Suzie Model One - CNC 기계

이 프로젝트 정보

소개

SUZIE MODEL ONE은 PCB 절단용으로 제작되었습니다. 목표는 가능한 한 정확하고 자동화된 견고한 기계를 만드는 것이었습니다. 현재 필요한 유일한 수동 프로세스는 절단 비트를 교체하고 Z-프로브를 올바른 위치에 배치하는 것입니다.

이 기계는 최상의 결과를 얻기 위해 여러 부품을 재설계하고 재건한 시행착오 과정의 결과입니다. 주요 문제는 강성이었습니다. 기계가 충분히 단단하지 않으면 절단할 때 구부러지고 결과는 실패입니다. 코너링 시 지터는 또 다른 주요 문제입니다. 그것을 피하기 위해 속도를 줄이는 것이 가능하지만 시간은 돈이고 어떤 종류의 컷은 느린 것이 아니라 올바른 속도로 더 잘 작동합니다.

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다음 장에서는 건설 과정에서 일부 결정이 내려진 이유와 해당되는 경우 해결해야 할 문제를 보여주고 설명합니다.

치수

외부 크기:

작업 영역은 대략

수지의 보기

XY 축, 스테퍼 장착 및 백래시

SUZIE는 X, Y축의 백래시가 0입니다.

펌웨어에서 보상이 이루어지지 않았으며 항상 올바른 치수로 절단되었습니다. 이것은 리드 스크류 대신 벨트를 사용함으로써 가능합니다. 리드 나사는 마찰 없이 너트 내부에서 작동하기 위해 약간의 간격이 필요하고 이를 보상해야 합니다. 문제는 없지만 시간이 지남에 따라 너트가 마모되어 펌웨어에서 구성해야 하는 일정한 백래시가 발생하지만 리드 나사가 마모되면 CNC 기계의 정상적인 작동이 다른 세그먼트를 사용하기 때문에 문제가 더 커집니다. 속도와 힘이 다른 리드 스크류; 이는 마모가 균일하지 않고 보상할 수 없음을 의미합니다.

벨트는 금속을 절단할 때도 힘을 가할 수 있을 만큼 충분히 강하고 적절하게 늘어나면 눈에 띄는 탄성이 없습니다.

SUZIE의 두 축은 동일한 기술을 사용하여 스테퍼에서 움직이는 부분으로 힘을 전달하지만 벨트와 스테퍼를 장착하는 방법에 큰 차이가 있습니다. 두 벨트 모두 예를 들어 3d 프린터에서와 같이 루프를 만들지 않습니다. 그 메커니즘은 더 크고 허리는 더 많은 공간을 차지합니다. 여기에서 벨트가 열려 있고 양쪽 끝이 고정되어 있으며 스테퍼가 랙 휠처럼 벨트 위에서 작동합니다.

X 자동차에는 스테퍼가 부착되어 있고 벨트는 기계에 고정되어 있습니다. 스테퍼는 자동차와 함께 움직입니다.

Y 트레이

Y 트레이는 고정된 스테퍼와 움직이는 벨트가 있는 동일한 개념을 사용합니다. X축과 정확히 반대입니다. 이 솔루션을 사용하면 또 다른 가능성을 사용할 수 있습니다. Y 트레이의 최대 길이는 사실상 무한대이며 기계의 디자인을 변경하지 않고 요구에 따라 변경할 수 있습니다. 레일이 움직이는 트레이에 있고 베어링이 기계 구조의 바닥에 고정되어 있기 때문에 가능합니다.

이 그림은 Y 베어링의 지지 부분을 보여줍니다. 이 하나(왼쪽)와 상단 베어링만 보이는 다른 하나는 X 자동차 움직임과 정렬되고 스핀들 바로 아래에 있고 중심에 있습니다. 이는 모든 아래쪽 및 옆쪽 힘이 압축 방식으로 베이스에 전달됨을 의미합니다. 이렇게 하면 지지대가 매우 단단하게 작용하고 많은 힘을 유지할 수 있습니다. 이 그림으로 상상할 수 있는 것처럼 트레이의 길이는 역학에 중요하지 않으며 강제된 제한이 필요하지 않습니다(완전히 사실은 아님). 제한은 소프트웨어, 트레이 제작 또는 벨트 최대 길이일 수 있습니다. 예를 들어, 특별한 작업을 위해 1미터 길이의 트레이를 추가하는 것은 완벽하게 가능합니다.

Z축 및 리드 크루

이 축에서 벨트 구성을 사용하면 큰 문제가 있습니다. 스테퍼는 일정한 부하에 있어야 하고 정전 상황에서는 스핀들이 작업에 뛰어들어 비트, 모터 또는 작업 및 트레이를 손상시킬 수 있습니다. 여기에서 해결책은 명백합니다. 리드 스크류입니다.

