Construye un Enrutador CNC de formato muy grande [Parte 1]

Enrutador CNC de formato muy grande








|Palabras del autor|

Este es un paseo a través de la construcción de la Rino Ruta. Un enrutador del CNC de mi propio diseño que era propósito era ser la opción más barata posible para un 4 'x 8' DIY de la tabla del ranurador del CNC del estante. Con un costo final de ~ $ 2500 creo que he tenido éxito en mis esfuerzos. Durante el primer año he añadido algunas características que en su estado actual debería poner el precio cerca de $ 3000. (dolares)

Más que una forma de construir mi máquina, este tutorial debe servir como una buena introducción a cualquiera que quiera construir una máquina CNC. He proporcionado tantos acoplamientos como sea posible a mis materiales pero también he intentado dar tanta información como podría sobre cómo y porqué vine a elegir esas opciones particulares así como alternativas viables.

Para esta construcción diseñé el enrutador en SolidWorks desde cero. Sólo el eje Z era un producto completo comprado.

|Factores de ahorro de dinero.|

1. Cinturones - en lugar de tornillos de bolas o cremallera y piñones he decidido utilizar cintas de transmisión reforzadas con fibra de vidrio

2. Trabajo - Hice "casi" todo yo mismo

3. Suavizado la precisión - el costo de cualquier máquina subirá exponencialmente con un aumento lineal su capacidad de ser precisa

4. El Factor Ebay / China - Tomé un riesgo pidiendo la mayor parte de mis cosas de Ebay / China incluyendo los carriles lineales y el huso. Es fácil quedar atrapado con un DOA de una empresa sin servicio al cliente. La única manera de evitar esto es leer diligentemente las revisiones y en el caso de los artículos técnicos, nunca compre nada que no tenga un dibujo técnico incluido en la página del producto.

5. Impresión en 3D - Tengo una impresora 3D y lo he usado en todas partes que podría. Los notables aquí son algunos espaciadores, los puntos de montaje de la correa, que doblan como dispositivos tensores, y las poleas locas.

Paso 1: |Determine los límites del eje X e Y eligiendo su raíl lineal.|



Ya que quería una mesa con un área de trabajo de al menos 4 pies x 8 pies decidí que debería decidir sobre un conjunto de carriles lineales y construir desde allí. Con el fin de asegurarse de que tiene suficiente movimiento para cortar un tablero que es 48 "x96" 'usted tiene que tener en cuenta el hecho de que su estructura de apoyo, también conocido como el pórtico, tendrá un poco de ancho. Por ejemplo, si la placa a la que se montan los rodamientos de bolas lineales es de 6 pulgadas, entonces es necesario agregar seis pulgadas al riel.

Me instalé en SBR20 carriles lineales de ebay. El par del eje Y a 2750mm (108 pulgadas) por $ 309.70 y un par para el eje X que eran 1500mm (59 in) de largo y cuesta $ 216.60. Hice un montón de compras para encontrar estos, pero al final me di cuenta de que muchas empresas se cortan a lo que siempre longitud que desee. Elegí estas longitudes antes de saber que, y elegí la longitud que me dio suficiente extra que no estaba preocupado por correr fuera de la habitación.

Usted puede ver en la foto encima de mi placa de pórtico es 209mm (8,2 pulgadas) de ancho, ya que mi eje x eje es 1500mm (59 pulg) esto me deja con 1291mm (50,8 pulgadas) de movimiento. Tome esto en cuenta en todos sus ejes ".

Paso 2: |Elija una viga de pórtico|











Después de elegir el tamaño de su construcción, la fuerza de su máquina viene a continuación. Recuerde, después de haber escogido una longitud y un ancho, le ha dado la posibilidad de elegir sus raíles lineales, pero hasta que sepa cómo es el haz del pórtico, no podrá crear su tabla ya que todavía no tiene un ancho exacto , A menos que la alas. Mientras que he sido saben a ala de vez en cuando, no condeno que la acción en la construcción de maquinaria de precisión.

Su primera consideración en la elección de un pórtico es material. Sabía que quería aluminio antes de sentarme porque es más ligero que el acero. El pórtico se mueve hacia adelante y hacia atrás empujado por motores paso a paso (o servos) y cuanto más pesa más difícilmente sus motores tendrán que trabajar.

Estoy careciendo de habilidades estrictas de ingeniería y mientras yo pienso que podría haber hecho las matemáticas, la idea de averiguar cuánto fuerza mis motores podrían generar y luego determinar una cantidad de desviación parecía muy desalentador y tiempo es dinero. Además, el material al que tienes acceso es algo limitado, así que para el aficionado, la mejor opción es mirar tantos ejemplos como puedas encontrar en Internet, leer sus pensamientos y compararlos con lo que tienes disponible en tu área, o qué Que desea ordenar desde la red. Recuerde, esta es la materia pesada y el envío es caro. El aluminio y el acero crudos deben estar disponibles en algún lugar cerca de usted, así que haga su diligencia debida.

Una cosa adicional a tener en cuenta aquí es cómo sus rieles lineales se adjuntará a su haz. Usted podría elegir C-beam o I-beam (2ª foto) y perno a través de él o en mi caso yo elijo un tubo. Tener la espalda cerrada debe ser más fuerte contra la torsión. Una preocupación con el aluminio es que no es tan fuerte como el acero en la celebración de roscas. Consideré abrir agujeros lo suficientemente grandes como para poner tuercas en la parte trasera de los pernos, pero decidí que ya que no estaría atornillando y desenbollando los rieles, la perforación y la perforación sería suficiente. Para los extremos de la viga del pórtico he utilizado un kit heli-bobina, que se puede ver en el paso 7.

