Update

Jako, że dawno nie pisałem, to dzisiaj wrzucam dużą paczkę zdjęć! Ostatnimi czasy udało mi się wykonać większość części. Ale też zauważyłem w międzyczasie jeden problem - wrzeciono. Silnik na max. obrotach bez obciążenia pobiera ok 10W. Z zamontowanym wrzecionem strata sięga juz 20-25W. Cały blok łożysk również nagrzewa się po kilku minutach pracy. Początkowym zamierzeniem było dobre łożyskowanie przy użyciu 3 łożysk 625 2Z. Zrobiłem szybką kalkulację i rzeczywiście przy 12k rpm wychodzi 4W strat na jedno łożysko. Jest to trochę za dużo... Na razie ograniczę liczbę do dwóch i górne łożysko bez zamknięcia (bez 2Z). Mam nadzieję, że zanim dojdą do mnie łożyska wysokoobrotowe MR105 2Z, to te rozwiązanie zda egzamin. Odnośnie kupnych części, to wiele z nich już dotarło, lecz na kilka jeszcze czekam. Przed skończeniem frezarki głównie powstrzymuje mnie brak 4 łożysk osi Z.

Stół osi Y

Profile przycięte oraz z otworami montażowymi

Wałki i śruba osi Z

Śruby osi X i Y

Wałki X i Y

Stół Z z wrzecionem, stół roboczy, silnik, oprawka ER11 oraz prototyp (druk 3D) mowego wrzeciona

Stół Z w procesie obróbki

Wstępnie złożony stół Y z krokowcem

Wstępne poskręcanie tego, co już mam

Trochę o elektronice

Tym razem trochę o elektronice oraz napędzie mojej frezarki. Jak wcześniej wspomniałem, za pracę silników krokowych i silnika wrzeciona będzie odpowiadać kontroler oparty na platformie Arduino - GRBL. Jest bardzo tani - arduino, CNC shield i step sticki to koszt rzędu 8$; jest do niego dużo przykładów i wiele osób zrobiło wiele udanych konstrukcji na nim. Silniki krokowe osi X i Y to dość popularne w świecie drukarek 3d 42HD6021-08, dla osi Z troszkę mniejszy, ale o podobnym momencie i wyzszym prądzie (1.7A) 42BYGHW609P1-X2. Do tego dochodzą czujniki krańcowe, które bedą czujnikami zbliżeniowymi oraz silnik wrzeciona. Tutaj mała niespodzianka - do tego celu użyję silnika od samolotu RC:) Kiedyś zakupiłem silnik 3 fazowy BLDC DYS D2830 1000kv za ok. 12$ z Chin. W samolocie sprawował sie bardzo dobrze, to i może we frezarce da rade... Silnik ma ok 200W mocy, kreci sie ok 12-14k rpm, a pod obciążeniem przy 9-10k rpm ma ok 0.1Nm momentu. Do skrawania aluminium frezami do 6mm średnicy da radę bez problemu. Silnik już wcześniej miał wytoczony nowy wałek przeze mnie (zmieniałem stronę, w którą wychodzi wał z silnika), więc tym lepiej do nowego zastosowania.

Do sterowania silnikiem użyję ESC 30A. Chcę zrobić układ, który na wejsciu będzie otrzymywać sygnał PWM z GRBL (duża częstotliwość, wypełnienie 0-100%), a na wyjściu bedzie to sygnał PWM typowy dla zastosowań modelarskich (50Hz, wypełnienie 1-2ms). Plan na przyszłość jest, aby odczytywać prędkość obrotową z jednej fazy silnika i poprzez regulator PID mieć na wyjściu zadaną prędkość obrotową niezleżnie od obciążenia (oczywiście w ramach możliwości tego małego wariata:)).
Zasilanie - tutaj również nie chciałbym wydać majątku. Do silników krokowych potrzebuję 24V, do silnika 12-15V, do krańcówek 10-30V, do mikrokontrolera od wrzeciona 5V. Aby mieć to wszystko, razem z wysoką wydajnością prądową (silnik potrzebuje do 20A) użyję zasilacza od komputera wraz z modułem step-up do 24V. Zakup obu nie powinien nadwyrężyć kieszeni - używany zasialacz na allegro 40-50zl, przetwornica 160W ok. 4$ z Chin. Tyle na teraz, niedługo mam nadzieję wrzucić pierwsze foty obrobionych profili!

