初學者如何從頭開始DIY一台CNC工具機

學習如何從頭開始建立數控工具機比您想像的要容易。我們將 DIY 流程分解為一系列易於初學者遵循的步驟。從購買零件到安裝軟體，我們的 DIY 指南將引導您輕鬆製作自己的CNC工具機。

什麼是CNC工具機？

CNC機床是一種自動化電動工具，它利用電腦程式控制電機，驅動X、Y、Z三個軸依照G代碼指令沿著CAD/CAM軟體產生的刀具路徑往復移動。最後由主軸上的刀具完成雕刻、切割、銑削的結果。

要考慮的事情

說到CNC工具機，大家都會想到它的成本高，程式操作複雜，讓我們感覺深不可測。其實我們認識和學習CNC就是透過做一些簡單的、 低成本CNC工具機，使我們從現代數控技術的初學者升級為專家。 DIYCNC工具機的困難在於工具機套件成本高、加工難度高，而軟體的設定和使用相對簡單。經過一個月的CNC學習和研究後，我決定使用當地可用的材料來建造自己的 Mach3 控制的CNC工具機套件。

建造難度： 緩和。

建築工期： 16天。

DIY工具： 台虎鉗、電鑽、手鋸、樣品沖頭、絲錐、鉸刀、卡尺、彎管器和螺絲。

入門

本指南主要是關於創建具有以下功能的功能性CNC工具機。

1.龍門結構穩定性好，加工幅面大，小巧輕巧的桌上設計，輕巧方便攜帶。

2.可用於PCB、PVC、壓克力、MDF、木材、鋁、銅的切割和銑削。

3.其加工精度可達0.1毫米，可滿足多數PCB板、模具、印章、標示的要求。

4.成本低於1,000美元，且組裝方便簡單。

5.所使用的零件和原料可以在當地找到或購買，減少了顧之憂。

6. DIY過程不需要太複雜的工具。

7.Mach3控制器，使用方便。

8.主軸採用步進馬達驅動，精度高。

如何建構CNC工具機結構？

本數控機床採用固定龍門結構。整機分為基座、龍門架、X軸拖曳板、Y軸工作台、Z軸拖曳板。 Y軸工作台的驅動步進馬達固定在底板上。 、絲槓、以及2根光滑桿和龍門架作為Y軸工作台滑動導軌。

龍門架上固定有X軸拖板的驅動步進馬達、絲槓以及作為X軸拖板滑動導軌的2根光桿。 X軸滑架上固定Z軸滑架的驅動步進馬達、絲槓以及作為Z軸滑架滑動導軌的2根光滑桿。

Z軸拖架上有L型固定支架和U型固定環，用於將主軸固定。

與絲槓配合的螺帽焊接在X、Y、Z軸拖架上。

如何製作CNC工具機電路？

此電路由X軸Y軸Z軸3個相同的步進馬達驅動部分組成。現在以X軸為柱子來說明一下它的運作原理。

L297/L298步進馬達驅動電路

本電路主要由2片步進馬達專用驅動積體電路L297、L298組成。 L297的主要作用是脈衝分配。它在其輸出端A、B、C、D產生輸出邏輯脈衝來驅動L298。 L297還具有2個PWM斬波器，控制相繞組電流，實現恆定電流斬波控制，以獲得良好的扭力頻率特性。

來自HDR1（接腳2）的X 軸脈衝進入U18 (L1) 的CLOCK（接腳297），並由U1 在其輸出端子A、B、C、D、C（接腳4、6、7、9 ）處進行處理。

L298是雙H橋高壓大電流功率積體電路驅動器。

L297與L298組成完整的驅動系統，可驅動2相步進電機，最高電壓46V，每相電流2A。

U1的SYNC（1腳）為同步腳，與U1、U3的5腳相連，實現多個L297的同步。

步進馬達驅動器控制板

U10 的 ENABLE（接腳 1）使控制接腳能夠控制輸出邏輯。當為低時，INH1，INH2，A，B，C，D均被強制為低電平，使L298驅動器不工作。 CONTROL（引腳 11）用於選擇斬波訊號的控制。低電位時斬波訊號作用於INH1、INH2，高電位時斬波訊號作用於A、B、C、D訊號。前者適用於單級工作方式的步進電機，後者可用於雙極工作方式的步進電機。

