Kostengünstiger DIY CNC Fräser

UPDATE: Ich habe viele Anfragen erhalten, Pläne für diesen Build zu veröffentlichen. Ich habe gezögert, weil ich nicht wirklich Pläne habe und viele der Metallteile bearbeitet wurden, was für jemanden ohne Zugang zu einer Metalldrehmaschine schwierig zu replizieren wäre. Ich habe beschlossen, eine MK2-Version meines Routers zu entwickeln, für die ich die Pläne veröffentlichen werde. Ich werde das, was ich mit dieser Maschine gelernt habe, so weit wie möglich von der Stange nehmen. Suchen Sie nach dem neuen Design und bauen Sie Instructable in den nächsten Monaten.

Steve T.

_____________________

Dies ist ein Hobby-CNC-Fräser, den ich für mich selbst gebaut habe und den ich mit der Instructables-Community teilen wollte. Dies ist kein detailliertes Build-Protokoll des Routers, sondern eher eine Untersuchung meiner Entwurfsentscheidungen, die in dieses etwas einzigartige Tool eingeflossen sind. Für diesen Router sind keine Pläne vorhanden. Abgesehen von ein paar ersten Skizzen zur Bestimmung der allgemeinen Größe, Länge und des Abstands ist dieser Router beim Bau ziemlich organisch gewachsen. Hoffentlich sehen andere CNC-Enthusiasten eine oder zwei Ideen, die ihnen bei ihren Projekten helfen könnten.

Design-Parameter

  • Verwenden Sie so viel Zeug wie möglich im Laden herumliegen.
  • Kann den Router als Tischplatte verwenden, wenn er nicht geroutet wird.
  • Eine Schnittfläche von 30 "x 60" x2 ".
  • Machen Sie es so steif wie möglich (für ein Sperrholzdesign).

Was das Design angeht, das ich mir ausgedacht habe. Dies ist ein klassischer XYZ 3-Achsen-Holzschneidfräser. Mit klassisch meine ich, dass es ein Portal hat, das sich entlang der Länge der Maschinenbasis (Y-Achse) bewegt. Es gibt einen Schlitten, an dem der Router montiert ist und der auf dem Portal (X-Achse) hin und her fährt. Und schließlich gibt es einen Mechanismus, der das gesamte Portal anhebt und absenkt, das den Router auf und ab bewegt (Z-Achse). Ja, ich sagte, das gesamte Portal bewegt sich auf und ab. Wir werden später darauf eingehen. In Bezug auf Bewegung verwende ich Schrittmotoren und Rollenketten. Für die linearen Schienen verwende ich Stahl-V-Lager, die über Stahlwinkeleisen laufen. Das primäre Baumaterial ist Sperrholz.

Kommen wir zur Bildershow.

Schritt 1: Die Basis

Jedes Werkzeug braucht eine gute Basis. Anstatt von Grund auf neu zu bauen, habe ich einen Ikea-Schrank, den ich zur Verfügung hatte, neu ausgerichtet. Der Schrank wurde komplett zerlegt und an jeder Verbindungsstelle mit Klebstoff wieder zusammengesetzt. Ich verstärkte den Schrank, indem ich eine 2x6-Unterkonstruktion auf der Unterseite einschmolz. Rollen und Richtmaschinen wurden für die Mobilität hinzugefügt. Schließlich habe ich eine handelsübliche Vollkerntür für eine Tischplatte verwendet. Nicht gezeigt, aber die Tür war so ausgerichtet, dass sie so flach und wahr lag, wie ich es schaffen konnte. Die Tür ist die eigentliche Basis für den Router.

Warum eine solide Kerntür für den Maschinenfuß? Zum einen hatte ich es zur Verfügung. Ich benutze diese Türen als Tischplatten in meinem Geschäft. Zweitens sind kommerzielle Vollkerntüren so flach und wahr wie möglich gebaut. Und drittens waren sie höllisch schwer und ich dachte, all diese Masse wäre vorteilhaft, um Vibrationen vom Router aufzunehmen.

