Router CNC fai-da-te a basso costo

AGGIORNAMENTO: Ho ricevuto molte richieste per pubblicare piani per questa build. Sono stato titubante perché in realtà non ho piani pronti e molte parti metalliche sono state lavorate, il che sarebbe difficile da replicare per qualcuno senza accesso a un tornio di metallo. Quello che ho deciso di fare è sviluppare una versione MK2 del mio router per la quale pubblicherò i piani. Prenderò ciò che ho imparato con questa macchina e incorporerò il più possibile l'hardware dello scaffale. Cerca il nuovo design e costruisci Instructable nei prossimi mesi.

Steve T.

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Questo è un router CNC per hobby che ho creato per me stesso e che pensavo di condividere con la community di Instructables. Questo non è un registro di build dettagliato del router, ma piuttosto un'esplorazione delle mie scelte di progettazione che sono entrate in questo strumento piuttosto unico. Non ci sono piani per questo router. Oltre a un paio di schizzi iniziali per determinare le dimensioni generali, le lunghezze e la spaziatura, questo router è praticamente cresciuto organicamente mentre lo stavo costruendo. Speriamo che altri appassionati di CNC possano vedere un'idea o due che potrebbero aiutarli con i loro progetti.

Parametri di progettazione

  • Usa quanta più roba ho avuto in giro per il negozio possibile.
  • In grado di utilizzare il router come banco quando non si esegue il routing.
  • Un'area di taglio di 30 "x60" x2 ".
  • Renderlo il più rigido possibile (per un design in compensato).

Per quanto riguarda il design che mi è venuto in mente. Questo è un classico router di taglio per legno a 3 assi XYZ. Per classico intendo che ha un cavalletto che si muove lungo la lunghezza della base della macchina (asse Y). C'è un carrello su cui è montato il router che scorre avanti e indietro sul portale (asse X). E infine, c'è un meccanismo che solleva e abbassa l'intero cavalletto che sposta il router su e giù (asse Z). Sì, ho detto che l'intero portale si muove su e giù. Ci entreremo più tardi. Per quanto riguarda il movimento, sto usando motori passo-passo e catena a rulli. Per le guide lineari, sto usando cuscinetti a V in acciaio che scorrono su un ferro ad angolo in acciaio. Il materiale da costruzione principale è il compensato.

Andiamo allo spettacolo fotografico.

Passaggio 1: la base

Ogni strumento ha bisogno di una buona base. Invece di costruire da zero ho riutilizzato un armadio Ikea che avevo a disposizione. L'armadio è stato completamente smontato e quindi rimontato usando l'adesivo ad ogni giunzione. Ho rinforzato l'armadio fondendo una sottostruttura 2x6 sul fondo. Ruote e livellatori sono stati aggiunti per la mobilità. Infine, ho usato una porta con nucleo solido commerciale per un piano di lavoro. Non mostrato, ma la porta era luccicata, quindi sarebbe stata piatta e vera come avrei potuto. La porta sarà la base effettiva per il router.

Perché una porta con anima solida per la base della macchina? Per uno, l'ho avuto disponibile. Uso queste porte come piani di lavoro nel mio negozio. In secondo luogo, le porte ad anima solida commerciale sono costruite per essere il più piatte e vere possibile. E in terzo luogo, sono pesanti come l'inferno e ho pensato che tutta quella massa sarebbe stata vantaggiosa per assorbire le vibrazioni dal router.

Passaggio 2: guide lineari

I binari lineari per CNC sembrano essere una decina al giorno d'oggi su eBay e Alibaba, ma in 6 'lunghezze? Non così economico. Ciò che è economico è un ferro angolare da 1 "nel mio centro di residenza. Qualcos'altro che è economico (almeno più economico di un tempo) sono i cuscinetti a V in acciaio ID da 3/8". Combina i due e otteniamo il sistema di binari lineari che sto usando in questa build. Nella foto qui sono i miei primi test con ferro ad angolo e cuscinetti a V. Sembrava funzionare bene, quindi ho tagliato i letti a binario in legno compensato a 45 gradi sulla sega da tavolo e ho montato gli angoli sul lato inferiore della base del router. Non ben raffigurato, ma il tensionamento dei cuscinetti a V sull'angolo è realizzato da un bullone e da una ghiera. Quelle fessure tra i cuscinetti a V consentono un movimento sufficiente per il tensionamento.

