Bygga en CNC router (1 / 18 steg)

Steg 1: Design

Innan du börjar bygga en maskin, har du alltid att göra någon form av en design. Har ibland det bara vara några skisser på ett papper, men för denna maskin en mer exakt tre dimensionell ritning krävdes. Jag gjorde min design med hjälp av google sketchup. Google sketchup är ett gratis cad program, som du kan ladda ner från webben. Jag hittade det var mycket lätt att arbeta med, även om jag aldrig hade arbetat med ett cad-program. Du kommer inte kunna rita som komplicerat mönster som du kan, genom att använda andra program som Autocad, men för mina syften den arbetat rättvis böter.
Mitt huvudsakliga mål var att få alla rätt dimensioner för mina delar, så att jag kunde beställa dem online. Jag ville se om alla mina delar kommer att passa ihop. Eftersom maskinen består av en massa rörliga delar, ville jag se till att ingenting skulle slå varandra medan du kör maskinen.
När jag började designa maskinen hade jag redan vissa delar som den linjära skenor och bollen skruvar. Jag köpte dessa från någon som hade byggt en test maskin för sin webshop. Jag använde samma elektronik för denna maskin, som jag använt för trä test maskin jag hade byggt tidigare.

Dessa är de grundläggande dimensioner och delar som används för datorn:
Yttre dimensioner
X: 1050mm
Y: 840mm
Z: 400mm
Resor
X: 730mm
Y: 650mm
Z: 150mm

Motorer: Nema 23 - 3Nm
Styrsystem: Leadshine M542 V2.0
Spindel: Kress FME 800
Linjära skenor: X: Sbr 20
Y/Z: Sbr 16
Kulskruv: X / Y: 16 mm 5 mm pitch
Z - axel driva skruv: M10 med hemgjord delrin mutter
Aluminiumprofiler: 30/60 mm Misumi 100 mm
Plåt: 15 mm tjock
CAD/CAM-programvara: CamBam
Controller software: MACH3

Maskinen är nästan helt byggt av 15mm tjock aluminium plattan och 30x60mm aluminium profiler. Jag byggde denna CNC router med en mycket begränsad mängd verktyg. De huvudsakliga verktygen var en drill press och en svarv. Eftersom jag inte hade de rätta verktygen att klippa i plåt till storlek, jag konstruerade maskinen runt standardstorlekar och beställde plattorna online, redan kapade i längd. Aluminium profiler jag använde var även minska till längd och jag beställde dessa från misumi Europa.

När du designar en CNC router är det bra att fråga dig själv ett par frågor. Här hittar du designprocessen jag gick igenom för min CNC router.

Vilken typ av CNC router vill du bygga?
Det finns i princip två typer av CNC-routers: den rörliga tabelldesignen och rörliga gantry design. Rörliga bordsdesign stil används ofta för mindre storlek CNC-routers. De är lättare att konstruera och kan byggas styvare än ett röra gantry stil maskin. Nackdelen med att låta tabellen flytta i stället för utlastningsanordningen, är det övergripande fotavtryck av maskinen i efterhand att det är skärning kuvert, är ungefär dubbelt så stor som med rörliga gantry design. Därför är förmodligen det bättre att göra en glidande gantry stil maskin, om kuvertet styckning är större än ca 30 x 30 cm. Eftersom jag ville bygga en maskin med skärande kuvert på ca 65 x 65 cm, använde jag den rörliga gantry stil designen.

Vad vill du att skära med CNC router?
Detta bestämmer ganska mycket varje svar på frågorna nedan. Jag ville använda maskinen för plywood, trä och plast främst, men också för aluminium. Om du vill klippa material hårdare än aluminium, rekommenderar jag att bygga en CNC mill, i stället för en router.

Vilket material ska du använda att konstruera maskinen?
Detta bestäms av frågan ovan. En bra riktlinje är att materialet som du använda för att bygga maskinen är starkare eller lika stark som det material du vill klippa. Så om du vill klippa aluminium, du bör använda aluminium eller ens stål för att bygga maskinen. Jag har sett trä CNC-routers som kan skära aluminium (du kommer att hitta några på youtube), men detta gick mycket långsamt och maskinen måste vara väldigt välbyggda. Eftersom jag ville skära aluminium med denna CNC router, byggde jag det av aluminium. Jag kunde ha använt stål, men detta är svårare att maskin och jag hade inte rätt verktyg för detta.

Hur lång resa behöver du för varje axel?
Min första avsikt var att bygga en CNC router som kan hantera standardstorlek ark gods, som plywood och mdf. I Nederländerna är 62 x 121 cm. Så för Y - axeln, jag ville ha en resa distansera av åtminstone 620mm. Maskinen är placerad i ett litet skjul i min trädgård, med en mycket begränsad mängd utrymme. Jag kunde inte göra maskinen för stor, eftersom då det skulle verkligen vara i vägen och tar upp allt utrymme. Så på X - axeln bara har 730mm av resor. Detta är mindre än den fulla längden av ett blad av plywood (1210mm), men jag tänkte att om jag ville maskin något riktigt stora en kunde skära den första delen, än Skjut arket fram och skär den sista delen. Med hjälp av denna teknik kan du klippa bitar som är mycket större än den normala X - travel avstånd. För Z - skulle axel tänkte att 150mm vara tillräckligt för att eventuellt använda en fjärde axel i framtiden.

