Suzie Model One - CNC-machine

Over dit project

Inleiding

SUZIE MODEL ONE is gemaakt om PCB's te snijden. Het doel was om een ​​starre machine te maken, nauwkeurig en zoveel mogelijk automatisch. Op dit moment is het enige handmatige proces dat nodig is, het wisselen van snijbits en het op de juiste plaats plaatsen van de Z-sonde.

Deze machine is het resultaat van een proces van vallen en opstaan ​​waarbij verschillende onderdelen opnieuw zijn ontworpen en opnieuw zijn opgebouwd om het best mogelijke resultaat te krijgen. Het grootste probleem was de stijfheid:als de machine niet hard genoeg is, buigt hij tijdens het snijden en is het resultaat een storing. Jitter in bochten is het andere grote probleem. Het is mogelijk om de snelheid te verlagen om dat te voorkomen, maar tijd is geld, en sommige bezuinigingen werken beter bij de juiste snelheid, niet langzamer.

Kijk voor meer informatie op #suziecnc op Instagram.

De volgende hoofdstukken zullen laten zien en uitleggen waarom sommige beslissingen in de constructie zijn genomen en, indien van toepassing, welke problemen er zijn om op te lossen.

Afmetingen

Externe maat:

• 46 cm breed

• 62cm lengte (43cm werkt niet)

• 58cm hoogte (met de kabelbuis meegerekend)

Werkgebied is ongeveer:

• 20cm breedte (X)

• 20 cm lengte (Y)

• 6 cm hoogte (Z)

Suzie's weergaven

XY-as, steppermontage en speling

SUZIE heeft geen speling op de X- en Y-as.

Er werd geen compensatie gemaakt in de firmware en snijdt altijd met de juiste afmetingen. Dit is mogelijk door riemen te gebruiken in plaats van een spindel. De spindel heeft die kleine opening nodig om zonder wrijving in de moer te lopen en dat moet worden gecompenseerd. Geen probleem, maar met de tijd, als de moer slijt, wat een constante speling veroorzaakt die in de firmware moet worden geconfigureerd, maar als de spindelslijtage het probleem groter is, alleen omdat de normale werking van een CNC-machine verschillende segmenten van de spindel met verschillende snelheden en krachten; dit betekent dat de slijtage niet gelijkmatig en onmogelijk te compenseren is.

De riemen zijn sterk genoeg om krachten uit te oefenen, zelfs om metaal te snijden en als ze goed worden uitgerekt zonder merkbare elasticiteit.

Beide assen van SUZIE gebruiken dezelfde techniek om de kracht van de stepper naar het bewegende deel over te brengen, maar met een groot verschil in hoe de riem en stepper worden gemonteerd. Maak in beide de riem geen lus zoals in een 3D-printer bijvoorbeeld; het mechanisme daarvoor is groter en taille meer ruimte. Hier is de band open, aan beide uiteinden vast en loopt de stepper erop als tandrad.

De X-auto heeft de stepper bevestigd en de riem is op de machine bevestigd. De stepper beweegt met de auto mee.

Y-lade

De Y-tray gebruikt hetzelfde concept maar met een vaste stepper en een bewegende band. Is precies het tegenovergestelde van de X-as. Met deze oplossing is een andere mogelijkheid beschikbaar:de maximale lengte van de Y-tray is vrijwel oneindig en kan naar wens worden aangepast zonder het ontwerp van de machine te veranderen. Dat is ook mogelijk omdat de rail op de bewegende bak zit en de lagers aan de onderkant van de machineconstructie zijn bevestigd.

Deze foto toont het steungedeelte van het Y-lager. Deze (linkerkant) en de andere waarvan alleen het bovenste lager zichtbaar is, zijn uitgelijnd met de X-autobeweging en direct onder en gecentreerd met de spil. Dit betekent dat alle neerwaartse en zijwaartse krachten compressief op de basis worden overgebracht. Hierdoor kan de steun zeer stijf werken en veel kracht verdragen. Zoals we ons met deze foto kunnen voorstellen, is de lengte van de bak niet belangrijk voor de mechanica en hoeft er geen opgelegde limiet te zijn (niet helemaal waar) - de limiet kan de software zijn, de fabricage van de bak of de maximale lengte van de riem - maar zo is het perfect mogelijk om een ​​1 meter lange tray toe te voegen voor een speciaal werk.

