Сверлильный станок как сделать самому, компоненты, чертежи, изготовление

Домашний сверлильный станок (просто – сверлилка) это оборудование, настоятельную необходимость в котором ощущает любой, кто хоть что-нибудь когда-то мастерит. Умельцы порой делают сверлилки с 2-ступенчатой передачей, столами для детали, имеющими более 3-х степеней свободы и даже двухкоординатные сверлильно-фрезерные станки с программным обеспечением, см. рис. ниже. Однако в данной публикации мы будем рассматривать, как сделать сверлильный станок собственными руками, который просто сверлит и фрезерует – зато точно, чисто, и смело держит собственную точность продолжительное время при условиях эпизодической непродолжительной перегрузки: устойчивая точность обработки это основное требование к металлорежущему оборудованию. Которое в непрофессиональных конструкциях делается, к несчастью, чаще всего только благодаря случайному стечению обстоятельств.

Непрофессиональные сверлильные станки

Металл или дерево?

Древесный сверлильный «станок»-монстр

Начинающим всегда кажется, что работать по дереву просто и легко. Испортившаяся заготовка подойдет на мелкие поделки или горючее. Возможно, благодаря этому сейчас встречается реальное поветрие: самодельные станки с ответственными деталями выполненными из дерева. В результате на свет порой возникают монстры, которые, наверняка, удивили бы и Архимеда, см. рис. с правой стороны. Однако вспомним: самая лучшая достижимая точность на дереве +/– 0,5 мм. В обрабатывании металла резанием самая большая разрешенная ошибка по умолчанию 0,375 мм (в Англии и Соединённых Штатов 0,397 мм = 1/64 дюйма). На этом вопрос об применении дерева как ключевого конструкционного материала станка закрывается без обсуждения, что, мол, дерево более того на порядки легче металла деформируется, снашивается и повреждается. Ну, а поклонникам глубокого внутреннего самоудовлетворения в изделиях – свободная воля за собственные деньги и труды.

Приспособление сверлилки

Фантазия незаменимое требование любого творческого успеха, однако в машиностроении она бесполезна без правильных расчетов и сверки с проверенными опытом решениями. История станкостроения исчисляет тысячелетия – лучковые токарные и сверлильные станки с ножным приводом применялись уже в конце каменного VEKA. По теме данной публикации испытанный образец – настольный вертикально-сверлильный станок промышленного образца. По нему и станем сверяться, подбирая и решая, как лучше сделать сверлильный станок своими силами: в работе находятся единичные экземпляры сверлилок, которым перевалило за 100, и точность они даже в наше время держат.

Приспособление настольного вертикально-сверлильного станка показано на рис.:

Приспособление настольного вертикально-сверлильного станка

Его ключевые модули станина, колонна, консоль и стол для детали. Важные части главных узлов немножко отмечены цветом, а их элементы цветами поярче. Самый простой стол (не считая древесного чурбака) – тиски. Стол поворотно-сдвижной позволяет помимо сверловки делать также некоторые фрезеровочные операции. Станина в основном плотно крепится к верстаку или др. хорошей опоре.

Винтовой зажим — фиксатор консоли сверлильного мини-станка

В работе консоль с помощью подъемно-поворотного механизма ползуна устанавливают в необходимом положении сообразно габаритам и комбинации отделываемой детали, и фиксируют. Подача шпинделя на рабочий ход выполняется индивидуальным механизмом подачи. В непрофессиональных и промышленных для пользования в доме конструкциях подъемно-поворотный механизм это очень часто рука оператора, а фиксатор – винтовой зажим ползуна, см. рис. с правой стороны; по ТБ то и другое допускается. Однако что обязательно должно быть в конструкции сверлильного станка по требованиям тех же ПБ, так это отбойное устройств или же просто отбойник: если кинуть рукоядка подачи, шпиндель или каретка одновременно с ним должны автоматично отскочить вверх до конца. В домашних сверлилках отбойник очень часто пружина, поставленная в подходящем месте, см. дальше.

Примечание: производство в промышленности, продажа и применение на фирмах и в мастерских ИП сверлильных станков без отбойного устройства запрещены ПТБ.

Делать или приобретать?

