Небольшой CNC фрезер-гравер

В обзоре 3D принтера упоминали небольшие фрезеры, которые почему то чаще позиционируют как граверы. А так как тема эта довольно интересна, да и читатели меня спрашивали потом про такое устройство, то я решил сделать такой обзор.
В общем собираем опять конструктор-головоломку, и есть шанс, что в конце получим что то интересное.


Вообще тема всяких станков очень интересна, и даже не столько ради получения результата, сколько ради информации, которую я планирую применить в чем то более масштабном. Но начинать лучше с мелкого.
Гравер-фрезер по своей сути сильно похож на 3D принтер, те же три оси, вместо подачи пластика включается мотор шпинделя. Только в случае с принтером создается сам объект, а в случае с фрезером объект вообще не трогается, вырезается все что лишнее вокруг.
Кроме того простой конструкцией, как в принтере, уже не обойтись. В принтере печатающая головка не испытывает никаких нагрузок, в гравере же очень важна жесткость конструкции, так как вырезание производится давлением на фрезу + вращение.
Собственно потому фрезер тяжело сделать большим и дешевым, как в случае с принтером, чем больше размер обрабатываемой детали и чем больше требуется точность и жесткость конструкции.

Поставляется данный станок в виде набора, который надо еще собрать. В процессе сборки встретилось некоторое количество нюансов, одним из которых было то, что в комплекте не дали никаких инструкций по сборке. В общем изучение началось еще до сборки :)

Станок имеет формат 1310, т.е. размеры детали могут быть максимум 130х100 при высоте до 40мм.


Весь крепеж был расфасован по отдельным пакетам. В некоторых пакетах несколько типов крепежа, в некоторых только один тип, но тем не менее, мне не пришлось выискивать необходимый крепеж как это было при сборке 3Д принтера, все было довольно удобно.


Вот теперь можно приступить к сборке.
Вся сборка происходила без каких либо инструкций, скорее интуитивно. Позже я все таки раздобыл и видео процесса сборки и инструкцию, но они лишь подтвердили, что делал я все правильно.
Мало того, в процессе я сначала собрал как было в инструкции (как потом узнал), наступил на небольшие грабельки, разобрал часть шасси и собрал по своему, в итоге вышло даже лучше чем в оригинале.

На всякий случай приложу видео сборки, правда на китайском, но с приятной музыкой :)


Весь процесс сборки будет разбит по шагам, а так как эта процедура большей частью подходит ко многим устройствам этой серии, то думаю что возможно будет полезна.


Затем привинтил оставшиеся части.
На этом этапе главное чтобы конструкция была ровной. Потом мне все равно пришлось ее раскручивать, но в любом случае лучше стараться изначально делать все максимально ровно.
Вообще при сборке на всех этапах акцентируем внимание именно на ровности и жесткости конструкции, затягивать винты надо довольно сильно, потому как вибрация при работе приличная.




В итоге у нас должна получиться такая конструкция.


На этом фоне более понятна конструкция механизма описанного выше, да и вообще всего этого узла.



Результат. Формально можно сказать, что столик и ось перемещения Y, готовы.












Выглядит весь собранный узел несколько монстроподобно, но на само деле он проще, чем кажется :)








Весь комплект в сборе и готов к экспериментам :)


Гравер это конечно хорошо, но без фрез он ничего резать не будет, потому в комплекте дали «стартовый набор» в виде четырех одинаковых фрез.
Сначала я пытался понять маркировку на них, пробовал сопоставить измерения с цифрами, но меня реально вгоняло в ступор то, что все три фрезы имеют одинаковые размеры, но разную маркировку. Позже выяснилось, что делают их из поломанных фрез разных размеров, потому у них разная маркировка :)
Есть мысль сделать реверс шпинделя для работы с такими фрезами. Фреза симметричная и не имеет такого понятия как направление вращения, а значит будет резать в любом варианте. Если использовать реверс, то можно равномерно изнашивать обе стороны и ресурс фрезы увеличится до двух раз.
Фреза имеет очень острый конец, сходящийся в ноль. В процессе экспериментов я чуть надломил самый конец фрезы и в итоге получил результат еще лучше. Дальше я эту фрезу использовал даже для финишной обработки.


Устанавливаем фрезу в патрон, затягиваем винты, проверяем отсутствие биений.






Из более сложного я решил сначала выгравировать небольшую картинку с жирафом.
Фрезеровал комплектной фрезой, даже в режиме чистовой обработки. Хотя фрезеровать такое с фрезой где конец сходит на ноль, неправильно. Для финишной обработки лучше использовать фрезу со сферой на конце, а никак не с иглой. Но так как моя фреза была чуть надломлена, то фрезеровала она даже очень неплохо для финишной обработки.

Пятнышки сверху получились случайно, надо было выбрать предварительное заглубление, т.е. когда рисунок начинается не от нуля, а утоплен на 0.5-1мм, чтобы убрать кривизну заготовки.
Размеры — 26х28мм, глубина резки около 1.5мм, шаг на финише — 0.1мм.


Фрагмент процесса гравировки этой модели. Извините за качество видео, снимал на пылесос фотоаппарат.


К станку я заказал дополнительные фрезы, но покажу только те, что смог установить в этот патрон.



А вот дальше я взял модель покрупнее. Размеры 50х35мм, глубина модели 5.5мм, полная глубина фрезеровки 6мм.
Черновое фрезерование производилось фрезой номер 4 из списка выше. Было сделано 6 проходов по 0.9 или 0.95мм каждый (точно не помню).
На выходе была такая картина.


