Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Frezarka CNC oparta o Arduino

kmmepl 18 Lut 2016 13:27 27273 9
  • Frezarka CNC oparta o Arduino W tym artykule przedstawiony zostanie opis tworzenia frezarki CNC wykonanej głównie ze sklejki. Zaletami wykorzystania drewna jako głównego budulca jest znaczne uproszenie budowy frezarki, oraz obniżenie kosztów całej konstrukcji. Wadą takiego rozwiązania jest niewątpliwie ograniczona odporność na drgania przy obrabianiu twardych materiałów. Do wykonania niektórych części w opisywanej konstrukcji posłużono się drukarką 3D, jednakże autor zaznacza, iż przy zachowaniu pewnej precyzji można się bez niej obejść.





    Materiały

    Do wykonania tej frezarki użyto:
    - 1x sklejka liściasta o grubości 18mm, wymiary: 2.4m x 0,61m (€32)
    - 2x rura stalowa, średnica: 18x1.5mm, długość: 900mm (€5.50)
    - 2x rura stalowa, średnica: 18x1.5mm, długość: 528mm (€3.75)
    - 2x pręt stalowy, średnica: 12mm, długość: 188mm (€1.35)
    - 4x łożysko liniowe 12mm (€1.50)
    - 8x łożysko liniowe 18mm (€3.50)
    - 2x gwintowany pręt M8, długość: 1m (€4.70)
    - 2x 5mm nakrętka M8 (€2)
    - 1x 5mm nakrętka M5 (€2)
    - 2x silnik krokowy NEMA17 (Wantai 42BYGHW811), 1.8 stopnia / krok (€30)
    - 1x silnik krokowy NEMA17 (Wantai 42BYGHW208) 1.8 stopnia / krok (€12)
    - 3x sterownik silnika krokowego TB6560 (€16.50)
    - 1x zasilacz 120W (12V,10A) (€10)
    - 3x kabel 4 żyłowy, długość: 1m (€6)
    - 1x klon Arduino Uno (€2.50)
    - kilka łożysk kulowych 608 (€4)




    - kilka nakrętek M8 i M9 oraz kilka śrub

    Całość: około 140€

    Frezarka CNC oparta o Arduino Frezarka CNC oparta o Arduino


    Uwaga: Należy zauważyć, że nie doliczono kwoty poniesionej za zakup frezarki Dremel 8200.


    Projekt

    Podczas projektowania tej konstrukcji, oparto się na projekcie podobnej frezarki znalezionej w internecie. Jednakże z powodu braku dokładnych wymiarów, zdecydowano się na całkowicie własny design wykonany w programie Autodesk Fusion 360. Podczas projektowania założono, iż frezarka powinna poruszać się w następującej przestrzeni: ±70cm w osi Y, ±40cm w osi X, oraz ±10cm w osi Z.

    Frezarka CNC oparta o Arduino Frezarka CNC oparta o Arduino

    Budowa osi Y


    Wykonanie mechanizmu dla osi Y należy do najprostszych czynności podczas budowy frezarki. Poniżej przedstawiono dokładny rysunek techniczny wraz z uwagami dotyczącymi szczegółów konstrukcji.

    Frezarka CNC oparta o Arduino Frezarka CNC oparta o Arduino Frezarka CNC oparta o Arduino


    Wszystkie wymiary podane na rysunku technicznym są w milimetrach


    Uwaga:
    - Oznaczenie 22-7 mówi o tym, że należy wywiercić otwór o średnicy 22mm na głębokość 7mm.
    - Panele A-A oraz C-C są identyczne.
    - Panele B-B oraz D-D są prawie identyczne: w panelu B-B należy wywiercić 1 otwór o średnicy 22mm (w celu umieszczenia nakrętki pomiędzy silnikiem krokowym a gwintowanym prętem), w panelu D-D otwór nie jest potrzebny.
    - Otwory 18mm w panelach B-B oraz D-D są wykonane na głębokość 9mm.

    Uwaga 2:
    Przed skręceniem elementów o wymiarach 80mm i 70mm, należy zamontować silnik krokowy (NEMA17 42BYGHW811) do panelu B-B. Potem trzeba przymocować gwintowany pręt (przycięty na 750mm), wraz z nakrętką na silnik krokowy. Następnie należy skręcić części o wymiarach 80mm i 70mm, jednakże bez przymocowania ich do głównej płyty.


