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Selbstgebauter (DIY) CNC-Fräser - Arduino Based (GRBL)

Bereits für einige Monate oder sogar Jahre plante ich, meine eigene CNC-Fräsmaschine zu bauen. Jetzt entschied ich, dass es Zeit war, es zu tun! Ich habe viel über andere DIY-Projekte gelesen und am Ende hat mir das Design der Arduino CNC intstructable gefallen, das ich hier gefunden habe. Obwohl die Abmessungen unklar waren und die Programmierung und Kalibrierung ausschließlich auf Spanisch erfolgte, habe ich das alles selbst herausgefunden. Am Ende habe ich das Design nur als Referenz verwendet.

In dieser Anleitung werde ich versuchen, meine Schritte vom Beginn des Entwurfs bis zum Ende Ihres ersten Gcodes zu erklären.

Hinweis: Ich habe einige Teile mit einem 3D-Drucker hergestellt, aber wenn Sie genau arbeiten, können Sie diese Teile auch aus Holz herstellen!

LIES BITTE:

Nach den ersten Arbeitsplänen bemerkte ich eine Bewegung in meinem Design. Eine Lösung könnte darin bestehen, dickere Stangen als die von mir verwendeten 12 mm zu verwenden. Allerdings: Dieses Design funktioniert !! Ich verbessere derzeit noch das Design und könnte diese Anleitung in naher Zukunft aktualisieren! Wenn Sie Fragen haben, stellen Sie diese bitte und ich werde versuchen, sie zu beantworten.

Wenn Ihnen diese Anleitung gefällt, stimmen Sie bitte beim Arduino-Wettbewerb für mich ab. :) :)

Update - 29. Dezember: Ich bin wirklich überwältigt von all dem Interesse, das Sie alle für dieses Projekt zeigen! Ich werde versuchen, an diesem Wochenende einige Ergebnisse und Videos hinzuzufügen. Momentan verlege ich Hartschaum, da es einfach zu testen ist. Für härtere Materialgeschwindigkeiten müssen die Geschwindigkeiten niedriger sein, sonst ist das Durchhängen etwas zu viel. Ich suche nach einer Möglichkeit, dies zu beheben (wahrscheinlich dickere Schienen) und werde diese Anleitung so schnell wie möglich aktualisieren. Ich weiß, dass es einige bewährte Möglichkeiten gibt, dies zu lösen, aber es ist mein Ziel, es so billig wie möglich zu machen. :) :)

Update - 3. Januar: Ich habe in Schritt 11 einige Ergebnisse und Videos hinzugefügt. Ich habe immer noch die CAM-Funktionalität von Fusion 360 herausgefunden und hatte in den letzten Tagen nicht viel Zeit, sodass das endgültige 'C' an die Grenzen von fällt der Schaum. ;) Allerdings: Es ist klar, dass die Maschine funktioniert und dass eine ziemlich gute Qualität erreicht werden kann!

Update - 30. Januar: In den letzten Wochen habe ich diese Anleitung für die Verwendung von 18-mm-Stahlrohren anstelle von 12-mm-Stangen aktualisiert. Außerdem habe ich mehr 3D-gedruckte Teile für eine bessere / einfachere Ausrichtung der Teile entworfen. Aufgrund von Urlaub und anderen Projekten hatte ich jedoch nicht viel Zeit, um weitere Tests durchzuführen, sodass diese bald folgen werden. Das Design ist bereits viel steifer als zuvor, daher kann ich den Vorschub auch auf Holz erhöhen.

Update - 3. Februar: Waahjoo! Obwohl ich diese Seite nicht so oft aktualisiert habe (ich arbeite an der Maschine), habe ich gerade die Nachricht erhalten, dass ich den ersten Preis im Arduino all the things Contest gewonnen habe! Vielen Dank an alle, die abgestimmt haben! Ich bin sehr zufrieden damit !!

Viel Spaß beim Bauen!

Schritt 1: Materialien

Um diesen CNC-Fräser herzustellen, habe ich die folgenden Teile verwendet:

