Cамостоятельная сборка рамы настольного ЧПУ станка 2418 или Наши руки не для скуки, часть вторая

Продолжаю предыдущий обзор на тему постройки станка CNC2418 из алюминиевого профиля своими руками.
Будет краткая инструкция по сборке рамы и примерная калькуляция затрат

Обещал — продолжаю. Материала много, стараюсь подготовить и опубликовать все в сжатые сроки. Прошлый раз я описал комплектующие для сборки настольных ЧПУ станков наподобие CNC1610 или CNC2418.

Часть первая: комплектующие
Часть вторая: сборка рамы
Часть третья: сборка оси Y и рабочего стола
Часть четвертая: электроника станка

Внешний вид популярного станка CNC2418

И несколько слов про станочек CNC2418

Как правило, продается в районе $250 (от $170 до $300) в разной комплектации. Есть версия с разными шпинделями (различные вариации 775го двигателя), с разными цангами (от простой для сверл до ER11), может комплектоваться лазерным модулем. Обычно продавцы вкладывают расходники, биты-фрезы и прочее.

Характеристики станка 2418:

1. Рабочее поле — 240 мм х 180 мм х45 мм
2. Размер рамы (станины) — 260 мм х180 мм (алюминиевый профиль)
3. Общий размер — 330х340х240
4. Шаговые моторы: 3шт Nema17 1,3А 0,25Nm
5. Шпиндель: Диаметр 45мм, модель 775, 24V: 7000 r/min
6. Максимальный диаметр хвостовика фрезы зависит от установленной цанги
7. Питание: 24V 5.6A

Электроника типа Atmega+CNC Shield, EleckMill, или оригинальные платы, но с прошивкой GRBL. Управляются с помощью GrblController, UniversalGcodeSender, grblControl, используют файлы *.nc. Генерировать подобные файлы нужно отдельно.

Размеры рамы и расположение осей CNC 2418
Варианты цангового зажима
В составе оригинального станка 2418 (как впрочем и аналогичного 1610) присутствуют 3Д печатные составные части.

Использование подобных пластиковых деталей хорошо видно на пользовательских фотографиях из интернета, да и в лотах у продавцов
В печатный комплект входит распорка-уголок (2 шт), держатель винта Х, держатель винта Y, держатели подшипников LM8UU (а скорее их имитации) 4 шт, держатель гайки Т8.

Отдельно выделю сборку держателя шпинделя, одновременно каретку по XY.
Она так и приходит в сборе с установленным двигателем.
Модель подобного крепления для шпинделя

Теперь чуть более подробнее по основную сборку.

Итак, для сборки рамы потребуются следующие комплектующие:

• Отрезки профиля 2020 (две продольных, 5 поперечных, 2 вертикальных части)
• Уголки для профиля 16 шт
• Т-гайки М3 или М4 для паза-6мм
• Винты для установки с Т-гайками (М3 или М4 соответственно, на 8...10 мм, плюс М3х12 для крепления двигателей)
• Распорка (уголок под 45°)
• Инструмент (отвертка)

Итак, начинаем собирать раму настольного станка 2418.
Вот уже порезанный профиль.

В данной конструкции я увеличил ось Z (чуть больше на пару см чем другие), чтобы использовать станок как ЧПУ сверлилку.
В оригинале ось Z самая короткая. Это уже решаете вы под свои цели. Чтобы удлинить рабочее поле, нужно купить два отрезка профиля (продольная пара) больше на нужную длину (например, +10 см), соответственно удлиняются направляющие (+10 см паре 8мм валов) и винт (+10 см винту Т8). По деньгам выходит совсем дешево озвученные +10 см: стоимость 10+10 см профиля около 40р, направляющие и винт обойдутся в плюс $6 (проверить).

Вот подготовленные для сборки уголки
Вот таким образом следует устанавливать Т-гайки в слот. Можно не продевать с торца, а устанавливать прямо в паз профиля боком, но потом контролируйте поворот и установку гайки, так как не всегда это происходит, нужна некоторая сноровка.

