Construire un routeur CNC

J'ai récemment commencé à travailler sur mon propre blog de didacticiel, makerguides.com. J'ai actuellement écrit plusieurs tutoriels Arduino sur l'utilisation des capteurs et le contrôle des moteurs pas à pas:

  • Comment contrôler un moteur pas à pas avec le pilote A4988 et Arduino
  • Tutoriel sur le capteur de distance à ultrasons HC-SR04
  • Moteur pas à pas 28BYJ-48 avec pilote ULN2003 et didacticiel Arduino

N'hésitez pas à les consulter et peut-être laisser un commentaire avec quelques commentaires, merci!

Besoin de pièces pour votre projet? Consultez mon lien d'affiliation Amazon ci-dessous:

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Cet instructable vous montrera comment j'ai construit mon routeur CNC. J'espère que vous pourrez vous inspirer de ma construction et que ce instructable vous sera utile pour vos futurs projets. Cet instructable montre toutes les étapes que j'ai suivies dans la conception et la construction de ce routeur CNC.

La principale chose que j'aime avec un routeur CNC, c'est qu'il est si polyvalent. Vous pouvez l'utiliser comme perceuse, défonceuse, scie, moulin et même comme tour. Parce que mon atelier est très petit (c'est plus comme un cabanon), je n'avais pas la place pour tous ces outils, mais je voulais quand même pouvoir réaliser des pièces très précises pour différents projets. C'est pourquoi j'ai commencé à penser à construire un routeur CNC.

Après avoir fait quelques recherches, j'ai décidé de concevoir et de construire ma propre machine. Il m'a fallu près de 6 mois pour construire et concevoir la machine du début à la fin. Avant de commencer la conception de la machine, j'ai fait beaucoup de recherches sur le Web. Je recommande de consulter les sites Web suivants: cncroutersource.com et cnczone.com. Ces sites Web vous fourniront une tonne d'informations et répondront à la plupart de vos questions sur des sujets liés au CNC.

Notez s'il vous plaît:

J'ai construit ce routeur CNC comme projet final pour l'école (également appelé «profielwerkstuk» aux Pays-Bas). Quand j'ai commencé la construction, j'avais 16 ans et je l'ai terminé quand j'avais 17 ans. Bien que j'ai fait quelques projets plus grands dans le passé et que je fais de la robotique FTC depuis quelques années, je n'avais pas ça beaucoup d'expérience avec la construction de machines CNC. Cette machine est en fait la deuxième machine CNC que j'ai construite. Le premier était une machine de test en bois, que j'ai construite pour acquérir de l'expérience et en savoir plus sur les machines CNC. J'ai essayé de construire cette machine le mieux possible, avec les outils, les connaissances et le budget que j'avais à l'époque. Je pense que la machine est sortie assez bien et j'espère que vous apprécierez la lecture à ce sujet.

Étape 1: La conception - Outils et matériel

Avant de commencer à construire une machine, vous devrez toujours faire une sorte de conception. Parfois, il suffit de quelques croquis sur un morceau de papier, mais pour cette machine, un dessin en trois dimensions plus précis était nécessaire. J'ai fait ma conception en utilisant google sketchup. Google sketchup est un programme CAO gratuit que vous pouvez télécharger sur le Web. J'ai trouvé qu'il était très facile de travailler avec, même si je n'avais jamais travaillé avec un programme de CAO auparavant. Vous ne pourrez pas dessiner des designs aussi compliqués que possible, en utilisant d'autres programmes comme Autocad, mais pour mes besoins, cela a très bien fonctionné.
Mon objectif principal était d'obtenir toutes les dimensions appropriées pour mes pièces, afin de pouvoir les commander en ligne. Je voulais voir si toutes mes pièces allaient s'assembler. Parce que la machine se compose de beaucoup de pièces mobiles, je voulais m'assurer que rien ne se heurterait pendant le fonctionnement de la machine.
Quand j'ai commencé à concevoir la machine, j'avais déjà quelques pièces comme les rails linéaires et les vis à billes. Je les ai achetés à quelqu'un qui avait construit une machine de test pour sa boutique en ligne. J'ai utilisé la même électronique pour cette machine, comme je l'ai utilisé pour la machine de test en bois que j'avais construite plus tôt.

Ce sont les dimensions de base et les pièces utilisées pour la machine:
Dimensions hors tout
X: 1050 mm
Y: 840 mm
Z: 400 mm
Voyage
X: 730 mm
Y: 650 mm
Z: 150 mm

La longueur des rails et des vis à billes dépend de la taille de la machine que vous souhaitez construire.

Électronique
- 3x 3 Nm Nema 23 Moteurs pas à pas

- 3x DM556 pilote de moteur pas à pas Leadshine

- Alimentation 36V (pour moteurs pas à pas)

- Tableau de répartition
- Alimentation 5V (pour Breakout Board)

Mieux: Ethernet Smoothstepper (n'utilise pas de port LPT à l'ancienne).