Tenemos un proveedor de aluminio fantástico aquí en Denver (como se ve en la primera foto - ALRECO) y yo tenía mucho para elegir. Teniendo en cuenta que mis carriles lineales son de 2 pulgadas de ancho cada uno, me decidí por un tubo rectangular de 2 "x 6" con un espesor de 0.25 "(3 ª foto) Yo soldados placas de cuarto de pulgada a los extremos con el fin de crear una superficie de atornillado (4ª foto) Puedes ver el rayo crudo en la quinta foto.

Paso 3: |Diseñe sus soportes de pórtico|







Todavía estamos trabajando arriba abajo para determinar qué tan alejados están el carril lineal para el eje y, o el eje largo. El haz del eje x se ha elegido y es la longitud exacta de mis rieles (1500mm). Por motivos de simplicidad, decidí que un buen plato grueso y plano haría el trabajo. Lo único que hay que tener en cuenta es qué tan lejos está el rodamiento lineal. Si están demasiado cerca, entonces pierde fuerza y puede introducir el juego en el sistema y si están demasiado lejos, entonces empieza a perder el movimiento general.

Desde que diseñé todo en Solid Works antes de empezar a construir, eso me dio un montón de tiempo para jugar con las opciones y verlo como un todo. Al final me decidí a hacer el poco magra hacia fuera un poco en frente del pórtico como se ve en la primera foto. Echa un vistazo a la segunda foto. A la derecha verá un soporte de pórtico desplazado que quizás quiera considerar. Esto le permitiría trabajar fuera del final de la tabla. He visto un par de buenos ejemplos de esto en youtube y esto le permitiría hacer algunas cosas interesantes. Ya he tenido dos oportunidades donde podría haber aprovechado de esto, uno estaba haciendo articulaciones de cola de milano y otro estaba insertando una bisagra de la puerta. Aquí hay un video increíble de un ejemplo muy creativo de esto.

Sus soportes pórtico también determinar la cantidad de movimiento vertical de su máquina tendrá. Decidí comprar un tercer eje Z de la parte que discutiré algunos pasos abajo del camino. Es de 250 mm (9 pulg.), Pero la anchura de la placa del eje limita esto a algo más cercano a 200 mm (7 pulgadas). Decidí darme a mí mismo 6 pulgadas de espacio libre. Esto resultó ser una buena idea porque el eje z no era tan fuerte como yo quería y no habría recorrido una mayor distancia. Ya he hecho una pequeña mejora que abordaré al final y planeo una gran actualización este año que aprovechará el movimiento completo del eje z.

Una última cosa a tener en cuenta con su pórtico es lado a lado fuerza. Echa un vistazo a la tercera imagen. La mitad izquierda es mi apoyo del pórtico y la viga y la porción derecha usted verá algunas líneas punteadas que representan algunas costillas posibles. El interior podría interferir con su material de trabajo en casos extremos. La región más grande en el exterior haría el mismo trabajo, mejor, y no reduciría su área de trabajo. Consideré esta posibilidad, pero decidí por simplicidad sake sólo para obtener un buen plato grueso.

Con el Gantry diseñado, o por lo menos mal hecho, ahora tenemos todos los datos que necesitamos para empezar a diseñar la mesa.

Paso 4: |Diseño de la tabla|







He incluido una imagen del tipo de carril lineal que usé en caso de que tenga dificultades para ver qué es lo que en la segunda imagen, que es una vista frontal. El ancho de la mesa es el ancho del haz de pórtico menos dos anchos del carril lineal. Para mí este número es 1400.3mm (55.11 adentro). Usted puede construir su tabla a una longitud diferente que su carril lineal, que yo toqué en el paso anterior, pero decidí emparejarlos para arriba. Esto significa que mi mesa es 2750mm x 1400mm.

Con nuestro tamaño general determinado es el momento de elegir un material. Algunas mesas CNC se mueven en lugar de mover el pórtico. Esto es bastante raro en las tablas de gran formato. Como la mía no se moverá y mi meta es ahorrar dinero, elegí el acero. También en el momento no tenía la capacidad de soldadura de aluminio en casa por lo que esta también fue una decisión tomada para mantener las cosas simples.

Una vez más hemos llegado a un lugar donde es posible hacer una tonelada de matemáticas para recoger la cantidad perfecta de material para reducir la flexión. Sabiendo que mi mesa estaría sentado en un soporte de madera con 2x6 corredores. Busqué algunos números básicos de flexión para tubo de acero común y decidí que una pared relativamente delgada sería suficiente. Elegí 14G. Una nota lateral aquí, no sabía este número de la parte superior de mi cabeza, pero me habría adivinado correctamente, sin embargo, cuando revisé mi archivo cad que tenía spec'd 11G. Pensé que sonaba muy grueso así que fui a comprobar para verificar que era 14G. La segunda imagen de arriba es el tubo incorrecto, más grueso.

A lo largo sabía que quería duplicar y esto realmente hizo una buena superficie para mi unidad de correa, lo que mostraré en un paso posterior. Para las barras laterales he jugado con algunas opciones de número y se establecieron en 8. Después de haber construido algunos bastidores de techo y algunas plataformas que la gente es capaz de soportar, no tenía ninguna preocupación de que esto se mantendría. Con esas cosas decidió su simple acto de redactarlo. Vea la imagen # 3.

