Costruire un router CNC

Di recente ho iniziato a lavorare sul mio blog tutorial, makerguides.com. Al momento ho scritto diversi tutorial Arduino sull'uso dei sensori e sul controllo dei motori passo-passo:

  • Come controllare un motore passo-passo con driver A4988 e Arduino
  • Tutorial sul sensore di distanza a ultrasuoni HC-SR04
  • Motore passo-passo 28BYJ-48 con driver ULN2003 e tutorial Arduino

Sentiti libero di controllarli e magari lasciare un commento con qualche feedback, grazie!

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Questo manuale ti mostrerà come ho costruito il mio router CNC. Spero che tu possa trarre ispirazione dalla mia build e che questo istruttore sarà utile per i tuoi progetti futuri. Questo manuale mostra tutti i passaggi che ho seguito nella progettazione e costruzione di questo router CNC.

La cosa principale che mi piace di un router CNC è che è così versatile. Puoi usarlo come una perforatrice, un router, una sega, un mulino e persino come un tornio. Poiché il mio laboratorio è molto piccolo (è più simile a un capannone), non avevo spazio per tutti questi strumenti, ma volevo comunque essere in grado di realizzare pezzi molto precisi per diversi progetti. Ecco perché ho iniziato a pensare alla costruzione di un router CNC.

Dopo aver fatto qualche ricerca, ho deciso di progettare e costruire la mia macchina. Mi ci sono voluti quasi 6 mesi per costruire e progettare la macchina dall'inizio alla fine. Prima di iniziare la progettazione effettiva della macchina, ho fatto molte ricerche sul web. Consiglio di dare un'occhiata ai seguenti siti Web: cncroutersource.com e cnczone.com. Questi siti Web ti forniranno moltissime informazioni e risponderanno alla maggior parte delle tue domande su argomenti relativi al CNC.

Notare che:

Ho costruito questo router CNC come progetto finale per la scuola (chiamato anche "profielwerkstuk" nei Paesi Bassi). Quando ho iniziato la costruzione, avevo 16 anni e l'ho finito quando avevo 17 anni. Anche se in passato ho fatto un paio di progetti più grandi e ho fatto robotica FTC negli ultimi anni, non ce l'avevo molta esperienza nella costruzione di macchine a controllo numerico. Questa macchina è in realtà la seconda macchina CNC che ho costruito. La prima era una macchina di prova in legno, che ho costruito per acquisire esperienza e conoscere meglio le macchine a controllo numerico. Ho cercato di costruire questa macchina nel miglior modo possibile, con gli strumenti, le conoscenze e il budget che avevo in quel momento. Penso che la macchina sia uscita piuttosto carina e spero che ti piaccia leggerlo.

Step 1: The Design - Strumenti e materiale

Prima di iniziare a costruire una macchina, dovrai sempre realizzare una sorta di progetto. A volte devono essere solo alcuni schizzi su un pezzo di carta, ma per questa macchina era necessario un disegno tridimensionale più preciso. Ho realizzato il mio design utilizzando google sketchup. Google Sketchup è un programma cad gratuito che puoi scaricare dal Web. Ho trovato molto facile lavorare con me, anche se non avevo mai lavorato con un programma cad prima. Non sarai in grado di disegnare disegni più complicati che puoi, usando altri programmi come Autocad, ma per i miei scopi ha funzionato bene.
Il mio obiettivo principale era quello di ottenere tutte le dimensioni adeguate per le mie parti, in modo da poterle ordinare online. Volevo vedere se tutte le mie parti si sarebbero adattate insieme. Poiché la macchina è composta da molte parti mobili, volevo assicurarmi che nulla si colpisse a vicenda durante il funzionamento della macchina.
Quando ho iniziato a progettare la macchina avevo già alcune parti come le guide lineari e le viti a sfere. Ho comprato questi da qualcuno che aveva costruito una macchina di prova per il suo negozio online. Ho usato la stessa elettronica per questa macchina, come ho usato per la macchina di prova in legno che avevo costruito in precedenza.

Queste sono le dimensioni e le parti di base utilizzate per la macchina:
Dimensioni d'ingombro
X: 1050 mm
Y: 840 mm
Z: 400 mm
Viaggio
X: 730mm
Y: 650mm
Z: 150mm

La lunghezza dei binari e delle viti a ricircolo di sfere dipende dalle dimensioni della macchina che si desidera costruire.

Elettronica
- Motori passo-passo Nema 23 3x 3 Nm

- 3 driver DM556 Leadshine per motore passo-passo

- Alimentazione 36V (per motori passo-passo)

- Scheda di breakout
- Alimentazione 5V (per Breakout Board)

Migliore: Ethernet Smoothstepper (non utilizza una porta LPT vecchio stile).

- Interruttore ON / OFF
- Cavo schermato 18/4 Awg
- Sensore di prossimità 3x (finecorsa)

È inoltre possibile acquistare un kit elettronico completo, che include motori e driver stepper. Questi funzionano perfettamente, ma a volte possono essere di qualità inferiore rispetto ai veri driver Leadshine.

