Frezarka CNC - Rasp Pi Zero W

[lukaszd82]

Opis konstrukcji

Całość jest wynikiem obserwacji innych tego typu konstrukcji oraz własnych przemyśleń i możliwości. Konstrukcja to typowy drewniak (tania w budowie). Część elementów posiadałem z innych projektów. Całość jest sterowana z wykorzystaniem GRBL 0.9j i Arduino Nano 3.0.

Dodatkowo, aby uniezależnić się od PC gcode wysyłany jest z Rasp Pi Zero W bezpośrednio do Arduino.

Pole robocze frezarki to ok 240x 200mm. Wstępnie zostanie ono ograniczone limitami w oprogramowaniu GRBL. Docelowo prawdopodobnie zainstaluję krańcówki. Prześwit osi Z 64mm.

Formatki ze względu na cenę całości zostały zamówione ze sklejki szalunkowej co było błędem. Różnice w grubości poszczególnych arkuszy dochodziły do 2mm (z tego powodu dostałem zwrot 50% opłaconych za sklejkę środków).

Wykaz głównych elementów konstrukcji:
1. Łożyska liniowe SC12UU -12 sztuk
2. Łożyska liniowe SC12VUU -2 sztuki
3. Śruba trapezowa Tr10x2 - 540mm, 440mm, 220mm
4. Sprzęgła elastyczne 6,35x10 -4 sztuki
5. Uchwyty prowadnic liniowych 12mm - 4 sztuki
6. Sklejka szalunkowa 21mm (ok. 1,5m kwadratowego)
7. Arduino Nano 3.0
8. Rasp Pi Zero W - 1szt
9. Zasilacz 12VDC, 24VDC, 48VDC - po kilka sztuk
10. Silnik krokowy NEMA23 - 4sztuki
11. Prowadnica liniowa 12mm - 3x400mm, 2x500mm, 2x200mm
12. Nakrętka śruby Tr10x2 - 3 sztuki
13. Uchwyty śruby - łożyskowane - 6 sztuk
14. Uchwyty prowadnic liniowych 12mm - 10szt
15. Wrzeciono 300W - 1 sztuka
16. Uchwyt wrzeciona 52mm - 1 sztuka
17. Sklejka szalunkowa 21mm z cięciem (formatki wg projektu)
18. Śruby wg potrzeb
19. Sterownik silnika krokowego - klon TB6600 3 sztuki

Wykaz formatek ze sklejki:
500x400 1x - podstawa
542x350 2x - boki
400x59 1x - przód (pod montaż uchwytu śruby poruszającej stolik oś Y)
400x70 1x - tył (pod montaż uchwytu śruby poruszającej stolik oraz silnika krokowego oś Y)
400x200 1x - podstawa osi X
400x121 2x - tylne półki tworzące wnękę na elektronikę
390x280 1x - stolik
142x242 1x - podstawa osi Z
142x38 1x - dół podstawy osi Z (montaż łożyska śruby osi Z)
142x50 1x - góra podstawy osi Z (montaż łożyska śruby osi Z oraz silnika krokowego)
142x130 1x - oś Z (pod montaż wrzeciona)

Soft - kontroler GRBL

W moim przypadku, posiadam klon arduino nano z układem CH341 instaluję driver Arduino driver ch341ser tworzący wirtualny port COM do komunikacji z mikroprocesorem. Następnie oprogramowaniem Xloader wgrywamy soft na Arduino i gotowe.

Soft - wysyłanie g-code do kontrolera GRBL
Teraz potrzebny nam soft na PC do wysyłania komend dla naszego kontrolera GRBL. Soft jest zarówno pod windows jak i pod linuxa.

Ja w tym celu wykorzystuję minikomputer Rasp Pi Zero W (zamiast stacjonarnego PC).

Wykorzystanie Rasp Pi Zero W jako PC do wysyłania G-code niesie ze soba pewne następstwa. Zasięg Wi-fi okazał się mały ze względu na słabą antenkę w malinie. Dodatkowo wydajność 1 rdzeniowego PC z 512MB RAM jest mizerna. Z tego powodu testowałem wiele rozwiązań by wybrać najbardziej dla mnie optymalną wersję. Skończyło się na instalacji Raspbian Lite, doinstalowaniu lekkiego środowiska graficznego oraz serwera VNC (by w łatwy sposób przegrywać nowe g-code do wykonania).