Электрическая дрель это уже готовые привод, передача, шпиндель и патрон в моноблоке. Поставить его на каретку станка – и можно высверливать. По точности решение, Вообще-то, не идеальное (см. дальше), но в большинстве случаев подходящее, зато избавляющее от надобности заказывать не дешёвые точеные детали очень высокой точности, см. ниже. Ввиду чего станины под установку дрели в наше время в продаже есть разве что не на улице с лотков; цены доступные. Подбирая такую, чтобы сделать сверлильный станок из дрели, руководитесь в первую очередь рабочий режим оборудования; от него зависит и цена:

  • Эпизодичная сверловка/фрезеровка для себя с точностью какая выйдет – станина пластиковая литая или стальная штампованная. Механизм подачи рычажный с коленчатым рычажком (см. дальше). Подшипники скольжения каретки (см. дальше) сталь по стали или с капроновыми вкладышами. Цены – $20-$30.
  • Постоянная сверловка для себя или под заказ с обыкновенной машиностроительной точностью. Обрабатываемые материалы – до твердости и вязкости обыкновенной конструкционной стали. Все то же, но подшипники скольжения сталь по стали (хуже) или с бронзовыми втулками, а станина – чугунная литая или (дороже) композитная также вибропоглощающая. Цены – $30-$40.
  • Постоянная сверловка и фрезеровка любых поддающихся инструменту материалов с периодическими перегрузками инструмента и/или с очень высокой точностью – подшипники скольжения только бронза по стали, станина чугунная. Механизм подачи зубчато-реечный (еще см. дальше); консоль вибропоглощающая. Цены – $60-$180.

Примечание: в основном к станинам для дрели опционально предлагается поворотно-сдвижной стол для детали, дающий возможность делать некоторые виды фрезеровки. Цена в границах $20.

Подбираем станину

Станину для дрели (которые продавцы из-за чего то храбро именуют стойками) необходимо подбирать не по изготовителю («КНР» — не «КНР»); в наше время на рынке и «немецкого китая» полно, уже не говоря об изделиях государств постсоветского периода. Необходимо проверить конструкцию.

Первое – образцы с пластиковыми не капроновыми вкладышами подшипников скольжения отбраковываются определенно: биение и увод сверла более чем на 0,5 мм возникнут уже на 10-й – 20-й «дырке» и дальше будут повышаться. Второе – люфт консоли. Берем ее за дальний конец, покачиваем вверх-вниз и по сторонам при зажатом фиксаторе. Заметной «болтушки» не должно быть (тактильное ощущение нетренированного человека ощущает биение 0,4-0,5 мм).

Дальше – осмотр конструкции, см. рис. ниже. Для обыкновенной сверловки подойдёт показанная на поз. 1. Замечательный вариант – на поз. 2: цанговый зажим дрели, смещение колонны вбок делает меньше вибрацию консоли на порядок, а повернув ее вбок на 45 градусов, можно фрезеровать от руки с точностью «как умеешь» деталь на штатном не сдвижном столе, сняв пару креплений стола, т.к. при этом его смещение ручным способом относительно горизонтальной рабочей оси консоли будет линейным.

Как подобрать станину (стойку) для дрели

А вот образчик на поз. 3 не нужно брать ни за что. Самое первое, воротник его колонны невысокий и ее крепление ненадежно. Второе, продолговатые пазы под стол упрощают ручную фрезеровку «как выйдет», но, в отличии от диагональных, не гасят вибрации станины. Кроме того, они будут сосредоточиваться, где показано стрелками (приток под колонну выполнен через чур узким) и оттуда прямиком пойдут в колонну и стол.

Что доступнее?

Чертежи шпинделя настольного сверлильного станка

Допустим, стоимость на понравившуюся станину вас не устраивает. Или дрель если «ломовая», с ударным механизмом, бывшая в работе по строительным конструкциям и биение патрона видно на глаз. Тогда в первую очередь выясняем, если и в досягаемых пределах профессионал, владеющий станком для токарных работ очень высокой точности (не грубее 0,02 мм). Что, кстати, не факт – станок очень высокой точности дорого стоит и на потоке расхожих заказов никогда не возмещается. Но, положим, нашелся. Берем чертежик на рис. с правой стороны, идем к нему и спрашиваем, сумеет ли он выточить это из стали даже лучше 30ХГСА, и сколько возьмёт за работу. «Это» – чертежи шпинделя настольной сверлилки. Другие ее детали можно выточить на самом обыкновенном станке, или найти в развалах на железном базаре либо у себя в хламе. Быстрее всего, будет, что приобрести станину + стол доступнее, а если подумать затраты на остальное, то, может быть, обрисуется и дрель очень высокой точности. В продаже такие бывают; их узнать можно по отсутствию ударного механизма и воротнику конкретно для установки в станину: на него одета точеная стальная манжета.

