Suzie Model One - Máquina CNC
Componentes e suprimentos
 |
| × | 1 | |||
| × | 1 |
Ferramentas e máquinas necessárias
|
Aplicativos e serviços online
|
Sobre este projeto
Introdução
SUZIE MODEL ONE foi feito para cortar PCBs. O objetivo era criar uma máquina rígida, precisa e o mais automática possível. No momento, o único processo manual necessário é trocar as brocas de corte e colocar a sonda Z no lugar certo.
Esta máquina é o resultado de um processo de tentativa e erro onde várias peças foram reprojetadas e reconstruídas para obter o melhor resultado possível. O principal problema era a rigidez:quando a máquina não era dura o suficiente, ela entortava durante o corte e o resultado seria uma falha. Jitter nas curvas é o outro problema principal. É possível reduzir a velocidade para evitar isso, mas tempo é dinheiro, e alguns tipos de corte funcionam melhor na velocidade certa, não mais devagar.
Para ver mais, verifique #suziecnc no Instagram.
Os próximos capítulos irão mostrar e explicar porque algumas decisões foram tomadas na construção e quando aplicável, quais os problemas que existem para resolver.
Dimensões
Tamanho externo:
- 46 cm de largura
- 62 cm de comprimento (43 cm não funciona)
- 58 cm de altura (contando com o tubo do cabo)
A área de trabalho é aproximadamente:
- 20 cm de largura (X)
- 20 cm de comprimento (Y)
- 6 cm de altura (Z)
Visualizações de Suzie
Eixo XY, montagem escalonada e folga
SUZIE tem folga zero nos eixos X e Y.
Nenhuma compensação foi feita no firmware e sempre corta com as dimensões corretas. Isso é possível usando correias em vez de parafuso de avanço. O parafuso de avanço precisa dessa pequena folga para correr dentro da porca sem atrito e isso precisa ser compensado. Não tem problema nisso, mas com o tempo, se o desgaste da porca causará uma folga constante que precisa ser configurada no firmware, mas se o desgaste do parafuso de avanço o problema for maior só porque o funcionamento normal de uma máquina CNC utiliza diferentes segmentos do parafuso de avanço com diferentes velocidades e forças; isso significa que o desgaste não será uniforme e impossível de compensar.
As correias são fortes o suficiente para aplicar forças até mesmo para cortar metal e, se devidamente esticadas, sem elasticidade perceptível.
Ambos os eixos no SUZIE usam a mesma técnica para transferir a força do passo para a parte móvel, mas com uma grande diferença na forma como o cinto e o passo são montados. Em ambos os cintos não crie um laço como em uma impressora 3d por exemplo; o mecanismo para isso é maior e cintura mais espaço. Aqui o cinto é aberto, fixado em ambas as extremidades e o stepper é executado nele como uma roda de cremalheira.
O carro X tem o stepper acoplado e o cinto é fixado na máquina. O stepper se move com o carro.
Bandeja Y
A bandeja em Y usa o mesmo conceito, mas com um passo fixo e uma esteira móvel. É exatamente o oposto do eixo X. Com esta solução, outra possibilidade está disponível:o comprimento máximo da bandeja Y é virtualmente infinito e pode ser alterado conforme necessário, sem alterar o design da máquina. Isso também é possível porque o trilho está na bandeja móvel e os mancais são fixados na parte inferior da estrutura da máquina.
Esta imagem mostra a peça de suporte do rolamento em Y. Este (lado esquerdo) e o outro em que apenas o rolamento superior é visível, estão alinhados com o movimento do carro X e diretamente abaixo e centrados com o fuso. Isso significa que todas as forças para baixo e para os lados serão transmitidas para a base de uma forma de compressão. Isso permite que o suporte atue de forma muito rígida e sustente muita força. Como podemos imaginar com esta foto, o comprimento da bandeja não é importante para a mecânica e não precisa ter nenhum limite imposto (não totalmente verdadeiro) - o limite pode ser o software, a fabricação da bandeja ou o comprimento máximo da correia - mas por exemplo, é perfeitamente possível adicionar uma bandeja de 1 metro de comprimento para um trabalho especial.