Z-as en hoofdploeg

Het gebruik van een riemconfiguratie in deze as heeft een enorm probleem. De stepper moet constant worden belast en in een situatie van stroomuitval zou de spil gewoon in het werk vallen, waardoor het bit, de motor of ooit het werk en de bak zouden kunnen worden beschadigd. De oplossing ligt hier voor de hand:loodschroef.

Deze spindel en moer zijn op maat gemaakt voor deze machine. De schroef heeft de benodigde lengte, ruimte voor de lagers, borgmoer en aansluiting op de stepper. Het werd gemaakt op een oude handmatige keizerlijke draaibank in een metrische configuratie. Het enige probleem is dat het synchronisatiewiel niet metrisch werkt, dus er was een heel speciale manier van gebruik van de draaibank nodig om deze schroef te maken. De noot werd 3D geprint.

Dit systeem heeft geen speling omdat de 3D-geprinte moer is gemaakt zonder opening (het loopt alleen maar veroorzaakt veel olie), maar de configuratie van alle XZ-auto's is zeer flexibel. Wat de spil op zijn plaats houdt, is zijn gewicht. Als we het met de hand omhoog duwen, kunnen we het 2 tot 3 millimeter verplaatsen door alle rails een beetje te buigen. De enige mechanische manier om dit op te lossen is om de stijfheid van de machine te vergroten. De andere oplossing is het vertragen van de duiksnelheid. Vergeet niet dat het snijproces lateraal is op de X- en Y-as, dus als de duiksnelheid niet erg snel is, zal het gewicht van de Z-auto en de spil de snede naar de juiste positie dwingen. In het geval van SUZIE is de maximale duiksnelheid van de machine oké om zachte materialen te snijden, dus vertragen was niet nodig en ik hoefde hem alleen te vertragen bij het snijden van metaal (messing).

3D-geprinte onderdelen

Deze machine was alleen mogelijk met 3D-geprinte onderdelen. De gereedschappen die ik had om de machine te maken, waren niet geschikt om complexe onderdelen met de hand te bouwen, zoals bijvoorbeeld de stepperssteunen. Alle onderdelen zijn meer dan eens ontworpen en gedrukt om speciale functies of structurele verbeteringen mogelijk te maken. Deze onderdelen verminderen de stijfheid van de machine, maar maken het mogelijk om compacter te zijn.

Arduino, GRBL, schild, spindel en sonde

Het brein van SUZIE is een Arduino Uno, waarop de GRBL-firmware draait.

Er zijn verschillende commerciële schilden voor GRBL, maar in dit geval was het meer een uitdaging. Het eerste schild dat ik heb gebouwd, heb ik de combinatie L298N en L297 gebruikt om de steppers aan te drijven. Het was heet en luid. Later, met de Pololu A4988-stuurprogramma's, werd het systeem opnieuw ontworpen om te worden verbeterd.

De schakeling is gemaakt op een prototype board en beschikt over bijna alle GRBL-aansluitingen. Sinds de toevoeging van dit bord, vergeleken met de L298N en L297 combinatieversie, kon de machine veel langer werken zonder oververhitting en minder geluid omdat deze drivers microstepping hebben. Momenteel is de firmware geüpdatet naar de GRBL 1.1f en loopt zeer soepel.

Een andere recente toevoeging was een goede spindelborstelloze motor (dmw57314). Dit wordt nu bestuurd door de Arduino en is veel stiller in vergelijking met de dremel-achtige boor die ik in de eerste iteratie had.

Deze sonde is gemaakt om alleen de Z-as te meten. Het X- en Y-type sonde is ingewikkelder om met de hand te maken en het zal een uitdaging zijn voor een andere keer. Met de sonde kan SUZIE zeer nauwkeurig zijn in het lokaliseren van de snijbitpunt, die cruciaal is voor het frezen van PCB's. Het is een altijd AAN-knop en wanneer het bit het naar beneden trekt, koppelt u de twee draden los en geeft GRBL de positie aan. De herhaalbaarheid is zeer nauwkeurig.

Conclusie

SUZIE MODEL ONE was een uitstekende manier om een ​​CNC-machine te leren maken. Veel problemen zijn opgelost, veel eigenschappen zijn verbeterd en ik kan met zekerheid zeggen:klaar!

Alles wat verbeterd moet worden heeft met deze structuur geen zin meer.

SUZIE MODEL TWEE zal worden ontworpen om het goede in dit ontwerp te vergroten en de problemen van het model radicaal te verbeteren. Eén ding is zeker:het wordt metaal!