- Interrupteur marche / arrêt
- Fil blindé 18/4 Awg
- 3x Capteur de proximité (fin de course)

Vous pouvez également acheter un kit électronique complet, qui comprend des moteurs pas à pas et des pilotes. Ceux-ci fonctionnent parfaitement, mais peuvent parfois être de moins bonne qualité que les vrais pilotes Leadshine.

- Broche : Kress FME 800 ou Bosch Colt ou Dewalt Compact Router

Si vous souhaitez également couper l'aluminium et d'autres métaux non ferreux, une broche refroidie par eau ou par air serait beaucoup mieux. Vous pouvez acheter un kit qui comprend tout ce dont vous avez besoin. Je l'ai acheté comme mise à niveau après avoir terminé ma CNC

Optionnel:

- Boîtier électronique
- Chaîne énergétique
- Connecteurs

Mécanique

- Rails linéaires: X: SBR 20 Y / Z: SBR 16

- Vis à billes: X / Y: pas de 16 mm à 5 mm

Vous pouvez économiser beaucoup d'argent en achetant un kit comprenant des rails linéaires et des vis à billes.

- Vis d'entraînement d'axe Z : M10 avec écrou en delrin fait maison, mais une vis à billes serait préférable
- Profils en aluminium : 30 / 60mm Misumi 100mm
- Plaques en aluminium : 15 mm d'épaisseur
- Logiciel CAD / CAM: CamBam / Fusion 360
- Logiciel contrôleur: Mach3

La machine est presque entièrement construite à partir d'une plaque d'aluminium de 15 mm d'épaisseur et d'extrusions d'aluminium de 30 x 60 mm. J'ai construit ce routeur CNC en utilisant une quantité très limitée d'outils. Les principaux outils que j'ai utilisés étaient une perceuse à colonne et un tour. Parce que je n'avais pas les bons outils pour couper les plaques d'aluminium sur mesure, j'ai conçu la machine autour de tailles standard et commandé les plaques en ligne, déjà coupées à longueur. Les extrusions d'aluminium que j'ai utilisées ont également été coupées à longueur et je les ai commandées auprès de misumi Europe.

Lors de la conception d'un routeur CNC, il est utile de se poser quelques questions. Vous trouverez ici le processus de conception que j'ai suivi pour mon routeur CNC.

Quel type de routeur CNC souhaitez-vous construire?
Il existe essentiellement deux types de routeurs CNC: la conception de table mobile et la conception de portique mobile. Les conceptions de style de table mobile sont souvent utilisées pour les routeurs CNC de plus petite taille. Ils sont plus faciles à construire et peuvent être construits plus rigides qu'une machine de style portique mobile. L'inconvénient de laisser la table bouger au lieu du portique est que l'empreinte globale de la machine rétrospectivement à son enveloppe de coupe est environ deux fois plus grande qu'avec un portique mobile. Par conséquent, il est probablement préférable de fabriquer une machine à portique mobile, si votre enveloppe de coupe est plus grande qu'environ 30x30 cm. Parce que je voulais construire une machine avec une enveloppe de coupe d'environ 65x65 cm, j'ai utilisé la conception de style portique mobile.

Que voulez-vous couper avec le routeur CNC?
Cela détermine à peu près toutes les réponses aux questions ci-dessous. Je voulais utiliser la machine pour le contreplaqué, les bois durs et les plastiques principalement, mais aussi pour l'aluminium. Si vous souhaitez couper des matériaux plus durs que l'aluminium, je vous recommande de construire une fraiseuse CNC, au lieu d'une toupie.

Quel matériau utiliserez-vous pour construire la machine?
Ceci est déterminé par la question ci-dessus. Une bonne indication est que le matériau que vous utilisez pour construire la machine est plus solide ou aussi solide que le matériau que vous souhaitez couper. Donc, si vous voulez couper de l'aluminium, vous devez utiliser de l'aluminium ou même de l'acier pour construire la machine. J'ai vu des routeurs CNC en bois qui peuvent couper l'aluminium (vous en trouverez sur YouTube), mais cela a été très lent et les machines doivent être très bien construites. Parce que je voulais couper de l'aluminium avec ce routeur CNC, je l'ai construit en aluminium. J'aurais pu utiliser de l'acier, mais c'est plus difficile à usiner et je n'avais pas les bons outils pour ça.

De quelle longueur de trajet avez-vous besoin pour chaque axe?
Ma première intention était de construire un routeur CNC capable de gérer des produits en feuilles de taille standard, comme le contreplaqué et le mdf. Aux Pays-Bas, ce sont 62 x 121 cm. Donc, pour l'axe Y, je voulais une distance de déplacement d'au moins 620 mm. La machine est placée dans un petit hangar dans mon jardin, avec un espace très limité. Je ne pouvais pas rendre la machine trop grosse, car alors elle gênerait vraiment et prendrait tout l'espace. Ainsi, l'axe X n'a ​​qu'un débattement de 730 mm. C'est moins que la longueur totale d'une feuille de contreplaqué (1210 mm), mais je me suis dit que si je voulais usiner quelque chose de vraiment grand, on pourrait couper la première partie, que faire glisser la feuille vers l'avant et couper la dernière partie. En utilisant cette technique, vous pouvez couper des pièces beaucoup plus grandes que la distance de déplacement X normale. Pour l 'axe Z, j'ai pensé que 150 mm serait suffisant pour utiliser éventuellement un quatrième axe à l' avenir.

