Construyendo un enrutador CNC

Recientemente comencé a trabajar en mi propio blog tutorial, makerguides.com. Actualmente he escrito varios tutoriales de Arduino sobre el uso de sensores y el control de motores paso a paso:

  • Cómo controlar un motor paso a paso con el controlador A4988 y Arduino
  • Tutorial del sensor de distancia ultrasónico HC-SR04
  • 28BYJ-48 Motor paso a paso con controlador ULN2003 y tutorial de Arduino

No dude en consultarlos y tal vez dejar un comentario con algunos comentarios, ¡gracias!

¿Necesita piezas para su proyecto? Mira mi enlace de afiliado de Amazon a continuación:

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Este instructable le mostrará cómo construí mi enrutador CNC. Espero que puedas inspirarte en mi construcción y que este instructable sea útil para tus proyectos futuros. Este instructable muestra todos los pasos que seguí para diseñar y construir este enrutador CNC.

Lo principal que me gusta de un enrutador CNC es que es muy versátil. Puede usarlo como máquina de perforación, enrutador, sierra, molino e incluso como torno. Debido a que mi taller es muy pequeño (es más como un cobertizo), no tenía espacio para todas estas herramientas, pero aún quería poder hacer piezas muy precisas para diferentes proyectos. Es por eso que comencé a pensar en construir un enrutador CNC.

Después de investigar un poco, decidí diseñar y construir mi propia máquina. Me llevó casi 6 meses construir y diseñar la máquina de principio a fin. Antes de comenzar el diseño real de la máquina, investigué mucho en la web. Recomiendo echar un vistazo a los siguientes sitios web: cncroutersource.com y cnczone.com. Estos sitios web le proporcionarán una gran cantidad de información y responderán la mayoría de sus preguntas sobre temas relacionados con CNC.

Tenga en cuenta:

Construí este enrutador CNC como proyecto final para la escuela (también llamado 'profielwerkstuk' en los Países Bajos). Cuando comencé la construcción, tenía 16 años y la terminé cuando tenía 17. Aunque he realizado un par de proyectos más grandes en el pasado y he estado haciendo robótica FTC durante los últimos años, no tenía eso mucha experiencia en la construcción de máquinas CNC. Esta máquina en realidad es la segunda máquina CNC que construí. La primera fue una máquina de prueba de madera, que construí para ganar algo de experiencia y aprender más sobre las máquinas CNC. Traté de construir esta máquina lo mejor posible, con las herramientas, el conocimiento y el presupuesto que tenía en ese momento. Creo que la máquina salió bastante bien y espero que disfrutes leyendo sobre ella.

Paso 1: El diseño - Herramientas y material

Antes de comenzar a construir una máquina, siempre tendrá que hacer algún tipo de diseño. A veces solo tiene que ser algunos bocetos en una hoja de papel, pero para esta máquina se requería un dibujo tridimensional más preciso. Hice mi diseño usando google sketchup. Google Sketchup es un programa CAD gratuito, que puedes descargar de la web. Descubrí que era muy fácil trabajar con él, aunque nunca antes había trabajado con un programa de cad. No podrá dibujar diseños tan complicados como pueda, utilizando otros programas como Autocad, pero para mis propósitos funcionó bien.
Mi objetivo principal era obtener todas las dimensiones adecuadas para mis piezas, para poder ordenarlas en línea. Quería ver si todas mis partes iban a encajar. Debido a que la máquina consta de muchas partes móviles, quería asegurarme de que nada se golpeara entre sí mientras se ejecuta la máquina.
Cuando comencé a diseñar la máquina, ya tenía algunas piezas como los rieles lineales y los tornillos de bola. Compré estos de alguien que había construido una máquina de prueba para su tienda web. Utilicé la misma electrónica para esta máquina, como la que utilicé para la máquina de prueba de madera que había construido anteriormente.

Estas son las dimensiones básicas y las piezas utilizadas para la máquina:
Dimensiones totales
X: 1050 mm
Y: 840 mm
Z: 400 mm
Viaje
X: 730 mm
Y: 650 mm
Z: 150 mm

La longitud de los rieles y los husillos de bolas depende del tamaño de la máquina que desea construir.

Electrónica
- 3x 3 Nm Nema 23 motores paso a paso

- 3x controlador de motor paso a paso DM556 Leadshine

- Fuente de alimentación de 36V (para motores paso a paso)

- Tablero del desbloqueo
- Fuente de alimentación de 5V (para placa de conexión)

Mejor: Ethernet Smoothstepper (no usa un puerto LPT de estilo antiguo).

- Interruptor encendido / apagado
- Alambre blindado 18/4 Awg
- 3x Sensor de proximidad (interruptor de límite)

También puede comprar un kit electrónico completo, que incluye motores paso a paso y controladores. Estos funcionan totalmente bien, pero a veces pueden ser de menor calidad que los controladores reales de Leadshine.