Pierwsze części

Dzisiaj kilka zdjęć części z druku 3D oraz wyfrezowanych uchwytów nakrętek plus mały "myk" jaki zrobiłem do kasowania luzów 😀
Uchwyt silnika wrzeciona:

Uchwyt X i Y wraz z silnikiem krokowym:

Uchwyt silnika krokowego Z wraz z zaczepem pod łańcuch dla kabli:

Uchwyty Z oraz X i Y (na zdjęciu jeden, ale dla obu osi taki sam):

Przerobiona nakrętka do kasowania luzu osiowego:

Z dystansem do Chińczyka

Stało się... Odkryłem 2 fanty w moim sterowniku, które mogą narobić wielu problemów i godzin spędzonych na szukaniu rozwiązań. Pierwszy z nich dotyczył CNC shielda zakupionego z Aliexpress jakiś czas temu. Skuszony ceną - 1.3$ chętnie zakupiłem takie coś:

Po podłączeniu płytki do Arduino, step stików na A4988 oraz silników krokowych okazało się, że dwa z nich kręcą się tylko w jedną stronę... Zdaża się, że step sticki padają i albo nei działają w ogóle, albo kręcą w jedną stronę. Dlatego też zmieniłem ja na całkowicie nowe. Co teraz? To samo! Przeszukałem fora, youtube, stronę GRBL, cały internet na dyskietce... i nic. Zabrałem się za sprawdzanie płytki multimetrem. Szybko okazało się, że jest zwarcie pomiędzy dwoma pinami - Y dir i Z step. Tylko gdzie to zwarcie? Szukając po płytce jak biegną ścieżki dotarłem do punktu, gdzie idą blisko siebie. Po demontażu gniazda jednego step sticka ukazało mi się to:

Pole lutownicze zachodziło na ścieżkę prawym dolnym rogiem. Po przerwaniu zwarcia i poskładaniu wszystkiego z powrotem urządzenie zaczęło działać poprawnie. YES! Gdy mój zapał trochę ostygł postanowiłem zobaczyć na stronie GRBL jakie są znane problemy. I okazało się, że są problemy z klonami Arduino, szczególnie na mikrokontrolerze portu szeregowego CH340, ale również z tymi na Atmega16u2 - tutaj nawet z oryginałami są problemy. Co prawda jest rozwiązanie problemów dla tych z atmegą, ale że mam klona z chin, to już zdążyłem się lekko zagotować. Ale patrzę na arduino, a tam na szczęście atmega16u2:) Teraz to pójdzie na pewno szybko. Niestety okazał się, że nie mogę zmienić oprogramowania wg wskazówek na stronie Arduino. Nic się nie działo z moją płytką, tak jak powinno. Próbowałem nawet na różnych komputerach, z różnymi systemami. Nic. Po poszukiwaniach znalazłem tą stronę: http://www.gammon.com.au/bootloader. A tam opcja wgrania bootloadera na Atmegę16u2 znajdującą się na mojej płytce. Szybko wgrałem z pomocą innego arduino i wróciłem do instrukcji wgrywania innego firmware, aby GRBL pracował poprawnie. Tym razem sukces!

W tym momencie te dwie sprawy są już przeszłością i póki co sterownik działa. Póki co na sucho, ale działa:)

Także dwie wskazówki kupując z Chin - arduino z atmegą16u2 jako mikrokontroler portu szeregowego (kilka $ droższa) oraz jak coś nie działa, to sprawdzić lutowanie elementów.