Schritt 2: Lineare Schienen

Lineare Schienen für CNC scheinen heutzutage bei eBay und Alibaba ein Dutzend zu sein, aber in 6 'Längen? Nicht so billig. Was billig ist, ist 1 "Winkeleisen in meinem örtlichen Heimzentrum. Etwas anderes, das billig ist (zumindest billiger als früher), sind 3/8" ID-Stahl-V-Lager. Kombinieren Sie die beiden und wir erhalten das lineare Schienensystem, das ich in diesem Build verwende. Hier sind meine ersten Tests mit Winkeleisen und den V-Lagern abgebildet. Schien gut zu funktionieren, also schnitt ich die 45-Grad-Sperrholzschienenbetten auf der Tischsäge ab und montierte die Winkel an der Unterseite der Router-Basis. Nicht gut abgebildet, aber das Spannen der V-Lager auf den Winkel wird durch eine Bolzen-Dübel-Mutter-Anordnung erreicht. Diese Schlitze zwischen den V-Lagern ermöglichen eine ausreichende Bewegung für das Spannen.

Etwas, das Sie vielleicht bemerkt haben, sind die Sperrholzstreifen, die an der Kante des Tür- / Frästisches angebracht sind. Daran ist nichts Bedeutendes. Nachdem ich die Tür zugeschnitten hatte, beschloss ich, den X-Federweg auf volle 30 Zoll zu erhöhen, was eine Verbreiterung des Tisches erforderlich machte.

Warum die Y-Schienen unter dem Tisch montieren? Dadurch blieb die Oberseite frei, sodass die gesamte Oberfläche zum Schneiden verwendet werden konnte. Außerdem kann ich den Router als Arbeits- / Montagebank verwenden, wenn ich nicht route.

Beachten Sie, wie weit die Paare der V-Lager der Y-Achse auf der Unterseite der Portalseitenplatte voneinander entfernt sind. Ich habe dies getan, um die Portalplatten so starr wie möglich zu montieren. Dies machte die Platten länger, was mehr Tischlänge erforderte, um mir die 60 "Y-Reise zu ermöglichen, die ich wollte.

Tut mir leid zu sagen, aber hier geht es um historische Fotos dieses Builds. Die folgenden Bilder wurden alle aufgenommen, nachdem der Router ziemlich vollständig und betriebsbereit war.

Schritt 3: Portal- und Wagendetails

Das Portal besteht aus zwei zusammengeklebten 3/4-Zoll-Lagen. Entlang der Ober- und Unterseite wurden 45-Grad-Aussparungen geschnitten und 3/4-Zoll-Winkeleisen mit Gorilla-Kleber in sie eingeklebt. Das gesamte Portal bewegt sich für die Bewegungen der Z-Achse auf und ab. Um dies zu erreichen, hat das Portal eine Länge von 1 "Winkeleisen in vertikaler Ausrichtung, die in V-Lagern sitzen, die an den Seitenplatten des Portals angebracht sind. Die Auf- und Ab-Leistung wird von einer NEMA 23-Schritt- und Schraubenbaugruppe an jedem Ende geliefert.

Beachten Sie die Portalüberhänge? Der Portalbalken ist vor den seitlichen Stützplatten montiert und erstreckt sich über diese hinaus. Dadurch kann der Fräserwagen an den Seitenstützen vorbeigleiten (mehr rechts als links). Auf DIY-Routern sieht man aus irgendeinem Grund nicht so viel. Mit diesem Setup kann der Router volle 30 Zoll in der X-Achse von Kante zu Kante schneiden.

Der Fräserwagen ist aus zwei Lagen Sperrholz in Schrankqualität aufgeklebt, ähnlich wie die Seitenplatten des Portals. Da ich dieses überhängende Portal habe, konnte ich den Fräserwagen verlängern (die V-Lager spreizen) weiter auseinander), was die Steifigkeit in der X-Achse erhöht. Der Makita-Fräser ist auf der linken Seite des Wagens montiert. Dies öffnete den Bereich für das Staubsammelsystem rechts vom Schlitten. Der Schlitten hat vier der V-Lager, die Führen Sie den oberen und unteren Winkel des Portals aus. Das Spannen erfolgt auf die gleiche Weise wie bei den Seitenplatten des Portals.