- Husillo : Kress FME 800 o Bosch Colt o Dewalt Compact Router

Si también desea cortar aluminio y otros metales no ferrosos, un eje refrigerado por agua o por aire sería mucho mejor. Puedes comprar un kit que incluye todo lo que necesitas. He comprado esto como una actualización después de terminar mi CNC

Opcional:

- Caja electrónica
- Cadena energética
- Conectores

Mecánico

- Carriles lineales: X: SBR 20 Y / Z: SBR 16

- Tornillos de bola: X / Y: paso de 16 mm y 5 mm

Puede ahorrar mucho dinero comprando un kit que incluye rieles lineales y tornillos de bola.

- Tornillo de accionamiento del eje Z : M10 con tuerca Delrin casera, pero un tornillo de bola sería mejor
- Perfiles de aluminio : 30/60 mm Misumi 100 mm
- Placas de aluminio : 15 mm de espesor.
- Software CAD / CAM: CamBam / Fusion 360
- Software de controlador: Mach3

La máquina está construida casi en su totalidad con una placa de aluminio de 15 mm de espesor y extrusiones de aluminio de 30x60 mm. Construí este enrutador CNC con una cantidad muy limitada de herramientas. Las principales herramientas que utilicé fueron una taladradora y un torno. Debido a que no tenía las herramientas adecuadas para cortar las placas de aluminio a medida, diseñé la máquina con tamaños estándar y ordené las placas en línea, ya cortadas a medida. Las extrusiones de aluminio que utilicé también se cortaron a medida y las pedí a misumi Europe.

Al diseñar un enrutador CNC, es útil hacerse un par de preguntas. Aquí encontrará el proceso de diseño que realicé para mi enrutador CNC.

¿Qué tipo de enrutador CNC quieres construir?
Básicamente, hay dos tipos de enrutadores CNC: el diseño de la mesa móvil y el diseño del pórtico móvil. Los diseños de estilo de mesa móvil se utilizan a menudo para enrutadores CNC de menor tamaño. Son más fáciles de construir y se pueden construir más rígidos que una máquina de estilo pórtico móvil. La desventaja de dejar que la mesa se mueva en lugar del pórtico, es que la huella general de la máquina en retrospectiva a su sobre de corte, es aproximadamente dos veces más grande que con un diseño de pórtico móvil. Por lo tanto, probablemente sea mejor hacer una máquina de estilo pórtico móvil, si su sobre de corte es mayor de aproximadamente 30x30 cm. Como quería construir una máquina con una envoltura de corte de aproximadamente 65x65 cm, utilicé el diseño de estilo de pórtico móvil.

¿Qué quieres cortar con el enrutador CNC?
Esto determina prácticamente todas las respuestas a las preguntas a continuación. Quería utilizar la máquina principalmente para madera contrachapada, maderas duras y plásticos, pero también para aluminio. Si desea cortar materiales más duros que el aluminio, le recomiendo construir un molino CNC, en lugar de un enrutador.

¿Qué material usarás para construir la máquina?
Esto está determinado por la pregunta anterior. Una buena pauta es que el material que usa para construir la máquina es más fuerte o más fuerte que el material que desea cortar. Entonces, si desea cortar aluminio, debe usar aluminio o incluso acero para construir la máquina. He visto enrutadores CNC de madera que pueden cortar aluminio (encontrará algunos en youtube), pero esto fue muy lento y las máquinas tienen que estar muy bien construidas. Como quería cortar aluminio con este enrutador CNC, lo construí de aluminio. Podría haber usado acero, pero esto es más difícil de mecanizar y no tenía las herramientas adecuadas para eso.

¿Qué longitud de viaje necesita para cada eje?
Mi primera intención fue construir un enrutador CNC que pudiera manejar productos de hoja de tamaño estándar, como madera contrachapada y mdf. En los Países Bajos son 62 x 121 cm. Entonces, para el eje Y, quería una distancia de viaje de al menos 620 mm. La máquina se coloca en un pequeño cobertizo en mi patio trasero, con una cantidad muy limitada de espacio. No podía hacer que la máquina fuera demasiado grande, porque realmente se interpondría y ocuparía todo el espacio. Entonces el eje X solo tiene 730 mm de recorrido. Esto es menos que la longitud total de una hoja de madera contrachapada (1210 mm), pero pensé que si quería mecanizar algo realmente grande podría cortar la primera parte, que deslice la hoja hacia adelante y corte la última parte. Al usar esta técnica, puede cortar piezas que son mucho más grandes que la distancia de recorrido X normal. Para el eje Z, pensé que 150 mm serían suficientes para usar posiblemente un cuarto eje en el futuro.