- Mandrino : Kress FME 800 o Bosch Colt o Dewalt Compact Router

Se vuoi anche tagliare alluminio e altri metalli non ferrosi, un mandrino raffreddato ad acqua o raffreddato ad aria sarebbe molto meglio. È possibile acquistare un kit che include tutto il necessario. Ho acquistato questo come aggiornamento dopo aver terminato il mio CNC

Opzionale:

- Contenitore per elettronica
- Catena energetica
- Connettori

Meccanico

- Guide lineari: X: SBR 20 Y / Z: SBR 16

- Viti a sfere: X / Y: passo 16mm 5mm

Puoi risparmiare un sacco di soldi acquistando un kit che include guide lineari e viti a ricircolo di sfere.

- Vite di azionamento dell'asse Z : M10 con dado in delrin fatto in casa, ma una vite a sfere sarebbe migliore
- Profili in alluminio : 30 / 60mm Misumi 100mm
- Lastre di alluminio : spessore 15 mm
- Software CAD / CAM: CamBam / Fusion 360
- Software controller: Mach3

La macchina è quasi interamente costruita con lamiera di alluminio di spessore 15 mm ed estrusioni di alluminio 30x60 mm. Ho costruito questo router CNC usando una quantità molto limitata di strumenti. Gli strumenti principali che ho usato erano una trapano e un tornio. Poiché non avevo gli strumenti giusti per tagliare le lastre di alluminio su misura, ho progettato la macchina su dimensioni standard e ho ordinato le lastre online, già tagliate a misura. Anche le estrusioni di alluminio che ho usato sono state tagliate a misura e le ho ordinate da misumi Europa.

Quando si progetta un router CNC, è utile porsi alcune domande. Qui troverai il processo di progettazione che ho seguito per il mio router CNC.

Che tipo di router CNC vuoi costruire?
Esistono fondamentalmente due tipi di router CNC: il design a tavola mobile e il design a portale mobile. I disegni a tavola mobile sono spesso utilizzati per router CNC di dimensioni più ridotte. Sono più facili da costruire e possono essere costruiti più rigidi di una macchina a portale mobile. Il rovescio della medaglia nel lasciare che il tavolo si sposti invece del cavalletto, è che l'impronta complessiva della macchina in retrospettiva rispetto al suo involucro di taglio, è circa due volte più grande di quella con un disegno a cavalletto mobile. Pertanto, probabilmente è meglio realizzare una macchina mobile a portale, se la busta di taglio è più grande di circa 30x30 cm. Poiché volevo costruire una macchina con una busta da taglio di circa 65x65 cm, ho usato il design mobile a portale.

Cosa vuoi tagliare con il router CNC?
Questo determina praticamente ogni risposta alle seguenti domande. Volevo usare la macchina principalmente per compensato, legno duro e plastica, ma anche per l'alluminio. Se vuoi tagliare materiali più duri dell'alluminio, ti consiglio di costruire un mulino a controllo numerico, anziché un router.

Quale materiale utilizzerai per costruire la macchina?
Ciò è determinato dalla domanda sopra. Una buona linea guida è che il materiale che usi per costruire la macchina è più forte o forte del materiale che vuoi tagliare. Quindi, se vuoi tagliare l'alluminio, dovresti usare alluminio o persino acciaio per costruire la macchina. Ho visto router CNC in legno che possono tagliare l'alluminio (ne troverai alcuni su YouTube), ma questo è andato molto lentamente e le macchine devono essere costruite molto bene. Poiché volevo tagliare l'alluminio con questo router CNC, l'ho costruito in alluminio. Avrei potuto usare l'acciaio, ma questo è più difficile da lavorare e non avevo gli strumenti adeguati per quello.

Di quale lunghezza di viaggio hai bisogno per ciascun asse?
La mia prima intenzione era quella di costruire un router CNC in grado di gestire merci in fogli di dimensioni standard, come compensato e mdf. Nei Paesi Bassi sono 62 x 121 cm. Quindi, per l'asse Y, volevo una distanza di viaggio di almeno 620 mm. La macchina è sistemata in un piccolo capannone nel mio cortile, con uno spazio molto limitato. Non riuscivo a rendere la macchina troppo grande, perché poi si sarebbe davvero messa in mezzo e avrebbe occupato tutto lo spazio. Quindi l'asse X ha solo 730 mm di corsa. Questo è inferiore all'intera lunghezza di un foglio di compensato (1210 mm), ma ho pensato che se avessi voluto lavorare qualcosa di veramente grande avrei potuto tagliare la prima parte, piuttosto che far scorrere il foglio in avanti e tagliare l'ultima parte. Usando questa tecnica è possibile tagliare pezzi molto più grandi della normale distanza di corsa X. Per l'asse Z ho pensato che 150 mm sarebbero stati sufficienti per utilizzare un quarto asse in futuro.

