ЧПУ из фанеры: выбор материала, общие принципы конструирования, выпиливание деталей, сборка и нанесение защитных покрытий

Цель написания этой статьи — познакомить читателя с общими принципами сборки вертикально-фрезерного станка для моделиста-конструктора из несколько непривычного для такого оборудования материала, как фанеры.

Поскольку статья предназначена для портала, специализирующегося на проблемах древесины, выбор DSP-контроллера и софта для него мы оставим за кадром. Основное внимание нам предстоит уделить способам изготовления и соединения элементов конструкции станка.

Выбор материала

Фанера

Какая именно фанера оптимальна для наших целей?

Возможны два варианта:

1. Бакелизированная (в качестве пропитки использован бакелитовый лак). Ее отличает абсолютная водостойкость и исключительная прочность; однако обработка материала из-за его твердости будет весьма сложной;

Кроме того: цена бакелита (от 3500 рублей за лист толщиной 15 мм) понравится не каждому.

2. ФСФ (склеенная фенолформальдегидным смоляным клеем). Для нее тоже характерна высокая влагостойкость. Лучше использовать материал на основе березового шпона. Инструкция связана с более высокой прочностью березовой древесины на фоне прочих пород.

Для бакелита действующими ГОСТ не предусмотрено деление на сорта; в случае ФСФ лучше приобрести материал сорта Е («элита») или 1. Сорт Е отличается полным отсутствием пороков древесины на верхнем слое шпона; для первого сорта количество и размеры пороков лимитированы максимально жестко.

Клей

Что использовать для склеивания:

• Фанерные детали склеиваются между собой обычным клеем ПВА. Его клеевой шов достаточно прочен для того, чтобы при разрушении соединения разрыв проходил по расположенным рядом со швом волокнам древесины;
• Для монтажа на станок металлических деталей (проушин, гаек регулировочных винтов и т.д.) используется эпоксидная смола.

Важно: саморезы могут использоваться только для дополнительной фиксации деталей.
Винтовым соединениям с деревом и материалами на его основе вибрация, неизбежная при работе станка, противопоказана.

Дополнительное оборудование

Ряд оборудования придется закупить в готовом виде.

В его число входят:

• Направляющие с каретками;
• Шаговые моторы (могут быть использованы моторы от неисправных сканеров и принтеров);
• Пресловутый DSP-контроллер;
• Регулировочные и ходовые винты (как правило, на эту роль покупаются обычные шпильки М8-М10);
• Подшипники.

Общие принципы конструирования

В зависимости от того, какой именно выбран станок ЧПУ с фанеры чертежи могут заметно различаться.

Однако общие принципы сборки и соединения деталей остаются общими для всех конструктивных исполнений.

1. Сборка соединений фанерных деталей осуществляется только на шипах. При этом шипы подгоняются друг к другу максимально точно: детали должны совмещаться с небольшим, но заметным усилием;

2. Всем упорным деталям (коромыслам, подпоркам и т.д.) в местах соприкосновения со смежными элементами конструкции придается округлая форма. Казалось бы, скругление должно увеличить удельное давление и сделать изделие более уязвимым к нагрузкам — но нет, вместо этого она помогает предотвратить сколы.

Выпиливание деталей

Как и чем можно выпилить фанерные детали станка? При толщине 4 мм выпиливать придется своими руками, с помощью ручного лобзика с натяжной пилкой. Использование инструмента со значительным размером зубьев гарантированно украсит края заготовок поднятой щепой.

Совет: уменьшить количество задиров поможет скотч, наклеенный поверх заготовки.

Материал толщиной от 6 миллиметров можно пилить электролобзиком или (при простой форме детали с преобладанием прямых линий) ручной дисковой пилой.

Как и в любом другом деле, здесь есть свои тонкости:

• Для лобзика используется пилка по металлу с минимальным размером зубьев. Они делают шансы задрать щепу по краям минимальными;
• И пила, и лобзик для деревянных изделий ведутся вдоль линии реза с минимальной скоростью. Чем выше скорость перемещения инструмента, тем грубее края реза.

Мелкие детали желательно вырезать с небольшим (0,5-1 мм) запасом по размеру и доводить напильником, так меньше шансов промахнуться с размером. Обрабатывать края с помощью напильника необходимо, зажав деталь в тиски (деревянные или металлические с фанерными прокладками) на уровне линии отреза.

Готовая деталь шлифуется не только по кромке, но и по плоскости.

Сборка

На этой стадии тонкостей минимум:

• Клей ПВА наносится на поверхность соединяемых деталей ватной палочкой или кисточкой (в зависимости от площади склеивания), после чего детали совмещаются и прижимаются друг к другу с максимальным безопасным для их целостности усилием. Желательно зафиксировать их под давлением до полного высыхания клея (около суток);
• Использовать эпоксидный клей нужно аналогичным образом. Уделите особое внимание его тщательному перемешиванию с отвердителем и соотношению отвердителя и смолы. В общем случае лучше добавить немного больше рекомендованного количества отвердителя: это сделает полимеризацию смолы более быстрой.

Следы выдавившегося клея лучше удалить с поверхности деталей сразу: после его высыхания сделать окрестности шва гладкими будет неизмеримо труднее.

Защитные покрытия

Бакелит не нуждается в них в принципе. Фанеру ФСФ можно дополнительно защитить пропиткой для деревянных изделий, подогретой на водяной бане олифой. Пропитка выполняется до установки направляющих, кареток и контроллера.

Заключение

Фанера — универсальный материал, эксплуатационные качества которого позволяют использовать его даже для создания высокотехнологичного оборудования, испытывающего значительные нагрузки.

Узнать больше о строительстве станков из фанеры читателю позволит видео в этой статье. Мы будем благодарны за ваши поправки и уточнения в комментариях. Успехов!