Alden Gs CNC-Maschine und Erzählung

Die folgende Erzählung stammt vollständig von Alden und ich hoffe, sie wird anderen helfen, ähnliche Projekte in Angriff zu nehmen. Achten Sie besonders auf die Empfehlungen zu den Details des Aufbaus. Er gibt sehr hilfreiche Hinweise zu Methoden, die sich aus seinen Versuchen ergeben haben. Hintergrund Ich begann im Februar 2010 für einen Freund zu recherchieren, was genau G-Code in Verbindung mit CNC-Maschinen ist. Sehr bald darauf entdeckte ich Patrick Hood-Daniels wunderbare Welt der BYO CNC Website zusammen mit vielen anderen. Der CNC-Virus hatte mich gepackt. Ich bin schon lange ein begeisterter Heimwerker. Früher habe ich Ionen-Gas-Lasergrafik- und Spezialeffektprojektoren entworfen und gebaut, zusammen mit der Steuerungselektronik und Computer-Grafik-Steuerungssystemen, um sie zu steuern. Ich habe Bridgeport-Fräsmaschinen und sehr gute Metalldrehbänke verwendet, um Aluminiumteile für die Closed-Loop-Scanner und Optikhalterungen der Projektoren zu bearbeiten. Wir träumten immer davon, CNC-gesteuerte Erweiterungen an der Fräsmaschine und der Drehbank zu haben (obwohl ich damals nur ein sehr grundlegendes Verständnis davon hatte, was das war, z.B. computergesteuerte automatisierte Werkzeuge). Ich bin mir sicher, dass es für mich nicht annähernd so einfach gewesen wäre, diesen Weg zu gehen, wenn Patrick nicht über die Jahre seiner Forschung, seines Baus und ja, der Veröffentlichung seiner "zeitgestempelten" DIY-Videos (zeitgestempelt im Sinne des Beobachtens, wie seine Familie und seine "Werkstatt" im Hintergrund wachsen) so viel Hingabe und Hartnäckigkeit gezeigt hätte. Danke, danke, danke Patrick. Und danke an alle anderen, deren Internet-Beiträge es anderen ermöglichen, zu lernen und davon zu profitieren. Nach eingehender Betrachtung von Patricks Maschinen und denen in YouTube-CNC-Videos entschied ich mich, einen Teil meines Designs auf Patricks blueChick 3.0 Maschine aufzubauen. Allerdings entschied ich mich für meinen ersten Versuch für die preiswerteren Aluminium-Winkelschienen und Lagerschlitten. Und so begann es Ende März begann ich, die Z-Achsen-Komponenten, dann die Y-Achsen-Komponenten mit Bleistift auf Papier zu skizzieren, und bald holte ich meine alte Kopie von AutoSketch 6.0 hervor und erstellte ein 3-Ansichten-Design (wechselte aber ganz am Ende zu AutoCAD 2010). Während der Designphase bestellte oder kaufte ich die mechanischen Teile vor Ort und ermittelte deren Maßangaben. Ich erstellte Teilsymbole für Lager, Winkelaluminium, Lagerschlitten, Schrauben, Schrittmotoren, Antriebsverstärker, Netzteile in AutoSketch, damit ich deren Positionen, Ausrichtungen und Abstände zu anderen Objekten genau bestimmen konnte. Mein Designziel war es, einen nutzbaren 13" x 28" XY-Tisch zu erreichen, den ich übertroffen habe (Yeah!). Ein Wort zur Herstellung von Lagerschlitten: Es ist wirklich, wirklich, wirklich, wirklich wichtig, alle vier Schraubenlöcher in jedem Lagerschlitten präzise zu bohren und Gewinde zu schneiden und die Aluminium-Winkelzuschnitte rechtwinklig zu ihrer Länge und glatt zu machen. Tipp: Klemmen Sie den Winkel fest gegen den Anschlag einer Radialarmsäge. Messen und markieren Sie die Bohrer-Mittellinien mit einem digitalen Mikrometer. Schlagen Sie die Mitte jedes Lochs präzise mit einem federbelasteten Körner und gegebenenfalls