Fliegendes Portal? Um die Bewegung der Z-Achse bereitzustellen, bewegt sich das gesamte Portal auf und ab. Bei den meisten CNC-Fräsern ist das Portal fest und die Bewegung der Z-Achse erfolgt ausschließlich am Fräserwagen. Ich bewege das gesamte Portal aus mehreren Gründen. Erstens denke ich, dass ich die Lasten verteilen und die Steifigkeit erhöhen könnte, wenn ich die Mechanik der Z-Achse bis zu den Enden bewegen würde, die sie zwischen dem Portal und den Portalseitenplatten platzieren. Zweitens vereinfachte das Entfernen der gesamten Mechanik und des Motors der Z-Achse vom Fräserwagen die Verkabelung zum Schlitten erheblich. Drittens dachte ich mir warum nicht? Es funktioniert in 3D-Druckern und funktioniert, wie sich herausstellt, recht gut mit diesem Router. Außerdem sieht es cool aus, wenn sich das gesamte Portal auf und ab bewegt.

Z Motorhalterung. Was möglicherweise nicht offensichtlich ist, ist, wie ich die beiden Z-Motoren an den Wagenheberschrauben befestigt und montiert habe. In einem typischen Aufbau wären diese Motoren fest an einer Basis montiert. Die Schrauben würden in einer Lageranordnung montiert. Die beiden zu verbinden wäre eine flexible Kupplung. Ich habe all diese Komplexität vermieden, indem ich die Motoren fest auf den Schraubenwellen montiert habe. Das einzige, was diese Motoren an Ort und Stelle hält, sind die 1/4 "Wellen, die in die 1/4" Löcher stecken, die ich in die Schraubenwellenenden meiner Mini-Drehmaschine gebohrt habe. Die Motoren werden durch die Holzhalterung mit dieser Gummibuchse am Ende daran gehindert, sich zu drehen (wodurch der Motor bei Bedarf wackeln kann). Dies mag seltsam erscheinen, aber diese Methode eliminiert die flexible Kopplung und das Fummeln mit der Ausrichtung. Die 1/4 "Wellen der Schrittmotoren sind mehr als stark genug, um die Motoren an Ort und Stelle zu halten.

Für die Bewegung der X- und Y-Achse ist am Schlitten ein NEMA 23 240oz (Drehmoment) -Schrittbrett montiert. Die Bewegung der Y-Achse wird von einem einzelnen 425-Unzen-Stepper angetrieben, der eine Welle antreibt, die an beiden Enden des Portals angebracht ist. Mechanisch wäre es einfacher gewesen, mit zwei Steppern für die Y-Achse zu fahren, aber ich hatte zu diesem Zeitpunkt nur einen Motor zur Verfügung und ich hatte die Wellen und Lager, um den Antrieb herzustellen. Eine schöne Sache bei diesem Setup ist, dass das Portal aufgrund eines Motorausfalls niemals aus der Ausrichtung gerät.

Eine Kettenreduzierung an den Achsantrieben? Ich habe das zuerst gebaut, indem der Stepper die Ketten direkt antreibt. Bei den ersten Tests habe ich die (schwachen) Motoren, die ich damals verwendete, stark übersprungen. Ich hatte die Kettenräder und Lager zur Verfügung, also fügte ich die Reduzierungen hinzu. Neben dem Hinzufügen einer Tonne oder eines Drehmoments haben sie definitiv in der Präzisionskategorie geholfen (dazu später mehr).

Schritt 4: Rollenkette?