Qualcosa che potresti aver notato sono le strisce di compensato attaccate al bordo del tavolo porta / router. Non c'è nulla di significativo in questi. Dopo aver tagliato la porta a misura, ho deciso che volevo aumentare la corsa X a 30 ", il che ha richiesto un ampliamento del tavolo.

Perché montare le guide a Y sotto il tavolo? Ciò ha lasciato la parte superiore libera in modo che l'intera superficie potesse essere utilizzata per il taglio. Mi consente anche di utilizzare il router come banco di lavoro / assemblaggio quando non instrado.

Notare quanto distanti tra loro le coppie di cuscinetti a V dell'asse Y sul fondo della piastra laterale del cavalletto? L'ho fatto per montare le piastre del cavalletto nel modo più rigido possibile. Ciò ha allungato i piatti, il che ha richiesto una maggiore lunghezza del tavolo per farmi viaggiare i 60 "di Y che volevo.

Mi dispiace dirlo, ma questo è tutto per le foto storiche di questa build. Le immagini che seguono sono state tutte scattate dopo che il router era praticamente completo e operativo.

Passaggio 3: dettagli su cavalletto e trasporto

Il cavalletto è costruito da due strati di strato da 3/4 "incollati insieme. Lungo la parte superiore e inferiore, sono stati tagliati recessi a 45 gradi e ferri ad angolo da 3/4" dove sono stati incollati con la colla Gorilla. L'intero portale si muove su e giù per i movimenti dell'asse Z. Per fare ciò, il cavalletto ha una lunghezza di 1 "angolo di ferro nell'orientamento verticale che si trova in cuscinetti a V attaccati alle piastre laterali del cavalletto. La potenza su e giù è fornita da uno stepper NEMA 23 e da un gruppo di viti su ciascuna estremità.

Notare le sporgenze del cavalletto? La trave a cavalletto è montata davanti e si estende oltre le piastre di supporto laterali. Ciò consente al carrello del router di oltrepassare i supporti laterali (più a destra che a sinistra tra l'altro). Non vedi molto sui router fai-da-te per qualche motivo. Questa configurazione consente al router di tagliare da un bordo all'altro di ben 30 "nell'asse X.

Il carrello del router è incollato da due strati di legno compensato da 1/2 ", quasi allo stesso modo delle piastre laterali del cavalletto. Dato che ho quel cavalletto sporgente, sono stato in grado di allungare il carrello del router (allargando i cuscinetti a V più a parte) che aumenta la rigidità dell'asse X. Il router Makita è montato sul lato sinistro del carrello. Questa area aperta per il sistema di raccolta della polvere a destra del router. Il carrello ha quattro cuscinetti a V che correre sugli angoli superiore e inferiore del cavalletto. Il tensionamento viene eseguito allo stesso modo delle piastre laterali del cavalletto.

Cavalletto volante? Per fornire il movimento dell'asse Z l'intero portale si sposta su e giù. Sulla maggior parte dei router CNC il gantry è fisso e il movimento dell'asse Z viene eseguito sul carrello del router. Sto spostando l'intero portale per alcuni motivi. In primo luogo, il mio pensiero è che se avessi spostato le meccaniche dell'asse Z verso l'estremità posizionandole tra il cavalletto e le piastre laterali del cavalletto, avrei potuto distribuire i carichi e aumentare la rigidità. In secondo luogo, rimuovendo tutta la meccanica e il motore dell'asse Z dal carrello del router, è stato notevolmente semplificato il cablaggio diretto al carrello. Terzo, ho pensato perché no? Funziona con le stampanti 3D e, a quanto pare, funziona abbastanza bene con questo router. Inoltre, sembra bello quando l'intero portale si muove su e giù.

Montaggio motore Z. Ciò che potrebbe non essere ovvio è come ho i due motori Z collegati e montati sulle viti del martinetto. In una configurazione tipica, questi motori sarebbero montati su una base. Le viti sarebbero state montate in un gruppo cuscinetto. Collegare i due sarebbe un accoppiamento flessibile. Ho evitato tutta quella complessità montando duramente i motori sugli alberi delle viti. L'unica cosa che tiene in posizione quei motori sono gli alberi da 1/4 "bloccati nei fori da 1/4" che ho praticato nelle estremità degli alberi a vite sul mio mini-tornio. I motori sono bloccati dalla rotazione della staffa di legno con quella boccola di gomma all'estremità (che consente al motore di oscillare se necessario). Questo può sembrare un modo strano di farlo, ma questo metodo elimina l'accoppiamento flessibile e giocherellando con l'allineamento. Gli alberi da 1/4 "dei motori passo-passo sono più che abbastanza robusti da mantenere i motori in posizione.