Ok, suficiente planificación .. vamos a hacer algo. Es hora de inventar lo que tenemos hasta ahora.

Paso 5: |Construir la mesa y el soporte|







El costo del tubo rectangular de 1 "x 3" 14G fue de $ 243.32. Mi soldador es un WeldPak 100 con un kit de Gas DIY. El fabing aquí es relativamente simple. El desafío principal era obtener cortes precisos de una sierra de corte de disco abrasivo y encontrar una superficie plana agradable. El hormigón en el que estaba trabajando ha roto y no es perfectamente plano. Pero será un poco de calzado y un buen nivel largo que fue capaz de compensar y el producto final fue agradable y plana.

Para el stand sólo fui por un simple marco de madera con ruedas. En algún momento es probable que volver a visitarlo y añadir un estante para la computadora y otros materiales. El costo total del stand fue de alrededor de $ 40

Paso 6: |Fije los rieles del eje Y a la mesa de acero|







Dado que este tubo era una pared relativamente delgada que tenía que atornillar todo el camino a través de él y utilizar una tuerca en la parte trasera. Esto fue muy sencillo, aparte de que tuve que mover un par de pernos para evitar mis vigas transversales. Recuerde prestar mucha atención a mantener el nivel del riel / incluso con la superficie de la mesa. Cuanto más abrazaderas mejor. Un lado de mi mesa era sólo un poco bajo que es evidente en la superficie de la mesa y se puede ver en uno de los últimos pasos. Para todos los pernos de mis rieles lineales elegí una cabeza hexagonal de botón para asegurarse de que no interferían con el movimiento de los cojinetes lineales.

Paso 7: |Construir el haz de pórtico|

















Originalmente mi plan era soldar los enchufes en el extremo de la viga. Usted puede ver estos dos rectángulos en la primera imagen de todas las partes que tenía el chorro de agua. Esto fue principalmente un dispositivo de ahorro de costes. Me aseguré de que los tipos de aluminio hicieron un corte muy preciso y cuadrado porque estaba preocupado por mi capacidad de hacerlo si tuviera que modificarlo. Lo llevé a la tienda de máquinas de mi amigo. Me informó que no pensaba que era posible hacer esto y mantenerlo fuerte y recomendar que me dan dos tapas, acortar la viga y luego adjuntarlos. Eso significaba usar su tienda para cortar y cuadrar los extremos, lo que significaba más dinero. Me estaba dando una tarifa razonable pero no era gratis. Tenía razón, por supuesto, podía ver eso de inmediato, así que conseguí dos tapones para emparejar, y los perforé y los golpeé. Luego acortamos la viga y soldamos. Uno de ellos se muestra en la segunda imagen.

La tercera y cuarta fotos son un simulacro rápido que hice para asegurarse de que todo iba a encajar apretado, sentarse nivel y ciruela. Los puntos de fijación para los soportes del pórtico a la viga del pórtico tendrían que ser muy fuertes. Dada la debilidad inherente del aluminio para el uso en hilos, opté por usar un kit de heli-bobina que aseguraba que podía desmontar y volver a montar el pórtico sin miedo a que los hilos se desgastaran.

He mencionado antes que he diseñado todo el enrutador en CAD antes, pero estoy presentando esta construcción y diseño de una manera más recopilada. Aquí hay un caso en el que se rompe. Todavía no he abordado el diseño del pórtico de pórtico del eje x, pero ya estaba hecho y lo corté al mismo tiempo que mi soporte de pórtico. Este fue uno de esos momentos en los que estaba muy contento de haberlo hecho. Con el fin de asegurar que la separación de los dos rieles que se adjunta a mi viga eran perfectos atornillé los cojinetes de riel a la placa de pórtico y los deslizó en los carriles mientras los agujeros fueron perforados y golpeados. Esto aseguró la colocación precisa de los raíles y un funcionamiento suave del eje X.

La última imagen es me cuadrando los extremos de los carriles del eje X. No se cortaron para ser perfectamente idénticos así que utilicé un amoladora de ángulo para conseguirlos tan cerca como podría.

Paso 8: |Cinturones|











Es hora de hablar sobre mi diseño de la placa del pórtico, pero para hacer eso tengo que hablar de cinturones. Todo este proyecto fue el producto de mi haber querido siempre una máquina CNC, mi deseo de construir una, y el hecho de que convencí a mi jefe de la empresa podría justificar el costo, que dije que pensé que podría hacer por alrededor de $ 2500 en partes. El aceptó dejarme hacer una oferta por la máquina y ver qué era posible. Cuando empecé a comprar componentes de movimiento lineal rápidamente se hizo evidente que las opciones de unidad iba a ser el factor impulsor en el diseño.

Una cosa que usted tiene que tener presente es que usted tiene dos opciones para su eje de Y (el largo). Puede tener un elemento de unidad debajo de la mesa en el centro y mover la mesa o tener una segunda viga de pórtico debajo de la mesa para sujetarla. Usted puede tener un elemento de la unidad en el lado, pero usted tendrá que aumentar drásticamente la fuerza de su pórtico con el fin de manejar la carga desigual. Por último, usted puede tener un sistema de doble unidad. Así que sus opciones son para volcar un montón de dinero en su pórtico, o para duplicar el costo de la unidad.