Eixo Z e equipe principal
Usar uma configuração de correia neste eixo tem um grande problema. O stepper precisa estar em carga constante e em uma situação de falha de energia o fuso apenas mergulharia na obra, podendo danificar a broca, o motor ou mesmo a obra e a bandeja. A solução aqui é óbvia:parafuso de avanço.
Este parafuso de avanço e porca foram feitos sob medida para esta máquina. O parafuso tem o comprimento necessário, espaço para os rolamentos, contraporca e conexão com o passo. Foi feito em um antigo torno manual imperial em configuração métrica. O único problema é que a roda de sincronização não funciona no sistema métrico, então uma forma muito especial de uso do torno foi necessária para fazer este parafuso. A noz foi impressa em 3D.
Este sistema não tem folga porque a porca impressa em 3D foi feita sem folga (só roda muito óleo) mas a configuração de todos os carros XZ é muito flexível. O que mantém o fuso em sua posição é seu peso. Se empurrarmos para cima com a mão, podemos movê-lo 2 a 3 milímetros apenas dobrando um pouco todos os trilhos. A única maneira mecânica de resolver isso é aumentar a rigidez da máquina. A outra solução é diminuir a velocidade de mergulho. Não se esqueça que o processo de corte é lateral nos eixos X e Y, então se a velocidade de mergulho não for muito rápida, o peso do carro Z e do fuso forçará o corte para a posição correta. No caso de SUZIE, a velocidade máxima de mergulho da máquina é adequada para cortar materiais macios, portanto, não foi necessário desacelerar e eu só tive que desacelerar ao cortar metal (latão).
Peças impressas em 3D
Esta máquina só foi possível com peças impressas em 3D. As ferramentas que tive acesso para fazer a máquina não eram adequadas para construir peças complexas à mão como os suportes de passo, por exemplo. Todas as peças foram projetadas e impressas mais de uma vez para acomodar funções especiais ou melhorias estruturais. Essas peças reduzem a rigidez da máquina, mas permitem ser mais compacta.
Arduino, GRBL, escudo, fuso e sonda
O cérebro do SUZIE é um Arduino Uno, rodando o firmware GRBL.
Existem vários shields comerciais para GRBL, mas neste caso foi mais um caso de desafio. A primeira blindagem que construí, usei a combinação L298N e L297 para acionar os steppers. Estava quente e alto. Posteriormente, com os drivers Pololu A4988, o sistema foi redesenhado para ser melhorado.
O circuito é feito em uma placa protótipo e possui quase todas as conexões GRBL disponíveis. Desde a adição desta placa, comparando com a versão combinada L298N e L297, a máquina foi capaz de trabalhar por muito mais tempo sem superaquecimento e fazendo menos ruído porque esses drivers possuem microstep. Atualmente, o firmware é atualizado para o GRBL 1.1f e funciona muito bem.
Outra adição recente foi um motor sem escova de eixo adequado (dmw57314). Isso agora é controlado pelo Arduino e é muito mais silencioso em comparação com a furadeira tipo dremel que tive na primeira iteração.
Este apalpador foi feito para medir apenas o eixo Z. O tipo de sonda X e Y é mais complexo de ser feito à mão e será um desafio para outra época. Com a sonda, a SUZIE pode ser muito precisa na localização da ponta da broca de corte, que é crucial para o fresamento de PCB. É um botão sempre LIGADO e quando a broca o puxa para baixo, desconecte os dois fios e sinaliza ao GRBL a posição. Sua repetibilidade é muito precisa.
Conclusão
SUZIE MODEL ONE foi uma excelente maneira de aprender a fazer uma máquina CNC. Muitos problemas foram resolvidos, muitas características foram melhoradas e posso dizer com certeza:está feito!
Tudo o que precisa ser melhorado não faz mais sentido com essa estrutura.
SUZIE MODEL TWO será projetado para aumentar o que há de bom neste design e para melhorar radicalmente os problemas de um modelo. Uma coisa é certa:será metal!
Código
GRBL
https://github.com/gnea/grbl/wikiEsquemas
Conexões GRBL
https://github.com/gnea/grbl/wiki/Connecting-GrblProcesso de manufatura