Per il movimento degli assi X e Y, il carrello ha uno stepper NEMA 23 240oz (coppia) montato. Il movimento dell'asse Y è alimentato da un singolo stepper da 425oz che sta guidando un albero che è attaccato ad entrambe le estremità del cavalletto. Meccanicamente, sarebbe stato più semplice scegliere due stepper per l'asse Y, ma al momento avevo un solo motore disponibile e avevo l'albero e i cuscinetti per fabbricare l'azionamento. Una cosa bella di questa configurazione è che il gantry non andrà mai fuori allineamento a causa di un salto del motore.

Una riduzione a catena sugli azionamenti degli assi? L'ho costruito per la prima volta con lo stepper che guida direttamente le catene. Nel test iniziale, stavo ottenendo molti salti nei motori (deboli) che stavo usando in quel momento. Avevo a disposizione pignoni e cuscinetti, quindi ho aggiunto le riduzioni. Oltre ad aggiungere una tonnellata o coppia, hanno sicuramente aiutato nella categoria di precisione (ne parleremo più avanti).

Passaggio 4: catena a rulli?

Sì, ho usato la catena a rulli 25P in questa build. Non ho usato cinghie dentate, viti a ricircolazione di sfere, pignone e cremagliera. Se non lo sai, la catena a rulli ha un brutto colpo nella comunità CNC fai-da-te. Gli argomenti contro sono che si allunga, non è molto preciso e ha causato la caduta dell'Impero romano! Ad ogni modo, non sapevo tutto questo quando ho iniziato questa build e mi era rimasto un mucchio di catena da un altro progetto. Sono abbastanza un ingegnere per sapere che la catena a rulli potrebbe avere problemi, ma ho avuto alcune idee su come mitigarli. Prima di iniziare questa costruzione avevo studiato altri progetti guidati da catene e avevo sempre notato una cosa. Questi altri modelli di catena sembravano avere la catena sospesa a mezz'aria, non supportata, con una sorta di sistema di tensionamento dall'aspetto fragile alle estremità. La catena a rulli ha un certo peso, anche la catena # 25. Cosa succederà se 5 'di esso sospesi orizzontalmente a mezz'aria? Cadrà e non importa quanto sia teso, cadrà comunque in una certa misura. Ciò che significa abbassarsi su un sistema di movimento lineare è che non otterrai movimenti coerenti lungo la sua lunghezza. Quello che ho fatto con questo design è che le catene sono supportate per tutta la loro lunghezza. La catena dell'asse X si trova nella parte inferiore dell'angolo superiore del cavalletto. Le catene dell'asse Y giacciono in un ritaglio nei supporti dell'angolo Y. Non c'è modo di cadere in queste catene! Per fissare le estremità delle catene, ho usato chiavi esagonali da 3 mm che si adattavano perfettamente alla catena n. 25. Il tensionamento è gestito da sezioni flessibili di tela su un'estremità di ciascuna delle catene. Una vite di tensionamento scorre attraverso un dado a T che piega il tendicinghia e tira la catena insegnata.

Si noti che il montaggio della catena e i tenditori si trovano proprio sulle estremità angolari del ferro. Questa configurazione utilizza gli angoli in compressione per aumentare la rigidità del montaggio della catena.

Che cos'è quell'accoppiamento nella prima foto? Questo è un accoppiamento di compressione che unisce le ruote dentate sinistra e destra dell'asse Y. Allentando questo mi permette di regolare con precisione il gantry perpendicolare alla corsa dell'asse Y.

Passaggio 5: raccolta router e polvere

Il router è il trim router Makita RT0701C 1/4 "(le foto precedenti mostrano un router Harbor Freight economico che da allora è stato bloccato). Il router si è rivelato preciso e ha una bella regolazione della velocità incorporata.

Raccolta della polvere. Ho un piccolo negozio nel seminterrato e volevo una buona raccolta della polvere su questa macchina. Una grinza con questo design è che dal momento che il carrello del router si muove su e giù con il cavalletto, ho dovuto escogitare un design che mantenga la scarpa antipolvere sul pezzo da lavorare. Ciò è stato realizzato montando il pattino antipolvere su un braccio che gli consente di muoversi liberamente su e giù rispetto al cavalletto. Sono stati utilizzati tre cuscinetti a V in plastica, come mostrato in figura. L'unico cuscinetto è attaccato al braccio mobile che consente una rimozione rapida e semplice della pattumiera dalla macchina. La scarpa per la polvere è stata lavorata (la prima cosa che ho tagliato su questo router) da due pezzi di compensato da 1/2 ". Il cuscinetto inferiore è stato tagliato da un blocco da pittura e consente alla scarpa di galleggiare su eventuali viti o dossi nel pezzo da lavorare .