Observe que para que el pórtico mueva hacia adelante y hacia atrás toda la distancia, la mesa sólo puede ser apoyada en los extremos en vez de todo el recorrido. Esto significa que su estructura de apoyo debe ser mucho más fuerte y más cara. Esto si está bien para una máquina pequeña pero las máquinas más grandes comienzan a tener problemas con esto.

Si no está familiarizado con las opciones de accionamiento lineal, son las siguientes. Cremallera y piñón (2ª foto). Tornillo de plomo con un bloque de tuercas anti-retroceso (3ª foto), un tornillo de bolas (4ª foto) y por último correas (1ª foto). Un tornillo de bola es una versión más precisa y de menor fricción del tornillo de avance. Al hacer compras para las opciones que estaba inmediatamente evidente que incluso encontrar un rack y piñón o tornillo de plomo en un 4 'o 8' longitud iba a ser difícil y los que encontré eran muy caros. Por ejemplo, en CNCRouterparts rack es de $ 40 / metro ($ 300 en mi máquina). Los accesorios necesarios para Rack y pinon para mi máquina habrían sido $ 390. Pasé ~ $ 36 en 3 poleas de la impulsión, $ 10 en el cojinete del patín 608 y 3D impreso el resto de las piezas. Mi cinturón era $ 18 / metro y compré 8 metros así que el total para mi máquina era $ 190

El Shapeko XXL es un buen ejemplo de una máquina de pequeño formato con una doble transmisión por correa. Observe cómo sólo tienen un motor y ejecutar un eje al otro lado. Muy inteligente.

Los cinturones son clasificados por su tono. Esta es la distancia entre las costillas. Algunos ejemplos de diferentes perfiles de cinturón y lanzamientos se pueden ver en la 5ª foto. Cuanto mayor sea el tono, mayor será el tamaño mínimo de polea de accionamiento que puede utilizar. Dado esto me propuse tratar de encontrar un buen cinturón de 3 mm. Hice un poco de diseño con algunas de las especificaciones y encontré que los cinturones más comunes eran muy estrechos y no quería correr ningún riesgo. OpenBuilds ofrece correas GT2 y GT3 en anchos de 5 y 9mm. Es bastante fácil de encontrar correas GT3 en 15 mm de ancho, pero quería más grande. SDP / SI es otro gran lugar para comprar piezas. Su sitio web es de primera categoría y puedes ver un montón de opciones en un solo lugar. 3M hace un nuevo cinturón GT3 muy bonito en un formato ancho, pero fue increíblemente difícil de localizar. El local 3M Belt unidad distribuidor no podía incluso poner sus manos en él, aunque podría encontrar en su catálogo. Pasé mucho tiempo derramando sobre las cartas de las correas, su radio mínimo de la polea de la impulsión y capacidad de la energía que maneja.

Al final me instalé en un cinturón HTD5 con una polea de 18 dientes (la más pequeña posible para ese cinturón), lo que significaba que un giro de la polea movería mi pórtico de 90mm o 3.7in. Un motor NEMA estándar de 200 pasos daría una resolución de paso de 0,018 pulgadas o 0,5 mm. Esto no es aceptable para CNC. Afortunadamente Reducción de engranajes es común en CNC, incluso en cremallera y piñón, no es tan caro y encontré una opción decente que discutiré más adelante. Con mi cinturón elegido ahora es el momento de diseñar los componentes de la unidad, incluyendo la placa de pórtico

Paso 9: |Diseño de la transmisión de la correa.|











He elegido usar cinturones, ese cinturón y sus poleas también son elegidos. Ahora, ¿qué hacer que parezca? Existen dos configuraciones básicas de cintas para propósitos de movimiento lineal. La primera es una correa móvil y poleas fijas y la segunda es una correa fija con las poleas unidas al pórtico donde se mueven en concierto. Echa un vistazo a la primera foto para una ilustración rápida que muestra esto. Como mencioné en el paso anterior el diseño básico fue muy probablemente influenciado por el Shapeoko XXL que se puede ver en la segunda foto. Este es el cinturón fijo con el modelo de motor en movimiento mostrado en la parte superior de la primera foto. Me gustó la idea de recoger el cinturón y luego ponerlo de nuevo y se fusionó bien con el diseño sencillo que estaba buscando. Además tuve una gran superficie plana en la parte superior de mi viga de pórtico que haría muy bien por esto, como se ve en la tercera foto.

La idea es simple. Coloque la correa a lo largo de la longitud de la viga que se adjunta en los extremos, la polea en el motor paso a paso lo recoge en el centro y dos poleas locas en ambos lados mantener la correa envuelta alrededor de la polea de transmisión para agarre máximo. Dado esto, las dos opciones posibles serían hacer que el motor paso a paso sobresalga hacia el frente o hacia atrás. La elección del frente causaría y interferiría con el eje z y requeriría un desplazamiento. Dado que realmente me gusta la simetría, elegí a la espalda como se ve en las imágenes de cuarto. Después de eso, se trataba simplemente de una simple operación de crear una placa de pórtico que se apoyaba contra los cojinetes de los raíles y montaba el motor y las poleas. Esto se puede ver en la quinta foto en rojo.

Una nota rápida sobre las poleas locas. Diseñé e imprimí estos mi uno mismo usando los cojinetes del patín 608 y el radio posible más pequeño permitido por el cinturón que elegí.