Quel type de mouvement linéaire utiliserez-vous pour la machine?
Il existe de nombreuses options pour le mouvement linéaire: glissières de tiroir, roulements à billes sur rail en V, roulements à rainure en V, rail linéaire rond sans support, rail linéaire rond entièrement supporté et rail linéaire profilé. Le système de mouvement linéaire que vous utilisez déterminera dans une large mesure la qualité de coupe que vous pouvez obtenir. Je recommanderais d'aller pour le meilleur système que vous pouvez vous permettre. Après avoir fait quelques recherches, j'ai trouvé que des rails linéaires entièrement pris en charge seraient la meilleure option, que je pouvais encore me permettre. Si vous recherchez sur ebay ou Amazon pour SBR12, SBR16 ou SBR20, vous trouverez un certain nombre de vendeurs et d'ensembles différents parmi lesquels choisir. Si vous construisez un routeur CNC à 3 axes, vous devez acheter un kit composé de trois ensembles de rails linéaires et de deux roulements linéaires par rail.

Quel type de système d'entraînement linéaire utiliserez-vous pour chaque axe?
Les options de base pour entraîner chaque axe sont les suivantes: courroies de distribution, crémaillère et pignon et vis d'entraînement. Pour les routeurs CNC faits maison, les vis d'entraînement sont les plus couramment utilisées. Les systèmes d'entraînement à vis fonctionnent en plaçant l'écrou fixe sur la partie mobile de la machine et en maintenant la vis en place aux deux extrémités. La vis se fixe au moteur. Si les moteurs commencent à tourner, l'écrou avec la partie mobile de la machine attachée, se déplacera le long de la vis et mettra la machine en mouvement.
Pour les axes X et Y, j'ai utilisé des vis à billes. Les vis à billes offrent un mouvement très fluide, pratiquement sans jeu. Le jeu est la quantité de jeu entre la vis d'entraînement et l'écrou et c'est quelque chose que vous ne voulez pas dans un routeur CNC. Si vous souhaitez en savoir plus sur le jeu, je vous recommande de consulter le site Web cncroutersource.com.
Les vis à billes sont plus chères que les vis ACME (qui sont une bonne alternative), mais amélioreront encore une fois la vitesse de coupe et la qualité de coupe que vous pouvez atteindre.
Pour l'axe Z, j'ai utilisé une tige filetée M10 en acier inoxydable de haute qualité, avec un écrou en delrin fait maison.

Quel type de moteur d'entraînement et de contrôleur allez-vous utiliser?
Concernant les moteurs, il existe deux options de base: les servomoteurs et les moteurs pas à pas.
Les servomoteurs sont principalement utilisés pour les routeurs CNC haut de gamme et sont très chers. Ils utilisent des encodeurs pour fournir un retour de position et nécessitent des contrôleurs plus chers. Les moteurs pas à pas sont largement utilisés sur les routeurs CNC faits maison et il existe de nombreux types et tailles différents. La taille du moteur pas à pas dont vous avez besoin dépend de ce que vous voulez couper, de la vitesse à laquelle vous voulez le couper, du type d'entraînement linéaire et des composants de mouvement que vous utilisez, de la taille de la machine, etc. J'ai utilisé des moteurs pas à pas de 3 Nm pour ma machine, ce qui est probablement exagéré.
Le contrôleur doit convenir au moteur que vous utilisez. Vous pouvez utiliser des pilotes individuels pour chaque moteur, comme je l'ai fait, ou vous pouvez acheter une carte de pilote 3 ou 4 axes. Vous pouvez en savoir plus sur l'électronique que j'ai utilisée à l'étape 14.

Quel type de broche utiliserez-vous?
La plupart des toupies CNC faites maison utilisent une toupie à bois standard ou une toupie comme broche de coupe pour leur machine. Le mien ne fait pas exception. J'ai utilisé une toupie Kress, qui est de qualité légèrement supérieure aux toupies en bois standard, et elle a une belle bride de serrage de 43 mm. Si vous voulez couper beaucoup de matériaux différents, une sorte de contrôle de vitesse peut être très pratique. Le routeur Kress a un contrôle de vitesse intégré, mais vous le trouverez sur la plupart des routeurs. Si vous allez faire beaucoup de coupes très lourdes, vous voudrez peut-être examiner les broches refroidies par air ou par eau. Vous pouvez également les trouver sur Amazon / Ebay, mais ils vous coûteront beaucoup plus qu'un routeur standard. Ils utilisent un VFD pour le contrôle de la vitesse et peuvent être beaucoup plus silencieux que les routeurs standard.

Quels seront les coûts totaux de la machine et est-ce que je veux dépenser autant d'argent?
J'ai estimé le coût total de ce routeur CNC à environ 1500 euros. Un routeur CNC coûte cher, mais vous pouvez économiser beaucoup d'argent en en construisant un vous-même.