Рез профиля чистый, заусенцев нет
Профиль-двадцатка, то есть из серии 2020, с соответственно разменами 20мм х 20 мм, паз 6 мм.
Итак, сначала собираем П образную часть рамы, крепим две продольных части профиля и одну крайнюю поперечину. Большого значения с какой стороны собирать нет, но учитывайте, что есть центральная поперечная перекладина, которая сдвинута ближе к задней части. Она является частью вертикальной плоскости, а размер смещения зависит от вылета оси Z и шпинделя. Размещают таким образом, чтобы ось вращения шпинделя была по центру станка (оси Y).
Далее собираем среднюю поперечину. Удобнее сначала установить оба уголка на отрезок профиля и зафиксировать, а затем устанавливать к раме.
Прикладываем отрезок профиля, вымеряем одинаковое расстояние линейкой, затягиваем винты. Винты нужно затягивать неторопливо, давать время Т-гайке провернуться и занять свое положение в пазу. Если не получается с первого раза, опять ослабить гайку и повторить.

Устанавливаем последнюю часть горизонтальной рамы. Удобнее подлезать длинной отверткой. Не поленитесь и проконтролируйте прямые углы полученной конструкции угольником и диагонали — линейкой.


Так как уголки конструкции направлены друг к другу, то не принципиально в каком порядке собирать. Я сделал как в базовой конструкции CNC2418. Но интуиция подсказывает, что расстояние между профилями имеет смысл увеличить, особенно при большей высоте портала. Ну ладно, это можно будет сделать позже.

Далее начинаем собирать крепление вертикального портала

Собранный портал устанавливаем на горизонтальную часть, крепим с помощью 6 уголков (устанавливаются по направлению в три стороны от вертикального профиля).

Устанавливаем, соблюдаем перпедникулярность отрезков (по угольнику). Затем по очереди затянул все винты.


В оригинале для укрепления вертикали используется особый экструзионный уголок под 45°. Я подобный не смог найти в продаже, заменил 3Д-печатным. Ссылка на модель есть в конце топика.
Update: оказалось в оригинале 3Д печатный тоже.
Если что заменить его можно перфорированным крепежом из магазинов, либо мебельными уголками. На качестве это никак не скажется.

Конструкция получилась на первый взгляд прочная, не шаткая. Видно, что пластина с двигателем короче, чем связка суппортов KP08+SK8. Буду разносить пошире.

По сути данная рама является копией подобной конструкции станка CNC2418, разве что я прямо не копировал размеры, сделал чуть побольше для того, чтобы меньше обрезков от направляющих и винтов.

Сборка рамы закончена, теперь можно заняться установкой двигателей. Я использовать 3Д печатные фланцы для установки двигателей. Верхние целесообразно сделать в сборе с держателями направляющих, нижние — без держателей, так как ось Y должна быть шире. Ось Y целесообразно установить на суппорты SK8 и KP08, как в оригинальном станке. Сами суппорты можно распечатать на принтере либо купить (ссылки в конце топика, а также были в первом посте).

Для одной из осей (оси X и Y у меня одинаковой длины) взял «пристрелочный» комплект двигатель Nema17 плюс винт и суппорты. Я еще не знал своих «хотелок» на размеры станка. В итоге обрезки от винта пойдут на ось Z, нужно будет только докупить латунную гайку Т8.
Упакован был в картонную упаковку, внутри каждая деталь в пакете отдельно
Выглядит комплект вот таким образом: двигатель с коротким проводом, ходовой винт Т8, два суппорта KP08 и две муфты 5х8.
Есть аналогичный комплект 400 мм и 300 мм, а также без двигателя на 600 мм (с суппортами и гайкой).
Если брать без большого запаса, то вариант на 400 мм, хорошо пойдет для «увеличенной версии» станка

Вот как крепится двигатель в оригинале на ось Х. На небольшую алюминиевую пластину.
Сделал тоже самое, только с печатной пластиной. Заодно будет суппортом для направляющих.
Лишнюю длину винта уже отрезал для оси Z (ось Z в процессе пока, информация будет отдельно, скорее всего также 3д печатная).