    Budowa osi X


    Oś X wymaga części, które zostały wydrukowane za pomocą drukarki 3D. Są one dostępne tym linkiem. Jak już wcześniej wspomniano, elementy te da się wykonać z drewna, jednak taka czynność wymaga dużej precyzji. Przystępując do wykonania mechanizmu, należy przyciąć sklejkę zgodnie z poniższym rysunkiem. Nie należy skręcić wszystkich elementów ze sobą przed wykonaniem mechanizmu dla osi Z.

    Frezarka CNC oparta o Arduino Frezarka CNC oparta o Arduino Frezarka CNC oparta o Arduino


    Uwaga: W panelu po lewej stronie, otwór o średnicy 22mm jest głęboki tylko na 7mm (łożysko), a otwór o średnicy 10mm przechodzi na wylot. W panelu po prawej stronie, otwór 22mm przechodzi na wylot.

    Budowa osi Z


    Jest to najtrudniejszy element do wykonania. Otwory powinny być bardzo precyzyjnie wywiercone. W przeciwnym wypadku pręty gwintowane nie będą idealnie pasować do otworów w osi X, co przełoży się na znaczny wzrost tarcia. Autor radzi użyć precyzyjnej piły do drewna, oraz stojaka wiertniczego. Widoczne na poniższych zdjęciach części w kolorze czarnym zostały wykonane za pomocą drukarki 3D. Są one dostępne pod linkiem podanym wcześniej. Elementy w kolorze białym to łożyska.

    Frezarka CNC oparta o Arduino Frezarka CNC oparta o Arduino Frezarka CNC oparta o Arduino Frezarka CNC oparta o Arduino


    Składanie frezarki

    Budowa powinna się zacząć od montażu elementów osi Z na ramie od osi X. Następnie należy połączyć całość z dolną częścią osi X, a później połączyć także oś Y. Trzeba również pamiętać o wszystkich pozostałych nakrętkach.
    Po złożeniu konstrukcji zaleca się sprawdzenie poprawności wykonania poprzez pokręcenie prętami każdej osi. W przypadku, gdy pręty nie chcą się poruszać z łatwością, należy ponownie złożyć wszystkie elementy.

    Frezarka CNC oparta o Arduino Frezarka CNC oparta o Arduino

    Sterowniki silnika + okablowanie


    Sposób podłączenia silników krokowych do sterownika został podany na zdjęciu poniżej. Należy zwrócić uwagę, iż masa po lewej stronie sterownika należy do Arduino (nie do zasilacza 12V). Stan przełączników widocznych na zdjęciu sprawia, że wielkość kroku wynosi 1/8 normalnego kroku, takie ustawienie sprawia, że kroki są bardziej płynne i precyzyjne.

    Frezarka CNC oparta o Arduino

    Faza A i B silnika może być łatwo znaleziona przy pomocy zwykłego multimetru. Rezystancja pomiędzy A+ i A- powinna być bardzo mała, to samo tyczy się fazy B. Polaryzacja faz nie ma znaczenia, gdyż kierunek obrotu może być skorygowany w programie.

    Okablowanie arduino wygląda tak jak na rysunku podanym poniżej.

    Frezarka CNC oparta o Arduino Frezarka CNC oparta o Arduino


    Programowanie Arduino


    Do sterowania frezarki posłużono się gotowym programem pobranym z internetu. Poniższe czynności opisują sposób wgrania odpowiedniego programu na platformę arduino:

    1. Pobrać i wypakować paczkę z serwisu github dostępną pod tym linkiem.
    2. Włączyć Arduino IDE, a następnie dodać bibliotekę o nazwie ‘grbl’.
    3. Zrestartować klienta Arduino i przy pomyślnym dodaniu biblioteki, odszukać program o nazwie ‘grblUpload’ (dostępny w dziale przykładowych kodów Arduino)
    4. Otworzyć program o nazwie ‘grblUpload’ i wgrać go do urządzenia.
    5. Włączyć monitor portu szeregowego (Serial Monitor) i ustawić prędkość transmisji na 115200. Po tych czynnościach powinna pojawić się wiadomość: 'Grbl 0.9j ['$' for help]')
    6. W monitorze portu wprowadzić znak $, a następnie nacisnąć przycisk „wróć”.
    7. Wprowadzić znak $$ do monitora portu i ponownie wcisnąć „wróć”.