¿Qué tipo de movimiento lineal utilizará para la máquina?
Hay muchas opciones para elegir para el movimiento lineal: guías de cajones, rodamientos de bolas en riel en V, rodamientos de ranura en V, riel lineal redondo sin soporte, riel lineal redondo totalmente compatible y riel lineal de perfil. El sistema de movimiento lineal que utilice determinará en gran medida la calidad de corte que puede lograr. Recomendaría elegir el mejor sistema que pueda pagar. Después de investigar un poco, descubrí que los rieles lineales totalmente compatibles serían la mejor opción, que aún podía pagar. Si busca en eBay o Amazon SBR12, SBR16 o SBR20, encontrará varios vendedores y conjuntos diferentes para elegir. Si está construyendo un enrutador CNC de 3 ejes, debe comprar un kit que consta de tres juegos de rieles lineales y dos rodamientos lineales por riel.

¿Qué tipo de sistema de accionamiento lineal utilizará para cada eje?
Las opciones básicas para conducir cada eje son: correas de distribución, cremallera y piñón y tornillos de accionamiento. Para enrutadores CNC caseros, los tornillos de accionamiento son los más utilizados. Los sistemas de accionamiento por tornillo funcionan colocando la tuerca estacionaria en la parte móvil de la máquina y manteniendo el tornillo en su lugar en ambos extremos. El tornillo se fija al motor. Si los motores comienzan a girar, la tuerca con la parte móvil de la máquina unida a ella, se moverá a lo largo del tornillo y pondrá la máquina en movimiento.
Para los ejes X e Y, utilicé tornillos de bolas. Los tornillos de bola proporcionan un movimiento muy suave, prácticamente sin holgura. La reacción es la cantidad de juego entre el tornillo de accionamiento y la tuerca y es algo que no desea en un enrutador CNC. Si desea leer más sobre la reacción violenta, le recomiendo que visite el sitio web cncroutersource.com.
Los tornillos de bola son más caros que los tornillos ACME (que son una buena alternativa), pero mejorarán nuevamente la velocidad de corte y la calidad de corte que puede lograr.
Para el eje Z utilicé varilla roscada M10 de acero inoxidable de alta calidad, con una tuerca Delrin casera.

¿Qué tipo de motor de accionamiento y controlador va a utilizar?
En cuanto a los motores, hay dos opciones básicas: servomotores y motores paso a paso.
Los servomotores se utilizan principalmente para enrutadores CNC de alta gama y son muy caros. Utilizan codificadores para proporcionar retroalimentación de posición y requieren controladores más caros. Los motores paso a paso se utilizan ampliamente en enrutadores CNC caseros y hay muchos tipos y tamaños diferentes. El tamaño del motor paso a paso que necesita depende de lo que desea cortar, qué tan rápido desea cortarlo, qué tipo de accionamiento lineal y componentes de movimiento usa, qué tan grande es la máquina, etc. Usé motores paso a paso de 3 Nm para mi máquina, lo que probablemente sea exagerado.
El controlador debe adaptarse al motor que está utilizando. Puede usar controladores individuales para cada motor, como lo hice yo, o puede comprar una placa de controlador de 3 o 4 ejes. Puedes leer más sobre la electrónica que usé en el paso 14.

¿Qué tipo de husillo usarás?
La mayoría de los enrutadores CNC caseros utilizan un enrutador de carpintería estándar o un enrutador de corte como eje de corte para su máquina. La mía no es la excepción. Utilicé un enrutador Kress, que es de una calidad ligeramente superior a los enrutadores de madera estándar, y tiene una bonita brida de sujeción de 43 mm. Si desea cortar muchos materiales diferentes, algún tipo de control de velocidad puede ser realmente útil. El enrutador Kress tiene un control de velocidad incorporado, pero lo encontrará en la mayoría de los enrutadores. Si va a realizar muchos cortes realmente pesados, es posible que desee mirar en husillos enfriados por aire o agua. También puede encontrarlos en Amazon / Ebay, pero le costarán mucho más que un enrutador estándar. Utilizan un VFD para el control de velocidad y pueden ser mucho más silenciosos que los enrutadores estándar.

¿Cuáles serán los costos totales de la máquina y quiero gastar tanto dinero?
Calculé que el costo total de este enrutador CNC sería de alrededor de 1500 euros. Un enrutador CNC es costoso, pero puede ahorrar mucho dinero construyendo uno usted mismo.

Después de encontrar las respuestas a todas las preguntas anteriores, se me ocurrió el diseño final de mi enrutador CNC. Como puede ver, mi diseño no es extremadamente detallado. No verá las ubicaciones exactas de los agujeros en todas las partes, por ejemplo. Es difícil determinar cuántos tornillos debe usar para juntar dos piezas, si nunca antes ha tenido esas piezas en sus manos.
Para mí, este diseño fue suficiente para darme una buena visión de cómo iba a funcionar todo y qué partes debería ordenar.