Финишное фрезерование производилось конусной фрезой, которую дали в комплекте (фото есть выше) и у которой я обломал кончик.
Шаг фрезерования был задан в 1мм, скорость рабочей подачи 2.5мм/сек, скорость подачи врезания 2мм/сек. (если не путаю).
Весь процесс чистовой обработки занял 4 часа. Можно было поднять скорость подачи, но пострадало бы качество. Для того чтобы качество не страдало, желательно чтобы шпиндель станка имел выше обороты. В моем случае при расчетах я принимал 15000 об/мин, но есть относительно небольшие станки где обороты 40-50к.
Думаю что при желании и на этом станке можно повысить скорость обработки в 2-4 раза, просто я не стал спешить. Чем выше скорость, тем хуже качество и больше шанс повреждения фрез.


В итоге у меня получилась такая модель. Фото очень плохо передает реальный вид, потому намекну, это Пегас :)
Оригинальный размер модели был заметно больше, но чтобы сделать работу быстрее, пришлось его уменьшить до указанных 50х35мм.



Степень детализации очень высокая, но видны следы от работы фрезы, причем основание получилось абсолютно гладким, а на самой модели есть следы даже на ровных участках.
Но в целом я бы сказал что для этого станка даже отлично, рисунок передан очень хорошо.


В дополнение к фото я снял и видео процесса фрезеровки последней детали. Так как процесс суммарно занял около 6.5 часов, а видео имеет длительность всего 6.5 минут, то пришлось сильно сократить. В процессе я очищал модель от стружки, потому в кадре она выглядит по разному.
В начале видно, что черновая фреза категорически не подходит для этой задачи, потому как вместо превращения дерева в мелкую стружку она просто снимает дерево в виде полоски.




Вот теперь можно подвести итоги.
Для начала я расскажу о нюансах, связанных с конструкцией станка и возможным методах их решения, располагать буду в порядке важности.
Обязательное.
1. Не очень хорошие подшипники скольжения, хотя скорее это просто втулки, а не подшипники. В процессе сборки я не обратил особого внимания на них, но потом понял, что перед сборкой их надо было простучать молотком, в этом случае они сели бы глубже и работали лучше. Но в любом случае я планирую заменить их на линейные шариковые.
2. Металлические втулки, соединяющие вал шаговых двигателей и ходовые винты (шпильки). Одна из сложных проблем, в принципе их можно выставить и зафиксировать практически без биений, но сделать это реально сложно. на одну из осей мне пришлось намотать скотч, чтобы шпилька входила плотно, а только потом затянуть ее, но проблема вылезла в месте соединения втулки и вала двигателя.
Советую заменить их на нормальные демпферы, благо цена их не очень большая.
3. Пластиковые гайки.
Сначала я планировал поместить их на первое место, но практика показала, что они ведут себя лучше, чем ожидалось. Я думаю если заменить втулки на демпферы, то работать будет надежнее. Кроме того в комплекте дали три запасные гайки. Можно заменить их на металлические, но такое решение может иметь свои минусы.
Но у такой конструкции есть и плюсы. Данный узел имеет практически нулевой люфт, кроме того его можно регулировать по мере износа.
4. Патрон.
Патрон надо менять. Но менять его надо не потому, что он плохой, п потому, что он неудобный. С таким патроном можно использовать фрезы только с диаметром хвостовика в 3.175мм, а наверняка у многих лежат фрезы и сверла с другими диаметрами.
5. Ходовые винты (шпильки).
Здесь сложно сказать как лучше. С одной стороны это просто шпильки и нормальная червячная передача даст выше надежность (про ШВП я молчу, не та цена), но со шпильками станок имеет в два раза большую тягу, а также более высокую относительную точность позиционирования. В случае замены шпилек на нормальную червячно-винтовую пару меняется весь комплект, винт и гайка.

Второстепенное
6. Торцевые подшипники. Их здесь просто нет. По большому счет все нормально работает и без них, я даже не знаю, имеют ли они здесь смысл, но если есть возможность, то лучше поставить.
7. Двигатель. Для данного станка более чем достаточен. При установке более мощного двигателя будет тяжелее работать приводу оси Z, а вот «разогнать» существующий двигатель вполне реально. Я думаю что вполне спокойно можно поднять напряжение питания до 27-30 Вольт, тем более что блок питания это позволяет.
8. Убрать из конструкции блок питания 12 Вольт, заменив его DC-DC преобразователем. Не вижу смысла в двух блоках питания там, где спокойно может работать один.
9. Добавить возможность реверсирования двигателя, это добавит ресурс некоторым видам фрез.
10. Переделать все вышеперечисленное, поиграться, поставить станок на полку и на
основании полученного опыта сделать что то свое, больше/мощнее/универсальнее.

Что вообще дает этот конструктор.
1. Хорошую практику в работе с мелкими станками с ЧПУ.
2. Понимание процесса работы такого вида оборудования
3. Возможность использовать его практически в реальных применениях, например
гравировка, сверловка плат, изготовление мелких деталей из пластика или дерева.
4. В случае если интерес не угаснет, то будет информация (и некоторые компоненты) для
самостоятельной сборки своего варианта похожего станка.

Фрезер является упрощенным аналогом устройства из этого обзора, потому многое, что написано там, относится к обозреваемому. Стоит меньше, но имеет проще конструкцию.

На этом все, надеюсь что было интересно.



Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.