Ja, ich habe in diesem Build eine 25P-Rollenkette verwendet. Ich habe keine Zahnriemen, Kugelumlaufspindeln oder Zahnstangen verwendet. Wenn Sie nicht wissen, hat die Rollenkette einen schlechten Ruf in der DIY-CNC-Community. Argumente dagegen sind, dass es sich ausdehnt, nicht sehr genau ist und den Untergang des Römischen Reiches verursacht hat! Jedenfalls wusste ich nicht alles, als ich mit diesem Build anfing, und ich hatte einen Teil der Kette von einem anderen Projekt übrig. Ich bin genug Ingenieur, um zu wissen, dass Rollenketten Probleme haben könnten, aber ich hatte einige Ideen, wie ich diese abmildern kann. Bevor ich mit diesem Build anfing, hatte ich andere kettengetriebene Designs studiert und immer eines bemerkt. Bei diesen anderen Kettenkonstruktionen schien die Kette immer in der Luft zu hängen, ohne Unterstützung, mit einem schwach aussehenden Spannsystem an den Enden. Die Rollenkette hat etwas Gewicht, sogar die Kette Nr. 25. Was passiert, wenn 5 'davon horizontal in der Luft schweben? Es wird hängen und egal wie fest Sie es spannen, es wird immer noch bis zu einem gewissen Grad hängen. Was dieses Herabhängen an einem linearen Bewegungssystem bedeutet, ist, dass Sie keine gleichmäßige Bewegung entlang seiner Länge erhalten. Was ich mit diesem Design gemacht habe, ist, dass die Ketten über ihre gesamte Länge getragen werden. Die X-Achsenkette befindet sich unten im oberen Winkel des Portals. Die Ketten der Y-Achse lagen in einem Ausschnitt in den Y-Winkelstützen. In diesen Ketten hängt nichts! Um die Enden der Ketten zu sichern, habe ich 3-mm-Inbusschlüssel verwendet, die sehr gut in die Kette Nr. 25 passen. Das Spannen erfolgt durch flexible Lagenabschnitte an einem Ende jeder Kette. Eine Spannschraube läuft durch eine T-Mutter, die den Lagenspanner herausbiegt und die gelernte Kette zieht.

Beachten Sie, dass die Kettenbefestigung und die Spanner direkt an den Winkeleisenenden sitzen. Bei diesem Aufbau werden die Kompressionswinkel verwendet, um die Steifigkeit der Kettenbefestigung zu erhöhen.

Wie sieht die Kupplung auf dem ersten Bild aus? Dies ist eine Kompressionskupplung, die die Kettenräder der linken und rechten Y-Achse verbindet. Durch Lösen kann ich das Portal senkrecht zum Y-Achsenweg präzise einstellen.

Schritt 5: Router und Staubsammlung

Der Router ist der Makita RT0701C 1/4 "Trimm-Router (frühere Bilder zeigen einen billigen Harbor Freight-Router, der inzwischen eingespannt wurde). Der Router hat sich als präzise herausgestellt und verfügt über eine schöne Geschwindigkeitsanpassung.

Staubsammlung. Ich habe einen kleinen Kellerladen und wollte eine gute Staubsammlung auf dieser Maschine. Eine Falte bei diesem Design ist, dass ich, da sich der Fräserwagen mit dem Portal auf und ab bewegt, ein Design entwickeln musste, das den Staubschuh auf dem Werkstück hält. Dies wurde erreicht, indem der Staubschuh an einem Arm befestigt wurde, der es ihm ermöglicht, sich in Bezug auf das Portal frei auf und ab zu bewegen. Es wurden drei Kunststoff-V-Lager verwendet, wie auf dem Bild gezeigt. Das eine Lager ist am beweglichen Arm angebracht, so dass der Staubschuh schnell und einfach von der Maschine entfernt werden kann. Der Staubschuh wurde aus zwei Stücken 1/2 "Sperrholz gefertigt (das erste, was ich auf diesem Fräser geschnitten habe). Das untere Pad wurde aus einem Malpad herausgeschnitten und ermöglicht es dem Schuh, über alle Schrauben oder Unebenheiten im Werkstück zu schweben .

Der Staubzyklon ist auf einem Standard-5-Gallonen-Eimer montiert und hält den größten Teil (wenn nicht den gesamten) Staub aus dem von mir verwendeten 8-Gallonen-Shopvac heraus.

Dieses Setup hat sich als sehr gut beim Ansaugen von Staub und Spänen erwiesen. Nach einem Schnitt ist kaum noch Staub auf dem Werkstück oder im Laden.

Schritt 6: Bedienelemente und Verkabelung

Es gibt leider nicht viele Bilder zu diesem Thema. Das Steuerungssystem basiert auf Arduino UNO und ich verwende die EstlCAM CNC-Software (was IMO großartig ist). An der Wand hängt ein kleiner Windows 10-Medien-PC, auf dem die Windows-Seite des EstlCAM-Systems ausgeführt wird. Eine kabellose Tastatur, eine Maus und ein Gamepad vervollständigen die Steuerung.