    Po dwukrotnym umieszczeniu znaku dolara w monitorze portu, powinna pojawić się informacja o bieżących ustawieniach programu. W nim możliwa jest korekta kierunku obrotu silników, jeśli ich polaryzacja została zmieniona.

    Frezarka CNC oparta o Arduino

    Pierwszy program


    Po pomyślnym wykonaniu wszystkich czynności, przyszedł czas na pierwsze uruchomienie frezarki, aby tego dokonać, należy:

    1. Pobrać program do wysyłania G-Code o nazwie: G-Code Sender. Dostępny jest pod tym linkiem (wymagana java).
    2. Podłączyć Arduino i ustawić prędkość transmisji na 115200.
    3. Zasilić frezarkę i w programie G-Code Sender przejść do zakładki „Machine Control” (na tym etapie sterowanie silnikami powinno być możliwe z poziomu programu).
    4. Zamontować pisak na mechanizm osi Z, (tak jak na załączonym obrazku) i zapisać poniższy tekst w notatniku z nazwą „circle.gcode”.

    Code:
    G17 G20 G90 G94 G54
    
    G0 Z0.25X-0.5 Y0.
    Z0.1
    G01 Z0. F5.
    G02 X0. Y0.5 I0.5 J0. F2.5
    X0.5 Y0. I0. J-0.5
    X0. Y-0.5 I-0.5 J0.
    X-0.5 Y0. I0. J0.5
    G01 Z0.1 F5.
    G00 X0. Y0. Z0.25


    5. Przejść do zakładki o nazwie „File Mode” i otworzyć plik „circle.gcode”.
    6. Zatwierdzić przyciskiem „Send”.

    Po wykonaniu powyższych czynności maszyna powinna malować koła o średnicy dokładnie 2 cali (5.08cm).

    Frezarka CNC oparta o Arduino Frezarka CNC oparta o Arduino

    Kilka faktów wynikających z użytkowania


    Po kilku tygodniach użytkowania tej konstrukcji autor stwierdza, że:

    1. Jest bardzo zadowolony z wykonanej frezarki.
    2. Frezarka potrafi obrabiać sklejkę z prędkością 400mm/min z 6mm frezem na głębokości 2mm.
    3. Ta sama prędkość, jednak o głębokości zwiększonej na 4mm, powoduje palenie się sklejki z powodu zbyt dużego tarcia. Dokładność w takim ustawieniu jest akceptowalna, jednak autor nie zaleca takiego ustawienia.
    4. Z powodu użycia gwintowanych prętów zamiast śrub trapezowych, istnieją luzy na osi y. To powoduje wykonywanie lekko spłaszczonych okręgów. W przyszłości planuje się zastosowanie śrub trapezowych.

    Frezarka CNC oparta o Arduino

    źródło: http://www.instructables.com/id/Homebuilt-DIY-CNC-Router-Arduino-Based-GRBL/?ALLSTEPS


    Fajne!
  • #2 19 Lut 2016 16:05
    darekRD
    Poziom 13  

    Sklejka na pewno nie jest idealnym materiałem do tego typu zastosowań, ale skoro autor użył, to pewnie się godzi z jej wadami. Na jednym z filmów widać, że górną poprzeczkę bramy skręcił tylko dwoma wkrętami. Może też kleił, ale widać, że ciął koszty ;). Gdyby podstawę bramy wysunął z każdej strony po 10 cm i dołożył trójkąty, to myślę, że sztywność całości znacznie by się poprawiła, choć może estetyka by spadła.

  • #3 20 Lut 2016 18:33
    Kempas
    Poziom 16  

    Mi się podoba, bardzo estetyczne jak na drewniaka.
    Czy lepiej zastosować sklejkę czy płytę meblową tej samej grubości ?

  • #4 20 Lut 2016 19:41
    a_noob
    Poziom 22  

    Sztywność musi być tragiczna. Blat, boki i plecy bramy bez żadnych usztywnień, no ale do frezowania w stylu "byle by było" się nada. Ogólnie moim zdaniem konstrukcja nie godna naśladowania.