Если например делать

Все таки, возможны ситуации, когда рукодельный сверлильный станок либо обойдется не дорого или совсем даром, либо наилучшая дрель на станине его не заменит. А дело все в том, что на колонну, помимо изгибающих и вибрационных нагрузок передаются также крутильные от рабочего органа (инструмента – сверла, фрезы). Вызвано это разностью плеч рычага от оси колонны до ближнего к ней и дальнего краев инструмента; крутильные нагрузки от фрезы, грызущей материал одни краем, многократно превосходят от сверла. Благодаря этому получить точность обработки дрелью на станине более 0,1 мм невозможно (почему – см. дальше), а допустим, под резьбу М3 необходимо отверстие 2,7; под М2,5 – 2,2, и погрешность обработки в данном случае оказывается неприемлемой. В общем, делать сверлилку собственными руками есть смысл, не обращая внимания на затраты, если:

  1. Вы радиолюбитель и работаете с элементами с шажком выводов 2,5 и 1,25 мм («тысяченожки» с шажком 0,625 мм устанавливаются уже исключительно на поверхность). Тогда вам необходим сверлильный станок для монтажных плат с точностью даже лучше 0,05 мм;
  2. Вы занимаетесь иными тонкими работами по дереву и металлу. Напр., сделать красивую элегантную шкатулку или хороший тайник в доме, используя лишь ручную сверловку, невозможно;
  3. Сверлите/фрезеруете вы не часто для себя и точность вас устроит какая выйдет, а в загашниках полно всякого металлохлама.

Примечание: в последнем варианте вам посчастливилось, ни с того ни с сего где нибудь завалялся устаревший детский велосипед. Трубы его рамы из хорошей стали, а втулка колеса практически что готовый шпиндель; под заказ остается лишь переходник с конусом Морзе под инструментальный патрон. Работая обдуманно и бережно, из старого велосипеда можно сделать сверлильный станок с точностью ок. 0,1 мм, или практически даровую станину для дрели, см. напр. видео:

Видео: стойка для дрели собственными руками

Расположение

Но, допустим, нам необходима точность выше, и фрезеровать пазы нужно, ее не теряя. В данном случае важную значимость приобретает компоновочная схема станка.

Хороший вариант – размещение шпинделя и привода по противоположные стороны колонны, поз. 1 на рис. Тяжёлый мотор в этой схеме функционирует как противовес сейсмоустойчивых строений: отображает в противофазе вибрационные и крутильные нагрузки от шпинделя. В области колонны от отчасти гасят друг друга. Гашение максимально, если центр тяжести каретки находится точно по оси консоли, и тем больше, чем тоньше сверло и меньше нажим на него. Т.е., точность станка на тонкой работе увеличивается, и одновременно он без ее потери выдержит очень существенные перегрузки.

Компоновочные схемы самодельных сверлильных станков

Примечание 4: делать сверлилку для точной работы с непосредственным приводом на шпиндель и размещением его и привода на одной стороне каретки можно, если есть готовая виброгасящая станина, напр. от старого микроскопа (под 2) и т.п. оптических приборов.

В мини станках для монтажных плат и ювелирных работ встречается малоприятный эффект: дабы получить точность выше 0,05 мм, колонну необходимо делать непропорционально толстой, поз. 3. Обуславливается это тем, что ее способность поглощать вибрации и крутильные нагрузки определяется площадью поперечного сечения, которая с уменьшением размеров детали падает по квадрату. Для плат под элементы с шажком выводов 2,5 мм, а еще мелкие слесарно-столярные работы достаточно точности 0,05 м. При этом главное действие на ее ухудшение предоставляют изгибающие колонну нагрузки. Чтобы парировать их, нужно только применить спаренную колонну из прутка 10-14 мм из обыкновенной конструкционной стали, поз. 4. Если достаточно обыкновенной точности 0,375 мм, то путем сдваивания колонны сверлильный станок для эпизодических работ получается сделать даже из дрели и водопроводных пропиленовых труб, поз. 5. Ресурс его до потери точности невысокий, но и материал-то дешев и обработки под заказ не просит.