Auf der Rückseite der Maschine in der Blackbox in der Mitte befindet sich ein Arduino Uno, auf dem die Estlcam-Controller-Software ausgeführt wird. In der Schaltbox befindet sich ein 10A SSR (Solid State Relay), das den Router ein- und ausschaltet. Links auf einer stoßmontierten Basis befinden sich die Schritttreiber TB6600. Das Netzteil ist lüfterlos mit 24 V und 15 A ausgeführt.

Keine Whirlygigs! Ich bemühte mich, für meine gesamte Elektronik lüfterlose, passiv gekühlte Geräte zu verwenden. Dies ist so, dass kein Staub an einen Ort gesaugt wird, an dem er nicht sein sollte. Ich habe auch die Ausrichtung der Montage im Auge behalten. Die Schritttreiber sind so montiert, dass erwärmte Luft auf natürliche Weise nach oben strömt. Das Arduino-Gehäuse hat aus demselben Grund Löcher in die Ober- und Unterseite gebohrt.

Die Verkabelung zu den Motoren verläuft durch die flexiblen schwarzen Kabelschutzvorrichtungen, die in einem Computergeschäft abgeholt wurden. Die Motorverkabelung besteht aus vieradrigem Anhängerkabel.

Haben Sie bemerkt, dass die Gelenkkabelhalterung zum Fräserwagen führt? Ein paar Sperrholzstücke und einige Scharniere sowie eine schnelle und einfache Verkabelungslösung für den Wagen sind das Ergebnis. Funktioniert ganz gut.

Schritt 7: Schneidet es?

Natürlich tut es das!

Es gab natürlich Probleme und es ist eine kontinuierliche Lernkurve. Ich habe mit Materialien, Schnitttiefen und Vorschubgeschwindigkeiten experimentiert, um zu sehen, was der Router kann.

Derzeit habe ich zum Schneiden von Sperrholz und MDF Geschwindigkeiten von ca. 70 IPM (Zoll pro Minute) auf einem 0, 25-Bit mit einer Schnitttiefe von 0, 28 ausgeführt. Die Z-Achse ist derzeit auf 20IPM eingestellt.

Die Geschwindigkeit für freie Fahrt ist ohne Probleme auf 140 IPM eingestellt.

Schritt 8: Ist es genau?

Wie ist der Klang von 0, 005 "Wiederholungsfähigkeit? Das sind 0, 127 mm für Ihre Metriktypen. Ja, ich weiß. Das klingt zu gut, um mit einem DIY-Rollholz-Sperrholzfräser wahr zu sein, aber das habe ich in einigen meiner Tests gesehen. Ich sage nicht, dass die Genauigkeit von 0, 005 "bei jedem Schnitt aus dieser Maschine herauskommt, aber bei noch viermal schlechterer Genauigkeit ist sie viel genauer als ich jemals erwartet hatte.

Warum also so genau? Wer weiß? Vielleicht bin ich ein übermäßiger Maschinendesigner und Verarbeiter. Vielleicht hatte diese Reduzierung der Motoren etwas damit zu tun? Vielleicht waren die Sterne ausgerichtet? Ich weiß nur, dass ich sehr zufrieden damit bin. Nicht schäbig für eine Maschine, die 900 Dollar Material enthält.

Ich hoffe, Ihnen hat dieses Schreiben gefallen. Ich werde Inhalte hinzufügen, wenn ich darüber nachdenke, und freue mich auf Kommentare oder Vorschläge.

Danke fürs Lesen.

Steve

Schritt 9: Zubehör

Das erste, was Sie lernen, wenn Sie Ihren CNC-Fräser in Betrieb nehmen, ist, dass Sie sofort damit beginnen möchten, ihn zu verbessern. Mein erstes Projekt in dieser Richtung war eine Touchplate für die automatische Nullstellung. Diese werden normalerweise aus gefrästem Aluminium hergestellt, aber ich dachte, etwas Sperrholz und etwas Aluminiumband und -streifen würden funktionieren. Es hat!

Ähnlicher Artikel