    Kempas napisał:
    Czy lepiej zastosować sklejkę czy płytę meblową tej samej grubości ?

    Lepiej sklejkę.

  • #5 20 Lut 2016 20:47
    darekRD
    Poziom 13  

    Bo to jest frezarka artystyczna, a nie techniczna. :D . Artysta nie liczy milimetrów, nie kalibruje łuków. Liczy się ekspresja i niepowtarzalność właśnie.

  • #6 26 Lut 2016 01:05
    Martin_250
    Poziom 12  

    Przy takiej konstrukcji trudno będzie nawet fazować stół. Konstrukcja ze sklejki min.18mm jeszcze do lżejszych prac daje radę, ale rury zamiast wałków podpartych sprawiają, że frez na każdym kroku 'nurkuje'. Naprawdę przymierzając się do podobnego projektu warto dołożyć z góry na wałki podparte w osiach X i Y niż płacić później za połamane frezy.

  • #7 19 Maj 2016 13:37
    silvvester
    Poziom 24  

    a_noob napisał:
    Sztywność musi być tragiczna. Blat, boki i plecy bramy bez żadnych usztywnień, no ale do frezowania w stylu "byle by było" się nada.



    Można się przyczepić do śrub pociągowych, ale do reszty? Jak dla amatora styka.
    Widzę jak koledzy zachwalają inne konstrukcje wprawdzie stalowe, co z tego jak mocowanie osi Z maja na 2 prowadnicach zamiast czterech.

    Miałem i małą konstrukcje stalową z dremelem, i dużego drewniaka z wrzecionem 800W. Dremel dusił się na alu/miedzi, a 800W ciąłem ostatnio stal. Dobry drewniak o konstrukcji zamkniętej sprawdzi się lepiej od byle czego stalowego.

    Takie coś mam na myśli.
    Frezarka CNC oparta o Arduino

  • #8 05 Lut 2017 02:13
    locos1
    Poziom 12  

    Zbudowałem ten ploterek z kolegą "kropka w kropkę" bo to moja pierwsza konstrukcja tego typu a park maszynowy mamy ograniczony do wiertarki, lutownicy i kilku śrubokrętów. W trakcie budowy nauczyliśmy się wieeeeeeeeeeeelu nowych rzeczy i to był główny powód budowy tej konstrukcji. Ze względu na nieuniknione luzy (choć i tak pokasowane do granic możliwości) maszyna działa z laserem 3,5W. Spisuje się rewelacyjnie. Programy piszę w Inkscape z zainstalowaną wtyczką do zamiany ich na gkody. Potem GRBL Controler 3.6.1 i wio! Niebawem chcemy podłączyć dremelka by zobaczyć jak pójdzie frezowanie (bardziej wyskrobywanie bo po tak wiotkiej konstrukcji cudów się nie spodziewamy).
    Frezarka CNC oparta o ArduinoDSC_02..JPG Download (471.22 kB) Frezarka CNC oparta o ArduinoDSC_02..JPG Download (954.94 kB)

  • #9 02 Mar 2017 22:06
    Kacper010
    Poziom 1  

    Buduje podobną frezarkę i mam problem ze sterowaniem silnikiem osi Z to znaczy przy sprawdzaniu silników w programie G Code Sender czy w ogóle się obracają oś X oraz Y obracają się prawidłowo zaś oś Z obraca się ale o bardzo niewielki kąt a wiem że powinna pracować tak samo jak osie X i Y . Używam arduino uno r3 oraz cnc shield i sterowników A4988 .

  • #10 23 Lis 2017 22:03
    rsv6
    Poziom 5  

    Możesz mi powiedzieć czy arduino ma też jakiś PWM wrzeciona? Który to pin bo chciałbym coś wypalać przez grbl w swojej frezarce na lpt Czy w arduino uno ustawia się od razu maksymalne prędkości itd czy to już w PC? Będę chciał zrobić przejściówkę USB - arduino uno - lpt

    Dodano po 13 [godziny] 17 [minuty]:

    Chciałbym zgłosić że pierwszy link wcale nie posiada biblioteki hex GRBL.
    Znalazłem łatwiejszą instrukcji zaprogramowania Arduino uno:

    Link