Después de completar el diseño y rechazarlo / rediseñarlo un par de veces, podría comenzar a ordenar todas las piezas necesarias. Las extrusiones de aluminio de 30x60 mm y todas las placas de aluminio para el pórtico y el eje Z que utilicé para el eje X se cortaron previamente en longitud. También pedí algunos pies de nivelación antivibraciones de alta resistencia.

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Paso 2: el eje X

El eje X consiste en un marco básico, compuesto de 4 piezas de extrusiones de aluminio 30/60 y dos placas finales de 15 mm de espesor. Hay dos agujeros de 6, 8 mm en el extremo de las extrusiones. Utilicé un grifo de metal para crear un hilo M8 en el interior de los agujeros. Después de eso, establecí cuidadosamente las posiciones para los agujeros en las placas finales. En realidad, sujeté ambas placas juntas durante la perforación, para asegurarme de que los agujeros se alinearían en ambos extremos. También perforé cuatro agujeros en el medio de cada placa para montar los bloques de apoyo. Taladré cuatro agujeros adicionales en una de las placas laterales, para fijar el soporte del motor.

Hice 4 bloques para sostener los pies niveladores. Los bloques son piezas de aluminio (50x50x20). Utilicé cuatro pernos m5 y tuercas en T para montarlos en las extrusiones externas.

Los rieles lineales se ajustan directamente a las extrusiones de aluminio. Para el eje X, utilicé rieles de 20 mm de diámetro. Los orificios pretaladrados en la base de los rieles lineales se alinean exactamente con las ranuras en las extrusiones de aluminio. Podría montarlos fácilmente con pernos m5 y tuercas en T.

Paso 3: placas laterales de pórtico

Las placas laterales del pórtico son casi idénticas. La única diferencia es que uno de ellos tiene cuatro orificios adicionales para fijar el motor. Todo el pórtico está hecho de placas de aluminio de 15 mm de espesor. Taladrar los agujeros en las placas laterales fue bastante simple. Aunque tuve que trabajar con mucha precisión. Para obtener los agujeros exactamente en el lugar correcto, marqué cuidadosamente sus ubicaciones, luego utilicé un punzón central para crear una pequeña ranura. Luego fui al taladro y utilicé un taladro central para crear un agujero que guía la broca real. Para los agujeros más grandes, utilicé una broca de menor tamaño antes de usar la broca de tamaño final.

Debido a la forma en que había diseñado el pórtico, tuve que perforar agujeros en las caras finales de las placas laterales. Originalmente planeé hacer esto en la taladradora, pero las partes no cabían debajo de ella. Así que tuve que encontrar una solución diferente: usar el torno. Hice un soporte especial en el carro móvil del torno. Taladré dos agujeros adicionales en cada plato, para mantenerlos en su lugar en el carro. Ahora podría perforar fácilmente agujeros perfectos en los extremos de las placas laterales. Lo único que quedaba por hacer era tocar los agujeros para un hilo M8.

Paso 4: ensamblar el pórtico

El resto del pórtico se hace de la misma manera que las placas laterales. La parte más difícil fue alinear los rieles lineales correctamente. Los rieles lineales tenían que alinearse con el borde de la placa. Al marcar las ubicaciones exactas de los orificios, sujeté dos piezas de perfiles de aluminio a los lados de la placa para alinear los rieles. Una vez que marqué las ubicaciones de los agujeros, los taladré y los golpeé con un hilo M5. Al unir los rieles al pórtico, debe asegurarse de que la distancia entre los rieles en toda su longitud sea completamente uniforme (los rieles deben ser paralelos).

Utilicé el mismo método para perforar los agujeros en las caras finales como lo hice con las placas laterales.

Hice algunos corchetes para agregar algo de rigidez adicional al ensamblaje. En el ensamblaje final de la máquina, en realidad los dejé afuera, porque no sentí que fueran necesarios.

La placa en la parte inferior del pórtico es muy simple. Perforé 6 agujeros para unirlo a las placas laterales. En el medio tuve que perforar dos agujeros para montar el soporte de la tuerca.

Paso 5: carro del eje Y

El carro del eje Y consta de una placa con 8 cojinetes lineales unidos a él. Perforar los agujeros fue bastante sencillo, pero nuevamente tenía que ser muy preciso. Tanto los cojinetes lineales para el eje Y como el eje Z se unen a esta placa. Debido a que los cojinetes están tan juntos, incluso la más mínima desalineación hace que se atasque. Hice los agujeros solo 0.2 mm de gran tamaño, pero tuve que perforarlos a 0.5 mm para alinear los rodamientos correctamente. Tuve que hacer algunos ajustes para que el carro se deslizara fácilmente de un lado a otro. Tanto los rieles como los rodamientos necesitaban ser ajustados. Utilicé calibradores digitales de alta calidad para alinearlos lo mejor posible. Cuando hice el montaje de la tuerca de accionamiento para el eje Y, perforé dos agujeros adicionales en la placa para unirlo. También intenté alinear los rodamientos para el eje Z lo mejor posible, pero aún tuve que ajustarlos cuando terminé el resto del eje Z.