Après avoir trouvé les réponses à toutes les questions ci-dessus, j'ai trouvé la conception finale de mon routeur CNC. Comme vous pouvez le voir, ma conception n'est pas extrêmement détaillée. Par exemple, vous ne verrez pas l'emplacement exact des trous sur toutes les pièces. Il est difficile de déterminer le nombre de boulons que vous devez utiliser pour assembler deux pièces si vous ne les avez jamais tenues auparavant.
Pour moi, cette conception était suffisante pour me donner une bonne idée de la façon dont tout allait fonctionner et des pièces que je devrais commander.

Une fois la conception terminée et rejetée / repensée plusieurs fois, j'ai pu commencer à commander toutes les pièces nécessaires. Les extrusions d'aluminium de 30x60 mm et toutes les plaques d'aluminium pour le portique et l'axe Z que j'ai utilisées pour l'axe X ont été prédécoupées à longueur. J'ai également commandé des pieds de mise à niveau anti-vibrations robustes.

Pièces jointes

  • Fichiers CNC (1) (1) .skp Télécharger

Étape 2: l'axe X

L'axe X se compose d'un cadre de base, composé de 4 pièces d'extrusions d'aluminium 30/60 et de deux plaques d'extrémité de 15 mm d'épaisseur. Il y a deux trous de 6, 8 mm à l'extrémité des extrusions. J'ai utilisé un robinet en métal pour créer un filetage M8 à l'intérieur des trous. Après cela, j'ai soigneusement défini les positions des trous sur les plaques d'extrémité. En fait, j'ai serré les deux plaques ensemble pendant le forage, pour m'assurer que les trous s'alignaient aux deux extrémités. J'ai également percé quatre trous au milieu de chaque plaque pour monter les blocs de roulement. J'ai percé quatre trous supplémentaires dans l'une des plaques latérales pour fixer le support moteur.

J'ai fait 4 blocs pour tenir les pieds de mise à niveau. Les blocs sont des morceaux d'aluminium (50x50x20). J'ai utilisé quatre boulons m5 et des écrous en T pour les monter sur les extrusions extérieures.

Les rails linéaires s'adaptent directement sur les extrusions d'aluminium. Pour l'axe X, j'ai utilisé des rails de 20 mm de diamètre. Les trous pré-percés à la base des rails linéaires s'alignent exactement avec les fentes des extrusions d'aluminium. Je pourrais facilement les monter à l'aide de boulons m5 et d'écrous en T.

Étape 3: plaques latérales du portique

Les plaques latérales du portique sont presque identiques. La seule différence est que l'un d'eux a quatre trous supplémentaires pour fixer le motormount. L'ensemble du portique est constitué de plaques d'aluminium de 15 mm d'épaisseur. Percer les trous dans les plaques latérales était assez simple. Même si je devais travailler très précisément. Pour obtenir les trous exactement au bon endroit, j'ai soigneusement marqué leurs emplacements, puis j'ai utilisé un poinçon central pour créer un petit divot. Ensuite, je suis allé à la perceuse à colonne et j'ai utilisé une perceuse centrale pour créer un trou qui guide le foret réel. Pour les trous plus grands, j'ai d'abord utilisé un foret de plus petite taille avant d'utiliser le foret de taille finale.

En raison de la façon dont j'avais conçu le portique, j'ai dû percer des trous dans les faces d'extrémité des plaques latérales. À l'origine, j'avais prévu de le faire sur la perceuse à colonne, mais les pièces ne tenaient pas en dessous. J'ai donc dû trouver une solution différente: utiliser le tour. J'ai fait un support spécial sur le chariot mobile du tour. J'ai percé deux trous supplémentaires dans chaque plaque, pour les maintenir en place sur le chariot. Maintenant, je pouvais facilement percer des trous parfaits aux extrémités des plaques latérales. La seule chose qui restait à faire était de taper les trous pour un filetage M8.

Étape 4: assemblage du portique

Le reste du portique est réalisé de la même manière que les plaques latérales. La partie la plus difficile était d'aligner correctement les rails linéaires. Les rails linéaires devaient s'aligner avec le bord de la plaque. Lors du marquage des emplacements exacts des trous, j'ai serré deux morceaux de profilés en aluminium sur les côtés de la plaque pour aligner les rails. Une fois que j'ai marqué les emplacements des trous, je les ai percés et taraudés avec un filetage M5. Lors de la fixation des rails au portique, vous devez vous assurer que la distance entre les rails sur toute la longueur est parfaitement uniforme (les rails doivent être parallèles).

J'ai utilisé la même méthode pour percer les trous dans les faces d'extrémité que pour les plaques latérales.

J'ai fait quelques supports d'angle pour ajouter une certaine rigidité supplémentaire à l'assemblage. Lors de l'assemblage final de la machine, je les ai en fait laissés de côté, car je n'avais pas l'impression qu'ils étaient nécessaires.

La plaque en bas du portique est très simple. J'ai percé 6 trous pour le fixer aux plaques latérales. Au milieu, j'ai dû percer deux trous pour monter le porte-écrou.

