Fresadora CNC 3 Ejes DIY: Construye una Máquina de Precisión

Componentes y materiales

Herramientas necesarias

• Destornilladores
• Taladro
• Dremel / herramienta rotativa de corte
• Pistola de pegamento
• Soldador
• Amoladora angular

Aplicaciones y servicios online

• Linux
• ArtCAM
• GRBL 0.9
• Autodesk Fusion 360
• Arduino IDE
• Google Android Things
• VNC

Descripción del proyecto

Nuestro prototipo es basado en IoT, lo que le da una arquitectura escalable para controlarlo desde prácticamente cualquier lugar con conexión a internet. Es una CNC de 350x350 mm con área de trabajo 250x240 mm, funcionando con software de control de movimiento open-source (GRBL). El hardware también es mayormente open-source, reduciendo drásticamente costes. La máquina está construida íntegramente con componentes locales y puede mecanizar madera, plásticos, goma dura, resina dura, etc. El objetivo principal es fabricación de PCB de bajo coste; también permite grabado en madera.

Planeamos añadir soporte para mecanizado láser en futuras versiones.

Actualmente el sistema se controla desde una red local inalámbrica; queremos escalarlo a una aplicación web distribuida para conectar un ecosistema de múltiples dispositivos.

Especificaciones mecánicas

• Estructura base: Perfiles aluminio 2020 ranurados en T y uniones en L.
• Potencia husillo: ~80-85 W, 2000 rpm, control DC.
• Movimiento: Husillo roscado y varilla roscada con barras lisas guiadas y rodamientos de bolas a presión para suavidad en los 3 ejes.
• Resolución: Paso mínimo 0.8 mm/rev, 2000 pasos/rev → 1600 pasos/mm en todos los ejes.
• Dimensiones máquina: ~430x430x330 mm.
• Área trabajo: ~270x170x65 mm con precisión posicional 0.04 mm.
• Eje Z: Gantry impreso en 3D con doble barra guiada, recorrido 4.8 cm con fresa montada.
• Herramientas: Fresa en V 45° para PCB, soporta fresas cilíndricas 0.2-1.8 mm.
• Motores: NEMA 23, 3A máx por eje.
• Drivers: A4988 2.5A con microstepping 1/16 para máxima precisión a coste económico.

Arquitectura IoT / Industria 4.0

El control remoto se realiza desde pantalla sin cabeza (móvil/tablet como HMI) vía internet. Usamos Raspberry Pi + router (seguridad) con servidor web para interfaz de control inalámbrico. También planeamos monitorizar en tiempo real: par motor, consumo, vibración, ruido, etc., y visualizar insights en plataforma web para mejor colaboración. Esto es lo que en manufactura se llama IIoT (Industria 4.0).

Código

G-code de ejemplo (VHDL)

(Scribbled version of C:\Users\ABDERR~1\AppData\Local\Temp\ink_ext_XXXXXX.svgISF45X @ 3000.00)
(unicorn.py --tab="plotter_setup" --pen-up-angle=50 --pen-down-angle=30 --start-delay=160 --stop-delay=150 --xy-feedrate=3000 --z-feedrate=150 --z-height=0 --finished-height=0 --register-pen=true --x-home=0 --y-home=0 --num-copies=1 --continuous=false --pause-on-layer-change=true C:\Users\ABDERR~1\AppData\Local\Temp\ink_ext_XXXXXX.svgISF45X)
G21 (métrico) G90 (modo absoluto) G92 X0.00 Y0.00 Z0.00 (origen)
M300 S30 (pluma abajo) G4 P160 (espera 160ms)
M300 S50 (pluma arriba) G4 P150 (espera 150ms)
M18 (desactivar drivers) M01 (¿test registro ok?)
M17 (activar drivers si SÍ) M01 (Capa 'Calque 1')
(Poliínea 29 segmentos)
G1 X16.85 Y4.97 F3000.00 M300 S30.00 G4 P160
G1 X14.07 Y5.98 F3000.00 ... (archivo truncado, descargar completo)

Código control paso a paso (Arduino)