Paso 6: eje Z

Los rieles lineales del eje Z se unen a la parte móvil del conjunto del eje Z. Los rieles debían desplazarse unos pocos milímetros desde el borde de la placa. Utilicé el mismo método que usé para el eje Y, para alinearlos. Encontré dos piezas de plástico, del grosor adecuado, que podría usar como espaciadores. Sabía que los bordes de la placa de aluminio eran paralelos, así que sujeté dos piezas de aluminio al borde de la placa y agregué las piezas de plástico para separar los rieles del borde. Una vez que marqué las ubicaciones de los agujeros, simplemente perforé y volví a tocarlos. Asegúrate de marcar dónde van las piezas, de modo que los agujeros sigan alineados cuando vuelvas a armar todo.

Para montar la placa superior en el ensamblaje del eje Z, taladré y golpeé tres agujeros en el extremo de la placa de montaje del enrutador. Hice esto con la misma configuración en el torno que hice para las placas del eje Y. Originalmente había planeado conectar el motor paso a paso del eje Z directamente a la placa superior. Así que intenté fresar algunas ranuras en la placa superior para unir el motor paso a paso. Esto no funcionó tan bien, porque no tenía una configuración de fresado adecuada. Así que corté la parte con las ranuras y fabriqué un soporte de motor diferente de plástico (vea el paso 12).

También hice dos bloques de cojinetes del mismo material plástico, que también se unieron a la placa superior. El tornillo de accionamiento es una pieza de varilla roscada de acero inoxidable (M10). El tornillo de accionamiento está sujeto entre los dos cojinetes con dos tuercas. Taladré y golpeé la polea de sincronización para una rosca M10 y simplemente la atornillé en la parte superior del tornillo de accionamiento. Se mantiene en su lugar mediante tres tornillos de fijación. La tuerca de accionamiento delrin se une al carro del eje Y (vea el paso 10).

El montaje del enrutador fue prefabricado y lo pedí a damencnc.com. Tiene un anillo de sujeción de 43 mm, que se ajusta al enrutador Kress que estoy usando.

Si desea utilizar un husillo refrigerado por agua como una actualización, a menudo se incluye un soporte en el kit. También puede comprar estos soportes, si desea utilizar un enrutador dewalt o bosch con un cuerpo cilíndrico.

Paso 7: correas dentadas y poleas

No quería que los motores sobresalieran de la máquina. Porque esto aumentaría el tamaño total de la máquina en aproximadamente 15 cm en cada eje. Normalmente, montaría los motores en el exterior de la máquina utilizando un soporte de motor especial o separadores. De esta manera, puede acoplar los motores directamente a los tornillos de bola con un acoplador flexible de algún tipo. Así es como lo hice en la primera máquina prototipo de madera que construí. Para la mayoría de las personas, esto probablemente funcionará bien. Pero lo que encontré fue que, debido a que la máquina se colocó en un taller muy pequeño, los motores realmente se interpondrían en el camino. Debido a que sobresalían casi 20 cm (separadores de motor), con bastante frecuencia me golpeaba contra ellos.

Por eso coloqué los motores en el interior de la nueva máquina. Al hacer esto, no pude acoplar directamente los motores a los tornillos de bola, pero tuve que usar una correa de distribución y poleas.

Pedí las correas y poleas de beltingonline.co.uk. Tienen una gran variedad de tipos y tamaños. Utilicé correas y poleas HTD5 de 9 mm de ancho. Cuando use una transmisión por correa para conectar su motor al tornillo de transmisión, puede usar una reducción de engranajes. Al usar un engranaje más pequeño en el motor, puede usar motores más pequeños y aún obtener el mismo par (aunque, por supuesto, perderá velocidad). Debido a que mis motores eran bastante grandes, no necesitaba ninguna reducción de engranajes para obtener más potencia.

Para ahorrar algo de dinero, ordené las poleas de sincronización sin los agujeros para los tornillos de fijación y con solo un agujero piloto en el centro. Utilicé el torno para perforar el orificio al tamaño correcto. Para perforar los agujeros para los tornillos de fijación, hice una pequeña plantilla con una barra hexagonal de acero usando el torno y la prensa de perforación.