Étape 5: chariot de l'axe Y

Le chariot de l'axe Y se compose d'une plaque avec 8 roulements linéaires attachés. Le forage des trous était assez simple, mais encore une fois, il devait être très précis. Les roulements linéaires pour l'axe Y et l'axe Z sont attachés à cette plaque. Parce que les roulements sont si proches les uns des autres, même le moindre désalignement provoque un bourrage. J'ai fait les trous seulement 0, 2 mm surdimensionnés, mais j'ai dû les percer à 0, 5 mm pour aligner correctement les roulements. J'ai dû faire quelques ajustements pour que le chariot glisse facilement d'un côté à l'autre. Les rails et les roulements devaient être ajustés. J'ai utilisé des étriers numériques de haute qualité pour les aligner le mieux possible. Quand j'ai fait le support d'écrou d'entraînement pour l'axe Y, j'ai percé deux trous supplémentaires dans la plaque pour le fixer. J'ai également essayé d'aligner le mieux possible les roulements de l'axe Z, mais j'ai quand même dû les ajuster lorsque j'ai terminé le reste de l'axe Z.

Étape 6: axe Z

Les rails linéaires de l'axe Z sont fixés à la partie mobile de l'ensemble axe Z. Les rails devaient être décalés de quelques millimètres par rapport au bord de la plaque. J'ai utilisé la même méthode que pour l'axe Y pour les aligner. J'ai trouvé deux morceaux de plastique, juste de la bonne épaisseur, que je pouvais utiliser comme entretoises. Je savais que les bords de la plaque d'aluminium étaient parallèles, alors j'ai serré deux morceaux d'aluminium sur le bord de la plaque et ajouté les morceaux de plastique pour espacer les rails du bord. Une fois que j'ai marqué les emplacements des trous, je viens de forer et de les taper à nouveau. Assurez-vous que vous marquez où vont les pièces, de sorte que les trous soient toujours alignés lorsque vous remettez tout en place.

Pour monter la plaque supérieure sur l 'ensemble axe Z, j'ai percé et tapé trois trous à l' extrémité de la plaque de montage de la toupie. J'ai fait cela avec la même configuration sur le tour que pour les plaques de l'axe Y. J'avais initialement prévu de fixer le moteur pas à pas de l 'axe Z directement sur la plaque supérieure. J'ai donc essayé de fraiser quelques fentes dans la plaque supérieure pour fixer le moteur pas à pas. Cela n'a pas si bien fonctionné, car je n'avais pas de configuration de fraisage appropriée. J'ai donc coupé la partie avec les fentes et fabriqué un support de moteur différent en plastique (voir l'étape 12).

J'ai également fabriqué deux blocs de roulement à partir du même matériau plastique, qui se sont également attachés à la plaque supérieure. La vis d'entraînement est un morceau de tige filetée en acier inoxydable (M10). La vis d'entraînement est serrée entre les deux roulements avec deux écrous. J'ai percé et tapé la poulie de distribution pour un filetage M10 et je l'ai juste vissée sur la partie supérieure de la vis d'entraînement. Il est maintenu en place par trois vis de réglage. L'écrou d'entraînement en delrin est fixé au chariot de l'axe Y (voir l'étape 10).

Le support de routeur était pré-fabriqué et je l'ai commandé sur damencnc.com. Il a une bague de serrage de 43 mm, qui s'adapte au routeur Kress que j'utilise.

Si vous souhaitez utiliser une broche refroidie par eau à la place comme mise à niveau, un support est souvent inclus dans le kit. Vous pouvez également acheter ces supports, si vous souhaitez utiliser un routeur dewalt ou bosch avec un corps cylindrique.

Étape 7: Courroies de distribution et poulies

Je ne voulais pas que les moteurs dépassent de la machine. Parce que cela augmenterait la taille globale de la machine d'environ 15 cm dans chaque axe. Normalement, vous monteriez les moteurs à l'extérieur de la machine en utilisant un support de moteur spécial ou des entretoises. De cette façon, vous pouvez coupler les moteurs directement aux vis à billes avec un coupleur flexible quelconque. C'est ainsi que je l'ai fait sur la première machine prototype en bois que j'ai construite. Pour la plupart des gens, cela fonctionnera probablement très bien. Mais ce que j'ai trouvé, c'est que parce que la machine était placée dans un tout petit atelier, les moteurs gêneraient vraiment. Parce qu'ils dépassaient de près de 20 cm (entretoises moteur), je me heurtais assez souvent contre eux.

C'est pourquoi j'ai placé les moteurs à l'intérieur de la nouvelle machine. Ce faisant, je ne pouvais pas coupler directement les moteurs aux vis à billes, mais je devais utiliser une courroie de distribution et des poulies.

J'ai commandé les courroies de distribution et les poulies sur beltingonline.co.uk. Ils ont une grande variété de types et de tailles. J'ai utilisé des courroies et des poulies HTD5 de 9 mm de large. Lorsque vous utilisez un entraînement par courroie pour connecter votre moteur à la vis d'entraînement, vous pouvez utiliser une réduction d'engrenage. En utilisant un engrenage plus petit sur le moteur, vous pouvez utiliser des moteurs plus petits et toujours obtenir le même couple (bien que vous perdrez bien sûr de la vitesse). Parce que mes moteurs étaient assez gros, je n'avais pas besoin de réduction de vitesse pour obtenir plus de puissance.

