Suzie Model One - CNC-Maschine

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Über dieses Projekt

Einführung

SUZIE MODEL ONE wurde zum Schneiden von Leiterplatten entwickelt. Das Ziel war es, eine starre Maschine zu schaffen, die genau und möglichst automatisch ist. Der einzige manuelle Vorgang, der derzeit erforderlich ist, besteht darin, Schneideinsätze zu wechseln und die Z-Sonde an der richtigen Stelle zu platzieren.

Diese Maschine ist das Ergebnis eines Trial-and-Error-Prozesses, bei dem mehrere Teile neu konstruiert und umgebaut wurden, um das bestmögliche Ergebnis zu erzielen. Das Hauptproblem war die Steifigkeit:Wenn die Maschine nicht hart genug ist, verbiegt sie sich beim Schneiden und das Ergebnis ist ein Ausfall. Jitter beim Kurvenfahren ist das andere Hauptproblem. Es ist möglich, die Geschwindigkeit zu reduzieren, um dies zu vermeiden, aber Zeit ist Geld, und einige Schnitte funktionieren mit der richtigen Geschwindigkeit besser, nicht langsamer.

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Die nächsten Kapitel werden zeigen und erklären, warum einige Entscheidungen bei der Konstruktion getroffen wurden und welche Probleme es gegebenenfalls zu lösen gilt.

Abmessungen

Externe Größe:

• 46cm Breite

• 62cm Länge (43cm funktioniert nicht)

• 58cm Höhe (mit dem Kabelschlauch gezählt)

Arbeitsbereich ist ungefähr:

• 20 cm Breite (X)

• 20cm Länge (Y)

• 6 cm Höhe (Z)

Suzies Ansichten

XY-Achse, Steppermontage und Spiel

SUZIE hat kein Spiel auf der X- und Y-Achse.

Es wurde kein Ausgleich in der Firmware vorgenommen und schneidet immer mit den richtigen Maßen. Dies ist durch die Verwendung von Riemen anstelle von Leitspindeln möglich. Die Leitspindel benötigt diesen kleinen Spalt, um reibungsfrei in der Mutter zu laufen, und das muss ausgeglichen werden. Kein Problem dabei, aber mit der Zeit, wenn die Mutter verschleißt, die ein konstantes Spiel verursacht, das in der Firmware konfiguriert werden muss, aber wenn die Leitspindel verschleißt, ist das Problem größer, nur weil der normale Betrieb einer CNC-Maschine verschiedene Segmente der Gewindespindel mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Kräften; Dies bedeutet, dass der Verschleiß nicht gleichmäßig und nicht kompensierbar ist.

Die Riemen sind stark genug, um Kräfte auch beim Schneiden von Metall auszuüben, und wenn sie richtig gedehnt werden, ohne spürbare Elastizität.

Beide Achsen der SUZIE verwenden die gleiche Technik, um die Kraft vom Stepper auf das bewegliche Teil zu übertragen, jedoch mit einem großen Unterschied in der Montage von Riemen und Stepper. Bei beiden bildet der Gürtel keine Schlaufe wie beispielsweise bei einem 3D-Drucker; der Mechanismus dafür ist größer und bietet mehr Platz. Hier ist das Band offen, an beiden Enden fixiert und der Stepper läuft darauf als Zahnstangenrad.

Am X-Auto ist der Stepper befestigt und der Riemen ist an der Maschine befestigt. Der Stepper fährt mit dem Auto.

Y-Fach

Das Y-Tray verwendet das gleiche Konzept, jedoch mit einem festen Stepper und einem beweglichen Band. Ist genau das Gegenteil der X-Achse. Mit dieser Lösung steht eine weitere Möglichkeit zur Verfügung:Die maximale Länge des Y-Trays ist nahezu unbegrenzt und kann ohne Änderung des Maschinendesigns bedarfsgerecht verändert werden. Dies ist auch möglich, weil sich die Schiene auf dem beweglichen Tablett befindet und die Lager an der Unterseite der Maschinenstruktur befestigt sind.

Dieses Bild zeigt das Stützteil des Y-Lagers. Dieser (linke Seite) und der andere, von dem nur das obere Lager sichtbar ist, sind auf das X-Fahrwerkswerk ausgerichtet und direkt darunter und mit der Spindel zentriert. Dies bedeutet, dass alle Abwärts- und Seitwärtskräfte auf Druck auf die Basis übertragen werden. Dadurch kann die Stütze sehr steif wirken und viel Kraft aushalten. Wie wir uns anhand dieses Bildes vorstellen können, ist die Länge des Trays für die Mechaniker nicht wichtig und braucht keine auferlegte Begrenzung (nicht ganz richtig) - die Grenze könnte die Software, die Trayherstellung oder die maximale Länge des Bandes sein - aber zum Beispiel ist es perfekt möglich, ein 1 Meter langes Tablett für eine spezielle Arbeit hinzuzufügen.

