如何从头开始构建数控机床？ - DIY 指南
学习如何从头开始构建数控机器比您想象的要容易。我们将 DIY 过程分解为一系列易于初学者遵循的步骤。从购买零件到安装软件，我们的 DIY 指南将指导您如何轻松制造自己的数控机器。
什么是数控机床？
数控机床是一种自动化的电动工具，利用计算机程序控制电机带动X、Y、Z三个轴按照G代码指令，沿着CAD/CAM软件生成的刀具路径来回移动，最终通过主轴上的刀具完成雕刻、切割、铣削等加工结果。
要考虑的事情
提到数控机床，大家就会想到它的高昂成本、复杂的编程操作，让人感觉高深莫测。其实我们认识和学习数控机床，都是通过一些简单而 低成本数控机床使我们从一名初学者升级为现代数控技术的专家。DIY数控机床的难度在于机床套件成本高、加工难度大，而软件的设置和使用相对简单。经过一个月的学习和研究，我决定用当地现有的材料，自己动手组装一套 Mach3 控制的数控机床。
建筑难度： 中等。
建筑工期： 16天。
DIY工具： 台钳、电钻、手锯、试样冲头、丝锥、铰刀、卡尺、弯管机和螺丝。
新会员入门指南
本指南致力于介绍如何创建具有以下功能的功能性数控机床。
1、龙门结构稳定性好，加工幅面大，紧凑轻巧的台式设计，轻巧方便携带。
2. 可用于切割和铣削 PCB、PVC、丙烯酸、MDF、木材、铝和铜。
3、其加工精度可达0.1mm，能满足大多数PCB板、模具、印章、标牌的要求。
4.成本低于1,000美元，且组装方便、简单。
5.所用零部件及原材料均可在当地找到或购买，减少后顾之忧。
6.DIY过程不需要太复杂的工具。
7.Mach3控制器，使用方便。
8、主轴采用步进电机驱动，精度高。
如何构建数控机床结构？
本数控机床采用固定龙门结构，整机分为基台、龙门架、X轴拖板、Y轴工作台、Z轴拖板，Y轴工作台的驱动步进电机固定在底板上，丝杆，并有2根光杆和龙门架作为Y轴工作台滑动导轨。
龙门架上固定有X轴拖板的驱动步进电机、丝杠及作为X轴拖板滑动导轨的两根光滑杆；X轴拖板上固定有Z轴拖板的驱动步进电机、丝杠及作为Z轴拖板滑动导轨的两根光滑杆。
主轴箱体上装有L型固定支架和U型挡圈，用于将主轴固定在Z轴滑架上。
与丝杠配合的螺母焊接在X、Y、Z轴的拖板上。
如何制作数控机床电路？
该电路由X轴Y轴Z轴3个相同的步进电机驱动部分组成，现以X轴为柱说明其工作原理。
采用 L297/L298 的步进电机驱动电路
该电路主要由2片步进电机专用驱动集成电路L297、L298组成，L297主要作用是脉冲分配，在其输出端A、B、C、D产生输出逻辑脉冲，驱动L298，L297还带有2个PWM斩波器，控制相绕组电流，实现恒流斩波控制，以获得良好的力矩频率特性。
来自HDR1（2脚）的X轴脉冲进入U18（L1）的CLOCK（297脚），经U1在其输出端A、B、C、D、C（4、6、7、9脚）处理，产生输出逻辑脉冲，进入U2（L298）在其输出端（2、3、13、14脚）驱动双H桥输出步进脉冲，驱动步进电机转动。
L298是双H桥高压大电流功率集成电路驱动器。
L297与L298组成完整的驱动系统，可驱动2相步进电机，最高电压46V，每相电流2A。
U1的SYNC（1脚）为同步脚，与U1、U3的5脚相连，实现多个L297的同步。
步进电机驱动器控制板
U10的ENABLE（脚1）使能控制脚，控制输出逻辑，低电平时INH1、INH2、A、B、C、D均被强制为低电平，使L298驱动器不工作。CONTROL（脚11）用于选择斩波信号的控制，低电平时斩波信号作用于INH1、INH2，高电平时斩波信号作用于A、B、C、D信号。前者适用于单级工作方式，此2种方式可用于双极工作方式的步进电机。
S15U1的VREF（引脚1）为参考电压调节引脚，调节此引脚的电压来设定步进电机相绕组的峰值电流。
步进电机驱动器套件
U17的cw/ccw（引脚1）是指定X轴步进电机旋转方向的引脚，来自HDR1（引脚6）的X轴方向指定信号连接到此引脚。
HALF/FULL（脚19）为励磁模式控制脚，高电平时为半步驱动模式，低电平时为全步驱动模式。RESET（脚20）为异步复位信号，其作用是复位脉冲分配器。
D3-D26 是 L298 驱动器 H 桥的续流二极管。
如何设置 Mach3数控控制器？
