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Routeur CNC DIY à faible coût

MISE À JOUR: J'ai reçu de nombreuses demandes de publication de plans pour cette version. J'ai hésité parce que je n'ai pas vraiment de plans prêts à l'emploi et que de nombreuses pièces métalliques ont été usinées, ce qui serait difficile à reproduire pour quelqu'un sans accès à un tour à métaux. J'ai décidé de développer une version MK2 de mon routeur dont je publierai les plans. Je vais prendre ce que j'ai appris avec cette machine et incorporer autant que possible le matériel standard. Recherchez le nouveau design et construisez Instructable dans les prochains mois.

Steve T.

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Il s'agit d'un routeur CNC amateur que j'ai construit pour moi-même et que je pensais partager avec la communauté Instructables. Ce n'est pas un journal de construction détaillé du routeur mais plutôt une exploration de mes choix de conception qui sont entrés dans cet outil quelque peu unique. Il n'y a aucun plan pour ce routeur. Au-delà de quelques croquis initiaux pour déterminer la taille générale, les longueurs et l'espacement, ce routeur a pratiquement grandi de manière organique pendant que je le construisais. Espérons que d'autres passionnés de CNC pourront voir une ou deux idées qui pourraient les aider dans leurs projets.

Les paramètres de conception

Utilisez autant de choses que j'avais autour de la boutique que possible.
Capable d'utiliser le routeur comme paillasse lorsqu'il n'est pas routé.
Une zone de coupe de 30 "x60" x2 ".
Rendez-le aussi rigide que possible (pour une conception en contreplaqué).

Quant au design que j'ai trouvé. Il s'agit d'un routeur de coupe de bois classique à 3 axes XYZ. Par classique, je veux dire qu'il a un portique qui se déplace le long de la base de la machine (axe Y). Il y a un chariot sur lequel le routeur est monté et qui va et vient sur le portique (axe X). Et enfin, il existe un mécanisme qui soulève et abaisse l'ensemble du portique qui déplace le routeur de haut en bas (axe Z). Oui, j'ai dit que tout le portique montait et descendait. Nous y reviendrons plus tard. En ce qui concerne le mouvement, j'utilise des moteurs pas à pas et une chaîne à rouleaux. Pour les rails linéaires, j'utilise des roulements en V en acier passant sur des cornières en acier. Le principal matériau de construction est le contreplaqué.

Permet d'accéder au spectacle photo.

Étape 1: La base

Chaque outil a besoin d'une bonne base. Au lieu de construire à partir de zéro, j'ai redéfini une armoire Ikea dont je disposais. L'armoire a été complètement démontée puis remontée à l'aide d'adhésif à chaque jonction. J'ai renforcé l'armoire en fusionnant dans une sous-structure 2x6 en bas. Roulettes et niveleurs ont été ajoutés pour la mobilité. Enfin, j'ai utilisé une porte à âme pleine commerciale pour un dessus de banc. Non illustré, mais la porte était calée afin qu'elle soit aussi plate et vraie que possible. La porte sera la base réelle du routeur.

Pourquoi une porte à âme pleine pour la base de la machine? D'une part, je l'avais disponible. J'utilise ces portes comme des paillasses dans ma boutique. Deuxièmement, les portes commerciales à âme pleine sont conçues pour être aussi plates et vraies que possible. Et troisièmement, ils étaient lourds comme l'enfer et je pensais que toute cette masse serait avantageuse pour absorber les vibrations du routeur.

Étape 2: rails linéaires

Les rails linéaires pour CNC semblent être un sou d'une douzaine de nos jours sur eBay et Alibaba, mais en longueurs de 6 pieds? Pas si bon marché. Ce qui est bon marché, c'est un fer d'angle de 1 "dans mon centre d'accueil local. Quelque chose d'autre qui est bon marché (au moins moins cher qu'avant) sont des roulements en V en acier de 3/8" ID. Combinez les deux, et nous obtenons le système de rail linéaire que j'utilise dans cette construction. Sur la photo, voici mes premiers tests avec des cornières et des roulements en V. Semblait bien fonctionner alors j'ai coupé les lits de rail en contreplaqué à 45 degrés sur la scie à table et monté les angles sur le dessous de la base de la toupie. Pas bien illustré, mais la tension des roulements en V sur l'angle est réalisée par une configuration de boulons et d'écrous. Ces fentes entre les roulements en V permettent un mouvement suffisant pour la tension.

