從零開始學習如何搭建數(shù)控機床比你想象的要容易得多。我們?yōu)槌鯇W者將 DIY 流程分解為一系列易于遵循的步驟。從購買零件到安裝軟件，我們的 DIY 指南將指導您輕松打造自己的數(shù)控機床。

什么是數(shù)控機床？

數(shù)控機床是一種自動化電動工具，它利用計算機程序控制電機驅動X、Y、Z三個軸按照CAD/CAM軟件根據(jù)G代碼指令生成的刀具路徑做往復運動，最終通過主軸上的刀具完成雕刻、切割、銑削等加工效果。

要考慮的事情

說到數(shù)控機床，大家首先想到的是它高昂的成本、復雜的編程操作，讓人感覺它高深莫測。其實，我們認識和學習數(shù)控，都是通過一些簡單易懂的 低成本數(shù)控機床使我們從現(xiàn)代數(shù)控技術的初學者晉升為專家。DIY數(shù)控機床的難點在于機床套件成本高、加工難度大，而軟件的設置和使用相對簡單。經過一個月的數(shù)控學習和研究，我決定利用當?shù)噩F(xiàn)有的材料，自己動手組裝一套Mach3控制的數(shù)控機床。

建筑難度： 中等。

建筑工期： 16天。

DIY工具： 臺鉗、電鉆、手鋸、試樣沖頭、絲錐、鉸刀、卡尺、彎管機和螺絲。

新會員入門指南

本指南旨在創(chuàng)建具有以下功能的功能性數(shù)控機床。

1、龍門結構穩(wěn)定性好，加工幅面大，緊湊輕巧的臺式設計，輕巧方便攜帶。

2. 可用于切割和銑削 PCB、PVC、丙烯酸、MDF、木材、鋁和銅。

3、其加工精度可達0.1mm，能滿足大多數(shù)PCB板、模具、印章、標牌的要求。

4.成本低于1,000美元，且組裝方便、簡單。

5.所用零部件及原材料均可在當?shù)卣业交蛸徺I，減少后顧之憂。

6.DIY過程不需要太復雜的工具。

7.Mach3控制器，使用方便。

8、主軸采用步進電機驅動，精度高。

如何搭建數(shù)控機床結構？

本數(shù)控機床采用固定龍門結構，整機分為基臺、龍門架、X軸拖板、Y軸工作臺、Z軸拖板，Y軸工作臺的驅動步進電機固定在底板上，由導軌、絲杠、以及2根光桿和龍門架作為Y軸工作臺的滑動導軌。

龍門架上固定有X軸拖板的驅動步進電機、絲杠及作為X軸拖板滑動導軌的兩根光滑桿；X軸拖板上固定有Z軸拖板的驅動步進電機、絲杠及作為Z軸拖板滑動導軌的兩根光滑桿。

主軸箱體上裝有L型固定支架和U型擋圈，用于將主軸固定在Z軸滑架上。

與絲杠配合的螺母焊接在X、Y、Z軸的拖板上。

如何制作數(shù)控機床電路？

該電路由X軸Y軸Z軸3個相同的步進電機驅動部分組成，現(xiàn)以X軸為柱說明其工作原理。

采用 L297/L298 的步進電機驅動電路

該電路主要由2片步進電機專用驅動集成電路L297、L298組成，L297主要作用是脈沖分配，在其輸出端A、B、C、D產生輸出邏輯脈沖，驅動L298，L297還帶有2個PWM斬波器，控制相繞組電流，實現(xiàn)恒流斬波控制，以獲得良好的力矩頻率特性。

來自HDR1（2腳）的X軸脈沖進入U18（L1）的CLOCK（297腳），經U1在其輸出端A、B、C、D、C（4、6、7、9腳）處理，產生輸出邏輯脈沖，進入U2（L298）在其輸出端（2、3、13、14腳）驅動雙H橋輸出步進脈沖，驅動步進電機轉動。

L298是雙H橋高壓大電流功率集成電路驅動器。

L297與L298組成完整的驅動系統(tǒng)，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(xiàn)多個L297的同步。

步進電機驅動器控制板

U10的ENABLE（腳1）使能控制腳，控制輸出邏輯，低電平時INH1、INH2、A、B、C、D均被強制為低電平，使L298驅動器不工作。CONTROL（腳11）用于選擇斬波信號的控制，低電平時斬波信號作用于INH1、INH2，高電平時斬波信號作用于A、B、C、D信號。前者適用于單級工作方式，此2種方式可用于雙極工作方式的步進電機。

