Мы посвятили данную статью целиком примерам. Каждый вновь созданный станок с ЧПУ пробуждает желание к творчеству. На наш взгляд, станок, изготовленный своими руками с применением подручных средств, является гораздо более интересным, чем приобретенный в магазине. Такой станок просто провоцирует на создание разнообразных забавных вещей. Что мы делали по окончании проекта? Мы размышляли о многочисленных возможностях применения нашего нового станка. Рассмотренные ниже примеры охватывают неполный спектр функций, которые выполняет данный станок. Статью мы разделили на пункты, которые основываются на инструментах, закрепленных нами на Z-оси. Мы дали подробное описание процессу применения станка как плоттера, а также использованию станка с применением фрезерной и гравировальной машинок и дремеля.
Плоттер
В качестве плоттера станок с ЧПУ может применяться для создания изображений практически на любых поверхностях, а также выполнять различные печатные работы, которые обычному принтеру не под силу. Первой из работ стал узор для витража, недавно разработанный нами, но его невозможно было воспроизвести на большом листе бумаги. Основой рисунка стали образцы Фрэнка Ллойда Райта. Их размер составил 711×965 мм. Узор был разработан для установки на входную дверь (см. рисунок 1).
Рис. 1. Чертеж узора витража
При создании узора мы применяли CorelDraw, однако напечатать рисунок мы смогли лишь на нескольких бумажных листах в формате А4, а затем склеили их вместе. Нами был экспортирован узор из приложения CorelDraw как НРGL-файл, предназначенный для импорта в KCam.
Рассмотренные ниже два примера являются векторными изображениями формата метафайл Windows — WMF (Windоws Мeta File). Их мы бесплатно скачали с сайта www.clip-art.ru/indexx.html. Первым рисунком стало изображение бульдога, которое было вычерчено в малом формате, а вторым – аналогичное изображение, но в крупном формате (см. рисунки 2 и 3).
Рис. 2. Маленькое изображение бульдога
Рис. 3. Большое изображение бульдога
Как показано на большом и маленьком рисунках, векторные изображения легко увеличиваются и уменьшаются, качество детализации при этом не теряется. Для создания обоих рисунков нами применялся один пишущий инструмент, при этом качество рисунка с маленьким бульдогом немного пострадало — линии слились, и конечный рисунок получился с малым разрешением. При использовании пишущего инструмента с более тонким концом оба рисунка могли бы выглядеть одинаково четко.
Следующая задача состояла в нахождении пишущего инструмента, который возможно применять для черчения на поверхностях из стекла с краской. Она действует в качестве резиста на травильную пасту для стеклянных поверхностей. Мы приобретали различные маркеры и опробовали их — чертили линию на стеклянном куске и на четверть часа покрывали ее травильной пастой, затем смывали с помощью мыльной воды. Единственным маркером, прекрасно действующим в качестве кислотоупорного слоя, стал Рilot Еxtra Fine Мetallic Ink Мarker. Применяя данный маркер, мы нарисовали на чистом стеклянном куске дельфина. Далее с помощью более толстого маркера этой же марки нанесли краску по всему периметру рисунка. При этом травильная паста не расплывается из области, которая подлежит протравливанию (см. рисунок 4).
Рис. 4. Изображение дельфина с помощью металлической печатной краски
Перед нанесением травильной пасты следует убедиться в полном высыхании краски, в противном случае паста и чернила смешаются, и наше травление потерпит неудачу. Необходимо внимательно ознакомиться с инструкцией по технике безопасности в ходе использования травильной пасты, поскольку она представляет собой едкое вещество. Мы нанесли пасту с помощью деревянной палочки, однако вы можете применить и кисточку, так как металл не вступает во взаимодействие с пастой (см. рисунок 5).
Рис. 5. Нанесение травильной пасты на стекло
Мы дали времени порядка 15 мин, но травление может происходить и дольше, что зависит от производителя травильной пасты и температуры рабочей области. На рисунке 6 изображен конечный результат, полученный после того, как удалена паста и металлическая печатная краска посредством растворителя для лака.