1 Stück Hartholzsperrholz, dick 18 mm, 2, 44 mx 0, 61 m (32 €) (örtlicher Baumarkt)
2 Stahlstangen, Durchmesser 12 mm 2 Stahlrohre, Durchmesser 18 x 1, 5 mm, Länge 900 mm (5, 50 €) (örtlicher Baumarkt)
2 Stahlstangen, Durchmesser 12 mm 2 Stahlrohre, Durchmesser 18 x 1, 5 mm, Länge 528 mm (3, 75 €) (örtlicher Baumarkt)
2 Stahlstangen, Durchmesser 12 mm, Länge 188 mm (1, 35 €) (örtlicher Baumarkt)
12x 4x Nylon Linearlager 12mm (1, 50 €) (örtlicher Baumarkt)
8x Linearlager aus Nylon 18 mm (3, 50 €) (örtlicher Baumarkt)
2x Gewindestange, M8, Länge 1 m (4, 70 €) (örtlicher Baumarkt)
1x Gewindestange, M5, Länge 1 m (2, 25 €) (örtlicher Baumarkt)
2x Überwurfmutter 5mm-M8 (2 €) (lokale 3D-Druckerei, 123-3d.nl)
1x Überwurfmutter 5mm-M5 (1 €) (lokale 3D-Druckerei, 123-3d.nl)
2x NEMA17 (Wantai 42BYGHW811) 1, 8-Grad / Schritt-Schrittmotor (30 €) (lokale 3D-Druckerei, 123-3d.nl)
1x NEMA17 (Wantai 42BYGHW208) 1, 8-Grad / Schritt-Schrittmotor (12 €) (lokale 3D-Druckerei, 123-3d.nl)
3x TB6560 Steppertreiber (16, 50 €) Ebay
1x 120W (12V, 10A) Netzteil (10 €) Ebay
3x 4-poliger Draht von 1 Meter (6 €) (lokale 3D-Druckerei, 123-3d.nl)
Etwa 608 Kugellager (4 €) AliExpress
1x chinesisches Arduino UNO (2, 50 €) AliExpress
1x Alter Laptop / Himbeer-Pi / Ihr eigener Laptop (€ ??)
Einige M8-Muttern, einige M5-Muttern und einige Schrauben

Insgesamt: Rund € 140, -

Beachten Sie, dass das Fräsgerät noch nicht enthalten ist. Ich habe zum Starten eine Dremel 8200-Serie verwendet, werde aber meinen normalen Router hinzufügen oder so etwas wie eine Gleichstromspindel darauf bauen.

Schritt 2: Das Design

Wie in der Einführung erläutert, basiert mein Hardware-Design auf der Arduino CNC-Anleitung, die ich hier gefunden habe. Da in dieser Anleitung keine genauen Abmessungen usw. angegeben wurden, habe ich das Design in Autodesks Fusion 360 erneut selbst erstellt.

Ich habe es so konzipiert, dass es einen Bereich von ± 70 cm in y-Richtung, ± 40 cm in x-Richtung und ± 10 cm in z-Richtung hat.

Schritt 3: Die Y-Baugruppe

Die y-Baugruppe ist eines der einfachsten (und größten) Teile. Ich habe eine Gebäudezeichnung beigefügt, in der alle Maße in mm angegeben sind.

Anmerkungen:

Wenn 22-7 geschrieben ist, bedeutet dies, dass Sie ein Loch mit einem Durchmesser von 22 mm und einer Tiefe von nur 7 mm bohren müssen. Dies ist für die Lager.
Panel AA und CC sind identisch.
Panel BB und DD sind nahezu identisch: In Panel BB müssen Sie 1 22-mm-Loch für die Kupplungsmutter zwischen dem Schrittmotor und der Gewindestange bohren. In Panel DD bohren Sie dieses Loch nicht.
Die 12 mm Löcher in den Platten BB und DD sind nur 9 mm tief.

Update : 12mm Stangen schienen zu viel durchzuhängen. Daher wurde das Design für die Verwendung von 18-mm-Rohren geändert. Die Zeichnung mit den Abmessungen bleibt gleich, NUR beim Bohren von 12mm Löchern müssen 18mm Löcher gebohrt werden!

Befestigen Sie den ersten Schrittmotor NEMA17 42BYGHW811 an der Verkleidung BB, bevor Sie die 80-mm- und 70-mm-Teile zusammenschrauben. Befestigen Sie dann die Überwurfmutter und die Gewindestange (auf 750 mm abschneiden) am Schrittmotor. Jetzt können Sie die 70-mm- und 80-mm-Teile zusammenschrauben, aber die große Platine noch nicht anbringen. Andernfalls können wir die x-Baugruppe nicht anbringen. Sie erhalten etwas, das wie in Abbildung 3 aussieht.

Schritt 4: Die X-Baugruppe

Die x-Baugruppe enthält einige 3D-gedruckte Teile. Sie finden diese alle auf Thingiverse. Für die x-Baugruppe benötigen Sie:

4x XY-Gelenk
2x Y-Mutterhalter

Sie können diese Teile auch aus Holz herstellen, aber dann müssen Sie selbst etwas kreativer sein. :) :)

Sägen Sie das Holz wie in der Zeichnung gezeigt, aber schrauben Sie nicht alle Teile zusammen, bevor der Z-Block fertig ist (nächster Schritt).

