Самодельный ЧПУ станок

Всем привет! После того как наигрался с 3Д принтерами, начал засматриваться на ЧПУ станки и оказалось, что логика у них гораздо проще, чего не скажешь по существующим обзорам. Серьезно, первый принтер я собирал пол дня и несколько дней подкручивал, обозреваемый станок же запустил через несколько часов после вскрытия коробки. В данном обзоре постараюсь доказать, что с управлением сможет справиться каждый, разберем возможные проблемы и пути их решения, а так же посмотрим на результаты работы.

Надеюсь скучно не будет =)
 

Характеристики ЧПУ гравера 3018

• Модель: Mini CNC3018
• Материал корпуса: Алюминиевый сплав
• Цвет: Серебристый
• Занимаемое пространство: около 340x160мм
• Рабочая зона: 340x160x40мм
• Вес: 7.5кг
• Программа для управления: GrblControl
• Поддерживаемые операционные системы: Windows XP SP3, Win7, Win8, Win10.
• Напряжение питания адаптера: 110-240В 50/60Гц
• Выход адаптера: 24В 4А
• Шаговые двигатели: 42 шага, 12В, 1.3A, 0.25Нм
• Двигатель шпинделя: 775(12-36В); 24В: 7000об/мин, 36В: 9000об/мин
• Вал двигателя: 5мм

Распаковка и внешний вид

Коричневая коробка

Верхняя часть прикрыта пенопластом

Под ней поролонка с вырезами, все комплектующие аккуратно разложены по своим местам

Блок питания ближе

Высыпаем все на пол, берем отвертку

И собираем корпус

На самом деле это проще, чем нарисовать сову

В комплекте есть подробная инструкция, но даже без нее сложно собрать конструкцию иначе, т.к. профиля всего три размера, при чем два из них представлены в двух экземплярах. Хотя наверное все же стоит приложить подробное видео сборки

Когда будете фиксировать плату, обратите внимание, что в левом нижнем углу под гайкой окажутся две дорожки и если переусердствовать, можно их закоротить. Чтобы этого не произошло, используйте пятую пластиковую шайбочку из комплекта, она не запасная.

Во время сборки механизма оси X я зафиксировал одну из комплектных фрез и опустил каретку практически впритык к поверхности стола. Так удобнее работать с тонким материалом, но можно так не извращаться, главное чтобы при полном опускании шпинделя фреза не начинала ковырять стол, т.к. это чревато последствиями.

Вот что у меня осталось в итоге после полной сборки, если у Вас деталей больше, проверьте все ли на месте

Фрезы с разными маркировками, но на вид идентичны

Кстати, занятные акриловые фиксаторы, я зажимал ими заготовки до 20мм высотой

Программное обеспечение

На странице лота есть ссылка со всем необходимым для начала

Основой является grblControl_0.8.1, эта программа представляет из себя панель управления станком и именно она дает команды узлам станка. Это как Repetier без модулей для слайсинга в 3д печати

Тем не менее мы уже можем провести первый тест, т.к. в архиве есть уже готовые шаблоны

Выбираем нужный, с помощью кнопок панели управления подводим кончик фрезы к нулевой точке, то есть в нижний левый угол заготовки с касанием поверхности и обнуляем координаты по осям X,Y и Z, после чего нажимаем кнопку отправить.

Процесс пошел, но как-то не правильно. Проход зеркальный и вместо поднятия фрезы станок ее утапливает

Хорошо, что я не оставлял большого запаса хода ниже поверхности стола

Судя по поведению, нам нужно инвертировать оси X и Z. В этом нет ничего сложного, не нужно перекидывать пины шаговиков или качать другой софт, достаточно откорректировать данные в памяти через консоль. За инверсию осей отвечает команда $3:

$3=1 (00000001) инвертировать или изменить направление оси Х
$3=2 (00000010) инвертировать ось Y
$3=3 (00000011) инвертировать одновременно оси X и Y
$3=4 (00000100) инвертировать ось Z
$3=5 (00000101) инвертировать оси X и Z
$3=6 (00000110) инвертировать оси Y и Z
$3=7 (00000111) инвертировать все три оси X, Y, Z.
$3=0 (00000000) отменить инвертирование на всех осях, или не инвертировать не одну ось от установленного.

