Routeur CNC de construction domestique (bricolage) - basé sur Arduino (GRBL)

Déjà depuis quelques mois, voire des années, je comptais construire ma propre fraiseuse CNC. Maintenant, j'ai décidé qu'il était temps de le faire! J'ai beaucoup lu sur d'autres projets de bricolage et j'ai finalement aimé le design de la CNC Arduino intstructable que j'ai trouvé ici. Bien que les dimensions ne soient pas claires et que la programmation et l'étalonnage soient tous en espagnol, j'ai tout compris par moi-même. Au final, je n'ai utilisé le design que comme référence.

Dans cet instructable, je vais essayer d'expliquer mes étapes, depuis le tout début de la conception, jusqu'à la fin de votre premier gcode.

Remarque: J'ai utilisé une imprimante 3D pour fabriquer certaines pièces, mais si vous travaillez avec précision, il est également possible de fabriquer ces pièces à partir de bois!

LISEZ S'IL-VOUS-PLAÎT:

J'ai remarqué un certain mouvement dans ma conception après les premiers routages. Une solution pourrait être d'utiliser des tiges plus épaisses que les 12 mm que j'ai utilisées. Cependant: cette conception FONCTIONNE !! J'améliore actuellement la conception et je pourrais mettre à jour cet instructable dans un avenir proche! Si vous avez des questions, posez-les et j'essaierai d'y répondre.

Si vous aimez ce cours, votez pour moi au concours Arduino. :)

Mise à jour - 29 décembre: je suis vraiment époustouflé par tout l'intérêt que vous portez à ce projet! Je vais essayer d'ajouter des résultats et des vidéos ce week-end. Actuellement, j'achemine de la mousse dure, car elle est facile à tester. Pour les matériaux plus durs, les vitesses doivent être inférieures, sinon l'accrochage est un peu trop. Je cherche un moyen de résoudre ce problème (probablement des rails plus épais) et je mettrai à jour ce instructable dès que possible. Je sais qu'il existe des moyens éprouvés de résoudre ce problème, mais mon objectif est de le rendre le moins cher possible. :)

Mise à jour - 3 janvier: j'ai ajouté des résultats et des vidéos à l'étape 11. Je suis toujours en train de comprendre la fonctionnalité CAM de Fusion 360 et je n'ai pas eu beaucoup de temps ces derniers jours, donc le `` C '' final tombe des limites de la mousse. ;) Cependant: Il est clair que la machine fonctionne et que l'on peut atteindre une assez bonne qualité!

Mise à jour - 30 janvier: Au cours des dernières semaines, j'ai mis à jour ce instructable pour l'utilisation de tubes en acier de 18 mm au lieu de tiges de 12 mm. De plus, j'ai conçu plus de pièces imprimées en 3D pour un meilleur / plus facile alignement des pièces. Cependant, à cause des vacances et d'autres projets, je n'ai pas eu beaucoup de temps pour faire plus de tests, donc ceux-ci suivront bientôt. Le design est déjà beaucoup plus rigide qu'auparavant, donc je suppose que je peux augmenter la vitesse d'avance, même sur le bois.

Mise à jour - 3 février: Waahjoo! Bien que je n'aie pas tellement mis à jour cette page (je travaille sur la machine), je viens d'apprendre que j'ai remporté le premier prix du concours Arduino toutes choses! Merci beaucoup à tous ceux qui ont voté! J'en suis très content !!

Amusez-vous à construire!

Étape 1: Matériaux

Pour fabriquer ce routeur CNC, j'ai utilisé les pièces suivantes:

• 1 morceau de contreplaqué de bois dur, épaisseur 18 mm, 2, 44 mx 0, 61 m (32 €) (quincaillerie locale)
• 2 tiges en acier, diamètre 12 mm 2 tubes en acier, diamètre 18 x 1, 5 mm, longueur 900 mm (5, 50 €) (quincaillerie locale)
• 2 tiges en acier, diamètre 12 mm 2 tubes en acier, diamètre 18 x 1, 5 mm, longueur 528 mm (3, 75 €) (quincaillerie locale)
• 2 tiges en acier, diamètre 12 mm, longueur 188 mm (1, 35 €) (quincaillerie locale)
• 12x 4x roulements linéaires en nylon 12 mm (1, 50 €) (quincaillerie locale)
• 8x roulements linéaires en nylon 18 mm (3, 50 €) (quincaillerie locale)
• 2x tige filetée, M8, longueur 1m (4, 70 €) (quincaillerie locale)
• 1x tige filetée, M5, longueur 1m (2, 25 €) (quincaillerie locale)
• 2x écrou de coupleur 5 mm-M8 (2 €) (imprimerie 3D locale, 123-3d.nl)
• 1x écrou de coupleur 5 mm-M5 (1 €) (imprimerie 3D locale, 123-3d.nl)
• 2x NEMA17 (Wantai 42BYGHW811) Moteur pas à pas de 1, 8 degré / pas (30 €) (imprimerie 3D locale, 123-3d.nl)
• 1x NEMA17 (Wantai 42BYGHW208) Moteur pas à pas de 1, 8 degré / pas (12 €) (imprimerie 3D locale, 123-3d.nl)
• 3x TB6560 driver pas à pas (16, 50 €) Ebay
• 1x alimentation 120W (12v, 10A) (10 €) Ebay
• 3 fils 4 broches de 1 mètre (6 €) (imprimerie 3D locale, 123-3d.nl)
• 608 roulements à billes (4 €) AliExpress
• 1x Arduino chinois UNO (2, 50 €) AliExpress
• 1x Ancien ordinateur portable / framboise pi / votre propre ordinateur portable (€ ??)
• Des écrous M8, des écrous M5 et des vis

Total: environ € 140, -

Notez que cela n'inclut pas encore le dispositif de fraisage. J'ai utilisé une série Dremel 8200 pour démarrer, mais je changerai pour y ajouter mon routeur normal, ou pour y faire quelque chose comme une broche DC.

Étape 2: La conception

Comme expliqué dans l'introduction, ma conception matérielle est basée sur la CNC Arduino instructable, que j'ai trouvée ici. Puisqu'aucune dimension exacte, etc. n'a été donnée dans cet instructable, j'ai fait le design tout seul à nouveau dans Fusion 360 d'Autodesk.

Je l'ai conçu pour avoir une plage de ± 70 cm dans la direction y, ± 40 cm dans la direction x et ± 10 cm dans la direction z.

Étape 3: L'assemblage en Y

L'assemblage en Y est l'une des pièces les plus faciles (et les plus grandes) à fabriquer. J'ai joint un dessin de bâtiment, dans lequel toutes les dimensions sont en mm.

Remarques:

• Lorsque 22-7 est écrit, cela signifie que vous devez percer un trou d'un diamètre de 22 mm et d'une profondeur de seulement 7 mm. C'est pour les roulements.
• Les panneaux AA et CC sont identiques.
• Les panneaux BB et DD sont presque identiques: dans le panneau BB, vous devez percer 1 trou de 22 mm pour l'écrou du coupleur entre le moteur pas à pas et la tige filetée. Dans le panneau DD, vous ne percez pas ce trou.
• Les trous de 12 mm des panneaux BB et DD n'ont qu'une profondeur de 9 mm.

Mise à jour : les tiges de 12 mm semblaient trop pendre. Par conséquent, la conception a été modifiée pour l'utilisation de tubes de 18 mm. Le dessin avec les dimensions reste le même, UNIQUEMENT en cas de perçage de trous de 12 mm, des trous de 18 mm doivent être percés!

Avant de visser les pièces de 80 mm et 70 mm, fixez le premier moteur pas à pas NEMA17 42BYGHW811 au panneau BB. Ensuite, fixez l'écrou d'accouplement et la tige filetée (coupez-le à 750 mm) au moteur pas à pas. Vous pouvez maintenant visser les pièces de 70 mm et 80 mm ensemble, mais ne fixez pas encore la grande planche. Sinon, nous ne pourrons pas attacher le x-assembly. Vous vous retrouverez avec quelque chose qui ressemble à la figure 3.

