Come costruire una macchina CNC da zero? - Guida fai da te
Imparare a costruire una macchina CNC da zero è più facile di quanto si possa pensare. Abbiamo suddiviso il processo fai da te in una serie di passaggi facili da seguire per i principianti. Dall'acquisto di parti all'installazione del software, la nostra guida fai da te ti guiderà attraverso come realizzare facilmente la tua macchina CNC.
Cos'è una macchina CNC?
Una macchina CNC è un utensile elettrico automatizzato che utilizza un programma per computer per controllare il motore per azionare i 3 assi X, Y e Z per muoversi avanti e indietro lungo il percorso utensile generato dal software CAD/CAM in base ai comandi del codice G. Infine, l'utensile sul mandrino completa i risultati di intaglio, taglio e fresatura.
Cose da considerare
Quando si parla di macchine CNC, tutti penseranno al loro costo elevato e alle complesse operazioni di programmazione, che ci fanno sentire incomprensibili al riguardo. In realtà, conosciamo e impariamo il CNC realizzando alcune semplici e macchine CNC a basso costo, che ci ha permesso di passare da principianti a esperti nella moderna tecnologia CNC. La difficoltà del fai da te di una macchina CNC risiede nell'elevato costo dei kit macchina e nella difficoltà di lavorazione, e l'impostazione e l'uso del software sono relativamente semplici. Dopo un mese di studio e ricerca sulla CNC, ho deciso di costruire i miei kit macchina CNC controllati da Mach3 utilizzando materiali disponibili localmente.
Difficoltà di costruzione: Moderare.
Durata della costruzione: 16 giorni.
Strumenti fai da te: Morse da banco, trapani elettrici, seghe manuali, punzoni campione, maschi, alesatori, calibri, piegatrici e viti.
Iniziamo
Questa guida spiega come creare una macchina CNC funzionale con le seguenti caratteristiche.
1. La struttura del portale ha una buona stabilità, un ampio formato di elaborazione, un design desktop compatto e leggero, è leggero e facile da trasportare.
2. Può essere utilizzato per tagliare e fresare PCB, PVC, acrilico, MDF, legno, alluminio e rame.
3. La precisione della lavorazione può raggiungere 0.1 mm, soddisfacendo i requisiti della maggior parte delle schede PCB, stampi, timbri e cartelli.
4. Il suo costo è inferiore $1,000, e il montaggio è comodo e facile.
5. I componenti e le materie prime utilizzate possono essere reperiti o acquistati localmente, il che riduce le preoccupazioni.
6. Il processo fai da te non richiede strumenti troppo complicati.
7. Controller Mach3, facile da usare.
8. Il mandrino è azionato da un motore passo-passo ad alta precisione.
Come costruire la struttura di una macchina CNC?
Questa macchina CNC adotta una struttura a portale fissa. L'intera macchina è divisa in un tavolo di base, un telaio a portale, un carrello dell'asse X, un tavolo di lavoro dell'asse Y e un carrello dell'asse Z. Il motore passo-passo di azionamento del tavolo di lavoro dell'asse Y è fissato sulla piastra inferiore. , vite e 2 barre lisce e portale come guida di scorrimento del tavolo dell'asse Y.
Sul gantry sono fissati il motore passo-passo di azionamento del carrello dell'asse X, la vite di comando e le 2 barre lisce utilizzate come guide di scorrimento del carrello dell'asse X. Sul carrello dell'asse X sono fissati il motore passo-passo di azionamento del carrello dell'asse Z, la vite di comando e le 2 barre lisce utilizzate come guide di scorrimento del carrello dell'asse Z.
Per fissare il mandrino sul carrello dell'asse Z sono presenti staffe di fissaggio a L e anelli di ritegno a U.
Il dado abbinato alla vite di comando è saldato sul carrello degli assi X, Y e Z.
Come realizzare un circuito per macchina CNC?
Il circuito è costituito da 3 parti identiche di azionamento del motore passo-passo dell'asse X, dell'asse Y e dell'asse Z. Ora prendi l'asse X come una colonna per illustrare il suo principio di funzionamento.