Нам нужен пятый вариант

Сдвигаем шпиндель выше и правее, обнуляем рабочую область и отправляем в работу. Для теста на картонке сносно

Если удалось нацарапать тестовую модель, можно попробовать и самому чего-нибудь накидать
Для этого нам понадобится любой графический редактор, подойдет тот же Paint, главное чтобы рисунок или текст были монохромными. Рисунок нужно будет сохранить в формате BMP

Далее скачиваем бесплатную программу StepCam, открываем нашу картинку, настраиваем основные параметры обработки, такие как скорость прохода и максимальная глубина, ждем пока заполнится полоса прогресса и сохраняем код соответствующей кнопкой

Подгружаем его в grblControl и получаем такой предварительный результат

Фон так же утапливает, но буквально на десятую миллиметра, так что можно до обнуления просто слегка приподнять гравер над поверхностью. Программа работает с любыми черно-белыми изображениями, но просчет занимает продолжительное время, например, на обработку данной надписи ушло около 10 минут. Хотя учитывая, что StepCam создавался исключительно для фрезеровки и рассверловки плат, результат неплохой.

Есть другой вариант, Image to Gcode, которая работает по похожему принципу, но несколько быстрее и включает в себя полноценный редактор. Создаем рабочую область, пишем/рисуем, нажимаем «Конвертировать в G-Code», вносим параметры задания

И получаем аналогичный результат за 10 секунд

Обе программы строят карту высот по градации серого, где белый цвет это наивысшая точка, а черный низшая

Правда во второй все в дюймах, так что результат малость отличается

Но что в первом случае видно бугор по центру

Что во втором. Ловил ракурс чтобы линии хоть немного начали отливать

Так что вот таким набором уже вполне можно работать

По крайней мере гравировка не будет доставлять каких-то проблем, а SepCam еще и со Spring Layout отлично работает(изначально под нее и делали).
Накидываем плату в программе, экспортируем пропил дорожек

Прогоняем в grblControl

При желании можно выгрузить и рассверловку

Открыть после фрезеровки данный файл, сменить инструмент и отправить в работу. Удобно, что после завершения задания текущие координаты и «нули» не сбрасываются, так что можно производить последующие манипуляции без повторной калибровки, разве что поправить ось Z если вторая фреза имеет другую длину.

Image to Gcode умеет «выдавливать» черно-белые картинки по градациям серого, но правильно подготовить детальный рельеф довольно сложно. Настолько, что проще использовать более сложный софт.
Я остановился на Vectric Aspire. Программа сильно платная, но есть триальная версия, так что можно попробовать и подумать, надо оно вам или нет.
Вообще гравировка рисунка или надписи тут проще.

Для начала создаем проект, задаем размер нашей «болванки» и нулевую точку. Мне удобнее выставлять ее по центру, потом достаточно найти центр бруска и калибровать по нему

Перетаскиваем нужную нам картинку и нажимаем на векторизацию

Подбираем параметры так, чтобы заполнились только нужные нам участки

Готово, теперь нужно выбрать нужный тип обработки. Я пользуюсь чаще вот этими

Первый тип: фрезеровка по контуру, внутреннее заполнение игнорируется, задаем нужную глубину, инструмент

И получаем контур рисунка

Далее фрезеровка выемки, настройки самую малость отличаются

В этом случае контур утапливается

Третий режим: Конус/Гравировка, в отличии от Выемки тут нельзя задать несколько проходов, все делается за один на указанную глубину, так что я использую его в основном для вырезания тонких заготовок

Результат похож на выемку при тех же параметрах

Ну и призма может пригодиться

Хотя картинка не очень удачная для примера

Немного практики.

Захотел я сделать гравировку на алюминиевой поверхности. Если выбрать Конус/Гравировку, глубина будет небольшой, буквально десятая миллиметра, а вот фрезеровка выемки может легко выгрызать пол миллиметра за пять проходов по 0,1мм, на ней и остановился. Сделал надпись, выбрал инструмент, прогнал в визуализаторе

Сохранил шаблон. Кстати, с постпроцессорами так и не разобрался. Anderson работает вроде адекватно, но на всякий случай запускаю шпиндель вручную, т.к. после перезапуска задания пару кончиков обломал

Поставил концевую фрезу 0.8 мм и сломал ее, т.к. после дерева забыл снизить скорость подачи

Взял обломанную комплектную, кончик был как раз около 0.8мм, так что не пришлось ничего переделывать
Первая буква без проблем, скорость прохода 1мм/сек

Процесс занял часа полтора, но завершился успешно. Каша образовывалась из-за добавления смазки, но думаю это было лишним. Нагрузка на фрезу небольшая, нагрев не ощущался

Результат

Протер наждачкой, чем несколько испортил вид поверхности. Мелкой не было.