Подача

Существенную роль для точности сверловки имеет также приспособление механизма подачи шпинделя (каретки в станке из дрели): рывки и/или неравномерное усилие подачи как минимум делают больше биение сверла. При сверловке тонким твердосплавным сверлом в данном случае очень вероятны его увод, неисправность и как правило – неисправимая порча трудоемкой заготовки.

В станках и станинах для дрели очень высокой точности применяется зубчато-реечный механизм подачи (слева на рис.), обеспечивающий ее полную равномерность и, что очень важно для ручной подачи, точно пропорциональную отдачу упора инструмента в руку. Для этого нужны зубчатая планка и шестеренка-триба с вполне конкретным профилем зубьев – эвольвентным. В другом случае подача пойдёт рывками даже при полностью плавном нажиме на рукоядка. Сделать «на колене» пару рейка-шестерня с похожими эвольвентными зубьями невозможно; выбрать подобающую готовую пару мало возможно, благодаря этому зубчато-реечные механизмы подачи в самодельных сверлилках встречаются очень нечасто.

Виды механизмов подачи настольного сверлильного станка

Чаще делают примитивной однорычажный механизм подачи, в самом центре на рис., но это абсолютно не оптимум. В начале и в конце рабочего хода, когда плавность подачи и точность сверловки в особенности актуальны, он передает упор в руку недостаточно, а внутри хода избыточно, отчего растет вероятность застревания инструмента в вязком материале. От таких недостатков свободный механизм подачи с коленчатым ломающимся рычажком, с правой стороны; также, он дополнительно гасит вибрации консоли. Отношение плеч колена берут прибл. 1:1.

Стол с подачей

Сверловка тонких хрупких/вязких деталей выходит точнее, а вероятность ухода и неполадки сверла меньше, если шпиндель закреплен неподвижно, а стол с деталью подается вверх к нему, благодаря этому во многих сверлилках для тонких работ стол снабжают индивидуальным механизмом подачи. По инерции мышления его иногда выполняют также зубчато-реечным, см. напр. дальше. Но, беря во внимание, что масса стола в этом случае много больше такой детали, стол с рычажной подачей  оказывается абсолютно не хуже, зато абсолютно доступным для производства дома. Его приспособление показано на рис.:

Приспособление стола с рычажной подачей для сверлильного станка

Невидимый момент один: чтобы обойму не повело при собирании, ее плотно вставляют в сквозное отверстие основания и приваривают снизу (с испода). Варить необходимо электродом ОМА-2 или тоньше неизменным током 55-60 А короткими диаметрально противоположными прихватами («тычками»). Размеры стола для монтажных плат и ювелирных работ 60-150 мм в диаметре; толщина 6-12 мм. Диаметр хвостовика стола 12-20 мм; длина на величину хода подачи +(20-30) мм. Трубку под хвостовик (толщина стенок от 1,5 мм) неплохо бы проточить или высверлить и пройти разверткой, чтобы хвостовик ходит в ней плавно без заметного люфта. Короткое плечо рычага делают длиной прим. равной диаметру стола; длинное – какое желаете.

Консоль

Посмотрим еще раз на рис. с заводскими станинами. Конструкции их консолей с каретками-полурамками сходны; они вполне рациональны, но рассчитаны на автоматизированное и роботизованное производство: точное литье и потом чистовая обработка по месту на агрегате с ЧПУ и лазерным замером.

Схема аналога консоли с полурамкой непрофессиональной разработки дана слева на рис.:

Конструкция консоли самодельного сверлильного станка

Первое, что привлекает внимание – необходимо вырезать 5 деталей из толстого листа стали, сторцованного (отделанного торцевой фрезой) на ровность и параллельность сторон. Второе, торцевые срезы вставок, залитых темно-серым, тоже должны быть идеальными, чистыми, параллельными. Т.е. и здесь без станка для фрезеровочных работ вряд ли можно обойтись. Напоследок, вне условий производства сделать скользящее соединение ползуна и направляющей каретки (показано стрелкой) с люфтом менее 0,1 мм невозможно. Прикинем соотношение плеч рычага – поперечное биение сверла выходит больше 0,5 мм.