Circuito driver motore passo-passo con L297/L298
Il circuito è composto principalmente da 2 circuiti integrati dedicati all'azionamento del motore passo-passo L297 e L298. La funzione principale di L297 è la distribuzione degli impulsi. Genera impulsi logici di uscita sui suoi terminali di uscita A, B, C e D per azionare L298. L297 ha anche 2 chopper PWM per controllare la corrente di avvolgimento di fase e realizzare un controllo chopper a corrente costante per ottenere buone caratteristiche di frequenza di coppia.
L'impulso dell'asse X da HDR1 (pin 2) entra nel CLOCK (pin 18) di U1 (L297) e viene elaborato da U1 sui suoi terminali di uscita A, B, C, D, C (pin 4, 6, 7, 9) per generare l'impulso logico di uscita entra in U2 (L298) per pilotare il doppio ponte H sui suoi terminali di uscita (pin 2, 3, 13 e 14) per emettere impulsi di passo per azionare la rotazione del motore passo-passo.
L298 è un driver a circuito integrato di potenza ad alta tensione e alta corrente a doppio ponte H.
L297 e L298 vengono utilizzati per formare un sistema di azionamento completo, in grado di azionare motori passo-passo a 2 fasi con una tensione massima di 46 V e una corrente di 2 A per fase.
Il SYNC (pin 1) di U1 è il pin di sincronizzazione collegato al pin 1 di U3 e U5 per realizzare la sincronizzazione di più L297.
Scheda di controllo del driver del motore passo-passo
ENABLE (pin 10) di U1 abilita il pin di controllo a controllare la logica di uscita. Quando è basso, INH1, INH2, A, B, C, D sono tutti forzati a livello basso per impedire il funzionamento del driver L298. CONTROL (pin 11) viene utilizzato per selezionare il controllo del segnale chopper. Quando è basso, il segnale chopper agisce su INH1, INH2 e quando è alto, il segnale chopper agisce sui segnali A, B, C, D. Il primo è adatto per la modalità di lavoro a stadio singolo e le 2 modalità possono essere utilizzate per il motore passo-passo della modalità di lavoro bipolare.
Il VREF (pin 15) di S1U1 è il pin di regolazione della tensione di riferimento e la tensione di questo pin viene regolata per impostare la corrente di picco dell'avvolgimento di fase del motore passo-passo.
Kit driver motore passo-passo
Il cw/ccw (pin 17) di U1 è il pin per specificare la direzione di rotazione del motore passo-passo dell'asse X, e il segnale che specifica la direzione per l'asse X da HDR1 (pin 6) è collegato a questo pin.
HALF/FULL (pin 19) è il pin di controllo della modalità di eccitazione. Quando è alto, è una modalità di guida a mezzo passo, e quando è basso, è una modalità di guida a passo intero. RESET (pin 20) è un segnale di reset asincrono, e la sua funzione è quella di resettare il distributore di impulsi.
D3-D26 sono i diodi di libera circolazione del ponte H del driver L298.
Come configurare il controller CNC Mach3?
Mach3 è il controller CNC più comunemente utilizzato per le macchine CNC. La sua installazione è semplice. Per prima cosa, inserisci la scheda di movimento Mach3 sulla scheda madre del computer. Nel sistema operativo Windows, il driver Mach3 verrà installato di default.
Kit controller CNC a 3 assi USB Mach3
È possibile scegliere anche DSP, NcStudio, Mach4, Syntec, OSAI, Siemens, LNC, FANUC e altri controller CNC.
Come installare e utilizzare il software CAD/CAM?
I software CAD/CAM più comuni per macchine CNC includono Type3, ArtCAM, Cabinet Vision, CorelDraw, UG, MeshCAM, Solidworks, AlphaCAM, MasterCAM, UcanCAM, CASmate, PowerMILL, Aspire, Alibre, AutoCAD, Fusion360, Autodesk Inventor, Rhinoceros 3D, che può progettare 2D/3D disegni per generare percorsi utensile di lavorazione.
Software CAD / CAM
Come assemblare i kit per macchine CNC?