S15U1的VREF（引腳1）為參考電壓調節(jié)引腳，調節(jié)此引腳的電壓來設定步進電機相繞組的峰值電流。

步進電機驅動器套件

U17的cw/ccw（引腳1）是指定X軸步進電機旋轉方向的引腳，來自HDR1（引腳6）的X軸方向指定信號連接到此引腳。

HALF/FULL（腳19）為勵磁模式控制腳，高電平時為半步驅動模式，低電平時為全步驅動模式。RESET（腳20）為異步復位信號，其作用是復位脈沖分配器。

D3-D26 是 L298 驅動器 H 橋的續(xù)流二極管。

如何設置Mach3數(shù)控控制器？

Mach3是數(shù)控機床最常用的數(shù)控控制器，其安裝非常簡單。首先，將Mach3運動控制卡插入電腦主板即可。在Windows操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)會默認安裝Mach3驅動。

USB Mach3三軸數(shù)控控制器套件

您還可以選擇DSP、NcStudio、Mach4、Syntec、OSAI、Siemens、LNC、FANUC等數(shù)控控制器。

如何安裝和使用 CAD/CAM 軟件？

數(shù)控機床最常見的 CAD/CAM 軟件包括 Type3、ArtCAM、Cabinet Vision、CorelDraw、UG、MeshCAM、Solidworks、AlphaCAM、MasterCAM、UcanCAM、CASmate、PowerMILL、Aspire、Alibre、AutoCAD、Fusion360、Autodesk Inventor、Rhinoceros3D，可以設計 2D/3D圖紙來生成加工刀具路徑。

CAD / CAM軟件

如何組裝數(shù)控機床套件？

底板、X軸滑架、Y軸工作臺、Z軸滑架采用1.5米折彎機加工而成。2mm 冷軋鋼板，這樣能保證最理想的加工精度。如果沒有折彎機，也可以用手錘在大臺鉗上手工折彎。手錘加工時，應在工件上加墊鐵，避免在工件上留下錘痕。折彎后還要進一步整形，各平面不翹曲，相互成90度角。為保證沖孔位置正確，與第1條劃線平行和垂直的劃線針的針尖要細，劃線要準確，樣品沖頭定位插座要仔細準確。

數(shù)控機床套件

例如分6次打一個直徑2mm的孔，先用直徑4mm的鉆頭打孔，根據(jù)十字定位線判斷直徑4mm的孔是否準確，如果不準確，用園什銼修正，最后用擴孔器擴孔。 6mm鉆頭，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(jù)圖紙，在虎鉗上進行折彎加工定型即可。作為X、Y、Z三軸導軌使用的燈條要求表面光滑，直徑3-10mm解決方法：拆下舊針式打印機的滑軌和舊激光打印機墨盒的上墨膠輥，各方向2根光滑桿應等長，端面平整，在端面中心鉆孔，用M5絲攻絲，用 5mm 螺栓。做工一定要水平、垂直，特別是各個方向的2個燈條一定要絕對平行，平行度很重要，決定了生產的成敗。

3軸的絲杠為直徑為 6mm，螺距為 1mm此絲杠可從五金店出售的用于天花板裝飾的長絲杠上切取所需長度，阻力和間隙要小，并在拖板相應的孔內焊接螺母，以盡量減少間隙，提高雕刻機的精度。

滑套是在五金店購買的黃銅軟管接頭，需選擇內徑略小于滑桿直徑的，然后用手動鉸刀將內徑擰緊到與滑桿精確匹配。必要時用金相砂紙打磨光軸，將滑套切成6mm長的段，共12段，然后用大功率烙鐵將其焊接到滑架相應孔內。焊接時切勿將滑套放入，如果焊料滲透到里面，請使用氯化鋅作為助焊劑，保證焊接質量。裝配時要注意滑臺的阻力要小而一致，如果阻力大，可以用烙鐵重新加熱滑套，直到達到要求。

步進電機軸與絲桿通過一根銅管連接 6mm直徑的桿狀天線。絲桿與銅管焊接牢固，保證同心。銅管另一端穿入步進電機軸，然后打水平孔。用銷釘插入小孔固定，絲桿另一端用螺母焊接在滑架上。