이 리드 나사와 너트는 이 기계에 맞춤 제작되었습니다. 나사에는 필요한 길이, 베어링 공간, 잠금 너트 및 스테퍼 연결이 있습니다. 그것은 미터법 구성의 오래된 수동 제국 선반에서 만들어졌습니다. 유일한 문제는 동기화 휠이 미터법으로 작동하지 않기 때문에 이 나사를 만들기 위해 선반을 사용하는 매우 특별한 방법이 필요하다는 것입니다. 너트는 3D 인쇄되었습니다.

이 시스템은 3D 프린팅된 너트가 틈 없이 만들어졌기 때문에 백래시가 없었지만(그냥 작동하면 많은 오일이 발생함) 모든 XZ 자동차 구성은 매우 유연합니다. 스핀들을 제자리에 유지하는 것은 무게입니다. 손으로 위쪽으로 밀면 모든 레일을 약간 구부리기만 하면 2~3mm 이동할 수 있습니다. 이를 해결하는 유일한 기계적 방법은 기계의 강성을 높이는 것입니다. 다른 솔루션은 플런지 속도를 늦추는 것입니다. 절단 프로세스가 X 및 Y 축에서 측면이라는 것을 잊지 마십시오. 따라서 플런지 속도가 매우 빠르지 않으면 Z 자동차와 스핀들의 무게가 절단을 올바른 위치로 강제할 것이라는 점을 잊지 마십시오. SUZIE의 경우 기계의 최대 절입 속도는 부드러운 재료를 절단하는 데 적합하므로 감속이 필요하지 않으며 금속(황동)을 절단할 때만 감속하면 되었습니다.

3D 인쇄 부품

이 기계는 3D 인쇄 부품을 사용해야만 가능했습니다. 예를 들어, 기계를 만들기 위해 내가 접근할 수 있었던 도구는 스테퍼 지지대와 같은 복잡한 부품을 손으로 만드는 데 적합하지 않았습니다. 모든 부품은 특수 기능이나 구조적 개선을 수용하기 위해 한 번 이상 설계 및 인쇄되었습니다. 이러한 부품은 기계의 강성을 감소시키지만 보다 컴팩트하게 만듭니다.

Arduino, GRBL, 실드, 스핀들 및 프로브

SUZIE의 두뇌는 GRBL 펌웨어를 실행하는 Arduino Uno입니다.

GRBL에는 몇 가지 상용 방패가 있지만 이 경우에는 더 어려운 경우였습니다. 내가 만든 첫 번째 실드는 L298N과 L297 조합을 사용하여 스테퍼를 구동했습니다. 뜨겁고 시끄러웠다. 나중에 Pololu A4988 드라이버로 시스템이 개선되도록 재설계되었습니다.

회로는 프로토타입 보드에서 만들어지며 거의 모든 GRBL 연결을 사용할 수 있습니다. 이 보드가 추가된 이후 L298N 및 L297 조합 버전에 비해 이 드라이버에는 마이크로스테핑이 있기 때문에 과열 없이 훨씬 더 오랜 시간 동안 기계를 작동할 수 있었고 소음이 적었습니다. 현재 펌웨어는 GRBL 1.1f로 업데이트되었으며 매우 원활하게 실행됩니다.

최근에 추가된 또 다른 제품은 적절한 스핀들 브러시리스 모터(dmw57314)입니다. 이것은 이제 Arduino에 의해 제어되며 첫 번째 반복에서 가지고 있던 dremel과 같은 드릴에 비해 훨씬 더 조용합니다.

이 프로브는 Z축만 측정하도록 제작되었습니다. X 및 Y 종류의 프로브는 손으로 만들기가 더 복잡하고 다른 시간에 도전이 될 것입니다. 프로브를 사용하면 SUZIE는 PCB 밀링에 중요한 커팅 비트 팁을 찾는 데 매우 정확할 수 있습니다. 항상 켜짐 버튼이며 비트가 아래로 당겨지면 두 개의 와이어를 분리하고 GRBL 위치에 신호를 보냅니다. 그 반복성은 매우 정확합니다.

결론

SUZIE MODEL ONE은 CNC 기계를 만드는 방법을 배우는 훌륭한 방법이었습니다. 많은 문제가 해결되었고 많은 특성이 개선되었으며 확실히 말할 수 있습니다. 완료되었습니다!

이 구조에서는 개선해야 하는 모든 것이 더 이상 의미가 없습니다.

SUZIE MODEL TWO는 이 디자인에서 좋은 점을 더하고 모델의 문제점을 근본적으로 개선하기 위해 디자인될 것입니다. 한 가지 확실한 것은 금속이 될 것입니다!

코드

GRBL

회로도

GRBL 연결