Étape 4: L'assemblage en X

Le x-assembly contient des pièces imprimées en 3D. Vous pouvez les trouver tous sur Thingiverse. Pour le x-assembly, vous aurez besoin de:

• 4x joint XY
• 2x porte-écrou en Y

Vous pouvez également fabriquer ces pièces à partir de bois, mais vous devrez vous-même être un peu plus créatif. :)

Sciez le bois comme indiqué sur le dessin, mais ne vissez pas toutes les pièces ensemble avant la fin du bloc Z (étape suivante).

Remarque: dans le panneau latéral gauche, le trou de 22 mm n'a qu'une profondeur de 7 mm (roulement) et le trou de 10 mm passe à travers. Dans le panneau droit, le trou de 22 mm passe (à cause de l'écrou du coupleur).

Mise à jour: Tout comme l'assemblage en Y, les tiges de 12 mm ont été remplacées par des tubes de 18 mm. De plus, certaines pièces imprimées en 3D sont maintenant utilisées pour aider à aligner ces tubes. Ils sont également téléchargés sur thingiverse. Encore une fois: si vous travaillez avec suffisamment de précision, il peut ne pas être nécessaire d'utiliser ces pièces imprimées en 3D et de les fabriquer à partir de bois.

Étape 5: Assemblage du bloc Z

L'une des parties les plus difficiles est le bloc Z. Le perçage des trous doit être très précis, sinon le frottement sera trop élevé, car les tiges en acier ne seront pas parfaitement alignées avec les trous dans les panneaux latéraux de l'assemblage en X. Mon conseil est d'utiliser une scie à onglets pour couper le bois et une perceuse à colonne pour faire les trous! Pour les trous plus grands, j'ai d'abord utilisé une perceuse à colonne pour commencer, puis une toupie pour faire suffisamment d'espace.

Toutes les parties noires du dessin sont imprimées en 3D, car il est alors plus facile d'obtenir une grande précision. Ces pièces se trouvent sur le lien thingiverse de l'étape précédente. Les trucs blancs sont les roulements en nylon.

Le bois doit être scié et percé comme indiqué sur la figure 2.

Étape 6: assembler tout le matériel

Maintenant, commencez à assembler toutes les pièces. Commencez par les pièces Z, puis connectez-les au cadre X. Fixez ensuite la partie inférieure de l'ensemble x et fixez-les tous aux axes Y. Les pièces Y-Nut, X-Nut et Z-Block imprimées en 3D ont de la place pour un écrou qui passe sur les tiges filetées. Utilisez ceux-ci!

Après l'assemblage, assurez-vous que vous pouvez déplacer chaque axe en tournant la tige filetée à la main. Si cela est très difficile, votre alignement est probablement incorrect, provoquant beaucoup de friction. Réassemblez et réalignez jusqu'à ce que tout soit bon!

À la fin, vous devriez vous retrouver avec l'assemblage complet comme indiqué dans la deuxième image.

Étape 7: Motordrivers et câblage

Avec les pilotes de moteur que j'ai utilisés, le câblage doit être comme indiqué sur la figure 1. La masse à gauche de l'image est la masse de l'arduino (pas de l'alimentation 12v).

La phase A et la phase B peuvent être trouvées à l'aide d'un simple multimètre: la résistance sur une phase (A + et A- par exemple) est nulle. Pour le câblage, peu importe lequel est A + ou A-, tant que la résistance entre les deux fils A est nulle. Idem pour la phase B.

Les commutateurs sur le pilote du moteur ne sont pas encore vraiment clairs pour moi, mais avec S3 et S4 commutés de cette manière, la taille de pas sera 1/8 de la taille de pas normale, ce qui entraîne des étapes beaucoup plus douces et précises.

Le câblage sur l'Arduino est comme expliqué dans le wiki grbl sur Github. Pour les bases minimales, nous n'avons qu'à câbler les broches numériques 2-7 et GND aux cartes de pilote pas à pas.