此數(shù)控機床可根據(jù)自身材料的大小尺寸靈活控制，但整機不宜過大，避免剛性差。

如何操作數(shù)控機床？

數(shù)控加工前，應提前準備好加工程序清單：

1、確定零件的加工工序和加工所采用的刀具和切削速度。

2、確定零件的輪廓連接點。

3、設置起刀、收刀位置及坐標原點的位置。

按規(guī)定的語句格式編寫數(shù)控指令集，將指令集輸入數(shù)控裝置進行處理（譯碼、運算等），經過驅動電路將信號放大，驅動伺服電機輸出角位移、角速度，再通過執(zhí)行元件轉換成工作臺的直線位移，實現(xiàn)進給。

讓我們按照以下9個步驟開始操作數(shù)控機床。

第一步、數(shù)控編程。

加工前應先對數(shù)控程序進行分析、編寫。如果程序較長或復雜，不要在數(shù)控機床上編程，而是使用編程器或計算機編程，然后通過軟盤或通訊接口備份到數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)中。這樣可以避免占用機床時間，增加加工的輔助時間。

第二步、打開機器。

一般先接通主電源，使數(shù)控機床具備上電條件，一鍵啟動數(shù)控系統(tǒng)，同時機床上電，數(shù)控系統(tǒng)的CRT上顯示信息，機床及其他輔助設備的連接狀態(tài)。

第三步、設置實體參考點。

加工前先建立機床各坐標的運動基準，對于加控制系統(tǒng)的機床需先進行此步驟。

第四步、開始數(shù)控編程。

根據(jù)程序介質（磁帶、磁盤）的不同，可用磁帶機、編程器或串行通訊輸入。如果是簡單程序，可直接在數(shù)控面板上用鍵盤輸入，也可以在MDI方式下逐段輸入，進行遠程分段加工。加工前，還必須在程序中輸入工件原點、刀具參數(shù)、偏置量、各種補償值等。

第五步、程序編輯。

如需修改已輸入的程序，應將工作方式選擇開關置于編輯位置，用編輯鍵進行添加、刪除、修改。

第六步、程序檢查和調試。

首先鎖住機床，只運行系統(tǒng)，這一步是檢查程序，如果有錯誤，需要重新編輯。

第七步、工件固定與對準。

將要加工的工件固定、找正，建立基準。方法采用機床手動增量移動、連續(xù)移動或手動輪動。將起始點設為程序的開始處，并設定刀具的基準。

第八步、 開始數(shù)控加工。

連續(xù)加工一般采用內存程序添加方式。數(shù)控加工中的進給速度可通過進給速度開關調節(jié)。加工過程中，可按進給保持按鈕暫停進給運動，觀察加工情況或進行手動測量。再次按循環(huán)啟動按鈕即可恢復加工。為確保碗形正確，添加前應重新檢查。銑削時，對于平面曲面件，可用鉛筆代替刀具在紙上畫出零件輪廓，更直觀。如果系統(tǒng)有刀具路徑，可使用仿真功能檢查程序的正確性。

第九步、關閉機器。

添加后，關閉電源前，注意檢查數(shù)控機床的狀態(tài)及機床各部件的位置。先關閉機床電源，再關閉系統(tǒng)電源，最后關閉主電源。

常見問題

注意事項

無論您是在構建 經濟實惠的數(shù)控雕刻機無論是自制最經濟的數(shù)控車床，還是DIY最便宜的數(shù)控銑床，首先要注意的就是數(shù)控機床的電源。機床上有3個步進電機和一個主軸電機，因此數(shù)控機床在使用過程中電流很大。購買直流電源時，應選擇額定電流較大的直流電源。主軸電機轉速的決定因素是直流電源的電壓。電壓越高，主軸所能旋轉的最高轉速就越快，所以電壓不能太小。

綜上所述，我建議自制數(shù)控機床的額定電壓在30V左右，額定電流至少 10A 保證機器的正常工作。30V的電壓主要用在主軸電機上，步進電機不需要那么高的電壓。因為步進電機是絲杠驅動的，所以電壓小了扭力還可以做大。所以我建議供給步進電機的電壓只要12V就夠了。步進電機用的是12V，但是直流電源提供的電壓是30V，這里就需要用到一個變壓器，這個變壓器的功率要大，3個步進電機的電流都要經過這個變壓器，變壓器的散熱跟不上，導致發(fā)熱嚴重。