Рис. 6. Вытравленное изображение дельфина
Применение ЧПУ-станка как плоттера позволяет создавать узоры, применяемые для деревянных изделий больших размеров. Можно воспроизвести какой угодно рисунок и чертеж, применяя подходящий для конкретной поверхности чертежный маркер.
Механическая гравировальная машинка
Вторым инструментом, вставленным нами в крепление, стала механическая гравировальная машинка, представляющая собой недорогой инструмент, который имеется в свободной продаже (см. рисунок 7).
Мы решили сделать гравировку на алюминии, чтобы была возможность определить минимальный читаемый размер текста. На рисунке 8 изображены надписи разных размеров: гравировка на алюминии сравнивается с 10-центовой монетой.
Рис. 7. Гравировальная машинка
Рис. 8. Выгравированный текст
На нашем станке с гравером минимальный читаемый размер текста равнялся 6 пунктам = 1/72 дюймов = 0,35 мм. С гравером меньшего калибра можно было бы воспроизвести текст еще меньшего размера. На рисунке 9 показано следующее изображение — снова бульдог, которого мы отрисовали маркером. Здесь он выгравированный в алюминии.
Рис. 9. Изображение бульдога: гравировка в алюминии
Гравировальная машинка — это не самый точный и аккуратный инструмент, но ЧПУ-станок смог реализовать гравировку на довольно высоком уровне точности. На рисунке 10 мы видим увеличенное фото изображения бульдога. Здесь уровень детализации был достигнут довольно неточным инструментом.
Рис. 10. Крупный план гравировки бульдога
Следующим векторным изображением, которое мы захотели выгравировать, стал рисунок с множеством тонких линий. На рисунке 11 представлена церковь, выгравированная в алюминии; для сравнения — рядом десятицентовая монета.
Рис. 11. Изображение церкви: гравировка в алюминии
Гравер позволил выгравировать изображение также и в природном камне. В ходе такого эксперимента нами был создан файл для тестирования гравера на элементе черной гранитной плитки для пола. На рисунке 12 изображен результат.
Рис. 12. Гравюра на черной гранитной плитке
В качестве итога можно сказать, что наш станок прекрасно выполняет все обязанности гравировщика с ЧПУ.
Дремель
Дремель представляет собой удобный ручной инструмент, предназначенный для выполнения небольших работ с применением маленьких резцов. Инструмент удобен при выполнении мелкой сложной резьбы. Его цанга или зажимный патрон, имеющий размер 3 мм, позволяет устанавливать сверла разного диаметра. Нами был приобретен набор алмазных сверл для испытания дремеля как гравера по стеклянным поверхностям. Стоимость данного набора была невелика, поэтому такие сверла мы смогли использовать для экспериментов. Выполнив установку дремеля в самодельное крепление, мы начали выполнять гравировку логотипа Шевроле на зеркале. На рисунке 13 показано, каким образом алмазное сверло касается поверхности зеркала. Мы решили, что неплохо бы произвести смазку сверла, и капнули на стекло воды. Рекомендуем при выполнении большого количества гравировальных работ применять емкость с насосом для постоянной подачи воды на сверло в целях продления срока службы.
Рис. 13. Гравировка стекла алмазным сверлом
Алмазное сверло прекрасно справилось с работой, однако прослужило недолго. Изнашивался кончика сверла, при этом линии становились более широкими. На рисунке 14 показан логотип Шевроле и первые выгравированные буквы.
Рис. 14. Гравюра логотипа компании Шевроле
Далее мы применили дремель в целях гравировки рисунка дельфина на пенопласте. Мы открыли изображение дельфина в Profiler 6, задав до этого оттенки серого в CorelDraw. Далее мы экспортировали результат в.jpeg, а затем сгенерировали файл G-кода, задающий последовательность действий граверных работ по созданию изображения дельфина. Используя рисунок дельфина на белом фоне для гравировки только дельфина, мы сделали фигуру (см. рисунок 15), применив 3-миллиметровое сверло при минимальном количестве накладывающихся вырезов, установленных в Profiler 6.