Pour économiser de l'argent, j'ai commandé les poulies de distribution sans les trous pour les vis sans tête et avec seulement un trou pilote au centre. J'ai utilisé le tour pour percer l'alésage à la bonne taille. Pour percer les trous pour les vis de fixation, j'ai fait un petit gabarit avec une barre hexagonale en acier en utilisant le tour et la perceuse à colonne.

Étape 8: Supports de moteur

Les supports de moteur sont fabriqués à partir de morceaux de tubes en aluminium. Les miens étaient prédécoupés à la longueur souhaitée lorsque je les ai commandés, mais vous pouvez également utiliser un morceau de tube en acier et le couper en morceaux carrés. Les supports moteur pour les axes X et Y, devaient pouvoir coulisser vers l'intérieur et vers l'extérieur, pour tendre les courroies de distribution. Si vous utilisez un coupleur normal pour connecter vos moteurs pas à pas, je vous recommande de faire ou d'acheter des entretoises. J'ai utilisé le tour pour faire les fentes et percer un grand trou dans une face de la monture, mais vous pouvez également le faire sur une perceuse à colonne normale.

J'ai commencé par faire un grand trou dans un côté de la monture avec une scie cloche. Cela permet au moteur de s'aligner avec la surface et assure également que l'arbre est centré. Le moteur est fixé au support avec quatre boulons M5. J'ai fait quatre fentes, de l'autre côté du support, pour lui permettre de glisser dedans et dehors. J'ai serré la pièce sur un accessoire de tour spécial pour fraiser les quatre fentes.

Étape 9: Roulements de blocs

Les blocs de roulement pour les axes X et Y sont fabriqués à partir de barres rondes en aluminium de 50 mm. J'ai coupé quatre dalles égales, chacune de 15 mm d'épaisseur. J'ai ensuite fait face à chaque côté des ébauches du tour. Après avoir marqué et percé les quatre trous de montage, j'ai à nouveau utilisé le tour pour percer un grand trou au centre de l'ébauche. J'ai ensuite fait la cavité pour que le roulement soit assis. Les roulements doivent être enfoncés et les blocs sont boulonnés sur les plaques d'extrémité et latérales. J'ai percé et tapé un trou à l'extrémité des vis à billes pour les maintenir en place. En insérant un boulon, je pouvais les serrer contre les roulements à contact oblique. L'extrémité de la vis à billes a été abaissée sur le tour à 11 mm. C'est la pièce à laquelle la poulie de synchronisation est attachée. L'extrémité de la vis à billes a été légèrement abaissée jusqu'à 10 mm, afin de pouvoir être appuyée sur le roulement. Sur l'extrémité flottante des vis à billes, je viens d'utiliser des roulements à billes standard.

Étape 10: Montage de l'écrou d'entraînement de l'axe Z

Je n'ai pas utilisé de vis à billes pour l'axe Z. Au lieu de cela, j'ai utilisé une tige filetée M10 standard mais de haute qualité. J'ai fait un écrou avec un morceau de delrin. Le Delrin est un très bon matériau à cet effet, car il est autolubrifiant et ne s'use pas avec le temps. Si vous utilisez un taraud de bonne qualité pour faire les filets dans l'écrou, le jeu sera très minime (je n'en ai pas remarqué). À l'intérieur de l'assemblage de l'axe Z, il y avait très peu de place pour monter l'écrou. Et comme mon écrou fait maison était rond, je devais faire une monture spéciale. Le support se compose de deux morceaux d'acrylique de 12 mm. J'ai pu utiliser le routeur CNC fait maison de mon professeur d'école, pour fabriquer ces pièces. L'écrou rond s'adapte très confortablement à l'intérieur des morceaux d'acrylique et est maintenu en place par un petit boulon. Le boulon empêche l'écrou de tourner à l'intérieur du support. J'ai percé et tapé deux trous dans les petits pieds des supports, pour pouvoir le monter sur le chariot de l'axe Y

Étape 11: Montage de l'écrou d'entraînement des axes X et Y

Pour les axes X et Y, j'ai fait un montage d'écrou d'entraînement différent à partir d'un morceau d'aluminium. Les écrous à vis à billes ont deux petites brides sur un côté, avec trois trous. J'ai utilisé l'un des trous de chaque côté pour fixer l'écrou au support. Le support est fabriqué à partir d'une pièce en aluminium et est usiné sur le tour. Parce que je n'avais pas de moulin, j'ai utilisé le tour avec un mandrin à quatre mors. Ces pièces doivent être usinées très précisément. Une fois que vous avez fixé les écrous au portique et au chariot de l'axe Y, vous devriez pouvoir déplacer facilement ces pièces d'un côté à l'autre, en tournant les vis à billes à la main. Si les dimensions des supports sont incorrectes, l'écrou se bloquera et vous ne pourrez plus tourner la vis à billes à la main.