Paso 10: |Integrar el diseño de la correa en el eje Y|











Utilizando la misma idea de colocar la cinta fija plana contra el bastidor y tener el motor y las poleas unidas al pórtico, la integración era tan simple como diseñar una placa para montarla en la placa del pórtico. He mencionado anteriormente en el paso de la mesa doblé los carriles largos y el segundo hizo una superficie perfecta para correr el cinturón. Diseñé la placa para permitir un cierto movimiento del componente con el fin de tensar, agregó los agujeros para sujetarlo a los soportes del pórtico y modificó los soportes del pórtico para dar cabida a los pernos de la polea loca. Esto también alineó el motor verticalmente para no salirse de la máquina.

* Nota La cuarta imagen muestra las poleas fuera de alineación. Esto es porque estoy usando el mismo ensamblaje para mi X e Y pero la polea está en un lugar levemente diferente para cada uno. Al alinear uno, hizo que el otro se desalineara. En interés del tiempo y memoria RAM opté por ignorarlo

Paso 11: |Colocación y tensado de los cinturones|













Me sorprendió descubrir que la gran mayoría de las abrazaderas del cinturón perforaban el canal derecho. Una buena opción de ahorro de espacio ya menos que los hagas de metal no vas a tener la fuerza suficiente para pellizcarlos con los pernos a los lados del cinturón. Yo estaba tratando de ahorrar dinero y la impresión de mi auto significa perforación a través del cinturón.

El diseño es relativamente simple. Una porción superior e inferior que se atornilla juntas perforando a través de la correa. Las tuercas están sujetas por insertos en el fondo de la abrazadera. La parte sujetada se desliza sobre dos pernos exteriores mostrados en las fotos 2ª y 3ª y que se ajusta mediante un perno de tensión que atraviesa el centro de la parte superior y la parte inferior de la abrazadera. Actualmente no se muestran, pero planeo remediar eso en breve. La cuarta foto destaca los orificios de los tornillos de tensión central y las ranuras de la tuerca de inserción. Estas tuercas se enroscan en los tornillos de tensión. A medida que el tornillo gira, se acopla a las roscas de la tuerca y la tuerca se mueve más hacia abajo del perno empujando la abrazadera fuera del soporte. En la quinta foto se puede ver una inserción de tuerca más pequeña en el montaje de la abrazadera. Esta tuerca es más pequeña que el perno y sirve como una superficie para que el perno superior presione contra. La cara de aluminio justo debajo de eso es lo que el perno inferior presiona contra.

En interés de la simplicidad y la capacidad de repetición, opté por utilizar la misma pieza en todos los extremos del cinturón. Mirando hacia atrás creo que pensé esto un poco. Un elemento de tensión es suficiente y mi reconstrucción de la placa del pórtico probablemente incluirá un tensor en el motor paso a paso en lugar de en los extremos de la correa.

Una última nota. El aspecto más elegante aspecto de esto se debió al hecho de que yo era relativamente nuevo a 3D cad en ese momento, yo estaba tratando de enseñarme algunos trucos nuevos y también reducir la cantidad de plástico en el modelo, allí por la reducción de tiempo de impresión. Hay 6 de estas asambleas en mi máquina. Recuerde que cuando imprime estos para reducir la cantidad de espacio vacío en su impresión, necesitan mucha fuerza interna.

Paso 12: |Terminar los soportes del pórtico|









Con todo diseñado envié los archivos fuera para ser chorro de agua cortado de aluminio. Usando las piezas como patrones, perforé y golpeé los agujeros en la parte inferior para la placa de montaje del motor y en la parte superior para los montajes de la abrazadera de la correa. La cuarta foto es de los agujeros que se insertan por lo que los pernos no interferir con las abrazaderas de la correa. Después atornillé las placas en el fondo.

Paso 13: |Construir la placa de pórtico|















En el paso anterior se puede ver la imagen de mis piezas cortadas en un chorro de agua. Los remolqué a mi tienda de amigos y los soldó juntos para mí. Ahora tengo la capacidad de soldar aluminio y estoy emocionado de rehacer esta parte porque este fue uno de los mayores "aprendizaje" momentos en la construcción.

El aluminio tiene una tremenda cantidad de expansión y contracción cuando pasa de sólido a líquido y atrás. Es muy importante tener esto en cuenta. Mi amigo tenía algunas plantillas muy agradable para la celebración de las cosas en ángulo recto, pero al final no fue suficiente. En la cuarta foto puedes ver una hendidura en la pieza triangular que no está en la 3ª foto. La contracción del metal cerró ese ángulo y la placa del pórtico pellizcó la correa contra la viga del pórtico. Tuve que cortar esa hendidura para abrirla y volver a soldarla. Pero ni siquiera eso funcionó. Todavía la traía de nuevo cerrada. No quería gastar más dinero en mi tienda de amigos, así que tomé la decisión de hackear una solución ... literalmente.

La sexta foto es mi solución. Usando mi prensa de perforación acarreé manualmente hacia fuera los agujeros para hacer ranuras así que podría deslizar la placa del pórtico encima de un pedacito en los cojinetes para lanzar la correa. Fue descuidado y no estoy orgulloso de él, pero extrañamente sigue funcionando.

Paso 14: |Una nota sobre la placa del pórtico y la tensión de la correa|



Como se puede ver, los agujeros superiores están ranurados. La sección superior es el montaje del motor y las ranuras en ángulo son para las poleas locas. Además de eso, tenía tensores de cinturón en ambos lados del cinturón. Basado en mi experiencia, no es necesario ranurar ninguno de estos. Cuando lo vuelva a hacer puedo encajar el motor y poner un elemento tensor en él pero la forma de la interfaz le da el movimiento muy limitado. Las ranuras de polea loca fueron definitivamente un error y mi próxima versión incluirá soportes para ambos lados del perno. Bajo tensión, los pernos se retraen ligeramente dejando una fuerza irregular en el cinturón. Esto empujó el cinturón al exterior de la polea y poco a poco se está comiendo el cinturón.