Il tavolo inferiore, il carrello dell'asse X, il tavolo di lavoro dell'asse Y e il carrello dell'asse Z sono realizzati da una piegatrice con 1.5-2mm piastre di acciaio laminate a freddo, che possono garantire la massima precisione di lavorazione. Se non ci sono piegatrici, può anche essere piegato manualmente con un martello a mano su una morsa grande. Durante la lavorazione con martello a mano, un ferro di supporto dovrebbe essere aggiunto al pezzo in lavorazione per evitare di lasciare segni di martello sul pezzo in lavorazione. Dopo la piegatura, è necessaria un'ulteriore sagomatura. Nessuno dei piani è deformato e forma un angolo di 90 gradi l'uno rispetto all'altro. Per garantire la corretta posizione di punzonatura, la punta dell'ago di tracciatura parallela e perpendicolare alla prima linea di tracciatura dovrebbe essere sottile, la linea di tracciatura dovrebbe essere precisa e la presa di posizionamento del punzone campione dovrebbe essere attenta e precisa.
Kit per macchine CNC
Ad esempio, fai un foro con un diametro di 6 mm in 2 volte. Per prima cosa, usa un trapano con un diametro di 4 mm per praticare il foro. Determina se il foro con un diametro di 4 mm è preciso in base alla linea di posizionamento trasversale. Se non è preciso, usa una lima da giardino assortita per correggerlo. e infine alesare il foro con un 6mm punta da trapano, in modo che l'errore nella posizione del foro sia relativamente piccolo.
Il portale può essere tagliato con una sega a mano dalla chiglia in ferro del pavimento antistatico con uno spessore di parete di 1.2mm secondo il disegno, e può essere piegato, lavorato e sagomato su una morsa. La barra luminosa utilizzata come guida a 3 assi X, Y, Z richiede una superficie liscia con un diametro liscio di 8-10mm. Può essere risolto smontando la guida scorrevole della stampante a matrice di punti usata e il rullo di gomma inchiostrante nella vecchia cartuccia della stampante laser. Le 2 barre lisce in ogni direzione devono essere di uguale lunghezza e le facce terminali devono essere piatte. Praticare dei fori al centro delle facce terminali per inserire il filo M5 e fissarli con 5mm bulloni. La lavorazione deve essere orizzontale e verticale, in particolare le 2 barre luminose in ogni direzione devono essere assolutamente Il parallelismo è molto importante, determina il successo o il fallimento della produzione.
La vite di comando dei 3 assi è una vite di comando con un diametro di 6mm e un passo di 1mm. Questa vite di comando può essere utilizzata per tagliare la lunghezza richiesta dalla vite di comando lunga venduta nel negozio di ferramenta per la decorazione del soffitto. La resistenza e il gioco devono essere piccoli e il dado è saldato nel foro corrispondente del carrello per ridurre al minimo il gioco e migliorare la precisione della macchina per incisione.
Il manicotto scorrevole è un connettore per tubo flessibile in ottone acquistato in un negozio di ferramenta. È necessario selezionare il diametro interno leggermente più piccolo del diametro della barra scorrevole, quindi utilizzare un alesatore manuale per torcere il diametro interno in modo che corrisponda esattamente alla barra scorrevole. Se necessario, lucidare l'asse ottico con carta vetrata metallografica, tagliare il manicotto scorrevole in sezioni lunghe 6 mm, per un totale di 12 sezioni, quindi utilizzare un saldatore ad alta potenza per saldarlo nel foro corrispondente del carrello. Non posizionare il manicotto scorrevole durante la saldatura. Se la saldatura penetra all'interno, utilizzare cloruro di zinco come flusso per garantire la qualità della saldatura. Durante l'assemblaggio, fare attenzione che la resistenza del tavolo scorrevole sia piccola e costante. Se la resistenza è grande, il manicotto scorrevole può essere riscaldato nuovamente con un saldatore per soddisfare i requisiti.
L'albero del motore passo-passo e la barra filettata sono collegati tramite un tubo di rame di un 6mantenna a stelo da m di diametro. L'asta filettata e il tubo di rame sono saldati saldamente e assicurati che siano concentrici. L'altra estremità del tubo di rame è inserita nell'albero del motore passo-passo, quindi forata orizzontalmente. Un perno è inserito in un piccolo foro per fissarlo, e l'altra estremità dell'asta filettata è saldata con un dado sul carrello.
Questa macchina CNC può essere controllata in modo flessibile in base alle dimensioni e alle dimensioni dei materiali che la compongono, ma l'intera macchina non deve essere troppo grande per evitare una scarsa rigidità.
Come utilizzare una macchina CNC?
Prima della lavorazione CNC, è necessario preparare in anticipo un elenco dei programmi di lavorazione:
1. Determinare la procedura di lavorazione del pezzo, gli utensili e la velocità di taglio utilizzati per la lavorazione.