// AMIT
#include <Servo.h>
#include <AFMotor.h>
#define LINE_BUFFER_LENGTH 512
char STEP = MICROSTEP;
const int penZUp = 115;
const int penZDown = 83;
const int penServoPin = 10;
const int stepsPerRevolution = 48;
Servo penServo;
AF_Stepper myStepperY(stepsPerRevolution,1);
AF_Stepper myStepperX(stepsPerRevolution,2);

struct point { float x; float y; float z; };
struct point actuatorPos;

float StepInc = 1; int StepDelay = 0; int LineDelay = 0; int penDelay = 50;
float StepsPerMillimeterX = 100.0; float StepsPerMillimeterY = 100.0;
float Xmin = 0, Xmax = 40, Ymin = 0, Ymax = 40, Zmin = 0, Zmax = 1;
float Xpos = Xmin, Ypos = Ymin, Zpos = Zmax;
boolean verbose = false;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  penServo.attach(penServoPin);
  penServo.write(penZUp); delay(100);
  myStepperX.setSpeed(600); myStepperY.setSpeed(600);
  Serial.println("Mini CNC Plotter vivo!");
  Serial.print("Rango X: "); Serial.print(Xmin); Serial.print(" a "); Serial.print(Xmax); Serial.println(" mm.");
  Serial.print("Rango Y: "); Serial.print(Ymin); Serial.print(" a "); Serial.print(Ymax); Serial.println(" mm.");
}

void loop() {
  delay(100);
  char line[LINE_BUFFER_LENGTH]; char c; int lineIndex=0; bool lineIsComment=false, lineSemiColon=false;
  while(1) {
    while(Serial.available()>0) {
      c = Serial.read();
      if(c=='\n' || c=='\r') {
        if(lineIndex>0) {
          line[lineIndex]='\0';
          if(verbose){ Serial.print("Recibido: "); Serial.println(line); }
          processIncomingLine(line, lineIndex);
          lineIndex=0;
        }
        lineIsComment=false; lineSemiColon=false; Serial.println("ok");
      } else {
        if(lineIsComment || lineSemiColon) {
          if(c==')') lineIsComment=false;
        } else {
          if(c<=' ') {} // ignorar espacios/control
          else if(c=='/') {} // block delete no soportado
          else if(c=='(') lineIsComment=true;
          else if(c==';') lineSemiColon=true;
          else if(lineIndex>=LINE_BUFFER_LENGTH-1) { Serial.println("ERROR - desbordamiento buffer"); lineIsComment=false; lineSemiColon=false; }
          else if(c>='a' && c<='z') line[lineIndex++]=c-'a'+'A';
          else line[lineIndex++]=c;
        }
      }
    }
  }
}

void processIncomingLine(char* line, int charNB) {
  int currentIndex=0; char buffer[64]; struct point newPos; newPos.x=0; newPos.y=0;
  while(currentIndex=Xmax) x1=Xmax; if(x1<=Xmin) x1=Xmin;
  if(y1>=Ymax) y1=Ymax; if(y1<=Ymin) y1=Ymin;
  if(verbose){ Serial.print("Xpos,Ypos: "); Serial.print(Xpos); Serial.print(","); Serial.print(Ypos); Serial.println(); }
  if(verbose){ Serial.print("x1,y1: "); Serial.print(x1); Serial.print(","); Serial.print(y1); Serial.println(); }

  x1=(int)(x1*StepsPerMillimeterX); y1=(int)(y1*StepsPerMillimeterY);
  float x0=Xpos, y0=Ypos;
  long dx=abs(x1-x0), dy=abs(y1-y0);
  int sx=x0dy) {
    for(i=0;i=dx){ over-=dx; myStepperY.onestep(sy,STEP); } delay(StepDelay); }
  } else {
    for(i=0;i=dy){ over-=dy; myStepperX.onestep(sx,STEP); } delay(StepDelay); }
  }
  if(verbose){ Serial.print("dx,dy:"); Serial.print(dx); Serial.print(","); Serial.print(dy); Serial.println(); }
  if(verbose){ Serial.print("Yendo a ("); Serial.print(x0); Serial.print(","); Serial.print(y0); Serial.println(")"); }
  delay(LineDelay); Xpos=x1; Ypos=y1;
}

void penUp() { penServo.write(penZUp); delay(penDelay); Zpos=Zmax; digitalWrite(15,LOW); digitalWrite(16,HIGH); if(verbose) Serial.println("Pluma arriba!"); }
void penDown() { penServo.write(penZDown); delay(penDelay); Zpos=Zmin; digitalWrite(15,HIGH); digitalWrite(16,LOW); if(verbose) Serial.println("Pluma abajo."); }

Librería AFMotor (Arduino)

Librería completa para control de motores DC y paso a paso con shield Adafruit Motor Shield. Incluye gestión PWM, microstepping (8/16 pasos), y control de hasta 4 motores DC o 2 paso a paso. Código demasiado extenso para incluir completo; disponible en el repositorio oficial Adafruit.

Piezas personalizadas y envolventes

• cnc_contour_SNa09InGkY.gm1
• cnc_coppertop_PIxEVyoMWI.gtl

Esquemáticos