Suzie Model One - Máquina CNC

Acerca de este proyecto

Introducción

SUZIE MODEL ONE fue diseñado para cortar PCB. El objetivo era crear una máquina rígida, precisa y lo más automática posible. En este momento, el único proceso manual que se necesita es cambiar las brocas de corte y colocar la sonda Z en el lugar correcto.

Esta máquina es el resultado de un proceso de prueba y error en el que se rediseñaron y reconstruyeron varias piezas para obtener el mejor resultado posible. El principal problema era la rigidez:cuando la máquina no es lo suficientemente dura se dobla mientras corta y el resultado será un fallo. El temblor en las curvas es el otro problema principal. Es posible reducir la velocidad para evitar eso, pero el tiempo es dinero y algunos cortes funcionan mejor a la velocidad correcta, no más lento.

Para ver más, consulte #suziecnc en Instagram.

Los siguientes capítulos mostrarán y explicarán por qué se tomaron algunas decisiones en la construcción y, en su caso, cuáles son los problemas que hay que resolver.

Dimensiones

Tamaño externo:

• 46 cm de ancho

• 62 cm de longitud (43 cm no funcionan)

• 58cm de altura (contando con el tubo del cable)

El área de trabajo es aproximadamente:

• 20 cm de ancho (X)

• 20 cm de longitud (Y)

• 6 cm de altura (Z)

Opiniones de Suzie

Eje XY, montaje paso a paso y juego

SUZIE no tiene holgura en los ejes X e Y.

No se hizo ninguna compensación en el firmware y siempre se corta con las dimensiones correctas. Esto es posible utilizando correas en lugar de tornillos de avance. El tornillo de avance necesita ese pequeño espacio para correr dentro de la tuerca sin fricción y eso debe compensarse. No hay problema en eso, pero con el tiempo, si la tuerca se desgasta, causará un juego constante que debe configurarse en el firmware, pero si el tornillo de avance se desgasta, el problema es mayor solo porque el funcionamiento normal de una máquina CNC utiliza diferentes segmentos del husillo de avance con diferentes velocidades y fuerzas; esto significa que el desgaste no será uniforme e imposible de compensar.

Las correas son lo suficientemente fuertes como para aplicar fuerzas incluso para cortar metal y si se estiran correctamente sin una elasticidad notable.

Ambos ejes en SUZIE utilizan la misma técnica para transferir la fuerza del paso a paso a la parte móvil, pero con una gran diferencia en cómo se montan el cinturón y el paso a paso. En ambos el cinturón no crea un lazo como en una impresora 3d por ejemplo; el mecanismo para eso es más grande y la cintura más espacio. Aquí el cinturón está abierto, fijo en ambos extremos y el paso a paso corre sobre él como una rueda de cremallera.

El coche X tiene el paso a paso adjunto y el cinturón está fijado a la máquina. El paso a paso se mueve con el coche.

Bandeja Y

La bandeja en Y utiliza el mismo concepto pero con un paso a paso fijo y una cinta móvil. Es exactamente lo opuesto al eje X. Con esta solución está disponible otra posibilidad:la longitud máxima de la bandeja en Y es prácticamente infinita y se puede modificar según se requiera sin cambiar el diseño de la máquina. Eso también es posible porque el riel está en la bandeja móvil y los cojinetes están fijados a la parte inferior de la estructura de la máquina.

Esta imagen muestra la parte de soporte del rodamiento Y. Este (lado izquierdo) y el otro en el que solo se ve el cojinete superior, están alineados con el movimiento del carro X y directamente debajo y centrados con el eje. Esto significa que todas las fuerzas hacia abajo y hacia los lados se transmitirán a la base en forma de compresión. Esto permite que el soporte actúe de forma muy rígida y aguante mucha fuerza. Como podemos imaginar con esta imagen, la longitud de la bandeja no es importante para los mecánicos y no necesita tener ningún límite impuesto (no es del todo cierto); el límite podría ser el software, la fabricación de la bandeja o la longitud máxima de la correa, pero por ejemplo, es perfectamente posible agregar una bandeja de 1 metro de largo para un trabajo especial.

