с входным сигналом. Такой сигнал на шаговый двигатель поступает от контроллера или микропроцессора, являющегося неотъемлемым элементом системы ЧПУ.

Самоделка с корпусом из дерева

Для оснащения фрезерно-гравировального станка с ЧПУ можно использовать контроллеры, выпущенные китайскими производителями. При достаточно высокой надежности стоят такие контроллеры очень недорого. Для обеспечения работы контроллера вам необходимо будет позаботиться о блоке питания для него.

После окончательной сборки фрезерно-гравировального станка с ЧПУ необходимо настроить его электронную систему управления и выполнить обработку тестовой заготовки. Такую обработку следует выполнять с минимальной нагрузкой на все узлы и механизмы оборудования.

Рекомендации по работе с фрезерно-гравировальным станком

Важным моментом при комплектации и эксплуатации фрезерно-гравировального станка с ЧПУ, сделанного своими руками, является выбор рабочего органа. Так, для нанесения надписей, рисунков и узоров на изделия из металла используют обычную бормашину. Если вы собираетесь обрабатывать на своем самодельном станке детали из древесных материалов, то в качестве инструмента следует использовать фрезу, которая надежно закрепляется в патроне.

Станок, оснащенный системой ЧПУ, выполняет только те рабочие команды, которые заложены в его управляющей программе. Чтобы перенастроить такое устройство на выполнение других технологических операций, необходимо не только время, но и специальное оборудование.

Рабочие органы фрезерно-гравировального станка с ЧПУ, на котором выполняется обработка деталей из алюминия и его сплавов, подвергаются значительному нагреву. Именно поэтому выполнять обработку таких деталей следует только с использованием смазывающе-охлаждающих жидкостей.