Hinweis: In der linken Seitenwand ist das 22-mm-Loch nur 7 mm tief (Lager) und das 10-mm-Loch geht durch. In der rechten Platte geht das 22-mm-Loch durch (wegen der Kupplungsmutter).

Update: Genau wie bei der Y-Baugruppe wurden die 12-mm-Stangen durch 18-mm-Rohre ersetzt. Außerdem gibt es jetzt einige 3D-gedruckte Teile, die zum Ausrichten dieser Röhren verwendet werden. Sie werden auch auf thingiverse hochgeladen. Nochmals: Wenn Sie genau genug arbeiten, ist es möglicherweise nicht erforderlich, diese 3D-gedruckten Teile zu verwenden und aus Holz herzustellen.

Schritt 5: Z-Block-Montage

Einer der schwierigsten Teile ist der Z-Block. Das Bohren der Löcher muss sehr präzise sein, sonst ist die Reibung zu hoch, da die Stahlstangen nicht perfekt mit den Löchern in den Seitenwänden der x-Baugruppe ausgerichtet sind. Mein Tipp ist, mit einer Gehrungssäge das Holz zu schneiden und mit einer Bohrmaschine die Löcher zu bohren! Für die größeren Löcher habe ich zuerst eine Bohrmaschine verwendet, um zu starten, und dann einen Fräser, um genügend Platz zu schaffen.

Alle schwarzen Teile im Design sind 3D-gedruckt, da es dann einfacher ist, eine hohe Genauigkeit zu erzielen. Diese Teile finden Sie auf dem thingiverse-Link aus dem vorherigen Schritt. Die weißen Dinger sind die Nylonlager.

Das Holz muss wie in Abbildung 2 gezeigt gesägt und gebohrt werden.

Schritt 6: Montieren Sie die gesamte Hardware

Beginnen Sie nun mit dem Zusammenbau aller Teile. Beginnen Sie mit den Z-Teilen und verbinden Sie sie mit dem X-Frame. Befestigen Sie dann den unteren Teil der x-Baugruppe und befestigen Sie alle an den Y-Achsen. Die 3D-gedruckten Teile Y-Nut, X-Nut und Z-Block bieten Platz für eine Mutter, die über die Gewindestangen verläuft. Benutze diese!

Stellen Sie nach dem Zusammenbau sicher, dass Sie jede Achse bewegen können, indem Sie die Gewindestange von Hand drehen. Wenn dies sehr schwierig ist, ist Ihre Ausrichtung wahrscheinlich falsch und verursacht viel Reibung. Zusammenbauen und neu ausrichten, bis alles gut ist!

Am Ende sollten Sie die vollständige Baugruppe erhalten, wie im zweiten Bild gezeigt.

Schritt 7: Motordrivers und Verkabelung

Bei den von mir verwendeten Motortreibern sollte die Verkabelung wie in Abbildung 1 dargestellt sein. Die Erdung links im Bild ist die Erdung vom Arduino (nicht von der 12-V-Stromversorgung).

Die Phasen A und B können mit einem einfachen Multimeter ermittelt werden: Der Widerstand über einer Phase (z. B. A + und A-) ist Null. Für die Verkabelung spielt es keine Rolle, welche A + oder A- ist, solange der Widerstand zwischen beiden A-Drähten Null ist. Gleiches gilt für die B-Phase.

Die Schalter am Motortreiber sind mir noch nicht wirklich klar, aber wenn S3 und S4 auf diese Weise geschaltet werden, beträgt die Schrittgröße 1/8 der normalen Schrittgröße, was zu viel sanfteren und präziseren Schritten führt.

Die Verkabelung auf dem Arduino ist wie im grbl-Wiki auf Github erklärt. Für die minimalen Grundlagen müssen wir nur die digitalen Pins 2-7 und GND mit den Stepper-Treiberplatinen verbinden.

Schritt 8: Blinken des Arduino

Laden Sie GRBL von Github herunter, extrahieren Sie es und öffnen Sie die Arduino IDE. Wählen Sie über Skizze -> Bibliothek einschließen -> Zip-Bibliothek hinzufügen das Verzeichnis 'grbl' aus dem gerade extrahierten Ordner aus. Starten Sie die Arduino-IDE neu und unter Datei -> Beispiele sollte jetzt ein grbl-Beispiel mit dem Namen grblUpload vorhanden sein. Öffne es und lade es auf das Arduino hoch.

Öffnen Sie nun den seriellen Monitor (unter Extras) und stellen Sie die Baudrate auf 115200 ein.

Sie sollten jetzt die Nachricht 'Grbl 0.9j [' $ 'für Hilfe]' erhalten.

