sabato 10 ottobre 2015

CNC combo (Fresa + Laser) con Arduino, cnc shield v 3.0, GRBL e Universal Gcode Sender

Ispirato dal progetto Shapeoko ho tentato di replicarlo (quantomeno nella forma) utilizzando il più possibile materiali reperibili in una comune ferramenta.



Non ho fatto alcun disegno su carta o cad, sono andato al Brico ed ho preso quello che mi sarebbe potuto servire per realizzare la struttura della cnc.

Non avevo alcuna idea di come realizzare la struttura al contrario avevo ben chiaro l'obiettivo da raggiungere: una piccola cnc per lavori di precisione che potesse incidere con il laser e fresare allo stesso tempo.

Ho passato circa un'ora nelle corsie dei profili di alluminio, guide per cassetti e squadrette/piastre pensando a come poter assemblare i vari pezzi. La cosa che mi ha aiutato molto è stato il fatto che le forature delle piastre hanno distanze uguali e simmetriche per cui si possono assemblare garantendo anche un certo squadro.

Ho voluto minimizzare l'utilizzo del mio amato legno cercando di ottenere un design più snello, pulito e allo stesso tempo più rigido.

Continuo a sostenere che la scelta della trasmissione a cinghia è ottimale per annullare i giochi e guadagnare in velocità. Se non si necessita di particolari potenze di avanzamento degli assi consiglio vivamente di utilizzare le cinghie metriche.

Perchè ho costruito una quarta cnc? sperimentare nuove tecniche e materiali diversi...

Le novità introdotte

Volevo una cnc che potesse essere utilizzata sia come fresatrice che come incisore laser, quindi l'ho dotata di due teste: Fresa da 200 Watt + Modulo laser da 1 Watt.



Un'altra novità è la trasmissione dell'asse Z con cinghia metrica GT2 6mm con il vantaggio di annullare praticamente ogni gioco




Gli unici pezzi che non ho trovato al Brico erano delle guide con cursore della Accuride che ho trovato su RS Components. Avrei potuto anche farne a meno e utilizzare delle comuni guide per cassetti con sfere in acciaio ma hanno lo svantaggio che i cursori essendo lunghi come le guide uscirebbero dalla struttura aumentandone le dimensioni d'ingombro e dato che lo spazio che avevo a disposizione era limitato ho preferito questo specifico prodotto.

Per l'asse Z invece ho utilizzato delle guide per cassetti da 200 mm.


Di seguito troverete alcuni passaggi delle fasi di lavorazione, non mi dilungherò troppo sulle descrizioni poiché ho scattato molte foto che valgono più di mille parole.
Se avete domande specifiche potete aggiungere dei commenti o scrivermi tramite il form di questo blog.

Ho iniziato ad assemblare le due spalle che sostengono la struttura montando le guide della Accuride su un profilo ad "U" di alluminio il quale poi l'ho fissato ad un listello di multistrati di betulla per rendere il tutto più rigido.







Su un piano di betulla da 18 mm ho fissato ai 4 angoli degli angolari per gazebo da 105x105x90 mm all'interno dei quali ho bloccato le due spalle precedentemente assemblate.

N.B. per fissare gli angolari al piano ho inserito dei bussolotti con filetto M6 nella parte dello spessore (vedi la prima figura)





Ai cursori delle guide Accuride ho montato due angolari per sorreggere il ponte mobile ricavato da un profilo di alluminio 90x45mm.




La terza guida Accuride l'ho montata sul fronte del profilo di alluminio 90x45 mm.

Sul cursore ho fissato una piastra 200x70 mm che farà da basamento per l'asse Z e ad essa ho montato una piastra angolare con due cuscinetti che rotoleranno su un profilo ad "L" montato sul ponte il quale annullerà i giochi del cursore della guida.




Su entrambi i lati del ponte ho montato due cuscinetti sui quali dovrà scorrere la cinghia ed il supporto per il motore stepper Nema 17.

I cuscinetti da 20 mm sono stati montati su un profilo di alluminio ad "L" 20x20 mm appositamente forato.

I supporti per i motori li ho comprati su Ebay a circa 4 euro l'uno.




Su una piastra di allumino di spessore 6mm ho ricavato (con una fresa a tazza) l'alloggio per il motore e tutti i fori per poterla fissare al cursore del ponte.

Con la cnc ho realizzato un'asola per poter farci scorrere una puleggia che tenderà la cinghia dell'asse Z.





Sempre sulla piastra di alluminio da 6 mm ho fatto dei fori filettati per bloccare le guide per cassetti da 200 mm.


Le guide per cassetti sono state avvitate alla piastra sulla quale sono stati ricavati dei filetti M4.
Le 4 viti che vedete nella figura qui sopra serviranno a bloccare il cursore.


Sul ponte ho montato due supporti per poter mettere in tensione la cinghia.





Sul modulo dell'asse X con due angolari ad "L" ho montato il supporto del motore Nema 17.





Sulle estremità delle spalle ho fissato dei blocchetti per poter tendere le due cinghie, sul ponte ho montato i due motori con pulegge GT2 e le relative cinghie.





L'asse X e Y sono pronti per essere testati così attacco al volo Arduino e inizio a farli muovere.



Qualcosa si muove.... è un buon incentivo per andare avanti e completare il progetto


Nel frattempo con la stampante 3D ho realizzato le due metà del supporto per la piccola fresatrice che poi ho montato su una piastra che farà da cursore per l'asse Z.



Una volta montato il cursore ho inserito e serrato la fresatrice poi ho preparato il supporto per il modulo laser e montato davanti ad essa.


Sopra al modulo laser ho alloggiato il suo driver che (botta di c**o) aveva i fori con lo stesso interasse dei fori del cursore.


Adesso è l'ora dell'elettronica...

Con la mia stampante 3D ho stampato il box per alloggiare la parte dell'elettronica che comprende:
  • Arduino Uno
  • CNC Shield V3
  • Modulo Relè per comandare la fresatrice




Anche il coperchio è stato stampato in 3D e dotato di un alloggio per una ventola per dissipare il calore de 4 driver Pololu A4988.

Come si può notare ho messo un interruttore a 2 stati per switchare da laser a fresa intervenendo esclusivamente sul pin PWM di arduino.

Il prossimo obiettivo è poter switchare tra fresa e laser direttamente con un comando Gcode.




L'ultima cosa che è rimasta da fare è incidere il piano di lavoro con una griglia di riferimento per poter allineare i pezzi da lavorare.




Il progetto è finalmente giunto al termine...



Questi sono alcuni test di lavorazione combinata







Grazie per la lettura, spero abbiate trovato interessante questo contenuto.