С большой вероятностью нужно будет удлинить провода двигателей, чтобы аккуратно проложить его по профилю в верхнюю часть до платы электроники (скорее всего будет CNC Shield). Да и не мешало бы установить концевики крайних положений.
Основная информация по сборке уже есть, можно приступать к оценке затрат))))

Калькуляция
Теперь, по просьбам в комментариях в первой части, я предлагаю обсудить калькуляцию затрат. Естественно, я потратил меньше указанного, так как двигатели и большая часть комплектующих у меня была в наличии. Сильно дешевле будет, если использовать самодельные печатные уголки для профиля, суппорты, фланцы и так далее. На работу станка по сверлению печатных плат и по фрезеровке мягких материалов это вряд ли скажется. Еще хороший вариант — использование перфорированных пластин из строительных/хозмагов. Пойдет для усиления углов, в том числе вертикального и для установки двигателя, при условии высверливания центральной части под вал. В место перфорированного крепежа можно использовать самодельные из алюминиевого листа или фанеры.
Однозначно нужно приобретать профиль 2020, иначе это будет станок совершенно другого типа. Можно сделать тоже самое из алюминиевого уголка или прямоугольной трубы, но только из любви к искусству))) Есть более оптимальные конструции в плане жесткости для сборки из уголка/трубы.
Однозначно к профилю нужны Т-гайки. Можно купить Т-болты, но Т-гайки более универсальные (так как длину винта можно применить любую).
А вот остальное можно менять на свое усмотрение, можно даже вместо ходового винта Т8 использовать шпильку из нержавейки. Разве что количество шагов на мм пересчитать придется в прошивке.
Двигатели можно снять со старых устройств/оргтехники и планировать посадочные места уже под конкретный тип.
Электроника практически любая (Anduino UNO/Anduino Nano, CNCShield, Mega R3+Ramps, драйверы A4988/DRV8825, можно использовать плату-переходник под Mach3 и драйверы TB6600. Но выбор электроники ограничивает используемый софт.
Для сверлилки можно использовать любой двигатель постоянного тока, который позволяет установить цанговый патрон и имеет приличные обороты. В базовом варианте присутствует высокооборотистый двигатель 775. Для фрезеровки можно использовать б/к шпиндели ватт на 300 с цангой ER11, но это сильно удорожает станок в целом.

Примерная калькуляция затрат:
профиль Соберизавод 2020 (2,5 метра) = 667р
профиль Соберизавод 2080 (0,5 метра) на рабочий стол = 485 р
Два комплекта для осей по 300 мм 2х$25
Уголки для профиля 16 шт. Лот на 20 шт выходит $5.5 с доставкой
Т-гайки примерно 4р/штука если брать большой пакет. Нужно не менее 50 шт (крепление двигателей, суппортов). Винты к ним не считаю, обычно несколько копеек/штука в зависимости от качества. Итого около 400...500р.
Двигатели Nema17 3 шт $8.25 каждый
Электроника CNC Shield board $2
Arduino Uno $3.5
A4988 три штуки по $1

Станок выходит около $111. Если добавить шпиндель:
Двигатель 775 $9
Патрон ER11 $7.78,
то итог стоимости около $128

3Д печатные детали не оцениваю. Можно заменить перфорированными пластинами/уголками из крепмаркета и подобных магазинов. Провода, изоленту, затраченное время также не оцениваю.
Напомню, что не во всех вариантах комплектаций CNC2418 есть такие хорошие 775 двигатели и, тем более, цанга ER11.

Варианты подешевле:
Вал 8х600 пару шт и распилить пополам. Для Z-оси взять короткий 8х300
Вместо SC8UU использовать LM8UU
Суппорты SK8, KP08, держатели Т8 гайки, держатели подшипников LM8UU, уголки для профиля — 3д печатные.

Можно взять направляющие большей длины, чем в Китае, например в магазине Duxe.ru. Как вариант, можно купить Вал полированный SFC-8/600 и SFC-8/1000. Цена вопроса 250 р и 410 р соответственно (плюс доставка). Из этого получится три пары направляющих с большим запасом.


3D печатные запчасти, для экономии:
Целиком проект CNC с печатными деталями. Рекомендую воспользоваться моделью кареток XY отсюда
Модель крепления для шпинделя
Похожий зажим от CNC3020
Хорошее крепление пары LM8UU
Простой держатель LM8UU и еще один
Подшипники lm8uu можно также распечатать из PLA
Nema 17 motor mount — крепление мотора
Суппорт 8 мм c подшипником
SK8 mount
SHF8
Усиленный уголок для профиля
Еще несколько деталей, в том числе фланцы и уголок под 45°

Спасибо за ваше внимание. Далее будет про сборку осей XY и электронику