Quelque chose que vous avez peut-être remarqué, ce sont les bandes de contreplaqué fixées au bord de la table de la porte / toupie. Il n'y a rien de significatif là-dessus. Après avoir coupé la porte à la taille, j'ai décidé que je voulais augmenter le débattement X à 30 ", ce qui a nécessité d'élargir la table.

Pourquoi monter les rails Y sous la table? Cela laissait le haut dégagé afin que toute la surface puisse être utilisée pour la coupe. Cela me permet également d'utiliser le routeur comme banc de travail / d'assemblage lorsque je ne fais pas de routage.

Remarquez à quelle distance les paires de roulements en V de l'axe Y sont séparées au bas de la plaque latérale du portique? J'ai fait cela pour monter les plaques de portique aussi rigidement que possible. Cela a allongé les assiettes, ce qui a nécessité plus de longueur de table pour obtenir les 60 "de déplacement en Y que je voulais.

Désolé de le dire, mais c'est à peu près tout pour les photos historiques de cette construction. Les photos qui suivent ont toutes été prises après que le routeur ait été à peu près complet et opérationnel.

Étape 3: Détails du portique et du chariot

Le portique est construit à partir de deux couches de plis de 3/4 "collés ensemble. Le long du haut et du bas, des renfoncements à 45 degrés ont été coupés et des fers d'angle de 3/4" ont été collés avec de la colle Gorilla. L'ensemble du portique se déplace de haut en bas pour les mouvements de l'axe Z. Pour ce faire, le portique a une longueur de fer d'angle de 1 "dans l'orientation verticale qui repose dans des roulements en V fixés aux plaques latérales du portique. La puissance de montée et de descente est fournie par un ensemble pas à pas et vis NEMA 23 à chaque extrémité.

Remarquez les porte-à-faux du portique? La poutre de portique est montée devant et s'étend au-delà des plaques de support latérales. Cela permet au chariot de la toupie de glisser au-delà des supports latéraux (plus à droite qu'à gauche). Vous ne voyez pas cela beaucoup sur les routeurs de bricolage pour une raison quelconque. Cette configuration permet au routeur de couper d'un bord à l'autre de 30 "dans l'axe X.

Le chariot de la toupie est collé à partir de deux couches de contreplaqué de qualité armoire de 1/2 ", à peu près de la même manière que les plaques latérales du portique. Comme j'ai ce portique en surplomb, j'ai pu allonger le chariot de la toupie (en écartant les roulements en V plus éloigné) ce qui augmente la rigidité dans l'axe X. La toupie Makita est montée sur le côté gauche du chariot. Cette zone ouverte pour le système de dépoussiérage à droite de la toupie. Le chariot a quatre des roulements en V qui courir sur les angles supérieurs et inférieurs du portique La tension se fait de la même manière que sur les plaques latérales du portique.

Portique volant? Pour fournir le mouvement de l'axe Z, le portique entier se déplace de haut en bas. Sur la plupart des routeurs CNC, le portique est fixe et le mouvement de l'axe Z est entièrement effectué sur le chariot du routeur. Je déplace tout le portique pour plusieurs raisons. Tout d'abord, je pense que si je déplaçais la mécanique de l'axe Z vers les extrémités en la plaçant entre le portique et les plaques latérales du portique, je pouvais répartir les charges et augmenter la rigidité. Deuxièmement, la suppression de tous les mécanismes et moteurs de l'axe Z du chariot de la toupie a considérablement simplifié le câblage vers le chariot. Troisièmement, j'ai pensé pourquoi pas? Il fonctionne dans les imprimantes 3D et, en fin de compte, fonctionne assez bien avec ce routeur. En plus, ça a l'air cool quand tout le portique monte et descend.

Montage moteur Z. Ce qui n'est peut-être pas évident, c'est comment j'ai les deux moteurs Z attachés et montés sur les vis jack. Dans une configuration typique, ces moteurs seraient montés en dur sur une base. Les vis seraient montées dans un roulement. Pour connecter les deux serait un couplage flexible. J'ai évité toute cette complexité en montant dur les moteurs sur les arbres à vis. La seule chose qui maintient ces moteurs en place, ce sont les arbres 1/4 "coincés dans les trous 1/4" que j'ai percés dans les extrémités des arbres à vis de mon mini-tour. Les moteurs sont empêchés de tourner par le support en bois avec cette bague en caoutchouc à l'extrémité (ce qui permet au moteur de vaciller s'il le faut). Cela peut sembler une façon étrange de le faire, mais cette méthode élimine le couplage flexible et la manipulation de l'alignement. Les arbres 1/4 "des moteurs pas à pas sont plus que suffisamment solides pour maintenir les moteurs en place.