S15U1的VREF（接腳1）為參考電壓調整接腳，調整此接腳的電壓來設定步進馬達相繞組的峰值電流。

步進馬達驅動器套件

U17的cw/ccw（接腳1）是指定X軸步進馬達旋轉方向的接腳，來自HDR1（接腳6）的X軸方向指定訊號連接到該接腳。

HALF/FULL（接腳 19）是勵磁模式控制腳位。當為高電位時，為半步驅動模式，當為低電位時，為全步驅動模式。 RESET（引腳20）是非同步重置訊號，其作用是重設脈衝分配器。

D3-D26是L298驅動器H橋的續流二極體。

如何設定Mach3 CNC控制器？

Mach3 是CNC工具機最常用的CNC控制器。它的安裝很簡單。首先，將Mach3運動卡插入電腦主機板上。在Windows作業系統中，會預設安裝Mach3驅動程式。

USB Mach3 3 軸CNC控制器套件

您也可以選擇DSP、NcStudio、Mach4、Syntec、OSAI、Siemens、LNC、FANUC等數控控制器。

如何安裝和使用CAD/CAM軟體？

CNC 工具機最常見的 CAD/CAM 軟體包括 Type3、ArtCAM、Cabinet Vision、CorelDraw、UG、MeshCAM、Solidworks、AlphaCAM、MasterCAM、UcanCAM、CASmate、PowerMILL、Aspire、Alibre、AutoCAD、Fusion360、Autodesk Inventor、Rhinoceros 3D，可以設計 2D/3D 產生加工刀具路徑的圖面。

CAD / CAM軟件

如何組裝CNC工具機套件？

底板、X軸滑架、Y軸工作台、Z軸滑架採用1.5米折彎機加工而成。2mm 冷軋鋼板，能確保最理想的加工精度。如果沒有折彎機，也可以用大虎鉗上的手錘手動折彎。手錘加工時，應在工件上加墊鐵，避免在工件上留下錘痕。彎曲後，需要進一步塑形。所有平面均未扭曲，且彼此之間形成 90 度角。為了確保沖孔位置正確，與第1條劃線平行垂直的劃線針的針尖要細，劃線要準確，試樣沖孔定位插座要仔細準確。

CNC工具機套件

例如，分6次打一個直徑為2毫米的孔。首先，使用直徑 4 毫米的鑽頭鑽孔。根據十字定位線判斷直徑4mm的孔是否準確。如果不準確，請使用花園什錦文件進行修正。 ，最後用 6mm鑽頭，這樣孔位誤差就比較小。

龍門架可用手鋸從防靜電地板鐵龍骨上切割下來，壁厚為1.2mm 根據圖紙，在虎鉗上進行彎曲加工定型。作為X、Y、Z 3軸導軌使用的光條要求表面光滑，光面直徑為8-10mm。拆下舊針式印表機的滑軌和舊雷射印表機墨水匣內的著墨膠滾筒即可解決。各個方向的2根光滑桿應長度相等，且端面應平整。在端面中心鑽孔以安裝 M5 導線，並以 5mm 螺栓。做工一定要水平、垂直，特別是每個方向的2個燈條必須絕對平行，平行度很重要，決定了生產的成敗。

3軸的絲槓為直徑為 6mm，螺距為 1mm。此螺桿可以從五金行出售的天花板裝飾的長螺桿上切取所需長度。阻力和間隙要小，並在拖板相應的孔中焊接螺母，以盡量減少間隙，提高雕刻機的精度。

滑套是在五金行購買的黃銅軟管接頭。需要選擇比滑桿直徑稍小的內徑，然後用手動鉸刀扭轉內徑，使其與滑桿精確配合。必要時用金相砂紙打磨光軸，將滑套切成6毫米長的一段，共12段，然後用高功率烙鐵將其焊接到滑座相應的孔中。焊接時請勿放置滑套。如果焊料滲入內部，請使用氯化鋅作為助焊劑，以確保焊接品質。組裝時注意滑台阻力小且一致。若電阻較大，可用烙鐵將滑套重新加熱即可達到要求。

步進馬達軸與絲桿透過一根銅管連接 6m米直徑的桿狀天線。絲桿與銅管焊接牢固，並保證同心。將銅管的另一端插入步進馬達軸內，然後水平鑽孔。用銷釘插入小孔內固定，絲桿的另一端與拖板的螺帽焊接在一起。