Z-Achse und Führungsmannschaft

Die Verwendung einer Riemenkonfiguration in dieser Achse hat ein großes Problem. Der Stepper muss ständig belastet werden und bei einem Stromausfall würde die Spindel einfach in das Werkstück eintauchen und möglicherweise den Bit, den Motor oder auch das Werkstück und die Ablage beschädigen. Die Lösung liegt hier auf der Hand:Leitspindel.

Diese Leitspindel und Mutter wurden speziell für diese Maschine angefertigt. Die Schraube hat die notwendige Länge, Platz für Lager, Sicherungsmutter und Verbindung zum Stepper. Es wurde auf einer alten britischen Handdrehmaschine in metrischer Konfiguration hergestellt. Das einzige Problem ist, dass das Synchronisationsrad nicht metrisch funktioniert, daher war eine ganz besondere Art der Drehmaschine erforderlich, um diese Schraube herzustellen. Die Nuss wurde 3D gedruckt.

Dieses System hat kein Spiel, da die 3D-gedruckte Mutter ohne Lücke hergestellt wurde (sie läuft nur und verursacht viel Öl), aber die Konfiguration aller XZ-Fahrzeuge ist sehr flexibel. Was die Spindel in ihrer Position hält, ist ihr Gewicht. Wenn wir es mit der Hand nach oben schieben, können wir es 2 bis 3 Millimeter verschieben, indem wir alle Schienen ein wenig biegen. Der einzige mechanische Weg, dies zu lösen, besteht darin, die Steifigkeit der Maschine zu erhöhen. Die andere Lösung besteht darin, die Eintauchgeschwindigkeit zu verlangsamen. Vergessen Sie nicht, dass der Schneidvorgang seitlich auf der X- und Y-Achse erfolgt. Wenn die Eintauchgeschwindigkeit also nicht sehr hoch ist, wird der Schnitt durch das Gewicht der Z-Wagen und der Spindel in die richtige Position gezwungen. Im Fall von SUZIE ist die maximale Eintauchgeschwindigkeit der Maschine zum Schneiden von weichen Materialien in Ordnung, daher war keine Verlangsamung erforderlich und ich musste sie nur beim Schneiden von Metall (Messing) verlangsamen.

3D-gedruckte Teile

Diese Maschine war nur mit 3D-gedruckten Teilen möglich. Die Werkzeuge, die mir zur Verfügung standen, um die Maschine zu bauen, waren nicht geeignet, um komplexe Teile von Hand zu bauen, wie zum Beispiel die Stepperstützen. Alle Teile wurden mehrfach entworfen und gedruckt, um spezielle Funktionen oder strukturelle Verbesserungen zu berücksichtigen. Diese Teile verringern die Steifigkeit der Maschine, ermöglichen aber eine kompaktere Bauweise.

Arduino, GRBL, Schild, Spindel und Sonde

Das Gehirn von SUZIE ist ein Arduino Uno, auf dem die GRBL-Firmware läuft.

Es gibt mehrere kommerzielle Schutzschilder für GRBL, aber in diesem Fall war es eher ein Herausforderungsfall. Das erste Schild, das ich gebaut habe, habe ich die Kombination L298N und L297 verwendet, um die Stepper anzutreiben. Es war heiß und laut. Später mit den Pololu A4988-Treibern wurde das System überarbeitet, um es zu verbessern.

Die Schaltung wird auf einer Prototypenplatine hergestellt und verfügt über fast alle verfügbaren GRBL-Anschlüsse. Seit dem Hinzufügen dieser Platine konnte die Maschine im Vergleich zur Kombinationsversion L298N und L297 viel länger ohne Überhitzung und weniger Geräusche arbeiten, da diese Treiber über Mikroschritte verfügen. Aktuell wird die Firmware auf GRBL 1.1f aktualisiert und läuft sehr flüssig.

Eine weitere Neuerung war ein richtiger bürstenloser Spindelmotor (dmw57314). Dies wird jetzt vom Arduino gesteuert und ist im Vergleich zu dem Dremel-ähnlichen Bohrer, den ich in der ersten Iteration hatte, viel leiser.

Diese Sonde wurde hergestellt, um nur die Z-Achse zu messen. Die X- und Y-Sonden sind komplexer von Hand herzustellen und werden zu anderen Zeiten eine Herausforderung sein. Mit der Sonde kann SUZIE die Schneidspitze sehr genau lokalisieren, was für das PCB-Fräsen entscheidend ist. Es ist ein immer EIN-Knopf und wenn das Bit ihn nach unten zieht, trennen Sie die beiden Drähte und signalisieren GRBL die Position. Seine Wiederholbarkeit ist sehr genau.

Fazit

SUZIE MODEL ONE war eine ausgezeichnete Möglichkeit, um zu lernen, wie man eine CNC-Maschine herstellt. Viele Probleme wurden gelöst, viele Eigenschaften verbessert und ich kann mit Sicherheit sagen:Es ist vollbracht!

Alles, was verbessert werden muss, macht bei dieser Struktur keinen Sinn mehr.

SUZIE MODEL TWO soll das Gute an diesem Design steigern und die Probleme des Modells radikal verbessern. Eins ist sicher:Es wird Metal!

Code

GRBL

Schaltpläne

GRBL-Verbindungen