Рис. 15. Изображение дельфина в пенопласте
Ширина дельфина составляет 51 мм в максимально широкой части, длина — 127 мм. Обращаем внимание, что максимально глубокий вырез фигуры составляет 6 мм, она возвышается в области головы, при этом создается иллюзия всплытия из пенопласта. Мы изменили рисунок дельфина, покрасив его в одинаковые оттенки серого, при этом фон сделали черным. Затем мы вернулись в файл в Profiler 6, после чего произвели для него генерацию G-кода. На этот раз мы вырезали дельфина в доске из сосны. Результат изображен на рисунке 16.
Рис. 16. Изображение дельфина на сосновой доске
При генерации G-кода в Profiler 6 с учетом большего количества накладывающихся вырезов и меньшего диаметра резца, итог будет гораздо лучше, вручную завершать работу не будет необходимости.
Идеальный роторный инструмент
Такой инструмент по своей мощности и размерам представляет промежуточный вариант между дремелем и фрезой. Мы применяли его при резании твердого картона, поскольку не хотели перегружать дремель. Фрезу не использовали, так как она не имеет цангу размером 3 мм под сверло, которое мы хотели применить. В CorelDraw мы нарисовали изображение самолета, состоящее из 3-х частей с линиями, по которым мы хотели прорезать корпус для крыльев. Линии для прорезей выполнялись по окончании всех работ, поэтому они прорезаны были первыми. На рисунке 17 мы видим полученное изображение самолета, а также подложку из пенопласта, применяемую в процессе резки.
Рис. 17. Самолет в твердом картоне
Мы разместили пенопласт на поверхности стола, где уже лежал твердый картон. Пенопласт позволяет оказывать режущему инструменту меньшее сопротивление, а также служит для поддержки разрезаемого материала в заданном положении. При резке кафельной плитки нам потребовалось сверло с диаметром 3 мм. Как правило, такое сверло применяется при резке стеновой нетвердой облицовочной плитки.
Мы взяли облицовочную плитку из белой глины, мягкую и простую в резке. Размер каждой из таких плиток составляет 108×108 мм. Перед началом работ мы изготовили фиксирующую оправку небольших размеров (см. рисунок 18).
Рис. 18. Оправка, удерживающая плитку
Оправка имеет глубину, немного меньшую толщины плитки. Ее утапливают между 3-х кусков ДВП. Кусок сосновой доски, лежащий перед оправкой, не позволяет плитке выйти, при этом два обрезка, которые мы привернули сверху, не позволяют ей сдвигаться вверх-вниз. Мы нарисовали в CorelDraw на бумаге звезду и домик. Формат листа был выбран сравнимым с габаритами плитки. Затем мы экспортировали рисунки как HPGL-файлы. На рисунке 19 изображена звезда, которую мы вырезали из белой плитки. Далее мы поместили в оправку плитку голубого цвета и вырезали в ней звезду (см. рисунок 20).
Рис. 19. Звезда в плитке
Рис. 20. Звезда в голубой плитке
Аналогичные действия мы произвели еще с 2-мя плитками разных цветов, применяя файл с изображением дома (см. рисунок 21).
Крепим плитку, вставляя в нее фигурку другого цвета (см. рисунок 22).
Рис. 21. Домик, вырезанный в плитке
Рис. 22. Меняем фигуры в плитках
Фреза
Фреза представляет самый мощный из инструментов, который можно применять на ЧПУ-станке. Она прекрасно подходит для реализации объемных проектов, при которых удаляется большое количество материала. Самое очевидное применением фрезы на ЧПУ-станке — это изготовление вывесок. Простая вывеска включает слова и числа (см. рисунок 23). В данном примере мы берем глубину резки 3 мм, при этом габариты вывески — 305×1270 мм. Максимальный размер составляет 241 мм – это буква G (см. рисунок 24).