這種CNC工具機可以依照自身材質的大小和尺寸靈活控制，但整機不宜太大，以免剛性差。

如何操作CNC工具機？

CNC加工前，應事先準備好加工程序清單：

1、確定零件的加工程序以及加工時所使用的刀具和切削速度。

2.確定零件輪廓連接點。

3.設定起刀、合刀位置及座標原點位置。

依照規定的語句格式編寫數控指令集，將指令集輸入數控裝置中處理（譯碼、運算等），透過驅動電路放大訊號，驅動伺服馬達輸出角位移和角速度，然後透過執行組件進行轉換。實現工作台的直線位移，實現送料。

讓我們按照以下 9 個步驟開始操作CNC工具機。

步驟 1.CNC編程。

加工前，應先對CNC編程進行分析與編寫。如果程序很長或很複雜。不要在CNC機床上編程，而是使用編程機或電腦編程，然後透過軟碟或通訊介面備份到CNC工具機的CNC系統中。這樣可以避免佔用機器時間，增加加工的輔助時間。

步驟 2. 開啟機器。

一般先接通主電源，使CNC工具機具備通電條件。用鑰匙按鈕啟動CNC系統，工具機同時上電，CRT控制系統的CRT顯示資訊。蛤蜊與其他輔助設備的連接狀態。

步驟 3. 設定實體參考點。

加工前，建立工具機各座標的運動基準。對於增加控制系統的機器，應先執行此步驟。

步驟 4. 開始CNC編程。

依程式媒體（磁帶、磁碟），可透過磁帶機、程式設計機或序列通訊方式輸入。如果是簡單的程序，可以直接在CNC控制面板上用鍵盤輸入，也可以在MDI方式下逐段輸入，進行遠端分段加工。加工前，也必須在程式中輸入工件的原點、刀具參數、偏移以及各種補償值。

步驟 5. 程序編輯。

如果需要修改輸入的程序，應將工作模式選擇開關置於編輯位置。使用編輯鍵進行新增、刪除和變更。

步驟 6. 程序檢查和調試。

首先，鎖定機床，只運轉系統。這一步是檢查程序。如有錯誤，需要重新編輯。

步驟 7. 工件固定和對準。

固定並對準待加工工件，並建立基準。此方法採用工具機手動增量移動、連續移動或手動輪移動。將起點設定為程式的開頭，並設定刀具的參考點。

步驟 8. 開始CNC加工。

連續加工通常使用記憶體中的程式添加。 CNC加工中的進給速度可以透過進給倍率開關進行調整。加工過程中，可按進給保持按鈕暫停進給運動，以觀察加工情況或進行手動測量。再次按下循環啟動按鈕即可恢復加工。為確保碗正確，添加前應重新檢查。銑削時，對於平面彎曲件，可以用鉛筆取代工具在紙上畫出零件的輪廓，更直觀。如果系統有刀具路徑，可以利用模擬功能檢查程式的正確性。

步驟 9. 關機。

新增完畢後，在關閉電源之前，請注意檢查CNC工具機的狀態以及工具機各部分的位置。先關閉機器電源，然後關閉系統電源，最後關閉主電源。

常見問題

注意事項

無論您正在建立一個 經濟實惠的CNC雕刻機，或製造最經濟的CNC車床，甚至使用 DIY 最便宜的CNC銑床，首先要注意的是CNC工具機的電源。機器上有1個步進馬達和一個主軸馬達。因此CNC工具機在使用過程中的電流很大。購買直流電源時，應購買額定電流較大的直流電源。主軸馬達轉速的決定因素是直流電源的電壓。電壓越高，主軸轉動的最高轉速越快，所以電壓不能太小。

綜上所述，我建議自製CNC工具機的額定電壓在30V左右，額定電流至少 10A 確保機器的正常運作。 30V的電壓主要用在主軸馬達上，步進馬達不需要這麼高的電壓。因為步進馬達是靠絲槓來驅動的，所以即使電壓很小，仍然可以有很大的扭矩。所以我建議供給步進馬達的電壓只需要12V就夠了。步進馬達採用12V，但直流電源提供的電壓為30V。這裡需要使用變壓器。這個變壓器的功率要大。 3個步進馬達的電流都必須經過這個變壓器。變壓器散熱跟不上，導致發熱嚴重。