Che tipo di movimento lineare utilizzerai per la macchina?
Ci sono molte opzioni tra cui scegliere per il movimento lineare: guide a cassetto, cuscinetti a sfera su guida a V, cuscinetti a gola a V, guida lineare rotonda non supportata, guida lineare rotonda completamente supportata e guida lineare a profilo. Il sistema di movimento lineare che usi determinerà in larga misura la qualità di taglio che puoi ottenere. Consiglierei di scegliere il miglior sistema che ti puoi permettere. Dopo aver fatto qualche ricerca, ho scoperto che le guide lineari pienamente supportate sarebbero l'opzione migliore, che ancora potrei permettermi. Se cerchi su eBay o Amazon SBR12, SBR16 o SBR20 troverai diversi venditori e set tra cui scegliere. Se stai costruendo un router CNC a 3 assi, dovresti acquistare un kit composto da tre serie di guide lineari e due cuscinetti lineari per guida.

Che tipo di sistema di azionamento lineare utilizzerai per ciascun asse?
Le opzioni di base per guidare ciascun asse sono: cinghie dentate, cremagliera e pignone e viti di trasmissione. Per i router CNC fatti in casa, le viti di trasmissione sono più comunemente utilizzate. I sistemi di azionamento a vite funzionano posizionando il dado stazionario sulla parte mobile della macchina e mantenendo la vite in posizione su entrambe le estremità. La vite viene fissata al motore. Se i motori iniziano a girare, il dado con la parte mobile della macchina attaccata ad esso, si sposterà lungo la vite e metterà in moto la macchina.
Per gli assi X e Y, ho usato viti a ricircolo di sfere. Le viti a ricircolo di sfere offrono un movimento molto fluido, praticamente senza gioco. Il gioco è la quantità di gioco tra la vite e il dado ed è qualcosa che non si desidera in un router CNC. Se vuoi saperne di più sul gioco, ti consiglio di dare un'occhiata al sito web cncroutersource.com.
Le viti a ricircolo di sfere sono più costose delle viti ACME (che sono una buona alternativa), ma miglioreranno ancora una volta la velocità di taglio e la qualità di taglio che è possibile ottenere.
Per l'asse Z ho usato un'asta filettata M10 in acciaio inossidabile di alta qualità, con un dado in delrin fatto in casa.

Che tipo di motore di azionamento e controller utilizzerai?
Per quanto riguarda i motori, ci sono due opzioni di base: servomotori e motori passo-passo.
I servomotori vengono utilizzati principalmente per router CNC di fascia alta e sono molto costosi. Usano encoder per fornire feedback di posizione e richiedono controller più costosi. I motori passo-passo sono ampiamente utilizzati sui router CNC fatti in casa e ci sono molti tipi e dimensioni diversi. Le dimensioni del motore passo-passo di cui hai bisogno dipendono da cosa vuoi tagliare, quanto velocemente vuoi tagliarlo, che tipo di azionamento lineare e componenti di movimento usi, quanto è grande la macchina ecc. Ho usato motori passo-passo 3Nm per la mia macchina, che è probabilmente eccessivo.
Il controller deve adattarsi al motore che stai utilizzando. È possibile utilizzare singoli driver per ciascun motore, come ho fatto io, oppure è possibile acquistare una scheda driver a 3 o 4 assi. Puoi leggere di più sull'elettronica che ho usato nel passaggio 14.

Che tipo di mandrino userai?
La maggior parte dei router CNC fatti in casa utilizza un router standard per la lavorazione del legno o un router di taglio come mandrino di taglio per la propria macchina. Il mio non fa eccezione. Ho usato un router Kress, di qualità leggermente superiore rispetto ai router standard in legno, e ha una bella flangia di serraggio da 43 mm. Se vuoi tagliare molti materiali diversi, una sorta di controllo della velocità può essere davvero utile. Il router Kress ha un controllo della velocità integrato, ma lo troverai sulla maggior parte dei router. Se stai per eseguire un taglio molto pesante, potresti voler esaminare mandrini raffreddati ad aria o ad acqua. Puoi trovarli anche su Amazon / Ebay, ma ti costeranno molto più di un router standard. Usano un VFD per il controllo della velocità e possono essere molto più silenziosi dei router standard.

Quali saranno i costi totali per la macchina e voglio spendere così tanti soldi?
Ho stimato che i costi totali per questo router CNC fossero di circa 1500 euro. Un router CNC è costoso ma puoi risparmiare un sacco di soldi costruendolo da solo.

Dopo aver trovato le risposte a tutte le domande precedenti, ho ideato il progetto finale per il mio router CNC. Come puoi vedere, il mio design non è estremamente dettagliato. Ad esempio, non vedrai la posizione esatta dei fori su tutte le parti. È difficile determinare quanti bulloni dovresti usare per mettere insieme due pezzi, se non li hai mai tenuti in mano prima.
Per me, questo design è stato sufficiente a darmi una buona visione di come tutto sarebbe andato a buon fine e quali parti avrei dovuto ordinare.