Pour le mouvement des axes X et Y, le chariot est équipé d'un moteur pas à pas NEMA 23 de 240 oz (couple). Le mouvement de l'axe Y est alimenté par un seul moteur pas à pas de 425 oz qui entraîne un arbre qui est attaché aux deux extrémités du portique. Mécaniquement, il aurait été plus facile de choisir deux moteurs pas à pas pour l'axe Y, mais je n'avais qu'un seul moteur à l'époque et j'avais l'arbre et les roulements pour fabriquer le variateur. Une bonne chose avec cette configuration est que le portique ne se désalignera jamais en raison d'un saut de moteur.

Une réduction de chaîne sur les entraînements d'axe? J'ai d'abord construit cela avec le moteur pas à pas entraînant directement les chaînes. Lors des tests initiaux, je faisais beaucoup de sauts dans les moteurs (faibles) que j'utilisais à l'époque. J'avais les pignons et les roulements disponibles, j'ai donc ajouté les réductions. En plus d'ajouter une tonne ou un couple, ils ont certainement aidé dans la catégorie précision (plus à ce sujet plus tard).

Étape 4: Chaîne à rouleaux?

Oui, j'ai utilisé une chaîne à rouleaux 25P dans cette version. Je n'ai pas utilisé de courroies de distribution, de vis à billes ou de crémaillère. Si vous ne savez pas, la chaîne à rouleaux a un mauvais coup sec et dur dans la communauté des bricoleurs CNC. Les arguments contre sont qu'il s'étire, qu'il n'est pas très précis et qu'il a provoqué la chute de l'Empire romain! Quoi qu'il en soit, je ne savais pas tout cela quand j'ai commencé cette construction et il me restait un tas de la chaîne d'un autre projet. Je suis assez ingénieur pour savoir que la chaîne à rouleaux pourrait avoir des problèmes, mais j'avais quelques idées sur la façon de les atténuer. Avant de commencer cette construction, j'avais étudié d'autres conceptions entraînées par chaîne et j'avais toujours remarqué une chose. Ces autres modèles de chaînes semblaient toujours avoir la chaîne suspendue dans les airs, sans support, avec une sorte de système de tension d'aspect fragile aux extrémités. La chaîne à rouleaux a un certain poids, même la chaîne # 25. Que se passera-t-il si 5 'de celui-ci sont suspendus horizontalement dans les airs? Il retombera et peu importe à quel point vous le tendez, il restera toujours dans une certaine mesure. Ce que cela signifie sur un système de mouvement linéaire, c'est que vous n'obtiendrez pas de mouvement constant sur toute sa longueur. Ce que j'ai fait avec cette conception, c'est que les chaînes sont supportées sur toute leur longueur. La chaîne de l'axe X se trouve au bas de l'angle supérieur du portique. Les chaînes de l'axe Y se trouvent dans une découpe dans les supports d'angle Y. Il n'y a pas d'affaissement dans ces chaînes! Pour sécuriser les extrémités des chaînes, j'ai utilisé des clés hexagonales de 3 mm qui s'intègrent assez bien dans la chaîne # 25. La tension est gérée par des sections flexibles de nappe à une extrémité de chacune des chaînes. Une vis de tension passe à travers un écrou en T qui plie le tendeur de nappe et tire la chaîne apprise.

Notez que le montage de la chaîne et les tendeurs reposent à droite sur les extrémités des cornières. Cette configuration utilise les angles en compression pour ajouter à la rigidité du montage de la chaîne.

Quelle est cette apparence de couplage dans la première photo? Il s'agit d'un accouplement à compression qui joint les entraînements des pignons des axes Y gauche et droit. Le desserrer permet de régler précisément le portique perpendiculairement à la course de l'axe Y.

Étape 5: Routeur et dépoussiérage

Le routeur est le routeur de finition Makita RT0701C 1/4 "(les photos précédentes montrent un routeur Harbor Freight bon marché qui a depuis été jeté). Le routeur s'est avéré être précis et il a un bel ajustement de vitesse intégré.

Collecte des poussières. J'ai un petit magasin au sous-sol et je voulais une bonne collecte de poussière sur cette machine. Un inconvénient de cette conception est que, puisque le chariot de la toupie monte et descend avec le portique, j'ai dû trouver une conception qui maintient le sabot sur la pièce à travailler. Cela a été accompli en montant le sabot sur un bras qui lui permet de se déplacer librement de haut en bas par rapport au portique. Trois roulements en V en plastique ont été utilisés comme indiqué sur la photo. Le roulement est fixé au bras mobile qui permet un retrait rapide et facile du sabot de poussière de la machine. Le sabot à poussière a été usiné (la première chose que j'ai coupée sur cette toupie) à partir de deux morceaux de contreplaqué de 1/2 ". Le tampon inférieur a été découpé à partir d'un tampon de peinture et permet à la chaussure de flotter sur les vis ou les bosses de la pièce à travailler .