2. Determinare il punto di collegamento del contorno del pezzo.
3. Impostare la posizione di avvio e chiusura del coltello e la posizione dell'origine delle coordinate.
Scrivere il set di istruzioni di controllo numerico in base al formato di istruzione prescritto, immettere il set di istruzioni nel dispositivo di controllo numerico per l'elaborazione (decodifica, funzionamento, ecc.), amplificare il segnale tramite il circuito di pilotaggio, pilotare il servomotore per emettere lo spostamento angolare e la velocità angolare, quindi convertire i componenti tramite il componente di esecuzione. Lo spostamento lineare del tavolo di lavoro viene realizzato per realizzare l'alimentazione.
Iniziamo a utilizzare una macchina CNC seguendo i 9 passaggi seguenti.
Fase 1. Programmazione CNC.
Prima della lavorazione, la programmazione CNC dovrebbe essere analizzata e compilata. Se il programma è lungo o complicato. Non programmare sulla macchina CNC, ma utilizzare la macchina di programmazione o la programmazione del computer, quindi eseguire il backup sul sistema CNC della macchina CNC tramite un floppy disk o un'interfaccia di comunicazione. Ciò può evitare di occupare tempo macchina e aumentare il tempo ausiliario di lavorazione.
Passaggio 2. Accendere la macchina.
Generalmente, l'alimentazione principale viene accesa per prima, in modo che la macchina CNC abbia le condizioni di accensione. Avviare un sistema CNC con un pulsante a chiave e la macchina utensile viene accesa contemporaneamente, e il CRT del sistema di controllo CNC visualizza le informazioni. Stato di connessione di clam e altre apparecchiature ausiliarie.
Fase 3. Impostare un punto di riferimento solido.
Prima della lavorazione, stabilire il dato di movimento di ogni coordinata della macchina. Questo passaggio dovrebbe essere eseguito per primo per la macchina del sistema di controllo dell'aumento.
Fase 4. Avviare la programmazione CNC.
In base al supporto del programma (nastro, disco), può essere immesso tramite macchina a nastro, macchina di programmazione o comunicazione seriale. Se si tratta di un programma semplice, può essere immesso direttamente sul pannello di controllo CNC tramite tastiera o immesso segmento per segmento in modalità MDI per l'elaborazione di segmenti remoti. Prima della lavorazione, l'origine del pezzo, i parametri dell'utensile, l'offset e vari valori di compensazione devono essere immessi nel programma.
Fase 5. Modifica del programma.
Se il programma immesso deve essere modificato, l'interruttore di selezione della modalità di lavoro deve essere posizionato in posizione di modifica. Utilizzare il tasto di modifica per aggiungere, eliminare e modificare.
Fase 6. Ispezione e debug del programma.
Per prima cosa, blocca la macchina utensile e fai funzionare solo il sistema. Questo passaggio serve a controllare il programma. Se c'è qualche errore, deve essere modificato di nuovo.
Fase 7. Fissaggio e allineamento del pezzo.
Fissare e allineare il pezzo da lavorare e stabilire un punto di riferimento. Il metodo adotta il movimento incrementale manuale, il movimento continuo o il movimento manuale della ruota della macchina utensile. Impostare il punto di partenza all'inizio del programma e impostare il riferimento dell'utensile.
Fase 8. Avviare la lavorazione CNC.
La lavorazione continua generalmente utilizza aggiunte di programma in memoria. La velocità di avanzamento nella lavorazione CNC può essere regolata tramite l'interruttore della velocità di avanzamento. Durante la lavorazione, il pulsante di attesa dell'avanzamento può essere premuto per mettere in pausa il movimento di avanzamento per osservare la situazione di lavorazione o eseguire una misurazione manuale. Premere nuovamente il pulsante di avvio del ciclo per riprendere la lavorazione. Per assicurarsi che la ciotola sia corretta, è necessario ricontrollarla prima di aggiungerla. Durante la fresatura, per pezzi piatti e curvi, è possibile utilizzare una matita anziché uno strumento per disegnare il contorno della parte sulla carta, il che è più intuitivo. Se il sistema ha un percorso utensile, è possibile utilizzare la funzione di simulazione per verificare la correttezza del programma.