Рис. 23. Простейшая вывеска
Рис 24. Буква максимальных размеров
Мы выкрасили вырезанную часть оранжевым цветом и не волновались, что краска попадет доску. После высыхания краски мы отшлифовали всю поверхность доски, избавившись от ненужной краски и выполнив подготовку к полировке. Это наиболее быстрый способ создания вывески, но в случае, если вы желаете проявить творчество, следует обратить внимание на вывеску, показанную на рисунке 25. Приведенный образец содержит рельефные буквы внизу доски, а также обычные буквы, расположенные вдоль верхней части.
Рис. 25. Усложненная вывеска
Для создания контура верхних букв мы для начала написали текст в CorelDraw, согласовали его с габаритами вывески, которую желаем изготовить. Далее мы преобразовали буквы в битовый образ. На следующем шаге производим трассировку посредством СorelTrace. При открытии CorelTrace следует выполнить конвертирование текстового битового образа в черно-белое изображение. Лучше трассировать картину с применением метода распознавания «скелетных» рисунков. По окончании процедуры результат трассировки станет необходимым объектом для чертежа. Перемещаем контур для выделения и удаления битового образа текста. Рельефные буквы внизу вывески получаем выделением части понижаемой поверхности в рамку, а также выполнив цветную заливку рамки. Набираем текст нужным цветом поверх рамки; цвет отличается от цвета рамки. Затем увеличиваем размер букв. Поскольку для текста вверху вывески, а также для нижних рельефных букв мы хотели применить фрезы разных размеров, нам пришлось записывать два файла. После того, как выровняли изображения, выделяем рамку с буквами внизу вывески и вырезаем. Оставшаяся часть экспортируется как НРGL-файл с именем signl.рlt.
Далее мы вставили нижнюю часть, вырезанную из вывески, снова в чертеж. Теперь необходимо удалить верхний текст, а затем выполнить экспорт оставшейся части как sign2.plt, для чего в окне экспортирования нужно произвести открытие последней закладки и выбрать искусственную заливку Simulаtеd Fill. Нами была установлена искусственная заливка с интервалом в 6 мм, так как для удаления ненужного материала мы планировали применить фрезу, имеющую диаметр режущей части, равный 12,5 мм. Нанесение искусственной заливки производится строго горизонтально.
Итак, в нашем распоряжении находятся два файла, которые мы применим для создания вывески. Второй файл открываем в CorelDraw и выбираем все объекты. Далее выполняем их разгруппирование. Убираем все линии, находящиеся внутри границ букв – выделяем и стираем каждую. После того, как удалены линии, только оставшаяся площадь будет понижена, при этом буквы будут возвышаться над ней. После закрепления материала на станочном столе следует просто импортировать первый файл и запустить программу, применяя первую фрезу. Далее импортируем второй файл, меняем фрезу и запускаем программу. По окончании фрезеровки закрашиваем буквы, которые вырезаны вверху вывески, а также пониженные зоны в нижней части. Излишки краски удаляем при итоговом шлифовании (см. рисунок 26).
Рис. 26. Вторая вывеска: крупный план
Как только освоена работа с CorelDraw, можно приступать к изготовлению любых типов вывесок. Приведем следующий пример – создание опытного образца для дверец – первопричины нашего желания собрать ЧПУ-станок (см. рисунок 27).
Рис. 27. Дверцы кухонного шкафа: опытный образец
Для создания дверцы, вырезанной по заданным габаритам из ДВП, нами было применено три файла. Посредством первого файла были проделаны 3-миллиметровые углубления с перекрывающимися проходами 12,7- миллиметровой фрезы. Применяя фрезу, имеющую глубину резания 3 мм, а также второй файл, нами были прорезаны в углублениях линии для того, чтобы имитировать соединения в шип. Создание третьего файла было необходимым для того, чтобы фреза проходила по периметру заниженной зоны дверцы с 3-миллиметровой глубиной резания от поверхности дверцы. При этом будет создана иллюзия наличия вертикальных и поперечных планок дверной обвязки. Когда нам стало ясно, каким образом изготовить образец, работа над остальными дверцами не составила труда. На рисунке 28 показан образец дверцы.
В следующем примере мы изготовили маленький ящик, имеющий один открытый борт, который является зажимным приспособлением (см. рисунок 29).
