Suzie Model One: Fresadora CNC de Precisión para PCB

Componentes y Suministros

Componente	Cantidad	Notas
Arduino UNO	1	Controlador principal
Pololu A4988	1	Driver de motor paso a paso

Herramientas y Máquinas Necesarias

• Impresora 3D bq Prusa i3

Aplicaciones y Servicios Online

• GRBL (firmware CNC)

Sobre el Proyecto

Introducción

SUZIE MODEL ONE nació para fresar PCBs. El objetivo: una máquina rígida, precisa y lo más automática posible. Actualmente, los únicos procesos manuales son el cambio de fresas y la colocación de la sonda Z.

Es el resultado de un proceso de prueba y error donde se rediseñaron y reconstruyeron múltiples piezas. El problema principal era la rigidez: si la máquina no es lo suficientemente dura, se flexiona al cortar y el resultado falla. El segundo problema es el temblor en las curvas; reducir la velocidad lo evita, pero el tiempo es dinero y algunos cortes requieren velocidad óptima.

Más detalles en #suziecnc en Instagram. Los siguientes capítulos explican las decisiones de diseño y los problemas resueltos.

Dimensiones

• Tamaño externo: 46 cm ancho × 62 cm largo (43 cm útiles) × 58 cm alto (con tubo de cables)
• Área de trabajo: ~20 cm (X) × 20 cm (Y) × 6 cm (Z)

Vistas de Suzie

Ejes X e Y, Montaje de Motores y Juego (Backlash)

SUZIE tiene cero juego en ejes X e Y sin compensación en firmware. Esto se logra usando correas en lugar de husillos. Los husillos requieren holgura para girar sin fricción, lo que genera juego que debe compensarse; con el desgaste, la compensación se vuelve imposible. Las correas, bien tensadas, no tienen elasticidad apreciable y transmiten fuerza suficiente incluso para cortar metal.

Ambos ejes usan la misma técnica: la correa no forma un bucle cerrado (como en impresoras 3D), sino que está fija en ambos extremos y el motor corre sobre ella como una cremallera.

En el eje X, el motor va montado en el carro y la correa fija a la máquina. El motor se mueve con el carro.

Bandeja Y

El eje Y usa el mismo concepto pero con motor fijo y correa móvil. Esto permite que la longitud de la bandeja Y sea virtualmente infinita y modificable sin rediseñar la máquina. Los rodamientos van fijos en la base y el rail en la bandeja móvil, transmitiendo fuerzas de compresión a la base para máxima rigidez.

Eje Z y Husillo

En el eje Z no se usan correas: el motor debe mantener carga constante y en un fallo de energía la fresa caería dañando la pieza. La solución es un husillo a medida, fabricado en torno manual métrico (con adaptación para rosca imperial). La tuerca es impresa en 3D sin holgura (funciona con abundante aceite).

El conjunto carro Z es flexible; la fresa se mantiene en posición por su peso. Empujando hacia arriba a mano se mueve 2-3 mm por flexión de rails. La solución mecánica es mayor rigidez; la alternativa es reducir velocidad de penetración. En SUZIE, la velocidad máxima sirve para materiales blandos; solo se reduce para metal (latón).

Piezas Impresas en 3D

La máquina solo fue posible con piezas impresas en 3D. Las herramientas disponibles no permitían fabricar piezas complejas a mano (soportes de motores, etc.). Todas las piezas se diseñaron e imprimieron varias veces para mejoras estructurales. Reducen rigidez pero permiten compacidad.

Arduino, GRBL, Shield, Fresa y Sonda

El cerebro es un Arduino Uno con firmware GRBL. Primero usé drivers L298N/L297 (calientes y ruidosos). Luego rediseñé con Pololu A4988: menos calor, menos ruido, microstepping. El circuito está en placa de prototipo con casi todas las conexiones GRBL. Firmware actual: GRBL 1.1f, funcionando suavemente.

Recientemente añadí un motor brushless (dmw57314) controlado por Arduino, mucho más silencioso que el taladro tipo Dremel inicial.

La sonda mide solo eje Z (la sonda XY es más compleja). Es un contacto normalmente cerrado; al tocar la fresa, abre el circuito y señala a GRBL la posición. Repetibilidad muy precisa.

Conclusión

SUZIE MODEL ONE fue excelente para aprender a construir una CNC. Muchos problemas resueltos, características mejoradas. Está terminada: mejoras adicionales no tienen sentido en esta estructura. SUZIE MODEL TWO potenciará lo bueno y solucionará radicalmente los problemas. Una certeza: será de metal.

Código

GRBL

https://github.com/gnea/grbl/wiki

Esquemáticos

Conexiones GRBL

https://github.com/gnea/grbl/wiki/Connecting-Grbl