Le cyclone à poussière est monté sur un seau standard de 5 gallons et retient la plupart (sinon la totalité) de la poussière de la cuve d'atelier de 8 gallons que j'utilise.

Cette configuration s'est avérée très efficace pour aspirer la poussière et les copeaux. Après une coupe, il ne reste pratiquement plus de poussière sur la pièce ou flottant dans l'atelier.

Étape 6: Commandes et câblage

Pas beaucoup de photos sur celui-ci, je suis désolé de le dire. Le système de contrôle est basé sur Arduino UNO et j'exécute le logiciel CNC EstlCAM (qui est génial IMO). Sur le mur se trouve un petit PC multimédia Windows 10 qui exécute le côté Windows du système EstlCAM. Un clavier, une souris et une manette de jeu sans fil complètent les commandes.

À l'arrière de la machine, à l'intérieur de la boîte noire au centre, se trouve un Arduino Uno qui exécute le logiciel du contrôleur Estlcam. Dans la boîte électrique se trouve un SSR 10A (relais à semi-conducteurs) qui allume et éteint le routeur. À gauche sur une base montée sur amortisseur se trouvent les pilotes pas à pas TB6600. L'alimentation est une conception sans ventilateur 24V 15A.

Pas de tourniquet! J'ai fait un effort pour utiliser un équipement sans ventilateur à refroidissement passif pour tous mes appareils électroniques. C'est ainsi qu'aucune poussière n'est aspirée dans un endroit où cela ne devrait pas être. J'ai également gardé un œil sur l'orientation du montage. Les moteurs pas à pas sont montés de sorte que l'air chauffé s'écoule naturellement vers le haut. Le boîtier Arduino a des trous percés en haut et en bas pour la même raison.

Le câblage des moteurs passe par les protecteurs de câbles noirs flexibles ramassés dans un magasin d'informatique. Le câblage du moteur est un fil de remorque à quatre conducteurs.

Avez-vous remarqué que le support de câble articulé va au chariot de la toupie? Il en résulte quelques morceaux de contreplaqué et quelques charnières, et une solution de câblage rapide et facile pour le chariot. Fonctionne assez bien.

Étape 7: ça coupe?

Bien sûr que oui!

Il y a eu des problèmes bien sûr et c'est une courbe d'apprentissage continu. J'ai expérimenté avec des matériaux, des profondeurs de coupe et des vitesses d'avance pour voir ce que le routeur peut faire.

Actuellement, pour la découpe de contreplaqué et de MDF, j'ai utilisé des vitesses d'environ 70 IPM (pouces par minute) sur un bit de 0, 25 avec une profondeur de coupe de 0, 28. L'axe Z est actuellement réglé sur 20IPM.

La vitesse de déplacement gratuite est réglée sur 140 IPM sans aucun problème.

Étape 8: est-ce exact?

Comment est le son de répétabilité de .005 "? C'est 0, 127 mm pour vos types métriques. Ouais, je sais. Je ne dis pas que la précision de .005 "sortira de cette machine à chaque coupe, mais même quatre fois pire, c'est beaucoup plus de précision que ce à quoi je m'attendais.

Alors pourquoi si précis? Qui sait? Peut-être que je suis un concepteur et un fabricant de machines uber. Peut-être que cette réduction des moteurs y était pour quelque chose? Peut-être que les étoiles étaient alignées? Tout ce que je sais, c'est que j'en suis très content. Pas trop mal pour une machine qui pourrait contenir 900 $ de matériel.

J'espère que vous avez apprécié cette écriture. J'ajouterai du contenu en y réfléchissant et j'attends avec impatience tout commentaire ou suggestion.

Merci d'avoir lu.

Steve

Étape 9: Accessoires

La première chose que vous apprenez lorsque vous obtenez votre routeur CNC opérationnel, c'est que vous voulez immédiatement commencer à l'améliorer. Mon premier projet dans ce sens a été une plaque de touche pour la remise à zéro automatique. Ceux-ci sont généralement fabriqués à partir d'aluminium fraisé, mais j'ai pensé que du contreplaqué et du ruban et des bandes d'aluminium fonctionneraient. Ça faisait!