Dopo che il progetto è stato completato e respinto / riprogettato un paio di volte, ho potuto iniziare a ordinare tutte le parti necessarie. Le estrusioni di alluminio 30x60mm e tutte le piastre di alluminio per il cavalletto e l'asse Z che ho usato per l'asse X sono state pre-tagliate a misura. Ho anche ordinato dei piedini di livellamento anti-vibrazione per servizio pesante.

allegati

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Passaggio 2: l'asse X.

L'asse X è costituito da un telaio di base, composto da 4 pezzi di estrusi in alluminio 30/60 e due piastre terminali di spessore 15 mm. Ci sono due fori da 6, 8 mm alla fine delle estrusioni. Ho usato un rubinetto di metallo per creare una filettatura M8 all'interno dei fori. Dopodiché ho accuratamente preparato le posizioni per i fori sulle piastre terminali. In realtà ho stretto insieme entrambe le piastre durante la perforazione, per assicurarmi che i fori fossero allineati su entrambe le estremità. Ho anche praticato quattro fori nel mezzo di ogni piastra per montare i blocchi dei cuscinetti. Ho praticato altri quattro fori in una delle piastre laterali per fissare il supporto del motore.

Ho realizzato 4 blocchi per sostenere i piedini di livellamento. I blocchi sono pezzi di alluminio (50x50x20). Ho usato quattro bulloni m5 e dadi a T per montarli sulle estrusioni esterne.

Le guide lineari si adattano direttamente alle estrusioni in alluminio. Per l'asse X, ho usato binari con diametro di 20 mm. I fori preforati nella base delle guide lineari si allineano esattamente con le fessure nelle estrusioni di alluminio. Potrei facilmente montarli usando bulloni e dadi a T m5.

Passaggio 3: piastre laterali a cavalletto

Le piastre laterali del cavalletto sono quasi identiche. L'unica differenza è che uno di essi ha quattro fori aggiuntivi per il fissaggio del motormount. L'intero cavalletto è realizzato con piastre di alluminio spesse 15 mm. Praticare i fori nelle piastre laterali era abbastanza semplice. Anche se ho dovuto lavorare in modo molto preciso. Per ottenere i fori esattamente nel punto giusto, ho segnato con attenzione le loro posizioni, quindi ho usato un pugno centrale, per creare un piccolo frammento. Quindi sono passato alla pressa per trapano e ho usato un trapano centrale per creare un foro che guida la punta del trapano. Per i fori più grandi ho usato una punta da trapano di dimensioni inferiori prima di utilizzare la punta da trapano di dimensioni finali.

A causa del modo in cui avevo progettato il cavalletto, ho dovuto praticare dei fori nelle facce terminali delle piastre laterali. Inizialmente avevo programmato di farlo sulla trapano, ma le parti non si adattavano al di sotto. Quindi ho dovuto trovare una soluzione diversa: usare il tornio. Ho creato un supporto speciale sul carrello mobile del tornio. Ho praticato due fori extra in ogni piastra, per tenerli in posizione sul carrello. Ora potrei facilmente praticare fori perfetti nelle estremità delle piastre laterali. L'unica cosa che rimaneva da fare era toccare i fori per un filo M8.

Passaggio 4: assemblaggio del cavalletto

Il resto del cavalletto è fatto allo stesso modo delle piastre laterali. La parte più difficile è stata allineare correttamente le guide lineari. Le guide lineari dovevano allinearsi con il bordo della piastra. Quando ho segnato la posizione esatta dei fori, ho fissato due pezzi di profili in alluminio ai lati della piastra per allineare le guide. Dopo aver segnato le posizioni dei fori, ho perforato e toccato con una filettatura M5. Quando si collegano le rotaie al cavalletto, è necessario assicurarsi che la distanza tra le rotaie per l'intera lunghezza sia completamente uniforme (le rotaie devono essere parallele).

Ho usato lo stesso metodo per praticare i fori nelle facce terminali come ho fatto con le piastre laterali.

Ho creato alcune parentesi angolari per aggiungere ulteriore rigidità all'assieme. Nell'assemblaggio finale della macchina, li ho effettivamente lasciati fuori, perché non mi sentivo come se fossero necessari.

La piastra sul fondo del cavalletto è molto semplice. Ho praticato 6 fori per fissarlo alle piastre laterali. Nel mezzo ho dovuto praticare due fori per montare il supporto per dado.

Passaggio 5: trasporto asse Y.

Il carrello dell'asse Y è costituito da una piastra con 8 cuscinetti lineari collegati ad essa. La realizzazione dei fori era piuttosto semplice, ma doveva essere molto precisa. Entrambi i cuscinetti lineari per l'asse Y e l'asse Z sono fissati a questa piastra. Poiché i cuscinetti sono così vicini tra loro, anche il minimo disallineamento provoca un inceppamento. Ho realizzato fori di soli 0, 2 mm sovradimensionati, ma ho dovuto perforarli fino a 0, 5 mm per allineare correttamente i cuscinetti. Ho dovuto fare un po 'di modifiche per far scivolare facilmente la carrozza da un lato all'altro. Sia le guide che i cuscinetti dovevano essere regolati. Ho usato calibri digitali di alta qualità per allinearli il meglio possibile. Dopo aver eseguito il montaggio del dado di comando per l'asse Y, ho praticato due fori supplementari nella piastra per fissarlo. Ho anche cercato di allineare il più possibile i cuscinetti per l'asse Z, ma ho dovuto comunque regolarli quando ho finito il resto dell'asse Z.