Ну и тряпочкой прошелся по канавкам

Да, последнюю букву срезало, т.к. нулевую точку во время теста поставил в нижнем левом углу и не рассчитал отступ.

Так же Aspire умеет работать с STL моделями. Для этого создадим рабочую область

Заходим в Файл — Импорт — Компонента/3Д модели и выбираем STL файл

Подгоняем размеры модели под заготовку, центруем и смотрим чтобы не срезало чего нужного

Используются другие обработки, черновая и чистовая. Первая позволяет быстро убрать лишний материал там, где не будет много деталей и заметно ускорить процесс. Если поверхность грубая, грязная или не ровная, можно утопить модель над поверхностью стола. Я использовал доску, которую нашел в сухом гараже, поэтому опустил только на 0,1 мм, думаю этого хватит

Далее выбираем инструмент, ограничение зоны по материалу, наклон растра

И просчитываем в визуализаторе

Потом то же самое проделываем для чистовой обработки. Выбираем мелкий гравер и путь обработки. Неплохо показала себя спираль, но иногда удобнее растр и тут тоже нужно следить за направлением, иначе можно получить много «кучеряшек». Обратите внимание, чистовая обработка всегда совершает один проход

Смотрим визуализатор, вроде все хорошо

Сохраняем отдельно два файла под черновую и чистовую обработку, т.к. автоматической смены инструмента у нас нет

Закидываем в grblControl первый файл, калибруем нули осей в центре заготовки с касанием поверхности и отправляем задание в работу. При ускорении многие кадры смазались, но что поделать, размер гифок ограничен.

Вот результат на фото

Далее чистовик с неправильно настроенным углом растра(0 градусов). Фреза оказалась короче предыдущей, так что пришлось повторно обнулить ось Z, тут главное не сбивать X с Y, иначе потом будет сложно поймать нужные координаты.

Результат

Чтобы не переделывать, подготовил шаблон с правильным углом как на скринах выше и обнулил ось Z еще на 0.1мм ниже, таким образом фреза просто сняла ворсистость практически не утапливая рельеф. Ну и раз углубление небольшое, можно хорошо так увеличить скорость прохода

Уже лучше, но 0,1мм оказалось местами маловато, так что нужно было брать чуть больше, ну или изначально правильно настраивать растр, чтобы потом не возиться

Можно сохранять черновую и чистовую обработку если не планируется смена инструмента.

Это была первая обработка по модели, поэтому были допущены несколько ошибок:
— Растр черновика по оси X, из-за этого полезли волокна
— Не «утопил» модель, поэтому вершины оказались на поверхности и имеют не очень эстетичный вид
Ну и в чистовике была использована спиральная обработка. Квадратная, т.к. ориентируется на форму болванки

Пропылесосил

Облил «цапоном», но эффект конечно не тот, сосна вообще не лучший материал для украшательств

Кстати, недавно пришлось срочно восстанавливать работоспособность вентилятора. Корпус был неразборным, так что в качестве временного решения можно просверлить отверстие в двойной стенке и добавить смазки. С помощью станка получилось сделать это аккуратнее. Нарисовал окружность диаметром 5мм, углубление 0,5 мм

Три прохода и доступ к трущимся деталям получен, после внесения смазки(неплохо показала себя мобил для вентиляторов) можно использовать срезанные круги в качестве заглушек, сверху лепим стоковую наклейку. Установил вентилятор «вниз головой», подал питание и через пол часа он уже работал как новый.