Passaggio 9. Spegnere la macchina.
Dopo l'aggiunta, prima di spegnere l'alimentazione, prestare attenzione a controllare lo stato della macchina CNC e la posizione di ogni parte della macchina. Spegnere prima l'alimentazione della macchina, quindi spegnere l'alimentazione del sistema e infine spegnere l'alimentazione principale.
FAQs
Quanti tipi di macchine CNC puoi costruire tu stesso?
I tipi più comuni di macchine CNC che è possibile realizzare autonomamente includono router CNC, torni CNC, frese CNC, rettificatrici CNC, trapani CNC, laser CNC e taglierine al plasma CNC.
Quanto costa costruire kit di macchine CNC?
Il costo dei kit per macchine CNC fai da te include computer, scheda di controllo, parti della macchina e accessori. La maggior parte del costo è concentrata nell'hardware, che dipende dalla precisione richiesta per il piano di lavorazione CNC, e il costo medio è inferiore a $1, 000.
Cosa può fare una macchina CNC?
Le macchine CNC possono eseguire operazioni di fresatura, tornitura, taglio, intaglio, incisione, marcatura, rettifica, piegatura, foratura, pulizia e saldatura di metallo, legno, plastica, schiuma, tessuto e pietra.
Come scegliere un motore mandrino?
Il motore mandrino è la parte fondamentale delle macchine CNC. È necessario acquistare il motore mandrino giusto per i tuoi piani aziendali, tutto dipende dai materiali che stai lavorando e dalla precisione richiesta per i tuoi progetti.
Come scegliere un sistema di trasmissione?
Una è se scegliere una vite o una vite a sfere per la scelta del sistema di trasmissione. Qui suggerisco effettivamente che è molto meglio scegliere una vite a sfere. Sebbene utilizzi una vite di comando, consiglio comunque di scegliere una vite a sfere. La vite a sfere ha un'elevata precisione e un piccolo errore di rotazione. E nel processo di trasmissione, il suono è molto piccolo. Il processo di trasmissione della vite è l'attrito tra metallo e metallo. Sebbene il suono non sia molto forte, l'errore di rotazione diventerà sempre più grande dopo che il tempo di attrito è lungo.
Come scegliere un motore passo-passo?
Finché la macchina CNC funziona, il motore passo-passo funziona. Se il motore non viene selezionato con attenzione, allora 1° il motore è molto facile da riscaldare. Il motore è caldo quando la macchina inizia a funzionare, il che non dovrebbe essere ciò che vogliamo. Anche la coppia del motore è un problema da considerare, ed è facile perdere passi se la coppia è insufficiente. Quindi non essere avido quando scegli un motore passo-passo.
Precauzioni
Che tu stia costruendo un router CNC conveniente, o realizzare la migliore macchina per tornio CNC economica, anche lavorando con il fai da te la fresatrice CNC più economica, la prima cautela è l'alimentazione della macchina CNC. Ci sono 1 motori passo-passo e un motore mandrino sulla macchina. Pertanto, la corrente della macchina CNC è molto grande nel processo di utilizzo. Quando si acquista un alimentatore CC, è necessario acquistare un alimentatore CC con una corrente nominale maggiore. Il determinante della velocità del motore del mandrino è la tensione dell'alimentatore CC. Maggiore è la tensione, maggiore è la velocità massima di rotazione del mandrino, quindi la tensione non può essere troppo piccola.
In sintesi, suggerisco che la tensione nominale della macchina CNC autocostruita sia di circa 30 V e la corrente nominale sia di almeno 10A per garantire il normale funzionamento della macchina. La tensione di 30 V è utilizzata principalmente sul motore del mandrino e il motore passo-passo non ha bisogno di una tensione così elevata. Poiché il motore passo-passo è azionato da una vite, la coppia può essere comunque elevata anche con una piccola tensione. Quindi suggerisco che solo 12 V siano sufficienti per la tensione fornita al motore passo-passo. Il motore passo-passo utilizza 12 V, ma la tensione fornita dall'alimentatore CC è di 30 V. Qui, è necessario utilizzare un trasformatore. La potenza di questo trasformatore deve essere elevata. La corrente dei 3 motori passo-passo deve passare attraverso questo trasformatore. La dissipazione del calore del trasformatore non riesce a tenere il passo, con conseguente grave generazione di calore.
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