После относительного разруливания насущных дел и забот, навалившихся на меня в последние пару месяцев, возвращаюсь к сетевой жизни. А то, с ужасом заметил вчерась, что начал утрачивать навыки слепого набора на клавиатуре. Ну, ничего – пара постов и руки все вспомнят… Событий, вообще, было – вагон! В том числе и по темам блога. Одним из основных событий стала покупка невероятного агрегата, окотором я мечтал на протяжении, наверное, последних пяти-шести лет. О нем и расскажу немного.

* * *

CNC router, оно же CNC Carver/Carving Machine, оно же CNC Miller/Milling Machine. По-русски, это, вероятно, можно без затей обозвать “ЧПУ-фрезер”. Разновидность фрезерных станков, управляемых компьютером. Ход фрезы у большинства “бытовых” вариантов – трехосевой (X, Y, Z). Перемещение по осям X и Y – в горизонтальной плоскости. Ход фрезы по оси  Z – вертикальный, без изменения угла. Общий базовый вид подобного рода станков, как-то вот так:

Конечно, возможны варианты. Человечество гораздо на выдумки. Даже бывают варианты с неподвижной по осям X и Y фрезой и подвижным столом. Но представленный на картинке – наиболее распространен. Главным образом потому, что он проще в изготовлении и обслуживании. В моем случае, речь пойдет, как раз, о таком, вот, настольном “бытовом” варианте этого семейства инструментов.

* * *

Дошел я до жизни такой вполне естественным образом. Практически, ни один из моих самоделкинских проектов не обходится без участия компьютера. На его долю выпадает, как этап проектирования и макетирования, так и всякие вспомогательные задачи, типа, печати шаблонов, декалей и т.п. Но между виртуальным изделием на экране и этим же изделием в реальном мире, всегда был этап изнурительной и не всегда интересной ручной работы. И было бы странно не желать сокращения объема участия живых человеческих рук в процессе перехода изделия из одного мира в другой.

Тут для меня вставал вопрос адекватности инструмента моим личным задачам, кругу увлечений и т.п. Ну, т.е., конечно 3D-принтер это наше все и бла-бла-бла. В плане работы с формой детали, у ЧПУ-фрезера на порядок меньше свободы в силу очевидных особенностей конструкции и принципа действия. Но 3D-принтер не работает с нужными мне материалами. Во всяком случае, доступные простым смертным “бытовые” варианты 3D-принтеров. Там все, по сути, сводится к пластику разных сортов. С деревом – никаких шансов. И, вот, передо мной встала дилемма, что предпочесть: форму или материал. Результат выбора определил бы контекст моего рукотворчества на годы. К такому рода выбору нужно было подходить со всей ответственностью.

Все эти душевные терзания начались у меня еще в Москве. С тех пор, что называется, я годами курил тему, читал обзоры, тусил в профильных форумах. Даже катался по всяким выставкам, где демонстрировались станки тех или иных видов… Переезд в США и обретение дома расставили все точки на i. Оказалось, что достаточно встать посреди любой комнаты, оглянуться вокруг и посмотреть где и для чего я мог бы применить возможности 3D-принтера, а где – возможности ЧПУ-фрезера. Выбор оказался очевидным и однозначным.

Но 3D-принтер я все равно тоже хочу. Когда-нибудь, может быть…

* * *

Определившись с типом станка, ввалился в очередную дилемму: делать с нуля самому или купить готовый. В какой-то момент пришлось посмотреть правде в глаза и отправиться в интернеты на поиски готовых вариантов или хотя бы полуготовых наборов.

В течение последней пары лет пристально наблюдал за прогрессом компании под названием Inventables. Их линейка станков серии Shapeoko выглядела наиболее перспективной, как по конструкции, так и по цене. Но я все еще выжидал. Shapeoko, Shapeoko 2… И так совпало, что когда я уже окончательно созрел и сделал выбор, Inventables начали прием предзаказов на свою новую модель X-Carve. Единственным минусом было, что предзаказанного нужно было ждать месяц. Но я уже столько лет ждал, что месяцем больше, месяцем меньше…

Несомненным плюсом стало то, что в отличие от предыдущих моделей, X-Carve можно было начать собирать прямо в процессе заказа на сайте производителя. Т.е., они предлагают, как уже собранные станки, так и киты. Причем последние можно набирать самому. К тому моменту я уже довольно четко представлял, какие именно компоненты мне понадобятся, а какие я нарою у себя в гараже. Соответственно, зачем тратить деньги на те запчасти, которые уже и без того есть? Вот, как раз, для X-Carve производитель подогнал новую систему покупки, при которой свой набор вы составляете сами.