Paso 8: montajes de motor

Los soportes del motor están hechos de tubos de aluminio. Los míos fueron cortados a medida cuando los ordené, pero también puedes usar un tubo de acero y cortarlo en pedazos cuadrados. Los soportes del motor para los ejes X e Y, tenían que poder deslizarse hacia adentro y hacia afuera, para tensar las correas de distribución. Si usa un acoplador normal para conectar sus motores paso a paso, le recomiendo hacer o comprar algunos separadores. Utilicé el torno para hacer las ranuras y perforar un gran agujero en una cara del soporte, pero también podría hacerlo en una prensa de taladro normal.

Comencé haciendo un gran agujero en un lado del monte con una sierra de agujero. Esto permite que el motor se asiente al ras de la superficie y también asegura que el eje esté centrado. El motor está sujeto al soporte con cuatro pernos M5. Hice cuatro ranuras, en el otro lado del soporte, para permitir que se deslice hacia adentro y hacia afuera. Sujete la pieza en un accesorio de torno especial para fresar las cuatro ranuras.

Paso 9: bloques de rodamientos

Los bloques de apoyo para los ejes X e Y están hechos de una barra redonda de aluminio de 50 mm. Corté cuatro losas iguales, cada una de 15 mm de espesor. Luego me enfrenté a cada lado de los espacios en blanco en el torno. Después de marcar y perforar los cuatro agujeros de montaje, utilicé el torno nuevamente para perforar un agujero grande en el centro de la pieza en bruto. Luego hice la cavidad para que el rodamiento se asiente. Los rodamientos deben presionarse y los bloques se atornillan en las placas laterales y finales. Taladré y golpeé un agujero en el extremo de los tornillos de bola para mantenerlos en su lugar. Al insertar un perno, podría apretarlos contra los rodamientos de contacto angular. El extremo del tornillo de bola fue rechazado en el torno a 11 mm. Esta es la parte donde se une la polea de sincronización. El extremo mismo del tornillo de bola se bajó un poco más a 10 mm, para que pudiera presionarse sobre el rodamiento. En el extremo flotante de los tornillos de bolas, solo usé rodamientos de bolas estándar.

Paso 10: montaje de la tuerca de accionamiento del eje Z

No utilicé un tornillo de bola para el eje Z. En cambio, utilicé varilla roscada M10 estándar, pero de alta calidad. Hice una nuez con un pedazo de delrin. Delrin es un material muy bueno para este propósito, ya que es autolubricante y no se desgastará con el tiempo. Si usa un toque de buena calidad para hacer los hilos en la tuerca, la reacción será muy mínima (no he notado ninguno). Dentro del conjunto del eje Z, había muy poco espacio para montar la tuerca. Y como mi nuez casera era redonda, necesitaba hacer una montura especial. El soporte consta de dos piezas de acrílico de 12 mm. Pude usar el enrutador CNC casero de mi maestro de escuela para hacer estas partes. La tuerca redonda se ajusta muy bien dentro de las piezas de acrílico y se mantiene en su lugar mediante un pequeño perno. El perno evita que la tuerca gire dentro del soporte. Taladré y golpeé dos agujeros en los pequeños pies de los soportes, para poder montarlo en el carro del eje Y

Paso 11: Montaje de tuerca de accionamiento de los ejes X e Y

Para los ejes X e Y, hice un montaje de tuerca de accionamiento diferente con una pieza de aluminio. Las tuercas de husillo de bolas tienen dos bridas pequeñas en un lado, con tres agujeros en ellas. Usé uno de los agujeros a cada lado para unir la tuerca al soporte. El soporte está hecho de una pieza de aluminio y está mecanizado en el torno. Como no tenía un molino, utilicé el torno con un mandril de cuatro mandíbulas. Estas piezas tienen que ser mecanizadas con mucha precisión. Una vez que haya conectado las tuercas al pórtico y al carro del eje Y, debería poder mover estas partes fácilmente de un lado al otro, girando los tornillos de bola con la mano. Si las dimensiones de los soportes son incorrectas, la tuerca se atascará y ya no podrá girar el tornillo de bola a mano.

Paso 12: montaje del motor del eje Z

El montaje del motor del eje Z es diferente de los demás. Está hecho de acrílico de 12 mm y también fue cortado con el enrutador CNC casero de mi maestro. Originalmente había planeado hacer el montaje con una placa de aluminio, pero el mecanizado fue demasiado difícil. La tensión de la correa se puede ajustar aflojando los dos pernos en la parte superior y deslizando todo el conjunto de montaje del motor. El acrílico de 12 mm funciona bien por ahora, pero podría reemplazarlo con una pieza de aluminio en el futuro. Descubrí que cuando tensaba el cinturón, la placa acrílica se doblaba un poco.