Mach3是数控机床最常用的数字控制器，它的安装很简单，首先将Mach3运动卡插入电脑主板，在Windows操作系统中会默认安装Mach3驱动。
USB Mach3三轴数控控制器套件
您还可以选择 DSP、NcStudio、Mach4、Syntec、OSAI、Siemens、LNC、FANUC 和其他数控控制器。
如何安装和使用 CAD/CAM 软件？
数控机床最常见的 CAD/CAM 软件包括 Type3、ArtCAM、Cabinet Vision、CorelDraw、UG、MeshCAM、Solidworks、AlphaCAM、MasterCAM、UcanCAM、CASmate、PowerMILL、Aspire、Alibre、AutoCAD、Fusion360、Autodesk Inventor、Rhinoceros 3D，可以设计 2D/3D 图纸来生成加工刀具路径。
CAD / CAM软件
如何组装数控机床套件？
底板、X轴滑架、Y轴工作台、Z轴滑架采用1.5米折弯机加工而成。2mm 冷轧钢板，这样能保证最理想的加工精度。如果没有折弯机，也可以用手锤在大台钳上手工折弯。手锤加工时，应在工件上加垫铁，避免在工件上留下锤痕。折弯后还要进一步整形，各平面不翘曲，相互成90度角。为保证冲孔位置正确，与第1条划线平行和垂直的划线针的针尖要细，划线要准确，样品冲头定位插座要仔细准确。
数控机床套件
例如分6次打一个直径2mm的孔，先用直径4mm的钻头打孔，根据十字定位线判断直径4mm的孔是否准确，如果不准确，用园什锉修正，最后用扩孔器扩孔。 6mm钻头，这样孔位误差就比较小。
龙门架可用手锯从防静电地板铁龙骨上切割下来，壁厚为1.2mm 根据图纸，在虎钳上进行折弯加工定型即可。作为X、Y、Z三轴导轨使用的灯条要求表面光滑，直径3-10mm解决方法：拆下旧针式打印机的滑轨和旧激光打印机墨盒的上墨胶辊，各方向2根光滑杆应等长，端面平整，在端面中心钻孔，用M5丝攻丝，用 5mm 螺栓。做工一定要水平、垂直，特别是各个方向的2个灯条一定要绝对平行，平行度很重要，决定了生产的成败。
3轴的丝杠为直径为 6mm，螺距为 1mm此丝杠可从五金店出售的用于天花板装饰的长丝杠上切取所需长度，阻力和间隙要小，并在拖板相应的孔内焊接螺母，以尽量减少间隙，提高雕刻机的精度。
滑套是在五金店购买的黄铜软管接头，需选择内径略小于滑杆直径的，然后用手动铰刀将内径拧紧到与滑杆精确匹配。必要时用金相砂纸打磨光轴，将滑套切成6mm长的段，共12段，然后用大功率烙铁将其焊接到滑架相应孔内。焊接时切勿将滑套放入，如果焊料渗透到里面，请使用氯化锌作为助焊剂，保证焊接质量。装配时要注意滑台的阻力要小而一致，如果阻力大，可以用烙铁重新加热滑套，直到达到要求。
步进电机轴与丝杆通过一根铜管连接 6mm直径的杆状天线。丝杆与铜管焊接牢固，保证同心。铜管另一端穿入步进电机轴，然后打水平孔。用销钉插入小孔固定，丝杆另一端用螺母焊接在滑架上。
这种数控机床可以根据自身材料的大小尺寸灵活控制，但整机不宜太大，避免刚性差。
如何操作数控机床？
数控加工前应事先准备好加工程序清单：
1、确定零件的加工工序和加工所采用的刀具和切削速度。
2、确定零件的轮廓连接点。
3、设置起刀、收刀位置及坐标原点的位置。
按规定的语句格式编写数控指令集，将指令集输入数控装置进行处理（译码、运算等），经过驱动电路将信号放大，驱动伺服电机输出角位移、角速度，再通过执行元件转换成工作台的直线位移，实现进给。
让我们按照以下 9 个步骤开始操作数控机床。
步骤1.CNC编程。
加工前应先对数控程序进行分析、编制，如果程序较长或复杂，不要在数控机床上编程，而是用编程器或计算机编程，然后通过软盘或通讯接口备份到数控机床的数控系统中，这样可避免占用机床时间，增加加工的辅助时间。
第 2 步。打开机器。
一般先接通主电源，使数控机床具备开机条件，用钥匙按钮启动数控系统，同时机床通电，数控系统的CRT显示信息，夹钳及其他辅助设备的连接状态。
步骤3.设置实体参考点。
加工前先建立机床各坐标的运动基准，对于加控制系统的机床需先进行此步骤。
步骤4.开始CNC编程。
根据程序介质（磁带、磁盘）不同，可用磁带机、编程器或串行通讯输入。如果是简单程序，可用键盘在数字控制面板上直接输入，也可以在MDI方式下逐段输入，进行远程分段加工。加工前还必须在程序中输入工件原点、刀具参数、偏置、各种补偿值等。
