Triple CNC-machine – Premium upgrade build

Onderdelen en benodigdheden

• Arduino UNO (1x)
• A4988 stuurdrijvers (SparkFun StepStick) (4x)
• NEMA 17 stappenmotoren (OpenBuilds) (4x)
• CNC Shield voor Arduino (1x)
• Voeding 12V/29A (OpenBuilds) (1x)
• Trapspindel 8mm metriek (OpenBuilds) (1x)
• Brushless motor (dronemotor) als spindel – unieke upgrade!

Benodigde tools

• 3D-printer (voor gedrukte onderdelen)
• Soldeerbout

Over dit project

Na een pauze zijn we terug met een verbeterde versie van onze Triple CNC-machine. De grote verrassing: in plaats van een standaard spindelmotor of Dremel gebruiken we een brushless motor (dronemotor) als frees/routeer-spindel. Dit is een unieke aanpak die je zelden ziet.

3 functies in 1 machine

1. Graveren/frezen met de brushless motor als router
2. Lasersnijden en -tekenen (lasermodule wisselbaar)
3. Tekenen/plotten met pen (plotter-functie)

Alle wisselbare modules zijn ontworpen als plug-in onderdelen die je op de 3D-printer kunt printen. Het ontwerp is minimalistisch: geen overbodige materialen of draden.

Verbeteringen ten opzichte van v1

• Brushless spindelmotor (lichter, hogere toer, minder trilling, langere levensduur)
• Betere 3D-printbare montagebeugels voor snelle wissel
• Opgeruimde bedrading met CNC Shield
• Sturdier frame-ontwerp

Software & Firmware

De machine draait op GRBL 0.9h (aangepaste build), geüpload via de Arduino IDE. De hex-code in de originele code-sectie is de gecompileerde firmware.

Belangrijke GRBL-instellingen ($$)

$0=10  (step pulse, µs)
$1=25  (idle delay, ms)
$2=0   (step port invert mask)
$3=0   (dir port invert mask)
$4=0   (step enable invert, bool)
$5=0   (limit pins invert, bool)
$6=0   (probe pin invert, bool)
$10=3  (status report mask)
$11=0.010 (junction deviation, mm)
$12=0.002 (arc tolerance, mm)
$13=0  (report inches, bool)
$20=0  (soft limits, bool)
$21=0  (hard limits, bool)
$22=0  (homing cycle, bool)
$23=0  (homing dir invert mask)
$24=25.000 (homing feed, mm/min)
$25=500.000 (homing seek, mm/min)
$26=250 (homing debounce, ms)
$27=1.000 (homing pull-off, mm)
$30=1000 (max spindle speed, RPM)
$31=0 (min spindle speed, RPM)
$32=1 (laser mode, bool)
$100=800.000 (X steps/mm)
$101=800.000 (Y steps/mm)
$102=800.000 (Z steps/mm)
$110=5000.000 (X max rate, mm/min)
$111=5000.000 (Y max rate, mm/min)
$112=5000.000 (Z max rate, mm/min)
$120=100.000 (X accel, mm/sec²)
$121=100.000 (Y accel, mm/sec²)
$122=100.000 (Z accel, mm/sec²)
$130=200.000 (X max travel, mm)
$131=200.000 (Y max travel, mm)
$132=200.000 (Z max travel, mm)

Brushless motor aansturing

De brushless motor wordt aangedreven door een ESC (Electronic Speed Controller) die via PWM van de Arduino (spindle PWM-pin op CNC Shield) wordt bestuurd. GRBL's M3/M5 (spindle aan/uit) en S (snelheid) regelen de ESC.

• ESC signaaldraad → Spindle PWM pin (meestal D11 op CNC Shield v3)
• ESC voeding → 12V/29A voeding (of aparte LiPo voor ESC)
• Brushless motor drie fasen → ESC
• Calibreer ESC voorbereidend (throttle range)

3D-geprinte onderdelen

Bestand: cnc_stl_uEcDxyRzHu.rar – bevat alle STLs voor:

• Frame-hoeken en verbindingsstukken
• Brushless motor mount (plug-in)
• Lasermodule mount (plug-in)
• Penhouder/plotter mount (plug-in)
• Trapspindelmotoren en idler-beugels
• Kabelbeugel en drag chain segmenten

Schema

Zie afbeelding in de originele projectpagina voor het elektrisch schema (Arduino + CNC Shield + 4x A4988 + NEMA17 + voeding + brushless ESC).

Stappenplan bouwen

1. 3D-print alle onderdelen (PLA of PETG aanbevolen)
2. Monteer frame met aluminium profielen (OpenBuilds V-slot of gelijkwaardig)
3. Installeer trapspindels, lineaire rail of smooth rods met lagers
4. Monteer NEMA 17 motoren met A4988 drivers op CNC Shield
5. Bouw brushless motor mount en installeer motor + ESC
6. Sluit alle bedrading aan volgens schema
7. Flash GRBL firmware op Arduino UNO
8. Configureer GRBL instellingen ($$) via Serial Monitor of bCNC/Universal Gcode Sender
9. Test elke as, calibreer steps/mm
10. Installeer wisselbare modules (brushless, laser, pen) en test

Veiligheid

• Altijd beschermingsbril bij laser en frezen
• Brushless motoren draaien extreem snel – vingen/losse kleding ver van bewegende delen
• Gebruik afzuiging bij frezen (stof)
• Noodstop-schakelaar toevoegen aan voeding
• Laser: nooit rechtstreeks in de straal kijken, behuizing afschermen

Conclusie

Deze Triple CNC-machine is een veelzijdige desktop-fabriek. De brushless spindel is een game-changer: krachtiger, duurzamer en rustiger dan een Dremel. Met de plug-in modules wissel je in seconden tussen frezen, lasern en plotten. Ideaal voor makers die experimenteren met verschillende technieken zonder meerdere machines te kopen.