Paso 13: la cama de corte

La parte final que tuve que hacer para la máquina fue la cama de corte. La plataforma de corte es una parte muy importante de la máquina, y a menudo se pasa por alto. Hay muchos tipos diferentes de camas de corte. Algunos ejemplos son: tablero de mesa con ranura en T, tablero de mesa perforado, mesa de vacío o simplemente puede usar un tablero de mesa desechable y atornillar su material directamente sobre la mesa. Una mesa de aluminio con ranura en T probablemente sería la mejor, pero le costará unos cientos de dólares, dependiendo del tamaño de su máquina. Elijo usar la mesa perforada, porque se ajusta a mi presupuesto y todavía tendría muchas opciones de sujeción.

La cama de corte para mi máquina está hecha de una pieza de madera contrachapada de abedul de 18 mm de espesor. Lo fijé con pernos M5 y tuercas con ranura en T a las extrusiones de aluminio. Compré unas 150 tuercas hexagonales M8 por unos 4 dólares. Usando un programa CAD, dibujé formas hexagonales en una cuadrícula con un agujero en el medio. Luego usé la máquina para cortar todos los bolsillos de las nueces. En lugar de las tuercas normales, también podría usar tuercas T, pero luego tendría que voltear la mesa para insertarlas. Otro problema que puede tener es que se caen.

Encima de la pieza de madera contrachapada de abedul, instalé una pieza de MDF de 25 mm de espesor. Esta es la superficie desechable. Utilicé una broca más grande para cortar agujeros en ambas piezas. Los agujeros se alinean exactamente con el centro de las formas hexagonales cortadas anteriormente. Luego desenrosqué la pieza de mdf e instalé todas las tuercas en la pieza de madera contrachapada. Hice los agujeros ligeramente más pequeños, así que tuve que usar un martillo para golpearlos. Luego reinstalé la superficie de MDF y verifiqué si la alineación seguía siendo correcta.

También aplané la mesa para asegurarme de que la superficie fuera paralela al eje xy al eje y perfectamente plana.

Paso 14: la electrónica

La electrónica de mi máquina consta de los siguientes componentes:

Fuente de alimentación principal - 48VDC 6, 6Amp
3 controladores - Leadshine M542 V2.0
3 motores paso a paso - Nema 23 híbrido de 3 Nm
Tablero del desbloqueo
Relé: 25 A, salida de 230 V CA, entrada de 4 a 32 V CC
Interruptor principal
Fuente de alimentación para breakoutboard - 5VDC
Fuente de alimentación para ventiladores de enfriamiento - 12VDC
2 ventiladores de enfriamiento (80 mm)
2 tomacorrientes: para enrutador Kress y aspiradora de taller
E-stop - todavía necesita ser instalado
Interruptores de límite: aún deben instalarse

Este sería un buen kit de electrónica:

Kit de motor paso a paso Nema 23 de 3 ejes

Si no quiere gastar mucho dinero en electrónica, puede comprar un kit de Amazon. Hay muchos vendedores diferentes con precios en el rango de 200-400 dólares. Antes de pedir un kit, debe pensar qué tamaño de steppers necesita. Si está construyendo una máquina pequeña para cortar madera y plásticos, solo motores de 270 onzas o 1.9 Nm le darán mucha potencia. Elijo motores de 3 Nm, porque la máquina en sí misma es bastante grande y pesada, y planeé mecanizar algunos materiales más duros como el aluminio en el futuro.

Si sus motores no son demasiado grandes, puede usar una placa de controlador de 3 ejes, aunque es mejor usar controladores individuales. Los controladores individuales pueden manejar más amplificadores y cuentan con micropasos. Son más confiables y le darán mejores resultados. Los controladores que uso en realidad vienen con el kit que pedí. Pueden manejar 4, 2 amperios máximo y hasta 125 microsteps.

La fuente de alimentación principal está conectada a los controladores con un cable de calibre 14, que se utiliza principalmente en aviones RC. Estos cables son muy flexibles, pero de alta calidad y pueden manejar muchos amplificadores. La fuente de alimentación de 5 V CC está conectada a la entrada de alimentación principal. Para los ventiladores de refrigeración, instalé una toma de corriente dentro del gabinete, para poder usar un adaptador de pared estándar de 12V para alimentarlos. La alimentación principal se enciende y apaga mediante un interruptor de alimentación grande.

El relé 25A es controlado por la computadora a través del breakoutboard. Los terminales de entrada del relé están conectados a los terminales de salida del tablero de conexiones. El relé está conectado a dos tomas de corriente, que alimentan el enrutador Kress y la aspiradora para aspirar las virutas. Cuando el Gcode termina con el comando M05, la máquina cambiará automáticamente tanto la aspiradora de tienda como el enrutador. Para encenderlos, puede presionar F5 o usar el comando Gcode M03.