einer Lupe an. Verwenden Sie eine Bohrmaschine und beginnen Sie mit einem sehr kleinen Bohrer, verwenden Sie schrittweise einen größeren Bohrer (mindestens 3 Größen bis zum Enddurchmesser), wobei der Winkel fest eingespannt ist. Schneiden Sie die 5/16-Zoll-Schraubengewinde mit dem Gewindebohrer in einer ausgeschalteten Bohrmaschine, DREHEN SIE DAS FUTTER VON HAND (eine halbe Umdrehung vorwärts, dann rückwärts, wiederholen), um sicherzustellen, dass die Gewinde sauber und senkrecht zur Aluminium-Winkelseite hergestellt werden. Im April und Mai schnitt, bohrte, schnitt neu, bohrte neu, gewindete, montierte und demontierte (unzählige Male) ich die Teile aller drei Achsen, bis sie richtig waren und funktionierten. Die Grundkonstruktion verwendet 3/4" Ahorn 5-fach aus dem Baumarkt. Der X-Tisch hat drei Längsversteifungen und eine mittlere Querstrebe. Die Y-Portal-Schiene hat eine Verdopplung. Sperrholz ist zweimal mit Polyurethan gestrichen. Ich verwendete flexibles 1/2"-Leerrohr aus dem Baumarkt für die Kabelführung und Service-Schleifen. An einer Unterseite der äußeren, länglichen Versteifung des X-Tisches verläuft das Leerrohr entlang der Versteifung und wird von Kabelklemmen vom Anfang bis zur Mitte gehalten. Der Rest des Leerrohrs kann sich frei in einer sich verlängernden und verkürzenden U-Kurve bewegen und endet in einer Klemme an der X-Portal-Motorplatte. Wo sich das Leerrohr innerhalb der Breite der unteren Platte des X-Portals biegt, habe ich eine abgerundete Aluminiumabdeckung über dem Zahnriemen, der Riemenscheibe und den Umlenkrollen angebracht. Dies schließt die Leerrohr-Serviceschleife vom Antriebsstrang aus. Zusätzlich verläuft eine 1/8"-Stahlstange außerhalb der Zahnriemenabdeckung, von Endstütze zu Endstütze, parallel zum Zahnriemen und darüber, um die Leerrohr-Serviceschleife vom Riemen fernzuhalten, der nicht durch die Aluminiumabdeckung geschützt ist. Es gab Zeiten, in denen ich auf die Lieferung von Teilen warten musste und nichts weiter tun konnte, bis sie eintrafen, also nutzte ich diese Zeit, um mich mit CamBam und Mach3 vertraut zu machen. Die Verkabelung begann in der ersten Juniwoche und dauerte insgesamt etwa 1 Woche. Viele weitere Löcher wurden durch Sperrholzkomponenten gebohrt, um den besten Weg für Leitungen und Kabel zu finden, aber nicht alle wurden verwendet. Das nennt man Versuch und Irrtum. Aus meinem Hintergrund in Elektronik und Computerdesign wusste ich, dass ich, wenn ich alle meine Kabel so kurz wie möglich hielt, TTL-Signalleitungen kurz und fern von hochstromführenden Schleifen hielt, ungeschirmte Kabel verwenden könnte. Die gravierendsten Kabel, die zu vermeiden waren, waren die Spulenzuleitungen der Schrittmotoren. Um dies zu erreichen, montierte ich alle Schrittmotortreiber in der Nähe ihrer jeweiligen Schrittmotoren. Ich montierte das geregelte Schaltnetzteil mit 36 V auf der X-Portal-Motorplattform (unter dem Tisch) neben dem Schrittmotortreiber, so dass sie sich mit dem X-Portal bewegten und alle meine 36-V- und Gnd-Leitungen zu den Schrittmotortreibern minimiert wurden. Übrigens: Ein 8-adriges Flachkabel, das in einen RJ-45-Stecker gecrimpt wird, wäre perfekt für die Führung der TTL-Signale. Und die Verwendung von RJ-45-Steckern könnte eine saubere Möglichkeit bieten, Trennpunkte bereitzustellen, um Dinge ohne großen Aufwand einfach