Passaggio 6: asse Z.

Le rotaie lineari dell'asse Z si attaccano alla parte mobile dell'assieme dell'asse Z. Le guide dovevano essere spostate di alcuni millimetri dal bordo della piastra. Ho usato lo stesso metodo usato per l'asse Y, per allinearli. Ho trovato due pezzi di plastica, del giusto spessore, che potrei usare come distanziatori. Sapevo che i bordi della piastra di alluminio erano paralleli, quindi ho fissato due pezzi di alluminio al bordo della piastra e ho aggiunto i pezzi di plastica per distanziare le guide dal bordo. Dopo aver segnato le posizioni dei fori, ho semplicemente perforato e toccato di nuovo. Assicurati di segnare dove vanno i pezzi, in modo che i fori si allineino quando rimetti tutto insieme.

Per montare la piastra superiore sul gruppo dell'asse Z, ho praticato e battuto tre fori all'estremità della piastra di montaggio del router. L'ho fatto con la stessa configurazione sul tornio come per le piastre dell'asse Y. Inizialmente avevo programmato di collegare il motore passo-passo dell'asse Z direttamente alla piastra superiore. Quindi ho provato a fresare alcune scanalature nella piastra superiore per fissare il motore passo-passo. Questo non ha funzionato così bene, perché non avevo una corretta configurazione di fresatura. Quindi ho tagliato la parte con le fessure e ho fabbricato un supporto motore diverso in plastica (vedi passaggio 12).

Ho anche realizzato due blocchi portanti con lo stesso materiale plastico, anch'esso fissato sulla piastra superiore. La vite di trasmissione è un pezzo di barra filettata in acciaio inossidabile (M10). La vite di trasmissione è fissata tra i due cuscinetti con due dadi. Ho perforato e picchiettato la puleggia dentata per una filettatura M10 e l'ho appena avvitata sulla parte superiore della vite di trasmissione. È tenuto in posizione da tre viti di fermo. Il dado di comando delrin viene fissato al carrello dell'asse Y (vedere la fase 10).

Il supporto del router è stato prefabbricato e l'ho ordinato da damencnc.com. Ha un anello di serraggio da 43 mm, che si adatta al router Kress che sto usando.

Se si desidera utilizzare un mandrino raffreddato ad acqua come aggiornamento, nel kit è spesso incluso un supporto. È inoltre possibile acquistare questi supporti, se si desidera utilizzare un router dewalt o bosch con un corpo cilindrico.

Passaggio 7: cinghie dentate e pulegge

Non volevo che i motori sporgessero dalla macchina. Perché ciò aumenterebbe le dimensioni complessive della macchina di circa 15 cm in ciascun asse. Normalmente si montano i motori all'esterno della macchina utilizzando uno speciale supporto motore o supporti. In questo modo è possibile accoppiare i motori direttamente alle viti a ricircolo di sfere con un giunto flessibile di qualche tipo. È così che l'ho fatto sulla prima macchina prototipo in legno che ho costruito. Per la maggior parte delle persone questo probabilmente funzionerà bene. Ma quello che ho scoperto è che, poiché la macchina era collocata in un negozio molto piccolo, i motori si sarebbero davvero messi in mezzo. Poiché sporgevano di quasi 20 cm (distacchi del motore), abbastanza spesso mi imbattevo contro di loro.

Ecco perché ho inserito i motori all'interno della nuova macchina. In questo modo non ho potuto accoppiare direttamente i motori alle viti a ricircolo di sfere, ma ho dovuto utilizzare una cinghia dentata e pulegge.

Ho ordinato le cinghie dentate e le pulegge da beltingonline.co.uk. Hanno una grande varietà di tipi e dimensioni. Ho usato cinghie e pulegge HTD5 larghe 9 mm. Quando si utilizza una trasmissione a cinghia per collegare il motore alla vite di trasmissione, è possibile utilizzare una riduzione del cambio. Utilizzando una marcia più piccola sul motore è possibile utilizzare motori più piccoli e ottenere comunque la stessa coppia (sebbene si perderà ovviamente la velocità). Poiché i miei motori erano piuttosto grandi, non avevo bisogno di alcuna riduzione del cambio per ottenere più potenza.

Per risparmiare, ho ordinato le pulegge dentate senza i fori per le viti di fissaggio e con solo un foro pilota al centro. Ho usato il tornio per perforare il foro della dimensione corretta. Per praticare i fori per le viti di fissaggio, ho ricavato una piccola maschera da una barra esagonale in acciaio usando il tornio e il trapano.