Étape 12: Montage du moteur sur l'axe Z

Le support moteur de l'axe Z est différent des autres. Il est fait d'acrylique de 12 mm et a également été coupé avec le routeur CNC fait maison de mon professeur. J'avais initialement prévu de fabriquer le support à partir d'une plaque d'aluminium, mais l'usinage était trop difficile. La tension de la courroie peut être ajustée en desserrant les deux boulons sur le dessus et en faisant glisser l'ensemble de montage du moteur. L'acrylique de 12 mm fonctionne très bien pour l'instant, mais je pourrais le remplacer par un morceau d'aluminium à l'avenir. J'ai découvert que lorsque je tendais la ceinture, la plaque acrylique se pliait un peu.

Étape 13: Le lit de coupe

La dernière pièce que je devais faire pour la machine était le banc de coupe. Le banc de coupe est une partie très importante de la machine, et souvent négligé. Il existe de nombreux types de bancs de coupe. Les exemples sont: plateau de table à rainure en T, plateau de table perforé, table à vide ou vous pouvez simplement utiliser un plateau de table jetable et visser votre stock directement sur la table. Un plateau de table en aluminium à rainures en T serait probablement le meilleur, mais cela vous coûtera quelques centaines de dollars, selon la taille de votre machine. J'ai choisi d'utiliser le dessus de table perforé, car il correspondait à mon budget et j'aurais encore beaucoup d'options de serrage.

Le lit de coupe pour ma machine est fabriqué à partir d'un contreplaqué de bouleau de 18 mm d'épaisseur. Je l'ai fixé avec des boulons M5 et des écrous à rainure en T aux extrusions d'aluminium. J'ai acheté environ 150 écrous hexagonaux M8 pour environ 4 dollars. À l'aide d'un programme de CAO, j'ai dessiné des formes hexagonales dans une grille avec un trou au milieu. Ensuite, j'ai utilisé la machine pour découper toutes les poches pour les écrous. Au lieu de noix normales, vous pouvez également utiliser des écrous en T, mais vous devrez ensuite retourner la table pour les insérer. Un autre problème que vous pouvez avoir, c'est qu'ils tombent.

Sur le morceau de contreplaqué de bouleau, j'ai installé un morceau de MDF de 25 mm d'épaisseur. Ceci est la surface jetable. J'ai utilisé une mèche de toupie plus grande pour percer des trous dans les deux pièces. Les trous s'alignent exactement avec le centre des formes hexagonales coupées plus tôt. Ensuite, j'ai dévissé le morceau de mdf et installé tous les écrous dans le morceau de contreplaqué. J'ai fait les trous légèrement sous-dimensionnés, j'ai donc dû utiliser un marteau pour les marteler. Ensuite, j'ai réinstallé la surface MDF et vérifié si l'alignement était toujours correct.

J'ai également aplati le dessus de table pour m'assurer que la surface était parallèle aux axes x et y et parfaitement plate.

Étape 14: L'électronique

L'électronique de ma machine comprend les composants suivants:

Alimentation principale - 48VDC 6, 6Amp
3 pilotes - Leadshine M542 V2.0
3 moteurs pas à pas - Nema hybride 3 Nm 23
Breakoutboard
Relais - 25A, sortie 230VAC, entrée 4-32VDC
Interrupteur d'alimentation principal
Alimentation pour panneau de dérivation - 5VDC
Alimentation pour ventilateurs de refroidissement - 12VDC
2 ventilateurs de refroidissement (80 mm)
2 prises de courant - pour routeur Kress et aspirateur d'atelier
Arrêt d'urgence - doit encore être installé
Interrupteurs de fin de course - doivent encore être installés

Ce serait un bon kit électronique:

Kit moteur pas à pas Nema 23 3 axes

Si vous ne voulez pas dépenser beaucoup d'argent en électronique, vous pouvez acheter un kit d'Amazon. Il y a beaucoup de vendeurs différents avec des prix de l'ordre de 200 à 400 dollars. Avant de commander un kit, vous devez réfléchir à la taille des steppers dont vous avez besoin. Si vous construisez une petite machine pour couper du bois et des plastiques, seuls des moteurs de 270 onces ou 1, 9 Nm vous donneront beaucoup de puissance. Je choisis des moteurs de 3 Nm, car la machine elle-même est assez grande et lourde et je prévoyais d'usiner à l'avenir des matériaux plus durs comme l'aluminium.

Si vos moteurs ne sont pas trop gros, vous pouvez utiliser une carte de pilote à 3 axes, bien qu'il soit préférable d'utiliser des pilotes individuels. Les pilotes individuels peuvent gérer plus d'amplis et disposent de micropas. Ils sont plus fiables et vous donneront de meilleurs résultats. Les pilotes que j'utilise sont en fait fournis avec le kit que j'ai commandé. Ils peuvent gérer 4, 2 ampères max et jusqu'à 125 micropas.

L'alimentation principale est connectée aux pilotes avec un fil de calibre 14, qui est principalement utilisé dans les avions RC. Ces fils sont très flexibles, mais de haute qualité et peuvent gérer de nombreux amplis. L'alimentation 5 VDC est connectée à l'entrée d'alimentation principale. Pour les ventilateurs de refroidissement, j'ai installé une prise de courant à l'intérieur du boîtier, afin de pouvoir utiliser un adaptateur mural 12V standard pour les alimenter. L'alimentation principale est activée et désactivée par un grand interrupteur d'alimentation.