Vilken typ av linjär rörelse kommer du använda för maskinen?
Det finns många alternativ att välja mellan för linjär rörelse: låda diabilder, kullager på V järnväg, V-spår lager, stöds inte rund linjära järnväg, stöds helt rund linjära järnväg och profil linjär järnväg. Linjär rörelse systemet du använder avgör i stor utsträckning den skärande kvalitet som du kan uppnå. Jag skulle rekommendera att gå för det bästa systemet som du har råd. Efter lite forskning, fann jag att fullt stöd linjära skenor skulle vara det bästa alternativet, att jag fortfarande hade råd. Om du söker på ebay för SBR12, SBR16 eller SBR20 hittar du ett antal olika säljare och uppsättningar att välja mellan. Om du bygger en 3 axel CNC router, bör du köpa ett kit som består av tre uppsättningar av linjära skenor och två linjära lager per järnväg. Linearmotionbearings2008 är en bra ebay butik från Kina, som säljer ett antal olika kit, även med bollen skruvar ingår.

Vilken typ av linjär enhet system kommer du använda för varje axel?
De grundläggande alternativen att köra varje axel är: kuggremmar, kuggstångsdrivna och enheten skruvar. För hemgjord CNC-routers används oftast enheten skruvar. Skruv-enhet fungerar genom att placera stationära muttern på den rörliga delen av maskinen och hålla skruven på plats i båda ändarna. Skruven får kopplad till motorn. Om motorerna börjar vända, kommer att muttern med den rörliga delen av maskinen ansluten till den, flytta längs skruven och sätta maskinen i gång.
För X- och Y-axeln använde jag bollen skruvar. Bollen skruvar ger mycket jämn rörelse, med praktiskt taget inga bakslag. Motreaktion är mängden spel mellan driva skruven och muttern och är något du inte vill i en CNC router. Om du vill läsa mer om motreaktion, jag rekommenderar att ta en titt på th.
Bollen skruvar är dyrare än ACME skruvar (som är ett bra alternativ), men kommer igen mycket öka skärhastigheten och styckning kvalitet kan du uppnå.
För z-axeln använde jag högkvalitativ rostfritt stål M10 gängad stång, med en hemmagjord delrin mutter.

Vilken typ av drivmotor och controller du ska använda?
När det gäller motorer, det finns två grundläggande alternativ: servomotorer och stegmotorer.
Servomotorer används främst för hög slut CNC-routers och är mycket dyra. De använder pulsgivare att ge position feedback och kräver dyrare styrenheter. Stegmotorer används ofta på hemgjord CNC-routers och det finns många olika typer och storlekar. Storleken på stepper motor du behöver beror på vad du vill klippa, hur snabbt du vill klippa det, vilken typ av linjär enhet och motion komponenter du använder, hur stor maskin är etc. Jag använde stegmotorer 3Nm för min maskin, vilket förmodligen overkill.
Registeransvarige skall passa den motor du använder. Du kan använda enskilda drivrutiner för varje motor, som jag gjorde, eller du kan köpa en 3 eller 4-axlig förare ombord. Du kan läsa mer om den elektronik som jag använde i steg 14.

Vilken typ av spindeln kommer du använda?
De flesta hemgjord CNC-routers använda en standard träbearbetning router eller trim router som skärande spindeln för deras maskin. Min är inget undantag. Jag använde en Kress router, som är av något högre kvalitet än vanliga trä routrar, och har en trevlig 43mm klämma fast fläns. Om du vill skära en massa olika material, kan någon form av varvtalsreglering vara riktigt händig. Kress routern har en inbyggd varvtalsreglering men du kommer att finna detta på de flesta routrar. Om du ska göra en hel del riktigt tung skära kanske du vill titta in luft eller vatten kyld spindlar. Du kan hitta dessa på ebay också, men de kommer att kosta dig mycket mer än en standard router. De använder en VFD för varvtalsreglering och kan vara mycket tystare än vanliga routrar.

Vad blir den totala kostnaden för maskinen och vill jag spendera så mycket pengar?
Jag uppskattade de totala kostnaderna för denna CNC router inte omkring 1500 euro. En CNC router är dyrt men du kan spara mycket pengar genom att bygga en själv.

Efter att jag hade hittat Svaren på alla frågor ovan, kom jag upp med den slutliga designen för min CNC router. Som ni ser, är min design inte extremt detaljerad. Du kommer inte se de exakta hål platserna på alla delar till exempel. Det är svårt att avgöra hur många bultar bör du använda att sätta två stycken tillsammans, om du har aldrig haft dessa bitar i händerna innan.
För mig var denna design tillräckligt för att ge mig en bra bild på hur allt skulle fungera och vilka delar jag ska beställa.

Efter design slutfördes och avvisade/omgjorda ett par gånger, kunde jag börja beställa alla delar behövs. 30x60mm aluminium profiler och alla aluminium pläterar för gantry och Z - axeln som jag använt för X - axeln var färdigskurna till längd. Jag beställde också några tunga vibrationsdämpande utjämning fötter.