Рис. 28. Дверца кухонного шкафа: крупный план
Рис. 29. Зажимное приспособление
ЧПУ-станок прекрасно приспособлен для создания коробчатых соединений, а также креплений типа «ласточкин хвост».
У нас отсутствовало зажимное приспособление для фрезерного станка под крепление «ласточкин хвост». Мы сделали коробчатое соединение, применив несколько досок из сосны, ширина которого составила 127 мм, толщина — 12 мм. Создаем файл CorelDraw, в котором проводим линии длиной 51мм на расстоянии 25мм друг от друга. Линии идут от верха страницы вниз. Располагаем 13-миллиметровую фрезу по центру участка шириной 26мм и получаем шип в 13 мм. В процессе экспортирования любого файла следует убедиться, что установлена альбомная ориентация страницы, иначе чертежи получатся неправильными. Прикручиваем зажимное крепление к столу станка, отрезаем от доски два куска по 127 мм для закрепления их на зажимном приспособлении (см. рисунок 30).
На одной из заготовок мы провели линию на расстоянии 25мм, начиная от верхнего края, что дало возможность нам выровнять заготовку и верх зажимного приспособления, теоретически параллельный поверхности стола. Нулевая точка Z-оси установлена на концах заготовок, закрепленных на зажимном приспособлении. Была подобрана глубина резания в 14мм, при этом высоту перемещения над поверхностью мы установили 6мм. Результат показан на рисунке 31.
Рис. 30. Закрепление деревянных заготовок на зажимном приспособлении
В итоге было вырезано соединение так, как мы и хотели: длина каждого шипа была немного больше толщины заготовки (см. рисунок 32).
Рис. 31. Вырезанное коробчатое соединение
Рис. 32. Стыковка коробчатых соединений
Затем мы приготовились реализовать практически соединение типа «ласточкин хвост». Для проделывания вырезов сразу в обеих заготовках, следует выполнять перемещение фрезы через верх заготовки, которая закреплена вертикально на кондукторе, а также через заготовку, которая закреплена горизонтально по толщине. Заготовки, закрепленные на зажимном приспособлении, изображены на рисунке 33.
Рис. 33. Закрепление заготовок для создания соединения «ласточкин хвост»
Перед перемещением на место другого выреза фреза проходит 25 мм через торцевую часть вертикальной заготовки, а затем возвращается обратно. Для последующей стыковки заготовок по проделанным вырезам необходимо сделать размеры шипов и пустот одинаковыми. Для соблюдения размера движение сверла должно осуществляться по линиям, которые отстоят друг от друга на расстоянии 19 мм, поскольку диаметр наиболее узкой части фрезы в области режущей поверхности составляет 6 мм.
Для того, чтобы создать файл чертежа, мы начертили линии, вытянутые на 38мм от края страницы и обратно, при этом проверяя их непрерывность от начала до конца. В случае прерывания линий фреза будет подниматься на высоту свободного перемещения перед тем, как продолжить перемещение по линии. Мы определили длину 38мм для того, чтобы нулевое положение Х-оси находилось на передней кромке фрезы, которая отстоит от передней зоны вертикальной заготовки на расстоянии 13 мм. Это расстояние является зазором, при котором перемещение фрезы происходит на место, где будет следующей вырез. На рисунке 34 изображен результат резки таким методом.
Рис. 34. Создание соединения «ласточкин хвост» на ЧПУ-станке
В дальнейшем мы планируем создать площадку, которая при удалении ДВП-листов будет прикрепляться к центральной перекладине. Предельная длина вертикально установленной доски будет задана высотой ножек станка для случая, если необходимо будет приподнять его над полом.
В последнем примере дано описание фрезеровки дерева на токарном станке. Так как у нас отсутствует токарный станок, который мы могли бы разместить под столом ЧПУ-станка, нами был изготовлен из ДВП самодельный токарный станок, который приводится в действие посредством ручной дрели. Возможно перемещение задней бабки и закрепление на месте. Это нужно для подгонки ее под габариты вращающегося материала. Центральная часть задней бабки включает подшипник и 13-миллиметровый стержень, привинченный к квадрату, изготовленному из ДВП, с отверстиями под шурупы для крепления обрабатываемой деревянной заготовки.