Passaggio 8: Supporti motore

I supporti del motore sono realizzati con pezzi di tubo di alluminio. I miei sono stati pre-tagliati a misura quando li ho ordinati, ma puoi anche usare un pezzo di tubo d'acciaio e tagliarlo a pezzi quadrati. I supporti del motore per l'asse X e Y, dovevano poter scivolare dentro e fuori, per tendere le cinghie dentate. Se si utilizza un accoppiatore normale per collegare i motori passo-passo, si consiglia di effettuare o acquistare alcuni supporti. Ho usato il tornio per creare le fessure e praticare un grande foro in una faccia del supporto, ma è possibile farlo anche su una normale pressa per trapano.

Ho iniziato facendo un grande buco su un lato del monte con un'altalena. Ciò consente al motore di stare a filo con la superficie e assicura anche che l'albero sia centrato. Il motore è fissato al supporto con quattro viti M5. Ho creato quattro fessure, sull'altro lato del supporto, per consentirgli di scivolare dentro e fuori. Ho bloccato il pezzo su uno speciale accessorio per tornio per fresare le quattro scanalature.

Passaggio 9: blocchi di cuscinetti

I blocchi di cuscinetti per l'asse X e l'asse Y sono realizzati in calcio tondo di alluminio da 50 mm. Ho tagliato quattro lastre uguali, ognuna spessa 15 mm. Ho quindi affrontato ogni lato degli spazi vuoti sul tornio. Dopo aver segnato e praticato i quattro fori di montaggio, ho usato di nuovo il tornio per praticare un grande foro al centro del bianco. Ho quindi creato la cavità per il supporto del cuscinetto. I cuscinetti devono essere premuti e i blocchi vengono avvitati sull'estremità e sulle piastre laterali. Ho perforato e battuto un foro all'estremità delle viti a ricircolo di sfere per tenerle in posizione. Inserendo un bullone, ho potuto serrarli contro i cuscinetti a contatto angolare. L'estremità della vite a sfere è stata abbassata sul tornio a 11 mm. Questa è la parte alla quale viene fissata la puleggia di distribuzione. L'estremità della vite a ricircolo di sfere è stata ruotata un po 'più in basso di 10 mm, in modo da poter essere premuta sul cuscinetto. Sull'estremità flottante delle viti a sfere, ho appena usato cuscinetti a sfera standard.

Passaggio 10: montaggio del dado dell'asse Z.

Non ho usato una vite a ricircolo di sfere per l'asse Z. Invece ho usato un'asta filettata M10 standard, ma di alta qualità. Ho ricavato un dado da un pezzo di delrin. Delrin è un ottimo materiale per questo scopo, perché è autolubrificante e non si consumerà nel tempo. Se usi un colpetto di buona qualità per realizzare i filetti nel dado, il gioco sarà minimo (non ne ho notato nessuno). All'interno del gruppo dell'asse Z, c'era poco spazio per montare il dado. E poiché il mio dado fatto in casa era rotondo, avevo bisogno di fare un supporto speciale. Il supporto è composto da due pezzi di acrilico da 12 mm. Sono stato in grado di utilizzare il router CNC fatto in casa del mio insegnante di scuola, per realizzare queste parti. Il dado tondo si adatta perfettamente ai pezzi di acrilico ed è tenuto in posizione da un piccolo bullone. Il bullone impedisce al dado di ruotare all'interno del supporto. Ho praticato e battuto due fori nei piedini dei supporti, per poterlo montare sul carrello dell'asse Y.

Passaggio 11: montaggio del dado dell'asse X e Y.

Per l'asse X e Y, ho realizzato un diverso dado di trasmissione montato su un pezzo di alluminio. I dadi a ricircolo di sfere hanno due piccole flange su un lato, con tre fori in esse. Ho usato uno dei fori su ciascun lato per fissare il dado al supporto. Il supporto è realizzato in un pezzo di alluminio ed è lavorato al tornio. Poiché non avevo un mulino, ho usato il tornio con mandrino a quattro ganasce. Questi pezzi devono essere lavorati in modo molto preciso. Dopo aver attaccato i dadi al cavalletto e al carrello dell'asse Y, dovresti essere in grado di spostare facilmente queste parti da un lato all'altro, ruotando le viti a sfere a mano. Se le dimensioni dei supporti non sono corrette, il dado si bloccherà e non sarà più possibile ruotare manualmente la vite a sfere.

Passaggio 12: montaggio del motore sull'asse Z.

Il supporto del motore dell'asse Z è diverso dagli altri. È realizzato in acrilico da 12 mm ed è stato anche tagliato con il router CNC fatto in casa dal mio insegnante. Inizialmente avevo programmato di realizzare il supporto da una piastra di alluminio, ma la lavorazione era troppo difficile. La tensione della cinghia può essere regolata allentando i due bulloni nella parte superiore e facendo scorrere l'intero gruppo di montaggio del motore. L'acrilico da 12 mm funziona bene per ora, ma potrei sostituirlo con un pezzo di alluminio in futuro. Ho scoperto che quando tendevo la cintura, la lastra acrilica si piegava un po '.