Конструкция консоли сверлильного станка, мало технологичного в массовом производстве, но приспособленная для производства кустарными способами, показана с правой стороны на рис. (механизм подачи и привод с спайдерным крепежом образно говоря не показаны). Более, того, в ней биение сверла на неоднородностях материала вызывает перекос каретки на колонне и направляющей в разные стороны, и боковой уход инструмента не превышает величины люфта во вкладышах скольжения. Из толстой пластины вырезается только одна деталь – ползун 4. Точная его обработка необходимо лишь в области зажима колонны и установки направляющей, а 3 бронзовых втулки-вкладыша точно подгонит по месту любой токарь средней профессиональности, если дать ему колонну и направляющую каретки (они бывают выточены с обыкновенной точностью).

Чтобы весь сборочный узел о сварки не повело, варить необходимо как пред. случае: электрод ОМА-2 или тоньше, постоянный ток до 60 А. Швы проваривают также по очереди прихватами: «тычок» на одном, такой же на аналогичном дальнем, расположенном симметрично. Потом прихват ближнего к первому шва, такой же на диаметрально противоположном ему, и т.д., и т.п., пока не будут проварены все швы.

Примечание: точность станка с описанной консолью будет выше, если ее собирать не на сварке, а на винтах с проклеиванием высокопрочным клеем по металлу (холодной сваркой). Сначала все собирают без клея, проверяют обоймы на параллельность и затягивают крепеж. Потом винты по очереди выворачивают, капают в из гнезда клей и туго оборачивают обратно. Муторное дело, однако получить подобным образом самодельную сверлилку с биением сверла меньше 0,02 мм по настоящему. Если, разумеется, шпиндель и патрон отцентрованы даже лучше.

Ошибки в конструкции

Все усилия по изготовлению сверлильного станка собственными руками пойдут насмарку, если при его конструировании были допущены принципиальные ошибки. Самые популярные из них показаны на рис.:

Распространенные ошибки во время изготовления сверлильного станка собственными руками

Поз. 1 – это консоль или как? Штатной нагрузки от упора инструмента эта рамочка долго не удержит. О точности и и не скажешь. Поз. 2, к этому всему: делать колонну сверлильного станка трубчатой нельзя. изгибающие нагрузки труба держит, но против крутильных бессильна, а вибрации только увеличивает.

Поз. 3 – сделать сверлилку из старого фотоувеличителя соблазн большой, тем более что сделана она хоть с начальной, но оптической точностью. Но! Держатель штанги увеличителя не запланирован на упор от инструмента. В результате когда происходит сверление оргалита уход сверла на подаче в 20 мм может достигать 1,5 мм (!). А спайдерный крепеж силуминовый: данный материал не поглощает вибрации, быстро устает, и спайдерный крепеж ломается менее чем на 200-м отверстии даже когда происходит сверление монтажных плат.

Поз. 4 – сдваивание колонны в поперечном направлении ничего не даёт. Стойкость станка к нагрузкам будет никак не больше, чем на одинарном штыре того же диаметра. Поз. 5, к этому всему: несимметричная относительно оси колонны отбойная пружина не гасит вибрации и крутильные нагрузки, а увеличивает их. Если уж так, необходимо было устанавливать 2 похожих пружины на две стойки. А лучше бы сделать колонну, как показано тут:

Видео: сверлильный станок из дрели собственными руками

Поз. 6 – установка привода и шпинделя по одну сторону колонны, да так же и несимметричная, не делает меньше, а увеличивает вибрации, т.к. на колонну они передаются в фазе, см. выше. Поз. 7 – где отбойник? Да его здесь и не может быть, раз привод подачи винтовой. Винтом можно точно ставить ползун (которого тут совсем нет), что на домашнем станке в общем то и не надо, но только не подавать каретку! Сие сооружение чуть что будет швыряться обломками сверл и стружкой, а глаза оператора в близи к опасной зоне.