Например, рабочий стол станка. Ну и нафига я буду тратить на него 120 долларов (!), когда, по сути, это обычный кусок MDF-панели с насверленными в ней дырками для крепежа. В ближайшем строймаге я такую панель могу купить за двадцатку, а дырки и сам насверлю.

Так же я проигнорировал всякие мелкие аксессуары, типа крепежных ушек, набор фрез и т.п. Все это, либо покупается в два-три раза дешевле в строймаге, либо изготавливается самостоятельно. Исключение из прайса не нужных мне деталей позволило взять “большую” модификацию станка. Та, которая с рабочей областью метр на метр (“маленькая” версия – вдвое меньше). В данном случае – размер имеет значение.

В общем, подобрав и заказав желаемый набор, набрался терпения и стал ждать…

* * *

Свои обязательства по предзаказу производитель выполнил в полном объеме и, даже, на неделю раньше заявленного. Как раз, мой бывший коллега и друг приехал в наши края поселяться. Пока он решал свои дела с жильем и машиной, какое-то время тусил у нас. Вот мы с ним затарились пивом, заперлись в гараже и с головой окунулись в XXI век. Надо сказать, что вдвоем такие штуки собирать не только быстрее, но и веселее.

О самой сборке можно мало, что рассказать. Производитель все конкретизировал максимально понятно. Все пакетики с дохрендильёном деталей, винтиков, подшипников, контактов и т.п. были заботливо подписаны:

Сами пакетики сгруппированы по коробочкам, относящимся к тому или иному узлу. Не нужно все вываливать на стол и сортировать. Все уже рассортировано. Собираете направляющую оси X – берете коробочку с запчастями для этого узла. Там все будет в нужном составе. Это избавляет от путаницы и ошибок. Очень грамотно кит составлен – жаловаться не на что. Забегая вперед, скажу, что все было в комплекте без “пробелов”. Лишних и запасных деталей производитель не дает. Но то, что должно быть – все было в полном объеме.

На сайте предлагается не просто инструкция по сборке, но еще и дополненная видео для неочевидных моментов. Кому интересно во всех подробностях ознакомиться с процесом – вам сюда. Просто, при таком количестве медиа-материалов, не вижу смысла повторяться. Покажу лишь фото процесса, имеющие скорее художественную ценность, нежели техническую.

Например “операционная”, которую мы долго и со вкусом накрывали перед пиршеством:

Очень быстро мы выяснили, что инструкции нужно следовать буквально. Оказалось, её не дураки составляли. Часто может казаться, что вот это удобнее собрать сейчас, а не потом, как инструкция рекомендует. НЕТ, НЕ УДОБНЕЕ! В чем мы быстро убедились и больше излишней самодеятельности не проявляли 🙂

Легче всего собираются направляющие. В сущности, это просто алюминиевый профиль с роликами и моторчиками. На фото – направляющие оси X:

Направляющие оси Y собираются отдельно, после чего, все это компануется вместе на рабочем столе:

Потом все это обвешивается проводами, контактными планками, терминальными датчиками и прочей машинерией:

Развлекуха чистой воды. Никакой доработки напильником не требуется. Все встает на свои места без кулибничества при помощи торцевого ключа и отвертки.

Чуть более кропотливая работа начинается, когда вы переходите к управляющему блоку. Оный представляет собой блок питания, плату ардуино, которая, собственно, является контроллером для всего станка и управляющую плату. Все это собирается вместе на разъемах по принципу бутерброда.

Вот на этом этапе пришлось даже расчехлить паяльник. Дело в том, что терминальные выключатели – являются опцией и в базовый комплект не входят. Эти выключатели являются предохранителями и не дадут станку “уехать” за пределы рабочей области. Конечно, никуда он не уедет в любом случае, но при ошибке программы или проекта, оно может упереться в край рабочей области с непредсказуемым исходом. Могут приводные ремни порваться, может фрезу сломать и т.п. Чтобы этого не произошло используются терминальные выключетели. Это вот такие микрики с лапками:

Для подключения их к управляющей плате, необходимо припаять к ней дополнительную контактную рейку:

Все это собирается потом вместе. На торчащие разъемы блока питания ставится ардуина, на её разъемы управляющая плата, вокруг этого напяливается некое подобие корпуса:

… и все вместе накрывается охлаждающим вентилятором:

Единственная ложка дегтя в этот праздник жизни – формфактор управляющего блока. Ну, это же кошмар! Провода торчат отовсюду. Как в жгуты их не сплетай, все равно они мешают добираться до кнопки питания и тумблеру управления мотором фрезы. Светодиодные индикаторы работы осей – вообще где-то в заднице под вентилятором и их не видно совсем. Буду все это переделывать со временем. Выносить отдельно органы управления и индикацию. В таком виде пользоваться всем этим исключительно неудобно. И это, действительно, единственное, что можно сказать плохого о наборе.

Когда все подключено и настроено, на комп ставятся драйвера ардуины и производится нехитрая настройка штатной “режущей” программы. Все опенсорсное и предельно унифицированное. В частности, вы можете генерить g-код (код, управляющий ходом фрезы) в чем вашей душе угодно. Существуют десятки программ на эту тему. Главная их задача – проложить максимально оптимальный путь для фрезы по заданному векторному изображению. Полученный код вы можете скормить станку через универсальный g-code sender. Все это имеет тот же самый стандарт, что и для 3D-принтеров. Соответственно, вы можете скармливать фрезеру файлы от макетбота, например. С поправкой на принцип работы, конечно (шарик оно вам не вырежет, а полусферу – запросто).

Ну и – вперед, за приключениями:

А уж приключений в этой области – не счесть. Одни только дебаты на форумах по соотношению глубины подачи фрезы к скорости резки чего стоят. Для расчетов приводятся формулы вот такенных размеров, в которых, например, участвуют такие переменные, как размер хлопьев стружки, производимых одной и той же фрезой для разных пород дерева. Хотя все уже насобирали для себя типовых таблиц для различных фрез и материалов. Но, насколько я понял, такие таблицы каждый составляет для себя сам. Попробовал воспользоваться чужими – вышла фигня.

По этой причине развлекаюсь пока в рамках т.н. 2.5D резки. Грубо говоря – “трафаретная” резка. До полноценного 3D еще не добрался. Как показала практика, собранные за годы теоретические знания о процессе, в переводе на “пощупать” оказались не такими очевидными, как я думал 🙂

* * *

Самое первое, что вырезал мой станок:

Понятно, что после сборки хотелось что-то немедленно попробовать. Штатная программа заточена, в основном, не на художества, а на генерацию пути, формирование g-кода и передаче его станковой ардуине. В плане художеств там только примитивные квадратики-звездочки, да несколько гарнитур для шрифта. Предполагается, что всю красоту неописенную вы рисуете в чем-то еще, а штатной программе просто передаете вектор в формате SVG. Соответственно, что смог выродить средствами штатной программы, то и вырезал в куске MDF-панели.

Далее захотелось попробовать что-то более интересное. Пришлось таки с трудом оторваться от станка и отправиться к “большому” компьютеру в кабинет. Там, в кореле был векторизирован первый попавшийся в гугле относительно затейливый узор, который уже прошел все положенные стадии от экрана в реальный мир:

В данном эксперименте меня интересовала точность резки. Оную лучше всего проверять на простой окружности. Т.е. фреза должна закончить окружность в той же точке, что и начинала. По ровности окружности можно получить представление о точности. Станок играючи справился с задачей. Вырезанные “медальоны” не требовали ни малейшей доводки. Ни “ступенек” на срезах, ни ошибок в состыковки окружности.

Усложнил задачу, отмасштабировав “медальон” в два раза и зарядив фрезу потоньше:

http://youtu.be/ta9SOp25zac

И с этой задачей станок справился блестяще… Полученные в рамках эксперимента “медальончики” рука не поднялась просто выбросить. Изначально, никакой практической цели их изготовление не преследовало. Но всему можно найти применение! Морилка, лак и силиконовые ножки быстро превратили их в набор подставок под бутылки и рюмок на стол, например:

Оные были торжественно подарены другу для его нового дома, в память о незабываемых днях, которые мы провели у меня в гараже. Только мы, две коробки пива и много-много прикольных деталек, которые мы совместными усилиями собрали в удивительный станок… Ах, да – были еще собаки! Они, само собой, принимали самое активное участие в процессе сборки. Без их лохматой помощи, мы, наверное, ни за что не справились бы – один во сне мысленно прокручивал этапы сборки в поисках ошибок, другой охранял периметр от расхитителей секретных технологий сборки:

В рамках тех же ходовых испытаний, я попытался заставить станок вырезать пару шестеренок. С этим он тоже справился на ура, чем породил в моем мозгу такое количество потенциальных проектов в духе Матиаса Вэндала, что голова чуть не лопнула:

http://youtu.be/lCQQMLYEwAY

Кроме того, было опробовано некое подобие гравировки. Для экономии времени я не стал настаивать области выемок, как если бы, например, делался штамп или печать, а просто взял коническую фрезу сказал станку тупо следовать контуру линий. Было интересно посмотреть, как станок сожрет в себя не адаптированный для целей резки вектор (просто в два клика экспорт в SVG и передача оного станку):

https://youtu.be/a-EbmhXD5IA

Все эти эксперименты продемонстрировали не только потенциальные возможности нового станка, но так же и мои удручающе недостаточные знания в вопросе работы с ним. Ни один из экспериментов не обошелся без косяков с моей стороны. То фрезу не того типа выбрал и выточенные участки букв оказались не плоскими, а волнистыми. То неверно задал параметры при инициализации и станок не дорезал “медальон” по глубине, то ошибся с подбором скорости хода фрезы и она просто и без затей сломалась и т.п… Казалось бы, столько лет я вынашивал идею, вникал в тонкости и т.п. Но, теория и практика в данном случае оказались настолько несопоставимы, что для меня это стало почти ударом. Давно так в себе не разочаровывался. Но процесс приобретения навыков – лишь вопрос времени. И не такие агрегаты осваивал…

* * *

Когда сошла первая волна ажиотажа, занялся доводкой до ума стола. Он остро нуждался в элементах крепежа. На стадии экспериментов я выкручивался за счет внешних струбцин и двустороннего скотча, но было понятно, что для полноценной комфортной работы требуется нормальный крепеж детали к станку.

Велосипедов изобретать не стал. Самый простой способ организации крепежа на такого рода столах – равномерно насверленные по всей его площади отверстия сквозь которые болтом крепятся прижимные лапки.

Сперва, конечно, схватился за дрель, но вовремя остановился… Ну, как вовремя… После первого отверстия, которое мне показалось недостаточно перпендикулярненьким. И чего это я? Отложил дрель, взял клавиатуру, быстро разметил файл и сказал станку “давай ка, дружок, дальше – сам”. Пока он с упоением буравил сам себя, сел в машину и отправился в магазин за пивом и металлическими резьбовыми вставками для болтов. Вот так, собственно, под слоганом “вкалывают роботы, счастлив человек” прошел мой последний месяц.

Вернувшись из магазина, уже увидел идеально насверленный стол с которого оставалось только стружку пылесосом снять:

Темные круги вокруг некоторых отверстий – следы от шайб. Дело в том, что резьбовые вставки в отверстия необходимо было впрессовать:

А самый простой способ для этого: вогнать во вставку болт с шайбой и затягивать его ключом до тех пор, пока он не втянет до упора вставку с обратной стороны. На всякий случай, я эти вставки еще и циакрином смазывал перед впрессовкой. С нижней стороны стол выглядит вот так:

Теперь – прижимные лапки. Разумеется, станок их тоже резал для себя сам:

Забавно, что по мере изготовления лапок, уже готовые экземпляры немедленно поступали в работу.

На финальной стадии, лапки с одного конца снабжались такой же резьбовой вставкой:

Итоговый вид прижимной лапки:

Центральный болт – затяжной. Он идет в отверстие стола. Задний болт регулирует высоту зажима, позволяя крепить к столу детали разной толщины:

Всего изготовил пока восемь лапок:

Нужно будет больше лапок или лапок других форм/размеров – к счастью, теперь это лишь вопрос нескольких минут рисования и около получаса гипнотического перемещения фрезы по выбранному материалу.

* * *

Вообще, за станком уже имеется первый опыт концептуальной работы. Не просто там от балды всякой фигни нарезать, а настоящий законченный проект, имеющий прикладное значение для дома. Об этом будет в следующий раз.

По станку же… Я понимаю, что тема изложена очень поверхностно и, в основном, пост сводится к “а посмотрите, какая у меня теперь новая игрушка”. Так, что ежели есть какие конкретные вопросы – отвечу в комментах.