Paso 15: caja electrónica

Como monté temporalmente la electrónica en una pieza de madera, para probar la máquina, todavía tenía que hacer un buen recinto. Dibujé las dimensiones aproximadas y los lugares para todos los componentes en una hoja de papel. Traté de organizarlos de tal manera que pudiera llegar fácilmente a todos los terminales para instalar los cables. También me aseguré de obtener un flujo de aire suficiente a través del recinto. Esto es muy importante ya que los controladores paso a paso pueden calentarse bastante.

Todos los cables se pueden conectar en la parte posterior del gabinete. Utilicé enchufes especiales de 4 cables, porque quería poder desconectar la electrónica de la máquina, sin tener que desenroscar ninguno de los terminales del cable. También instalé dos tomas de corriente para proporcionar energía al husillo y a un shopvac. Las tomas de corriente están conectadas al relé para encender y apagar el enrutador automáticamente en Mach3. Monté un gran interruptor de potencia en la parte frontal del gabinete.

Una vez que obtuve todos los componentes dispuestos de la manera que quería, diseñé todas las piezas para hacer el gabinete con un programa CAD. Luego usé la máquina CNC para cortar todos los lados y la base. Hice una tapa con un trozo de plexiglás en el medio. Luego instalé todos los componentes e intenté mantener el cableado lo más limpio posible.

Paso 16: software CNC

Para controlar un enrutador CNC, necesita 3 tipos diferentes de software. Un programa CAD, para crear un dibujo. Un programa CAM para crear las trayectorias de herramientas y generar el código G. Y un programa controlador que traduce el código G y controla el enrutador. Estoy usando CamBam para crear la mayoría de mis dibujos y crear las trayectorias de herramientas. CamBam es un programa simple y es muy fácil trabajar con él. Tiene algunas funcionalidades básicas de CAD, por lo que para la mayoría de los proyectos no necesita un programa CAD diferente. Antes de que CamBam pueda crear las rutas de herramientas, debe establecer un par de parámetros. Algunos ejemplos son: el diámetro de la herramienta que está utilizando, la profundidad de corte, la profundidad por pasada, la velocidad de corte, etc. Cuando haya realizado las trayectorias de herramientas, puede generar el código G. El código G es el lenguaje de mecanizado, que le dice a la máquina qué hacer.
Para el software del controlador, estoy usando Mach3. Mach3 envía las señales a través del puerto paralelo de su computadora a la placa de conexión. Utiliza Mach3 para poner a cero la herramienta de corte e iniciar el programa de corte. También puede usarlo para controlar la velocidad del husillo y la velocidad de corte. Mach3 tiene algunos asistentes básicos integrados, que puede usar para generar archivos de código G simples. Un ejemplo es el asistente de escritura, que puede usar para escribir rápidamente un texto y enviarlo al código G. (Vea el paso 17 para un ejemplo).

Paso 17: uso de la máquina

Después de varios meses de trabajo, la máquina finalmente está terminada. Después de la prueba inicial, lo primero que hice fueron unas abrazaderas de sujeción. El primer proyecto 'grande' fue el gabinete de la electrónica, que usted vio en el paso 15. También he estado cortando diferentes tipos de engranajes y algunas señales. Para algunas cajas de púas de guitarra que hice ver mi tienda de Etsy.
Una cosa que me di cuenta rápidamente fue que un enrutador CNC genera mucho polvo y puede ser bastante ruidoso. Para solucionar el problema del polvo, hice una zapata para el polvo, a la que se puede conectar una aspiradora. Reducir el nivel de ruido fue más difícil. Mis padres tuvieron la amabilidad de pagar los costos de material para construir un recinto completo para la máquina. Así que hice un gran gabinete en el que se encuentra la máquina CNC. Usé placas absorbentes de ruido para cubrir el interior de las paredes. La electrónica y la aspiradora pueden ubicarse en dos compartimentos diferentes debajo de la máquina. El gabinete realmente reduce el nivel de ruido y hace que usar la máquina sea aún más divertido.

Paso 18: Conclusión

Entonces eso es todo. Ahora ya sabe cómo construyo mi enrutador CNC y por qué lo hice como lo hice.
Aunque es probable que no construyas una copia exacta de mi máquina, espero que puedas inspirarte en mi diseño y construcción. He aprendido mucho al construir este enrutador CNC y realmente espero usarlo para futuros proyectos.

Me gustaría agradecer a mi maestro de escuela, Nop Velthuizen, que me dio la oportunidad de construir esta máquina. Me permitió ir a su propio taller y usar todas las herramientas que necesitaba para construir este enrutador CNC. Me dio mucha información e inspiración y me ayudó cuando fue necesario, para completar con éxito este proyecto.

Si tiene alguna pregunta, deje un comentario e intentaré responder sus preguntas lo antes posible.

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