Testowałem 2 programy do obsługi frezarki z systemu linux maliny:
1. bCNC.
2. Universal Gcode Sender - ten program pozostawiłem.
Po wgraniu oprogramowania na malinkę wystarczy podpiąć do malinki po USB Arduino z wgranym Grbl, wybrać port COM i połączy się z oprogramowaniem. Zobaczymy wtedy ustawienia konfiguracyjne naszego softu. Ich opis jest zależny od wersji. W moim wypadku
Konfiguracja GRBL 0.9

Schemat elektryczny

 

Poza schematem jest chińskie wrzeciono 300W, które załączam ręcznie. Prędkość jest sterowana z wykorzystaniem regulatora PWM 60VDC, 20A i zasilana napięciem 48VDC.

Działanie
Po wstępnej konfiguracji możemy przystąpić do testów naszego CNC.

1. Frezowanie napisów w płytkach plastikowych

2. Wyfrezowane płytki pod ESP8266

A oto filmiki z działania urządzenia:

 

Podsumowanie
Na pewno konstrukcja nie jest najlepsza, 3 prowadnice na jednej osi (wykorzystałem posiadane prowadnice i łożyska).Dość cienkie prowadnice, dodatkowo swobodnie wiszące. Przy pierwszych testach wyszło, iż śruba trapezowa na osi X jest do wymiany (na odcinku 100mm ma luz ponad 0,3mm).

Pozostało zrobić osłony śrub trapezowych i prowadnic osi Y, w planach osłona z pleksy aby wióry nie rozsypywały się przy frezowaniu poza urządzenie. Być może później jakiś odciąg. Oczywiście pojawi się wyłącznik awaryjny oraz krańcówki. W sumie jestem zadowolony. Podstawowy cel - grawerowanie PCB wraz z wierceniem, wycinanie formatek ze sklejki i pleksy bezproblemowe. W razie dodatkowych pytań postaram się w miarę możliwości udzielić odpowiedzi. Jeśli ktoś chciałby dokładniejsze informacje na temat wykonania całości po polecam pobranie i przejrzenie pliku Frezarka CNC.zip (33 strony powinny zaspokoić ciekawość).

Frezarka CNC.zip

[Treker (Damian Szymański)]

@lukaszd82, właśnie zaakceptowałem opis. Dziękuję za przedstawienie ciekawego projektu, zachęcam do prezentowania kolejnych DIY oraz aktywności na naszym forum

[mihu]

Z tego co napisałeś widzę, że masz 3 śruby trapezowe i 3 nakrętki do nich. Użyj dodatkowej nakrętki do skasowania luzów. Ustaw je względem siebie tak by luz był minimalny i tak unieruchom względem osi.

[lukaszd82]

Kasowanie luzu w planach. Raczej skorzystam z połączenia dwóch nakrętek i sprężyny. 1 śruba okazała się od razu wadliwa. Na odcinku ok 100mm był luz 0.3-0.5mm. Na pozostałych śrubach na razie luz w granicach 0.05 (sprawdzane czujnikiem zegarowym).

[mihu]

Tak w ogóle to wcześniej nie napisałem, ale fajna maszyna. Szacunkowy koszt?

Nie było pytania, koszty są w załączniku

Edytowano Styczeń 22, 2019 przez mihu

[lukaszd82]

sporo elementów miałem z innych projektów, ale:

1. Łożyska liniowe SC12UU -12 sztuk ~136zł ali
2. Łożyska liniowe SC12VUU - 2 sztuki ~19zł ali
3. Śruba trapezowa Tr10x2 - 540mm, 440mm, 220mm ~12zł allegro
4. Sprzęgła elastyczne 6,35x10 -4 sztuki 21zł ali
5. Uchwyty prowadnic liniowych 12mm - 14 sztuki `48zł ali
6. Arduino Nano - 1 sztuka 8zł ali
7. Rasp Pi Zero W - 1szt ~52zł botland
8. Zasilacz 24VDC, 48VDC - po kilka sztuk ~200zł
9. Silnik krokowy NEMA23 - 3sztuki ~50zł allegro
KH56KM2 Japan Servo 2,2A 1,76V, połączenie bipolarne ok 1Nm
10. Prowadnica liniowa 12mm - 3x400mm, 2x500mm, 2x200mm ~32zł allegro
11. Nakrętka śruby Tr10x2 - 3 sztuki ~34zł ali
12. Uchwyty śruby - KFL00 - 6 sztuk (6x4,00zł) ~24zł ali
13. Wrzeciono 300W - 1 sztuka ~136zł ali
14. Uchwyt wrzeciona 52mm - 1 sztuka ~30zł ali
15. Sklejka szalunkowa 21mm z cięciem  ~110zł sklejki.pl
16. Śruby wg potrzeb ~50zł
17. Sterownik silnika krokowego - klon TB6600 3 sztuki (3x22,74zł) ~68zł ali

18. Inne drobne elementy nie uwzględnione powyżej ~100zł
CAŁOŚĆ ~1130zł
Mój koszt ~520zł

Podałem ceny ze źródeł z których pochodzi większość elementów. Sporej części nie kupowałem, bo już zalegała w szufladach, szafkach...

Niekiedy dziwnie może wyglądać dobór elementów, ale adaptowałem to co mi pozostało by pozbyć się wszystkiego, co się da

Normalnie bym zastosował prowadnice podparte i ruchomą bramę bo wtedy pole robocze jest większe, ale prowadnice już takie miałem z innej maszynki więc dokupiłem tylko łożyska. Stąd też 3 prowadnice na osi X (dla sztywności).

W planach budowa poważniejszej maszynki z polem roboczym ok 1.5x0.8m, ruchoma brama, prowadnice podparte fi25 i fi20, wrzeciono mokry chińczyk 1.5-2.2kW.

Maszynka ma wycinać elementy pod kolumny w małej manufakturze. Można więc tą frezarkę potraktować jako pierwszy test ;> Tu kolumienki kolegi. Teraz powstaje już 3 lub 4 wersja o innym wyglądzie i wymiarach, lepiej wykonane bo całość forniowana itd...

Parametry Kolumn z fot (1 wersja) :
Głośnik niskotonowy : 2x GDN 13/50/9 Tonsil
Głośnik wysokotonowy : GDWK 10/80/26 Tonsil
Impedancja : 6Ω
Skuteczność : 89dB
Zakres częstotliwości : 45Hz - 25KHz
Moc nominalna : 100W
Moc szczytowa : 160W
Wymiary : SxWxG 210x500x300mm
Ciężar : 12kg

No i mam już zapytanie od kolegi stolarza o coś o polu roboczym 2x1m ale zobaczymy co z tego będzie

Edytowano Styczeń 22, 2019 przez lukaszd82

[mihu]

Ładne.
Przy większej produkcji frezarka się przyda.
Do 2szt. używałem frezarki ręcznej z dorobionym z panela podłogowego cyrklem. Przy w sumie 6 otworach i 4 frezowaniach pod kosze dało radę.

Natomiast stolarz krzyknął mi ok 100 zł za otwór wraz frezowaniem pod głośnik :/.

[lukaszd82]

No kolega w 1 wersji zrobił i sprzedał 24 kolumny. 2-3wersja podobnie. Teraz 4 wersja powstaje.. 

[Masterpc96]

Bardzo fajny projekt aktualnie sam buduję podobny do frezowania pcb, mógłbyś podrzucić link do frezu jaki masz założony (ten z filmiku jak frezujesz pcb)

[lukaszd82]

frezy 0.2mm 30stopni

[lukaszd82]

Temat rozwojowy,  mam w planach przebudowę mojego CNC.

Uznałem, że muszę zmniejszyć rozmiary i wagę całości. Teraz będzie ruchoma brama, część elementów zostanie wydrukowana na drukarce 3D.

Teraz całość waży ok 40kg i jest masakrycznie niewygodna do transportu.

Docelowo 2 silniki w osi Y i wymiary całości ok 450x450x350 (obecnie jest to około 620x500x450). Oczywiście pole robocze będzie podobne lub nawet większe.

Zobaczymy co z tego wyjdzie. Jeśli powstanie nowsza wersja to dam znać i napiszę nowy temat.

 

Edytowano Listopad 5, 2019 przez lukaszd82