El humor aquí es que terminé ranurar los agujeros inferiores manualmente, que mencioné en el paso anterior, por lo que cada agujero que se ranura no tiene que ser y cada ranura que no es ahora es.

Paso 15: |Montar el pórtico|


Atornille los cojinetes deslizantes a la placa del pórtico. Deslizó la placa del pórtico y los cojinetes sobre los rieles de deslizamiento en la viga del pórtico. Atornille el cojinete deslizante a los soportes del pórtico y deslice los soportes del pórtico sobre los rieles deslizantes sobre la mesa. Atornille la viga del pórtico a los soportes del pórtico.

Deténgase y riéndose en silencio a su auto que su proyecto realmente se parece a algo. No haga caso de la voz que regaña en su cabeza que le recuerda que no está incluso a mitad de camino hecho todavía.

Paso 16: |Diseñar el eje Z|















Si eres como yo, en este momento en el proceso de diseño estás pidiendo un descanso. Mi cerebro estaba en mal estado y era hora de que alguien más hiciera algo de trabajo. Mi solución a esto era comprar un eje. En mi viaje en la red como parte de mi investigación tuve la suerte de haber tropezado con OpenBuilds. OpenBuilds es un excelente recurso de información sobre CNC de bricolaje y ofrece una buena selección de piezas especializadas en un montón de cosas para ayudarle a construir una máquina de su propio diseño. Usted puede encontrar todos los dibujos técnicos y archivos CAD para hacer la integración en su diseño de un sueño. Su eje de haz de 250 mm C era justo lo que necesitaba. Las dos primeras fotos son el unboxing y la última es la compilación completada. Para ver la cosa construida desde cero puedes ver su video en su sitio web o aquí.

Para integrar el eje en mi construcción busqué el espaciamiento de las ranuras en la viga en C y colocé unos agujeros espaciados en mi placa de pórtico que se alineaban con estos bosques. La cuarta imagen es de la parte posterior de mi placa de pórtico con pernos de cabeza hexagonal a través de los orificios que aseguran el eje Z a la placa. La última imagen si de una tuerca T. Este es el dispositivo de fijación utilizado para asegurar vigas de extrusión de aluminio con ranuras.

Nota. Terminé mejorando el eje. La placa en el eje tiene las ruedas que funcionan a lo largo del interior del carril y tenía ruedas plásticas duras. (6ª foto) Era bastante obvio inmediatamente que este era el eslabón débil. Por un lado, el eje era MUCHO más fuerte en movimientos de X pero tenía un poco de holgura en movimientos de Y. Esto era evidente en presencia de parloteo. He mejorado la placa a una que colocó las ruedas en el exterior del eje y actualizado las ruedas de aluminio. (7ª foto) Este fue un cambio dramático. Anteriormente, cuando estaba cortando MDF, estaba limitado a cortes de profundidad de 2mm a una velocidad de 600mm / seg. Después de la actualización de la máquina puede cortar una ranura de 5 mm de profundidad a 1100 mm / seg. Tengo la intención de mejorar este eje de nuevo a finales de este año con el fin de reforzar aún más y aprovechar la cantidad total de movimiento de este eje proporciona.

Paso 17: |Elija un eje|









Lo primero que debe considerar al elegir un eje es lo que va a hacer y qué tipo de material planea cortar. El término básico que usamos para discutir lo que estamos cortando y lo rápido es más a menudo llamado "Feeds and Speeds". La idea básica aquí es que con el fin de mantener su herramienta afilada y para obtener buenas superficies de corte limpias y bordes que tiene que prestar mucha atención a la profundidad de un corte que está tomando con la superficie de corte de su herramienta. Cuanto más rápido su máquina se está moviendo más rápidamente su pedacito tendrá que girar para tomar el mismo corte del tamaño. Si su máquina se mueve demasiado lento y su bit está girando demasiado rápido, las cuchillas barrerán más allá del material sin tomar un corte o un corte muy pequeño y la fricción calentará el pedacito y arruinará las láminas. Esto nunca es más obvio que cuando usted está intentando cortar el plástico. Si usted se está moviendo demasiado lento o la hoja se está convirtiendo a rápido el plástico se derrite en lugar de cortar y es obvio para ver. Aquí están algunas de las consideraciones principales para elegir un huso.

En un entorno de producción se necesita un cabezal que va a correr un largo tiempo sin necesidad de ser reemplazado o reparado. Lo más probable es que la construcción de una máquina muy fuerte con el fin de obtener una velocidad de corte masiva de la máquina. Necesitará un husillo muy robusto que tenga la capacidad de funcionar a una velocidad muy alta para poder mantenerse al día. Los husos más grandes correrán muy caliente y con el fin de mitigar esto que a menudo tienen una capacidad de refrigeración por agua. Además, la capacidad de reparar, o enviar su eje en la reparación será algo a considerar. Lo mejor incluirá un controlador VFD (Variable Frequency Drive) separado y costará entre $ 2K y $ 10K.