Eje Z y equipo principal

Usar una configuración de correa en este eje tiene un gran problema. El paso a paso debe estar en carga constante y, en una situación de falla de energía, el husillo simplemente se hundiría en el trabajo, tal vez dañando la broca, el motor o incluso el trabajo y la bandeja. La solución aquí es obvia:husillo de avance.

Este tornillo de avance y tuerca se fabricaron a medida para esta máquina. El tornillo tiene la longitud necesaria, el espacio para los cojinetes, la tuerca de bloqueo y la conexión al paso a paso. Se hizo en un antiguo torno imperial manual en una configuración métrica. El único problema es que la rueda de sincronización no funciona en el sistema métrico, por lo que se necesitaba una forma muy especial de usar el torno para hacer este tornillo. La tuerca se imprimió en 3D.

Este sistema no tiene reacción porque la tuerca impresa en 3D se hizo sin espacio (solo funciona y causa mucho aceite) pero la configuración de todos los autos XZ es muy flexible. Lo que mantiene el eje en su posición es su peso. Si lo empujamos hacia arriba con la mano podemos moverlo de 2 a 3 milímetros con solo doblar un poco todos los rieles. La única forma mecánica de solucionar esto es aumentar la rigidez de la máquina. La otra solución es reducir la velocidad de inmersión. No olvide que el proceso de corte es lateral en los ejes X e Y, por lo que si la velocidad de inmersión no es muy rápida, el peso del carro Z y del husillo forzará el corte a la posición correcta. En el caso de SUZIE, la velocidad máxima de inmersión de la máquina está bien para cortar materiales blandos, por lo que no es necesario reducir la velocidad y solo tuve que reducir la velocidad al cortar metal (latón).

Piezas impresas en 3D

Esta máquina solo fue posible utilizando piezas impresas en 3D. Las herramientas a las que tuve acceso para hacer la máquina no eran adecuadas para construir piezas complejas a mano como los soportes de los steppers, por ejemplo. Todas las piezas se diseñaron e imprimieron más de una vez para adaptarse a funciones especiales o mejoras estructurales. Estas piezas reducen la rigidez de la máquina pero permiten ser más compacta.

Arduino, GRBL, escudo, eje y sonda

El cerebro de SUZIE es un Arduino Uno, que ejecuta el firmware GRBL.

Hay varios escudos comerciales para GRBL, pero en este caso fue más un caso de desafío. El primer escudo que construí utilicé la combinación L298N y L297 para impulsar los motores paso a paso. Hacía calor y era ruidoso. Más tarde, con los controladores Pololu A4988, se rediseñó el sistema para mejorarlo.

El circuito está hecho en una placa prototipo y tiene casi todas las conexiones GRBL disponibles. Desde la adición de esta placa, en comparación con la versión combinada de L298N y L297, la máquina pudo funcionar durante mucho más tiempo sin sobrecalentarse y hacer menos ruido porque estos controladores tienen micropasos. Actualmente, el firmware está actualizado a GRBL 1.1f y funciona sin problemas.

Otra incorporación reciente fue un motor sin escobillas de eje adecuado (dmw57314). Esto ahora está controlado por Arduino y es mucho más silencioso en comparación con el taladro tipo dremel que tuve en la primera iteración.

Esta sonda se hizo para medir solo el eje Z. El tipo de sonda X e Y es más complejo de hacer a mano y será un desafío para otros tiempos. Con la sonda, SUZIE puede ser muy precisa al localizar la punta de la broca de corte, que es crucial para el fresado de PCB. Es un botón siempre ENCENDIDO y cuando la broca lo tira hacia abajo, desconecta los dos cables y le indica al GRBL la posición. Su repetibilidad es muy precisa.

Conclusión

SUZIE MODEL ONE fue una excelente manera de aprender a hacer una máquina CNC. Se solucionaron muchos problemas, se mejoraron muchas características y puedo decir con seguridad:¡está hecho!

Todo lo que sea necesario mejorar ya no tiene sentido con esta estructura.

SUZIE MODEL TWO se diseñará para aumentar lo bueno de este diseño y mejorar radicalmente los problemas del modelo. Una cosa es segura:¡será de metal!