abzuhaken. Die einzige Verkabelung, die ich innerhalb flexibler Kabelkanal-Serviceschleifen verwalten musste, waren zwei 3-Paar-24-Gauge-Kabel von der E/A-Platine zum X-Portal. Ein Kabel endete auf der X-Motorplattform mit XY-Endschalter, 5 V und X-Schritt- und Richtungssignalen. Das andere 3-Paar-Kabel (plus ein weiteres Kabel) führte weiter zum Y-Portal. Da der X-Treiber und das Netzteil nebeneinander lagen, mussten nur noch vier 16-Gauge-Silikon-36-V-Leitungen (2-V+ und 2-Gnd) zusammen mit den YZ-Datenleitungen zum Y-Portal geführt werden. Ich verwendete Anderson Power Pole 15-Ampere-Unisex-Anschlüsse mit den Silikonleitungen am Netzteil-Trennschalter. Ich fügte auch eine 3-Ampere-Sicherung und -Halterung in jede V+-Leitung zu den Treibern hinzu. Das Hinzufügen einer 6,5-Ampere-Slo-Blo-Sicherung am 115-Vac-Eingang des Netzteils steht auf meiner To-Do-Liste, zusammen mit dem Anbringen einer Plexiglas-Staubabdeckung über der parallelen Breakout-Platine. Ich verwendete einen Endschalter pro Achse und montierte jeden Schalter in der Mitte seiner Verfahrachse. An beiden Enden des Verfahrwegs jeder Achse sind verstellbare Auslöser angebracht, die den Endschalterhebel betätigen. Alle drei Endschalter sind in Reihe (ODER-verknüpft) an einen I/O-Eingang angeschlossen. Ich verwendete JST-Stecker an jedem Schalter. Ich begann mit einer 5/16" x 18 Gewindestange für den Z-Achsen-Antrieb und einer Form von Spielausgleich, die brauchbar schien, änderte dies aber zu einer ACME-Gewindespindel und einer echten spielfreien Mutter. Da es sich um eine Nachrüstung handelte, montierte ich die spielfreie Mutter so, dass sie in die Rückwand der Z-Box eingelassen war, damit ich keinen Verfahrweg verlor und vermied, das ganze Ding seitlich zu montieren, was zu einem Verlust des Y-Portal-Verfahrwegs geführt hätte. Ich habe die Schrittmotoren auf diesem Foto seit der Aufnahme aufgerüstet. Der Not-Aus-Schalter verwendet einen 2. E/A-Eingang, während die X-, Y- und Z-Auto-Werkzeug-Nullpunkt-Tastplatten einen 3. E/A-Eingang verwenden. Ich verwende die Auto-Werkzeug-Nullpunkt-Makro-Taste für Z und die G-Code-Makro-Taste für X & Y. Das ist das Ausgeklügelteste, was ich bisher erreicht habe. Bisher scheint alles gut zu funktionieren. Ich hatte keinerlei Signalstörungen an den Schrittmotortreibern oder Endschaltersteuerungen. Die Motoren laufen ruhig ohne Schrittverluste, Steuer- und Antriebssignale sehen auf einem Oszilloskop sauber aus, und ich musste die Standardwerte für die Entprellung der Endschalter von Mach3 nicht ändern. So, nun habe ich mein erstes (oder wie wir sagen) Final-Before-Last (FBL) 20" x 40" CNC-Fräsmaschinenprojekt abgeschlossen und bin dabei, es zu debuggen und sehr einfache Fräs- und Schneidversuche durchzuführen. Die XY-Positionswiederholgenauigkeit und -präzisionstests mit einer Messuhr sind besser als .00075". Z schneidet etwas besser ab (kein Wortspiel beabsichtigt). Nachdem ich die im Mach3-Handbuch empfohlene Überprüfung der Positionsgenauigkeit mit der Messuhr durchgeführt hatte, ätzte ich mit meinem Dremel-Werkzeug ein 14" x 30" großes Arbeitsraster mit 1"-Mitten und einer Tiefe von 0,05" auf meine opferbereite 3/4" MDF-Platte. Dabei zeigte sich auch, wo sich tiefe oder hohe Stellen auf dem Tisch befanden, und ich bekam eine gute Vorstellung davon, wie ich meine Oberflächenbearbeitung