Si tiene la intención de máquina de metal que se necesita un eje que es capaz de girar mucho más lento sin quedarse sin energía y esto requerirá un husillo más caro. Después de eso sólo tiene que encontrar un medio feliz entre lo que quiere y lo que puede pagar. La primera imagen es un husillo muy barato de 600 vatios de China con una fuente de alimentación PWM (modificación de ancho de pulso) para el control de velocidad de la computadora y un resistor variable para el control de velocidad manual ($ 150- $ 200). El segundo es un router dewalt estándar disponible en la mayoría de las ferreterías (~ $ 150). (Es posible que haya notado el montaje Inventables.com Inventables es otro gran recurso para DIY CNC). Éstas son una buena opción para la máquina CNC de casa promedio, pero a menudo un enrutador de mano estándar no tendrá la capacidad de cambiar las RPM. Le recomiendo que tenga alguna forma de cambiar la velocidad de su enrutador. La tercera imagen es un eje chino de nivel medio con un controlador VFD ($ 500 - $ 1500). Los cuadros cuarto es de un eje de nivel medio UGRA, sin duda algunos de los mejores ejes disponibles.

Elegí el cabezal representado en la primera foto. El mayor problema que debe tener en cuenta al comprar un husillo chino es el potencial de una unidad muerta y no tener ninguna forma de RMA su equipo mal. Una manera alrededor de esto es encontrar un proveedor local que tiene un inventario y está dispuesto a la garantía del equipo. Inventables es un buen ejemplo de esto. Sólo hay dos tirones hacia este eje. Uno de ellos es su limitada velocidad RPM. Se ejecutará a 13.000 RPM que es suficiente para la mayoría de los trabajos, pero cuando mi eje Z se ha actualizado completamente mi máquina será lo suficientemente fuerte que probablemente podría hacer uso de un eje que es capaz de dos veces esa velocidad. El segundo inconveniente es que es un motor de cepillo, y los cepillos se desgastan con el tiempo. Lo que sí vienen con un segundo conjunto de cepillos, así que no me sorprendería si si duró otros 4 años, y hasta ahora, diría que es mucho vale la pena el dinero.

Paso 18: |Integre el eje en su diseño|













Mi husillo incluía una montura. Con el fin de obtener el montaje para fijar a la placa del eje Z, necesitaba una placa adaptadora separada. También era obvio que el montaje necesitaba ser un poco más bajo que el plato para garantizar que el husillo se sentaría lo suficientemente bajo como para llegar a la mesa. Diseñé una placa simple con los agujeros que emparejaban y hice otro viaje a la tienda de mi compinche para mecanizarla. He generado un dibujo técnico usando mi archivo CAD y tomó eso conmigo y maquinó la fiesta manualmente. La última foto es yo fresado de cara la parte más delgada. Los pernos del montaje del eje directamente a la placa del eje, los 4 orificios más grandes son aprovechados. La placa del eje se monta en la placa del eje Z utilizando los 8 agujeros más pequeños. Estos pernos pasan a través de la placa del eje y el hilo en la placa del eje Z que se golpea.

Paso 19: |Monte el cabezal|





Esto debe ser bastante explicativo, esto es sólo una oportunidad para mostrar estas fotos de la primera vez que se montó el huso. Lo encendí y manualmente empujó a través de algunos OSB haciendo surcos, como se puede ver. Este fue un momento muy gratificante en la construcción.

Paso 20: |Elija sus motores paso a paso|







Este tema solo puede tomar una cantidad inmensa de su tiempo. Le recomiendo que haga su investigación. Aquí hay un rápido descuido en steppers en Adafruit. Para mis propósitos sólo puedo tocar un par de cosas aquí.

Lo primero que creo que debo mencionar es que los motores paso a paso no son su única opción, Servo Motors también hará el trabajo. Los servomotores a menudo proporcionan información sobre dónde están y qué motores paso a paso no lo hacen. Los dispositivos separados que pueden proporcionar estos datos de ubicación se denominan codificadores. Siéntase libre de google cualquiera de estos términos como procederemos bajo la suposición de que los motores paso a paso, la opción más barata, son su elección.

Hay dos variables primarias a tener en cuenta al elegir un motor paso a paso. La primera es la fuerza de giro del motor o par, por lo general se mide en newton-metros. Al hacer compras para los motores paso a paso usted encontrará que se dividen por el tamaño según lo prescrito por NEMA (National Electric Manufactures Association). Encontrará 8,11,14,16,17,23,24,34,42 motores de tamaño con NEMA 23 que es el más popular para esta aplicación. Cuanto mayor sea el número, mayor será el motor en cuanto a ancho y fuerza. Cada número también tiene subdivisiones de fuerza ya que cada una puede construirse más tiempo.


La segunda variable primaria es el número de pasos que el motor hace en una rotación completa. Motores más pequeños ofrecerán más pasos y por lo tanto más precisión, pero esto no es posible a medida que se meten en motores más fuertes. Las dos opciones más comunes son 400 pasos por revolución y 200 pasos por revolución con 200 siendo, con mucho, el más común. Este número va a determinar hasta qué punto su máquina se moverá por paso, también conocida como resolución por pasos. Este es un concepto muy importante que usted debe entender completamente e incluye el tema de micro-stepping. Al considerar qué opción desea tomar en recordar también el hecho de que los motores eléctricos tienen la mayor potencia a velocidades más lentas y como acelerar tienen un tiempo cada vez más difícil de aplicar el par. Va a tomar un poco de matemáticas para averiguar la rapidez con la que sus motores necesitan girar para lograr sus velocidades deseadas, así como lo exacto que puede esperar que su máquina sea.