Решение дополнительных проблем, которые не сразу бросаются в глаза

Недавно наткнулся на пропуск шагов двигателя по оси Х, модель была нарезана так, что частенько происходили длинные холостые перемещения на высокой скорости. Не заметить это было сложно, т.к. звук был как будто вал прокручивается на фиксаторах, сдирая ими слой металла )
Проблема решается так же как с инверсией осей, простой командой в консоль:

$110=1000

Так мы ограничиваем скорость холостого хода до приемлемой и о пропусках можно забыть

Даже если нет перемещений по оси Z, двигатель активен, чтобы зафиксировать текущее положение. С настройками по умолчанию он за час работы нагревался до 50 градусов, так же грелся драйвер до 60 градусов. Это не очень страшно, но все же хотелось бы малость их разгрузить. За удержания отвечает параметр $1(step idle delay, msec).
Выставил $1=20, стало намного лучше, при этом на работе это никак не отразилось, по крайней мере я не заметил

Ну и если Ваш станок ведет себя совсем неадекватно, вот все мои параметры, можете прописать себе:

$1=20 (step idle delay, msec)
$2=0 (step port invert mask:00000000)
$3=5 (dir port invert mask:00000101)
$4=0 (step enable invert, bool)
$5=0 (limit pins invert, bool)
$6=0 (probe pin invert, bool)
$10=3 (status report mask:00000011)
$11=0.010 (junction deviation, mm)
$12=0.002 (arc tolerance, mm)
$13=0 (report inches, bool)
$20=0 (soft limits, bool)
$21=0 (hard limits, bool)
$22=0 (homing cycle, bool)
$23=0 (homing dir invert mask:00000000)
$24=25.000 (homing feed, mm/min)
$25=500.000 (homing seek, mm/min)
$26=250 (homing debounce, msec)
$27=1.000 (homing pull-off, mm)
$100=800.000 (x, step/mm)
$101=800.000 (y, step/mm)
$102=800.000 (z, step/mm)
$110=1000.000 (x max rate, mm/min)
$111=1000.000 (y max rate, mm/min)
$112=800.000 (z max rate, mm/min)
$120=20.000 (x accel, mm/sec^2)
$121=20.000 (y accel, mm/sec^2)
$122=20.000 (z accel, mm/sec^2)
$130=200.000 (x max travel, mm)
$131=200.000 (y max travel, mm)
$132=200.000 (z max travel, mm)
ok

Итоги

Много информации пришлось выкинуть чтобы сократить материал, но надеюсь смог развеять сомнения насчет трудностей на старте, самым сложным для меня было разобраться в Aspire не переломав все комплектные фрезы. Большое спасибо AndyBig за помощь в освоении основ. Ну и всем, кто дочитал пост до конца.

Станок имеет право на жизнь. Да, алюминиевый профиль им быстро пилить не получится, но если правильно рассчитать скорость и глубину одного прохода, с люминькой можно работать(при скорости 1мм/сек и глубине 0,1мм за проход).

«Детских болячек» не так много и все исправляются за пару-тройку команд через консоль.
При желании можно докупить профиль, валы и расширить рабочую зону.
Комплектные фрезы довольно хрупкие и больше подходят для чистовой обработки мягкого материала, так что докупил набор End Mill «кукурузы» от DrillPro

Подробнее о комплекте

Самая маленькая фреза 0.8мм

Для черновой обработки или широких пропилов подходят отлично, правда самую мелкую сломал, когда на высокой скорости пустил резать алюминий (было в обзоре).

И одну 3мм от них же с титановым покрытием и другим строением лезвий, вроде такие должны лучше работать с твердым материалом

Подробнее

После принтера не хватает концевиков хотя бы по осям Х и У, которые могут защитить конструкцию от ошибок пользователя, но мощность двигателей не очень большая, так что сломать что-то кроме фрезы будет сложно, к тому же нулевая точка координат выбирается произвольно пользователем без привязки к какой-то области стола.

GrblControl перерос в более продвинутый Candle, но для работы необходимо прошивать контроллер, на что я пока не созрел.

Для тех кому лень было читать весь обзор, вот команды, которые нужно вбить в консоль после сборки:

$1=20
$3=5
$110=1000
$111=1000

Благодаря им двигатель и драйвер оси Z будут меньше греться, пропадет инверсия осей и сойдет на нет риск пропуска шагов при быстрых «холостых» перемещениях.

Если что-то забыл, поправляйте — добавлю

Как всегда, приветствуется конструктивная критика в комментариях. Всем добра =)

Где купить ЧПУ гравер 3018

 

CNC 3018 3 Axis Mini

Стоимость: 199.99 $

автор: ResSet