spezifizieren sollte. Ich verwendete den Mach3-Assistenten "Oberflächenbearbeitung mit Werkzeug unten in Y" und das war eine enorme Zeitersparnis. Es dauerte etwa 4 Stunden bei einer Vorschub- und Eintauchgeschwindigkeit von 10/10 mit dem 1/4", 2-schneidigen Fräser des Dremels, aber es lieferte ein sehr respektables Ergebnis. Ich fräste in einem Durchgang auf -0,0185" herunter, um eine ebene Arbeitsfläche zu erhalten. Ich besitze meinen Dremel Modell 395 schon seit Jahren und er hatte wahrscheinlich weniger als 10 Stunden Betriebszeit. Nach der Oberflächenbearbeitung hatte das vordere Lager ziemlich viel Seitenspiel. Kurz gesagt, es war nicht das vordere Lager, sondern die Aussparung des Motorgehäuses, die das Lager an Ort und Stelle hält, hatte ihre Form verändert. Ich wickelte das äußere Lager mit 1 1/2 Wicklungen Aluminium-Klebeband ein und beseitigte das Spiel. Jetzt ist es wieder einsatzbereit. Ich benutze meinen Dremel zum Testen, bevor ich meinen Porter Cable 892 Fräser montiere. Außerdem musste mein Tisch funktionieren, damit ich die PC-Halterung mit dem Dremel ausschneiden konnte. Gut so, denn heute habe ich vergessen, das Erdungskabel an den Dremel-Fräser anzuklemmen, als ich die Z-Achse auf Null stellte, und den Fräser in die Mitte der Erde getrieben, wodurch das Y-Portal an Orte gezwungen wurde, an die es nicht gelangen sollte. Alles wurde jedoch mit etwas Elmers Kleber repariert. Ja, Sperrholz! Allgemeine Spezifikationen XY-Tisch Gesamtabmessungen - 20" x 40" XY Nutzbare Abmessungen - 14,5" x 30,4" Z-Achsen maximaler Verfahrweg - 3,5" X,Y,Z Endschalter implementiert X,Y,Z AutoZero Werkzeugtastplatten implementiert mit VBA-Skripten Wechselbare Fräserhalterungen - (Dremel, Porter Cable Oberfräse, etc.) Gesamthöhe - 26,5" Tischmaterialien - 3/4" (.7145") Ahorn, 5-fach Sperrholz XYZ-Schienen - 3/4" 90 Grad Winkelaluminium XYZ-Schienenlagerwagen - AEBC1 5/16" I.D. Skate-Lager auf 3/4" Aluminiumwinkel Sperrholz-Verbindungsmethode - 1/4-20 Fassmuttern (Eckbefestigungen) oder Holzleim und Nägel Software CamBam Plus - lizenziert - Version [Beta 0.9] Rel 7f Mach 3 - lizenziert - Version R3.042.038 Computer E/A CNC4PC Modell C10 Opto-isolierte Parallelport Breakout Board - bietet Schritt- & Richtungssteuerung für XYZ-Achsen-Schrittmotoren, Eingänge für XYZ-Positionsendschalter, XYZ Auto Tool Zero Tastplatten und Not-Aus-Taste. Antriebsmechanik Alle Schrittmotoren sind Keling NEMA 23, 4-polige (Spulen) unipolare / bipolare Typen, die bipolar/parallel verdrahtet sind. X & Y werden von 425 oz.in. Schrittmotoren angetrieben, 1,8 Grad/Schritt, 200 Schritte/Umdrehung. Z wird von einem 185 oz.in. Schrittmotor angetrieben, 1,8 Grad/Schritt, 200 Schritte/Umdrehung. X & Y-Achse verwendet einen 3/8" breiten, 0,2" Teilung Zahnriemen mit 14-zahnigen Zahnriemenscheiben, was 1142,86 Schritte pro Zoll ergibt, bei einer auf 1/16 Mikroschritt eingestellten Antriebsverstärkung. Der Z-Achsen-Schrittmotor treibt eine 3/8" Durchmesser, 5 Steigung (10 Umdrehungen, 2 Starts) ACME-Gewindespindel in eine spielfreie Mutter, bei 4000 Schritten pro Zoll, mit auf 1/4 Mikroschritte eingestelltem Schrittmotorantrieb. Antriebselektronik Keling KL-4030 H-Brücken-Treiber, Strombegrenzung 3.0A max, Mikroschrittbereich 1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64 Keling KL-350 36V, 9.7A geregeltes Schaltnetzteil.