Step 13: The Cutting Bed

L'ultima parte che dovevo realizzare per la macchina era il letto di taglio. Il letto di taglio è una parte molto importante della macchina e spesso viene trascurato. Esistono molti tipi diversi di letti di taglio. Esempi sono: piano del tavolo con scanalatura a T, piano del tavolo perforato, tavolo del vuoto o si potrebbe semplicemente usare un piano del tavolo usa e getta e avvitare il calcio direttamente sul tavolo. Un piano d'appoggio a T in alluminio sarebbe probabilmente il migliore, ma ti costerà qualche centinaio di dollari, a seconda delle dimensioni della tua macchina. Ho scelto di utilizzare il piano da tavolo perforato, perché rientrava nel mio budget e avrei ancora molte opzioni di bloccaggio.

Il letto di taglio per la mia macchina è realizzato con un pezzo di compensato di betulla spesso 18 mm. L'ho fissato con bulloni M5 e dadi con intaglio a T alle estrusioni di alluminio. Ho comprato circa 150 dadi esagonali M8 per circa 4 dollari. Usando un programma CAD, ho disegnato forme esagonali in una griglia con un foro nel mezzo. Quindi ho usato la macchina per tagliare tutte le tasche per i dadi. Invece di dadi normali potresti anche usare dadi a T, ma poi dovresti capovolgere il piano del tavolo per inserirli. Un altro problema che puoi avere è che cadono.

In cima al pezzo di compensato di betulla, ho installato un pezzo di MDF spesso 25 mm. Questa è la superficie usa e getta. Ho usato una punta del router più grande, per tagliare i fori attraverso entrambi i pezzi. I fori si allineano esattamente con il centro delle forme esagonali tagliate in precedenza. Quindi ho svitato il pezzo di mdf e ho installato tutti i dadi nel pezzo di compensato. Ho reso i fori leggermente sottodimensionati, quindi ho dovuto usare un martello per martellarli. Quindi ho reinstallato la superficie in MDF e ho verificato che l'allineamento fosse ancora corretto.

Ho anche appiattito il piano del tavolo per assicurarmi che la superficie fosse parallela all'asse xe y e perfettamente piatta.

Step 14: L'elettronica

L'elettronica per la mia macchina è composta dai seguenti componenti:

Alimentazione principale - 48VDC 6, 6Amp
3 driver - Leadshine M542 V2.0
3 steppermotors - 3Nm ibrido Nema 23
Breakoutboard
Relè - 25 A, uscita 230 V CA, ingresso 4-32 V CC
Interruttore principale
Alimentatore per breakoutboard - 5VDC
Alimentatore per ventole di raffreddamento - 12VDC
2 ventole di raffreddamento (80mm)
2 prese di corrente - per router Kress e negozio vuoto
E-stop - deve ancora essere installato
Finecorsa - devono ancora essere installati

Questo sarebbe un buon kit di elettronica:

Kit motore passo-passo Nema 23 a 3 assi

Se non vuoi spendere molti soldi per l'elettronica, puoi acquistare un kit da Amazon. Ci sono molti venditori diversi con prezzi compresi tra 200 e 400 dollari. Prima di ordinare un kit dovresti pensare a quali stepper di taglia hai bisogno. Se stai costruendo una piccola macchina per tagliare legno e plastica, solo motori da 270 once o 1, 9 Nm ti daranno molta potenza. Scelgo motori a 3 Nm, perché la macchina stessa è piuttosto grande e pesante e ho pianificato di lavorare in futuro su materiali più duri come l'alluminio.

Se i tuoi motori non sono troppo grandi, puoi utilizzare una scheda driver a 3 assi, sebbene sia meglio utilizzare singoli driver. I singoli driver possono gestire più amplificatori e funzionalità di microstepping. Sono più affidabili e ti daranno risultati migliori. I driver che uso in realtà sono venuti con il kit che ho ordinato. Possono gestire un massimo di 4, 2 A e fino a 125 microstep.

L'alimentazione principale è collegata ai driver con filo calibro 14, utilizzato principalmente negli aerei RC. Questi fili sono molto flessibili, ma di alta qualità e possono gestire molti amplificatori. L'alimentazione a 5 V CC è collegata all'ingresso di alimentazione principale. Per le ventole di raffreddamento, ho installato una presa di corrente all'interno dell'involucro, in modo da poter utilizzare un adattatore a parete standard da 12V per alimentarle. L'alimentazione principale viene accesa e spenta da un grande interruttore di alimentazione.

Il relè da 25A è controllato dal computer attraverso il breakoutboard. I terminali di ingresso del relè sono collegati ai terminali di uscita del breakoutboard. Il relè è collegato a due prese di corrente che alimentano il router Kress e l'aspirapolvere per aspirare i trucioli. Quando il Gcode termina con il comando M05, la macchina commuta automaticamente sia il punto vendita che il router. Per accenderli è possibile premere F5 o utilizzare il comando Gcode M03.