Мы привернули ведомый конец материала к части ДВП, которая прикреплена к оправке со шпинделем, имеющем диаметр 6 мм, вставленный в патрон дрели. Далее мы закрепили дрель хомутом для труб. Фото токарного мини-станка изображено на рисунке 35. Он из ДВП и приводится в движение дрелью. В нем закреплена цилиндрическая дубовая заготовка. Мы постарались закрепить токарный станок в перпендикулярном положении относительно Y-оси (и параллельно Х-оси по умолчанию). В этом положении перемещение фрезы происходит только вдоль Х-оси, поэтому мы установили положение Y-оси там, где, на наш взгляд, была середина деревянной заготовки, поместив ее туда посредством ручного управления. Когда положение Y-оси нас устроило, мы ее обнулили.
Рис. 35. Токарный мини-станок, управляемый дрелью
Разработать файл контура изделия, подвергаемого фрезеровке, довольно просто. У нас программ для черчения образцов с вертикальным движением Z-оси не было, а только вдоль Х-оси. Для осуществления задуманного нам необходима программа с САПР, как, к примеру, AutoCad. У нас имелась лишь программа CorelDraw, однако, как оказалось, этого было вполне достаточно. Чтобы создать файл контура, следует начать с разработки в приложении CorelDraw узкой, длинной, с альбомной ориентацией страницы.
Мы сделали страницу 13х381 мм и стали рисовать контур внутри нее (см. рисунок 36).
Рис. 36. CorelDraw: рисование контура
Экспортируем файл как НРGL-файл. Импортируем файл в KCam; там будет сгенерирован файл G-кода, показанный в таблице 1.
Таблица 1.
Следует обратить внимание на то, каким образом изображается контур чертежа в окне KСam. Необходимо будет заменить Y-координаты на Z, применив для этих целей функцию Найти и заменить в редакторе G-кода. В результате замены всех координат Y на Z вид G-кода будет следующим:
Таблица 2
Далее необходимо произвести одно редактирование. Следует в строке N006 заменить Z на Y. Удаляем строку N008 и заменяем координату Z в строке N027 на Y. Нам необходимо движение лишь по X и Z осям; ось Y остается неподвижной — вот для чего мы обнулили ее положение в центре обрабатываемой заготовки, и поэтому ссылка на Y-ось в G-коде — только 000.000. Удаляем в редакторе номера строк и снова добавляем их. После итогового редактирования G-код выглядит, как показано в таблице 3.
Таблица 3.
Необходимо выполнить повторную компиляцию G-кода. Над контуром возникнет прямая линия, проходящая вдоль Х-оси.
Смотрим спереди на чертеж – этого достаточно, чтобы выполнить фрезеровку контура на токарном станке. Вы желаете установить нулевую фрезеровку верхней поверхности материала, тогда следует переместить Z-ось таким образом, чтобы под поверхностью нулевого положения Z-оси проходил только контур (см. рисунок 37).
Рис. 37. Перемещение Z-оси
Мы перемещали контур вниз приблизительно на 1,6мм в шаг, так как не желали потери оборотов самодельным станком. Для фрезеровки деревянной заготовки мы применили V-образную фрезу, поскольку она была острой, не подходящей для других целей. На рисунке 33 можно увидеть, каким образом ЧПУ-станок фрезерует дерево, которое мы закрепили на токарном станке.
Результат работы изображен на рисунке 39.
Рис. 38. Токарный станок: вращение деревянной заготовки под фрезой
Рис. 39. Завершение токарной обработки
Применений данному станку можно найти массу. Мы предполагаем, что те, кто изготовил для себя робота, смогут найти ему работу и получат огромное удовольствие, изобретая ежедневно новые способы применения своего станка.
Ничто не может настолько повысить эффективность обработки металла и древесины, как робот с ЧПУ. Соберите собственный ЧПУ-станок, и он обеспечит максимальную скорость, высокую точность и автоматизацию работы.