He mencionado en los pasos anteriores que el uso de cinturones resultó en una salida de baja precisión de mi máquina, con el fin de compensar, tendría que reducir mis motores paso a paso. Hay algunas buenas opciones para las cajas de engranaje que atan a los motores de NEMA y sucedió encontrar StepperOnline que ofreció opciones múltiples para las cajas de engranaje integradas. Tienen un gran sitio web con la capacidad de comparar grandes listas de motores y algunos buenos paquetes para que pueda comprar su electrónica en un solo lugar. Todo eso me convenció de usarlos y basado en mi experiencia de compra, estoy contento de haberlo hecho.

Al final miré un montón de construcciones y luego decidí sobre un rango básico de tamaño de motor que asumí que sería lo suficientemente bueno para mí. Hice un pequeño escaneo de los torques de sujeción y asumí cargas de ciertos cortes, pero al final acabo de escoger algo que parecía que funcionaría basado en la enorme cantidad de máquinas CNC de bricolaje que hay. Con una necesidad básica establecida busqué entre las cajas de cambios disponibles y elegí una con un motor en ese rango. Este es el paso que compré. Quisiera señalar que los motores que sostienen el par son 1.9Nm que salta entonces a 7.2Nm cuando la caja de engranajes está unida.

Paso 21: |Elija su Controlador y Controladores|









Esta es una muy buena carrera sobre cómo funcionan los motores paso a paso. Es muy recomendable familiarizarse con estos conceptos, obviamente. En los términos más sencillos, el motor paso a paso tiene múltiples devanados que pueden energizar piezas secuenciales de la armadura haciendo que avance al siguiente paso. Es mucho como un engranaje donde el magnetismo hace que el engranaje avance atrayendo el siguiente diente y repeliendo el anterior. Esta activación se realiza mediante pulsos enviados desde un controlador y luego amplificados por un dispositivo denominado driver (3ª imagen). Creo que es posible conducir un motor paso a paso directamente desde un tablero de Arduino o Pi (no me citas en eso), pero sin un dispositivo de amplificación separado la corriente abrumaría el controlador y freír. Este es su principal factor en la elección de los controladores. Sus motores paso a paso se eligen en función de la cantidad de fuerza que necesitará ejercer en su máquina y pieza de trabajo. Esta fuerza determinará la cantidad de corriente necesaria para ejecutar sus motores en la salida máxima y tendrá que elegir su controlador para poder entregar esta cantidad de corriente a una tensión para la cual el motor está diseñado. Eso es relativamente simple.

La parte compleja es que hay un montón de configuraciones para controladores y controladores y tienes que vadear a través de ellos para llegar a algo que se ajuste a lo que quieres. En la parte superior de la configuración está el controlador. Esto será una computadora o un controlador de movimiento. Un controlador de movimiento es esencialmente una computadora más simple diseñada para hacer sólo esta tarea. Rasperry Pi y Arduino (2ª foto) son versiones muy simples de un controlador de movimiento. Toman el G-Code File y lo interpretan directamente en los movimientos de los motores. La mayoría de la gente usará una computadora como el controlador y necesitará lo que se llama un Break Out Board (4ª foto) para entregar las señales al conductor. Pueden conectarse a la computadora a través de puertos paralelos, USB y Ethernet. Las tarjetas USB y Ethernet no son tan frecuentes porque paralelo ha dominado el CNC durante tanto tiempo, pero son opciones. (Si usted va a nosotros USB entonces usted no podrá utilizar el mach3) para un lugar excelente para ver porciones de opciones de un minorista en los EEUU que todavía contesta el teléfono, tiene un foro de la ayuda del Internet y proporcionará detallado Manuales del usuario con sus productos recomiendo PMDX.

Escogí una tabla de ruptura paralela porque no estoy tratando de reinventar la rueda y sabía que usaría Mach3, más sobre eso más tarde. Hay tableros Break out que tienen los controladores integrados (1ª foto), lo que hace que la construcción sea más simple, pero si una cosa falla, entonces tienes que reemplazar toda la placa en lugar de un componente. Por esta razón elegí todos los componentes separados. En mi investigación me había encontrado con el M542 hecho por Leadshine muchas veces, así que cuando mi minorista elegido le ofreció la decisión fue fácil. Tenía mucho poder en caso de que alguna vez tuviera que actualizar mis motores, ofrecía muchas opciones para Microstepping, y estaba probado. Elegí el tablero de la rotura apagado por el mismo minorista para la simplicidad pero era confidente porque es uno de los únicos que usted encuentra por todas partes.

Paso 22: |Fuentes de alimentación, cable y los últimos detalles|













Ahora que los principales componentes físicos están diseñados y los principales componentes eléctricos son elegidos es el momento de martillar los detalles electrónicos finales.

En el último paso he discutido romper tablas y mi elección de usar un puerto paralelo romper tablero. Esto significa que necesitará un PC con un puerto paralelo. Los puertos paralelos se eliminaron en gran parte al mismo tiempo que Windows XP se volvió obsoleto. Parte de mi trabajo es I.T. Así que tengo un montón de ordenadores por ahí. Encontré un dell viejo con un puerto paralelo e instalado Windows 7 en él. También tengo un duplicado exacto como respaldo.

Su electrónica requerirá energía y esto vendrá de fuentes de alimentación. Mis steppers y conductores funcionan en 36V. Compré una fuente de alimentación de 36V en un paquete con mis steppers y conductores. Sólo asegúrese de que la fuente de alimentación cumple con los requisitos de alimentación de su máquina. Son muy fáciles de encontrar.

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