Passaggio 15: recinzione elettronica

Dato che ho montato temporaneamente l'elettronica su un pezzo di legno, per testare la macchina, ho dovuto comunque realizzare un buon involucro. Ho disegnato le dimensioni e i punti grezzi per tutti i componenti su un pezzo di carta. Ho provato a disporli in modo tale da poter facilmente raggiungere tutti i terminali per installare i cavi. Mi sono anche assicurato di ottenere un flusso d'aria sufficiente attraverso la custodia. Questo è molto importante poiché i controller stepper possono diventare piuttosto caldi.

Tutti i cavi possono essere collegati sul retro della custodia. Ho usato spine speciali a 4 fili, perché volevo essere in grado di scollegare l'elettronica dalla macchina, senza dover svitare nessuno dei terminali del filo. Ho anche installato due prese di corrente per fornire alimentazione al mandrino e uno shopvac. Le prese di corrente sono collegate al relè per accendere e spegnere automaticamente il router in Mach3. Ho montato un grande interruttore di accensione sulla parte anteriore della custodia.

Una volta che tutti i componenti sono stati sistemati come volevo, ho progettato tutti i pezzi per realizzare la custodia con un programma CAD. Ho quindi usato la macchina CNC stessa per ritagliare tutti i lati e la base. Ho fatto un coperchio con un pezzo di plexiglas nel mezzo. Ho quindi installato tutti i componenti e ho cercato di mantenere il cablaggio il più pulito possibile.

Step 16: Software CNC

Per controllare un router CNC, sono necessari 3 diversi tipi di software. Un programma CAD, per creare un disegno. Un programma CAM per creare percorsi utensile e generare il codice G. E un programma controller che traduce il codice G e controlla il router. Sto usando CamBam per creare la maggior parte dei miei disegni e creare percorsi utensile. CamBam è un programma semplice ed è molto facile da lavorare. Ha alcune funzionalità CAD di base, quindi per la maggior parte dei progetti non è necessario un programma CAD diverso. Prima che CamBam possa creare i percorsi utensile, è necessario impostare un paio di parametri. Esempi sono: il diametro dell'utensile che si sta utilizzando, la profondità di taglio, la profondità per passaggio, la velocità di taglio ecc. Dopo aver creato i percorsi utensile, è possibile emettere il codice G. Il codice G è il linguaggio di lavorazione, che dice alla macchina cosa fare.
Per il software del controller sto usando Mach3. Mach3 invia i segnali attraverso la porta parallela del computer alla scheda di breakout. Si utilizza Mach3 per azzerare l'utensile da taglio e avviare il programma di taglio. Puoi anche usarlo per controllare la velocità del mandrino e la velocità di taglio. Mach3 ha alcune procedure guidate di base integrate, che puoi usare per produrre semplici file G-code. Un esempio è la procedura guidata di scrittura, che è possibile utilizzare per scrivere rapidamente del testo e inviarlo al codice G. (Vedere il passaggio 17 per un esempio).

Passaggio 17: utilizzo della macchina

Dopo diversi mesi di lavoro, la macchina è finalmente finita. Dopo il test iniziale, la prima cosa che ho fatto sono stati alcuni morsetti di fissaggio. Il primo "grande" progetto è stato l'armadio elettronico, che hai visto al passaggio 15. Ho anche tagliato alcuni tipi diversi di ingranaggi e alcuni segni. Per alcune scatole di chitarra ho fatto vedere il mio negozio Etsy.
Una cosa che ho capito rapidamente è che un router CNC fa molta polvere e può essere piuttosto rumoroso. Per risolvere il problema della polvere, ho realizzato una scarpa per la polvere, alla quale è possibile collegare un aspiratore. Ridurre il livello di rumore era più difficile. I miei genitori sono stati così gentili da pagare i costi del materiale per costruire un recinto completo per la macchina. Così ho realizzato un grande armadio in cui si trova la macchina CNC. Ho usato piastre fonoassorbenti per coprire l'interno delle pareti. L'elettronica e il negozio possono essere collocati in due diversi scomparti sotto la macchina. L'armadio riduce davvero il livello di rumore e rende l'utilizzo della macchina ancora più divertente.

Passo 18: conclusione

Quindi questo è tutto. Ora sai come ho costruito il mio router CNC e perché l'ho fatto come ho fatto io.
Anche se probabilmente non costruirai una copia esatta della mia macchina, spero che tu possa trarre ispirazione dal mio design e dalla mia costruzione. Ho imparato molto costruendo questo router CNC e non vedo l'ora di usarlo per progetti futuri.

Vorrei ringraziare il mio insegnante di scuola, Nop Velthuizen, che mi ha dato l'opportunità di costruire questa macchina. Mi ha permesso di venire nella sua officina e usare tutti gli strumenti di cui avevo bisogno per costruire questo router CNC. Mi ha dato molte informazioni e ispirazione e mi ha aiutato dove necessario, per completare con successo questo progetto.

Se hai domande, ti preghiamo di lasciare un commento e cercherò di rispondere alle tue domande il prima possibile.

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