步骤5.程序编辑。
如需修改已输入的程序，应将工作方式选择开关置于编辑位置，用编辑键进行添加、删除、修改。
第六步，程序检查和调试。
首先锁住机床，只运行系统，这一步是检查程序，如果有错误，需要重新编辑。
步骤7.工件固定与对准。
将要加工的工件固定、找正，建立基准。方法采用机床手动增量移动、连续移动或手动轮动。将起始点设为程序的开始处，并设定刀具的基准。
步骤8.开始数控加工。
连续加工一般采用内存中的程序添加方式。数控加工中的进给速度可通过进给速度开关调整。加工过程中，可按进给保持按钮暂停进给运动，观察加工情况或进行手动测量。再次按循环启动按钮，可恢复加工。为确保碗形正确，添加前应重新检查。铣削过程中，对于平面弯曲件，可用铅笔代替刀具在纸上画出零件的轮廓，更直观。如果系统有刀具路径，可用仿真功能检查程序的正确性。
步骤9.关闭机器。
添加后，关闭电源前注意检查数控机床状态及机床各部件位置，先关闭机床电源，再关闭系统电源，最后关闭主电源。
常见问题
自己可以建造多少种类型的数控机床？
最常见的可自行制作的数控机床类型包括数控雕刻机、数控车床、数控铣床、数控磨床、数控钻床、数控激光机和数控等离子切割机。
组装数控机床套件需要花多少钱？
DIY数控机器套件的成本包括计算机、控制板、机器零件和配件。大部分成本集中在硬件上，这取决于您对数控加工计划所需的精度，平均成本在 1,000 美元以下。
数控机床可以做什么？
数控机床可以对金属、木材、塑料、泡沫、织物和石材进行铣削、车削、切割、雕刻、雕花、标记、研磨、弯曲、钻孔、清洁、焊接。
主轴电机该如何选择？
主轴电机是数控机床的核心部件。您需要根据您的业务计划购买合适的主轴电机，这完全取决于您要加工的材料和项目所需的精度。
如何选择传动系统？
一个是传动系统的选择是选择丝杠还是滚珠丝杠，这里我其实建议选择滚珠丝杠要好很多，虽然我用的是导螺杆，但是我还是建议选择滚珠丝杠，滚珠丝杠的精度高，旋转误差小，而且在传动的过程中，声音很小，而丝杠的传动过程是金属与金属之间的摩擦，虽然声音不是很大，但是摩擦时间长了之后旋转误差会越来越大。
如何选择步进电机？
只要数控机床在工作，步进电机就在工作。如果电机选择不当，那么第一电机很容易发热。机床刚开始工作的时候电机就很烫，这应该不是我们想要的。电机的力矩也是一个需要考虑的问题，力矩不足很容易丢步。所以选择步进电机的时候不要贪多。
注意事项
无论您是在构建 经济实惠的数控雕刻机无论是自己动手制作最便宜的数控车床，还是自己动手制作最便宜的数控铣床，首先要注意的就是数控机床的电源。机床上有1个步进电机和一个主轴电机，因此数控机床在使用过程中电流很大。购买直流电源时，应购买额定电流较大的直流电源。主轴电机转速的决定因素是直流电源的电压，电压越高，主轴能转的最大转速就越快，所以电压不能太小。
综上所述，我建议自制数控机床的额定电压在30V左右，额定电流至少 10A 保证机器的正常工作。30V的电压主要用在主轴电机上，步进电机不需要那么高的电压。因为步进电机是丝杠驱动的，所以电压小了扭力还可以做大。所以我建议供给步进电机的电压只要12V就够了。步进电机用的是12V，但是直流电源提供的电压是30V，这里就需要用到一个变压器，这个变压器的功率要大，3个步进电机的电流都要经过这个变压器，变压器的散热跟不上，导致发热严重。
延伸阅读
数控雕刻机多少钱？ - 购买指南
如果您打算购买一台新的或二手的数控雕刻机或工作台套件，您可能想知道要花多少钱才能确保购买价格在您的预算之内。您支付的最终价格取决于您要购买的品牌和类型。
数控雕刻机价格：亚洲与欧洲的比较
本文介绍了亚洲和欧洲的数控雕刻机的价值，并比较了两个地区的不同价格和各种成本，以及如何根据您的预算选择最佳机器。
数控雕刻机术语简介
当您想了解数控雕刻机时，您应该从词汇表中了解数控、CAD、CAM、G-Code 等。
数控雕刻机用于什么？
数控雕刻机用于自动木工、石雕、金属铣削、塑料雕刻、泡沫切割和玻璃雕刻。
是否有可靠的便携式数控机床？
您是否在苦苦寻找可靠的便携式数控机床？这里有一份专业的用户指南，可为您提供选择适合您需求的机床的提示。
购买第一台数控雕刻机的指南
本指南将帮助您了解什么是数控雕刻机？它是如何工作的？有哪些类型？它有什么用途？它要多少钱？如何选择和购买？