Le relais 25A est contrôlé par l'ordinateur via le tableau de distribution. Les bornes d'entrée du relais sont connectées aux bornes de sortie du disjoncteur. Le relais est connecté à deux prises de courant, qui alimentent le routeur Kress et l'aspirateur d'atelier pour aspirer les copeaux. Lorsque le Gcode se termine avec la commande M05, la machine commutera automatiquement à la fois l'aspirateur de magasin et le routeur. Pour les activer, vous pouvez soit appuyer sur F5, soit utiliser la commande Gcode M03.

Étape 15: Boîtier électronique

Depuis que j'ai temporairement monté l'électronique sur un morceau de bois, pour tester la machine, j'ai quand même dû faire un bon boîtier. J'ai dessiné les dimensions approximatives et les emplacements de tous les composants sur un morceau de papier. J'ai essayé de les disposer de manière à pouvoir accéder facilement à toutes les bornes pour installer les fils. Je me suis également assuré que j'obtiendrais un flux d'air suffisant à travers l'enceinte. Ceci est très important car les contrôleurs pas à pas peuvent devenir assez chauds.

Tous les câbles peuvent être connectés à l'arrière du boîtier. J'ai utilisé des fiches spéciales à 4 fils, car je voulais pouvoir déconnecter l'électronique de la machine, sans avoir à dévisser les bornes des fils. J'ai également installé deux prises de courant pour alimenter la broche et un aspirateur. Les prises de courant sont connectées au relais pour allumer et éteindre automatiquement le routeur dans Mach3. J'ai monté un grand powerwitch à l'avant du boîtier.

Une fois que j'ai obtenu tous les composants arrangés comme je le voulais, j'ai conçu toutes les pièces pour faire le boîtier avec un programme de CAO. J'ai ensuite utilisé la machine CNC elle-même pour découper tous les côtés et la base. J'ai fait un couvercle avec un morceau de plexiglas au milieu. J'ai ensuite installé tous les composants et essayé de garder le câblage aussi propre que possible.

Étape 16: Logiciel CNC

Pour contrôler un routeur CNC, vous avez besoin de 3 types de logiciels différents. Un programme de CAO pour créer un dessin. Un programme CAM pour créer les parcours d'outils et sortir le G-code. Et un programme de contrôleur qui traduit le G-code et contrôle le routeur. J'utilise CamBam pour créer la plupart de mes dessins et créer les parcours d'outils. CamBam est un programme simple et très facile à utiliser. Il a quelques fonctionnalités de CAO de base, donc pour la plupart des projets, vous n'avez pas besoin d'un programme de CAO différent. Avant que CamBam puisse créer les parcours d'outils, vous devez définir quelques paramètres. Les exemples sont: le diamètre de l'outil que vous utilisez, la profondeur de coupe, la profondeur par passe, la vitesse de coupe, etc. Lorsque vous avez fait les parcours d'outils, vous pouvez sortir le G-code. Le G-code est le langage d'usinage, qui indique à la machine quoi faire.
Pour le logiciel du contrôleur, j'utilise Mach3. Mach3 envoie les signaux via le port parallèle de votre ordinateur à la carte de dérivation. Vous utilisez Mach3 pour mettre à zéro l'outil de coupe et démarrer le programme de coupe. You can also use it to control the spindle speed and cutting speed. Mach3 has some basic wizards built in, which you can use to output simple G-code files. An example is the write wizard, which you can use to quickly write some text and output it to G-code. (See step 17 for an example).

Step 17: Using the Machine

After several months of work, the machine is finally finished. After the initial testing, the first thing I made were some hold-down clamps. The first 'big' project was the electronics enclosure, which you have seen in step 15. I have also been cutting some different types of gears and some signs. For some guitar pick boxes I made see my Etsy shop.
One thing I quickly realized was that a CNC router makes a lot of dust and can be pretty loud. To fix the dust problem I made a dust shoe, to which a shop vac can be attached. Reducing the noise level was more difficult. My parents were kind enough to pay for the material costs to build a full enclosure for the machine. So I made a large cabinet in which the CNC machine stands. I used noise-absorbing plates to cover the inside of the walls. The electronics and the shop vac can sit in two different compartments under the machine. The cabinet really cuts down on the noise level and makes using the machine even more fun.

Step 18: Conclusion

So that's about it. Now you know how I build my CNC router and why I did it the way I did.
Although you probably won't be building an exact copy of my machine, I hope you can draw some inspiration from my design and build. I have learnt a lot, by building this CNC router and really look forward to using it for future projects.

I would like to thank my school teacher, Nop Velthuizen, which gave me the opportunity to build this machine. He allowed me to come over to his own workshop and use all of the tools I needed to build this CNC router. He gave me a lot of information and inspiration and helped me where needed, to successfully complete this project.

If you have any questions, please leave a comment and I will try to answer your questions as soon as possible.

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