Mechanika frezarki CNC

Głównym bodźcem do rozpoczęcia budowy był dostęp to materiałów oraz urządzeń (frezarki, tokarki, drukarki 3D) w mojej pracy. Do budowy ramy chcę wykorzystać aluminiowe profile Bosch-Rexroth 40x40mm oraz aluminiowe wsporniki, które będą usztywniać konstrukcję. Profile u mnie w pracy są dość często używane i zostaje sporo kiludziesięcio centymetrowych odrzutów. Po docięciu na wymiar, nawierceniu otworów pod kołki, łożyska itp. będą idealną bazą na ramę frezarki.

Do poruszania w osiach XYZ będę używać śruby trapezowej TR8x2. Jest bardzo tania i przy użyciu 2 nakrętek na śrubę można łatwo skasować luzy. Oczywiście najlepszym wyborem są śruby kulowe, jednak są droższe, jedną nakrętką (mimo i zawsze nazywają ją ANTI-BACKLASH) nie skasuje sie całkowicie luzu, a kolejna nakrętka, to kolejny koszt.

Do łożyskowania chcę użyć lożysk liniowych zamknietych na wałkach 12mm. Chętnie użyłbym większych i każdemu to polecam, ale w sklepie mieli największe o średnicy 12. Można oczywiście wysyłkowo z Chin kupić, ale mam obawy co do tolerancji wykonania i wcale nie są tańsze niż lokalnie - dochodzi koszt transportu, w końcu trochę to waży.

Stoły X, Y i Z chcę wyfrezować w aluminium. Zakupiłem kawałek belki o przekroju 100x100mm. Po kilku cięciach mam bazy pod 3 stoły (Y-150x100x10, X-ceownik 170x100x43 o grubości 10, Z-100x100x10) oraz 3 płytki do mocowania nakrętek osi. Reszta elementów bedzie toczona oraz drukowana w plastiku (np. mocowania silników krokowych). Większość elementów mam już zakupioną - głównie na Aliexpress, jednak jeszcze są w drodze. Następnym razem napiszę kilka słów o elektronice i sterowaniu frezarką.

Hello world

To mój pierwszy blog. Nie wiedziałem, czy kiedyś nadejdzie ten dzień i w końcu zabiore się za to (jak i z reszta za mój pierszy projekt tu opisywany), aby prowadzić bloga. Myślałem bardziej o innej formie.. Strona internetowa? W każdym razie, widziałem że kilka innych osób ma podobna tematyke na blogspocie i jest on dość prosty w obsłudze. Ale wystarczy już tego gadania:)

Od dawna w mojej głowie siedział pomysł zrobienia frezarki CNC. Ale zawsze coś stawało mi na drodze, aby ten projekt dokończyć. Po przeglądnieciu wielu projektów, wielu przemysłowych konstrukcji oraz po rozważaniach własnych, w mojej głowie zaczął kreować się wygląd mojej przyszłej frezarki. Z latami oczywiście jeszcze kilka razy ewoluował:) Ale teraz, w 2016, w końcu zabrieram się za to i tak oto w kilku punktach, co chcę osiągnąć i jakie założenia projektowe sobie stawiam:
-niska cena, ale wysoki stosunek cena/jakość
-frezarka zbudowana z łatwo dostępnych, bądź wykonalnych przeze mnie części
-wysoka sztywność
-możliwość frezowania w aluminium
-kompaktowość
-dokładność
-wrzeciono >10k rpm
-frezarka ze stałą bramą

Na podstawie takiej listy, sprawdzeniu oferty Aliexpress, lokalnych sklepów (mieszkam obecnie w Danii) powstało TO:
   

Mała frezareczka o polu roboczym 100x100x50mm. Można zadać pytanie czemu tylko 100x100. Odpowiedź jest prosta: założeniem była wysoka sztywność i dokładność, a mając dostęp do wałków 12mm budowanie większej frezarki byłoby odchodzeniem od tych założeń. Również oznacza to niższą cene, czyli pierwszy punkt z mojej listy. Więcej na temat frezarki, czym się kierowałem oraz ile może mnie to wynieść opisze w następnym poscie.