Étape 8: flasher l'Arduino

Téléchargez et extrayez GRBL de Github et ouvrez l'IDE Arduino. Via Sketch -> Inclure la bibliothèque -> Ajouter une bibliothèque zip, sélectionnez le répertoire 'grbl' dans le dossier juste extrait. Redémarrez l'arduino IDE et sous fichier -> Exemples, il devrait maintenant y avoir un exemple grbl, nommé grblUpload. Ouvrez-le et téléchargez-le sur l'Arduino.

Ouvrez maintenant le moniteur série (sous Outils) et réglez le débit en bauds sur 115200.

Vous devriez maintenant recevoir le message 'Grbl 0.9j [' $ 'pour de l'aide]'

Entrez donc $ et appuyez sur retour. Entrez maintenant $$ et appuyez sur retour. Là, vous devriez voir tous les paramètres actuels de votre grbl, qui devraient être par défaut. Maintenant, vous pouvez changer tout ce dont vous avez besoin. Les détails sont expliqués sur le grbl Github. Mes paramètres sont identiques, mais si votre axe se déplace dans la mauvaise direction (car vous pourriez avoir B- et B + différents par exemple), vous devez les changer.

Étape 9: Le premier cercle

Lorsque la construction et le clignotement sont terminés, il est temps de faire quelque chose! Téléchargez l'expéditeur universel de code G ici (info sur Github, ici) et connectez-vous à votre Arduino avec une vitesse de transmission de 115200 à nouveau.

Maintenant, mettez votre alimentation sous tension et allez dans «Commande de machine». Vous devriez maintenant pouvoir déplacer votre machine en utilisant les commandes de cet écran !!

Accrochez un stylo à votre axe Z et enregistrez ce texte (à l'aide du bloc-notes) en tant que cercle.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

Lorsque vous accédez à l'onglet Mode fichier dans l'expéditeur universel de code G, vous ouvrez circle.gcode et dès que vous cliquez sur Envoyer, votre machine devrait maintenant commencer à peindre des cercles d'un diamètre exact de 2 pouces!

Étape 10: Finition

Dès que vous savez que votre machine fonctionne, il est temps de brancher votre routeur de dremel pour commencer le fraisage! Parce que chaque routeur est différent des autres, vous devez vous-même être un peu créatif. Mais une fois que vous êtes arrivé jusqu'ici, je suis sûr que vous aurez votre routeur connecté!

Bonne chance!

Si vous avez aimé ce cours, votez pour moi au concours Arduino. :)

Étape 11: Mise à jour: le voir fonctionner

D'accord, je manquais de temps la semaine dernière, mais comme je vous avais promis de vous montrer des résultats, j'ai fait de mon mieux. Je pense toujours aux fonctions FAO de Fusion 360, comme vous pouvez le voir sur les images ci-jointes: le point de départ de l'échantillon n'était pas correct, de sorte que le `` C '' final ne correspondait pas. Cela n'avait rien à voir avec la machine, mais avec mes capacités avec Fusion 360.

Comme vous pouvez le voir: La finition de la mousse dure est plutôt bonne!

Remarque: La pièce en bois est là pour appuyer la mousse. Je ne l'ai pas trop bien réglé, alors ça a un peu augmenté.

Je suis très content du résultat jusqu'à présent !!

Étape 12: après quelques semaines

Ok, nous sommes maintenant quelques semaines plus tard. J'ai testé un peu plus et je suis très satisfait du design mis à jour.

Quelques faits:

• Je peux acheminer du contreplaqué de feuillus à une vitesse fédérée de 400 mm / min avec un foret à 4 flûtes de 6 mm et une profondeur de 2 mm par passe.
• J'ai également essayé la même vitesse d'avance et le même routeur avec une profondeur de 4 mm par passe, mais cela a fait brûler le bois car le frottement était trop élevé. La précision est cependant restée acceptable, mais je ne recommande pas ce paramètre.
• Parce que j'ai utilisé des tiges filetées au lieu de vis sans fin, j'ai un jeu entre dents sur l'axe des y. Il en résulte des cercles aplatis. Je peux probablement régler cela un peu en ajustant les écrous sous le portique x, mais je vais probablement passer aux vis sans fin à l'avenir.

Comme je l'ai dit: j'en suis très content! Maintenant, j'ai besoin de plus de projets pour l'utiliser. ;-)