Il ciclone per la polvere è montato sopra un secchio da 5 galloni standard e mantiene la maggior parte (se non tutta) la polvere dal negozio da 8 galloni che sto usando.

Questa configurazione si è dimostrata molto efficace nel risucchiare polvere e trucioli. Dopo un taglio, non rimane quasi più polvere sul pezzo da lavorare o galleggia intorno al negozio.

Passaggio 6: controlli e collegamenti

Non ci sono molte foto su questo, mi dispiace dirlo. Il sistema di controllo è basato su Arduino UNO e sto eseguendo il software EstlCAM CNC (che è fantastico IMO). Sul muro c'è un piccolo PC multimediale Windows 10 che esegue il lato Windows del sistema EstlCAM. Una tastiera wireless, un mouse e un game pad completano i controlli.

Sul retro della macchina all'interno della scatola nera al centro c'è un Arduino Uno che esegue il software del controller Estlcam. Nella scatola elettrica è presente un SSR da 10A (relè a stato solido) che consente di accendere e spegnere il router. A sinistra su una base antiurto sono i driver stepper TB6600. L'alimentatore è un design senza ventola da 24 V 15 A.

Niente scherzi! Ho fatto uno sforzo per utilizzare apparecchiature senza raffreddamento passivo senza ventole per tutta la mia elettronica. In questo modo la polvere non viene risucchiata ovunque non dovrebbe essere. Ho anche tenuto d'occhio l'orientamento del montaggio. I driver stepper sono montati in modo che l'aria riscaldata fluisca naturalmente verso l'alto. La custodia Arduino ha dei fori nella parte superiore e inferiore per lo stesso motivo.

Il cablaggio ai motori passa attraverso le protezioni flessibili del cavo nero raccolte in un negozio di computer. Il cablaggio del motore è costituito da un cavo del rimorchio a quattro conduttori.

Hai notato che il supporto per cavi articolati va al carrello del router? Ne risultano un paio di pezzi di compensato e alcune cerniere e una soluzione di cablaggio facile e veloce al carrello. Funziona abbastanza bene.

Passaggio 7: taglia?

Certo che lo fa!

Ci sono stati problemi ovviamente ed è una curva di apprendimento continua. Ho sperimentato materiali, profondità di taglio e velocità di avanzamento per vedere cosa può fare il router.

Attualmente, per il taglio di compensato e MDF, ho eseguito circa 70 IPM (pollici al minuto) con una velocità di 0, 25 bit con una profondità di taglio di 0, 28. L'asse Z è attualmente impostato su 20IPM.

La velocità di viaggio gratuita è impostata su 140IPM senza problemi.

Passaggio 8: è accurato?

Come è .005 "suono di ripetibilità? Questo è 0, 127 mm per i tuoi tipi di metrica. Sì, lo so. Sembra buono per essere vero con un router di compensato con catena a rulli fai-da-te, ma è quello che ho visto in alcuni dei miei test. Non sto dicendo .005 "la precisione verrà fuori da questa macchina ad ogni taglio, ma anche quattro volte peggio, è molta più precisione di quanto mi aspettassi.

Allora perché così preciso? Chissà? Forse sono un abile progettista e fabbricatore di macchine. Forse quella riduzione sui motori aveva a che fare con questo? Forse le stelle erano allineate? Tutto quello che so è che ne sono molto contento. Non male per una macchina che potrebbe contenere $ 900 di materiale.

Spero ti sia piaciuto scrivere questo. Aggiungerò il contenuto a mio avviso e non vedo l'ora di ricevere commenti o suggerimenti.

Grazie per aver letto.

Steve

Passaggio 9: accessori

La prima cosa che impari a mettere in funzione il tuo router CNC è che vuoi iniziare subito a migliorarlo. Il mio primo progetto in questo senso è stato un touchplate per l'azzeramento automatico. Questi di solito sono realizzati in alluminio fresato ma ho pensato che un po 'di compensato e alcuni nastri e strisce di alluminio avrebbero funzionato. Lo ha fatto!

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