Geben Sie also $ ein und drücken Sie die Eingabetaste. Geben Sie nun $$ ein und drücken Sie die Eingabetaste. Dort sollten Sie alle aktuellen Einstellungen für Ihr grbl sehen, die standardmäßig sein sollten. Jetzt können Sie alles ändern, was Sie brauchen. Details werden auf dem grbl Github erklärt. Meine Einstellungen sind wie beigefügt, aber wenn sich Ihre Achse in die falsche Richtung bewegt (weil Sie beispielsweise B- und B + unterschiedlich haben könnten), sollten Sie diese wechseln.

Schritt 9: Der erste Kreis

Wenn das Gebäude und das Blinken fertig sind, ist es Zeit, etwas zu tun! Laden Sie hier den Universal G-Code Sender herunter (Informationen zu Github hier) und stellen Sie erneut eine Verbindung zu Ihrem Arduino mit einer Baudrate von 115200 her.

Schalten Sie nun Ihr Netzteil ein und gehen Sie zu 'Maschinensteuerung'. Sie sollten jetzt in der Lage sein, Ihre Maschine mit den Bedienelementen auf diesem Display zu bewegen !!

Schließen Sie einen Stift an Ihre Z-Achse an und speichern Sie diesen Text (mit dem Editor) als circle.gcode:

G17 G20 G90 G94 G54
G0 Z0, 25X-0, 5 Y0.
Z0.1
G01 Z0. F5.
G02 X0. Y0, 5 I0, 5 J0. F2.5
X0, 5 Y0. I0. J-0, 5
X0. Y-0, 5 I-0, 5 J0.
X-0, 5 Y0. I0. J0.5
G01 Z0.1 F5.
G00 X0. Y0. Z0, 25

Wenn Sie im Universal G Code Sender zur Registerkarte "Dateimodus" wechseln, öffnen Sie circle.gcode. Sobald Sie auf "Senden" klicken, sollte Ihr Gerät nun Kreise mit einem Durchmesser von genau 2 Zoll malen!

Schritt 10: Fertig stellen

Sobald Sie wissen, dass Ihre Maschine funktioniert, ist es Zeit, Ihren Dremel-Router anzuschließen, um mit dem Fräsen zu beginnen! Da sich jeder Router von anderen unterscheidet, müssen Sie selbst ein bisschen kreativ sein. Aber wenn Sie so weit gekommen sind, werden Sie sicher Ihren Router anschließen!

Viel Glück!

Wenn Ihnen diese Anleitung gefallen hat, stimmen Sie bitte beim Arduino-Wettbewerb für mich ab. :) :)

Schritt 11: Update: Sehen, wie es funktioniert

Ok, mir hat letzte Woche etwas Zeit gefehlt, aber da ich versprochen habe, euch einige Ergebnisse zu zeigen, habe ich mein Bestes gegeben. Ich finde immer noch die CAM-Funktionen von Fusion 360 heraus, wie Sie in den beigefügten Bildern sehen können: Der Startpunkt des Beispiels war nicht korrekt, so dass das endgültige 'C' nicht passte. Dies hatte nichts mit der Maschine zu tun, sondern mit meinen Fähigkeiten mit Fusion 360.

Wie Sie sehen können: Die Veredelung von Hartschaum ist ziemlich gut!

Hinweis: Das Holzstück dient zum Herunterdrücken des Schaums. Ich habe es nicht so gut repariert, also ist es ein bisschen nach oben gegangen.

Ich bin sehr zufrieden mit dem bisherigen Ergebnis !!

Schritt 12: Nach ein paar Wochen

Ok, wir sind jetzt ein paar Wochen später. Ich habe noch mehr getestet und bin sehr zufrieden mit dem aktualisierten Design.

Einige Fakten:

Ich kann Hartholz-Sperrholz mit einem Verbund von 400 mm / min mit einem 6 mm 4-Flöten-Fräser und einer Tiefe von 2 mm pro Durchgang verlegen.
Ich habe auch versucht, die gleiche Vorschubgeschwindigkeit und den gleichen Fräser mit einer Tiefe von 4 mm pro Durchgang zu verwenden, aber dies führte dazu, dass das Holz brannte, weil die Reibung zu hoch war. Die Genauigkeit blieb jedoch akzeptabel, aber ich empfehle diese Einstellung nicht.
Da ich anstelle von Leitspindeln Gewindestangen verwendet habe, habe ich ein gewisses Spiel auf der y-Achse. Dies führt zu abgeflachten Kreisen. Ich kann dies wahrscheinlich ein wenig einstellen, indem ich die Muttern unter dem X-Portal optimiere, aber ich werde wahrscheinlich in Zukunft auf Leitspindeln umsteigen.

Wie ich schon sagte: Ich bin sehr zufrieden damit! Jetzt brauche ich mehr Projekte, um es zu verwenden. ;-);