スージーモデル1-CNCマシン

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このプロジェクトについて

はじめに

SUZIE MODELONEはPCBをカットするために作られました。目的は、正確で可能な限り自動化された、剛性の高い機械を作成することでした。現在、必要な手動プロセスは、カッティングビットを交換してZプローブを適切な場所に配置することだけです。

このマシンは、可能な限り最高の結果を得るためにいくつかの部品が再設計および再構築された試行錯誤のプロセスの結果です。主な問題は剛性でした。機械が十分に硬くない場合、切断中に曲がり、結果として故障になります。コーナリング時のジッターは他の主な問題です。それを回避するために速度を下げることは可能ですが、時は金なりであり、ある種のカットは、遅くなるのではなく、適切な速度でうまく機能します。

詳細については、Instagramで#suziecncを確認してください。

次の章では、建設でいくつかの決定がなされた理由と、該当する場合は、解決すべき問題について説明します。

寸法

外形サイズ：

• 幅46cm

• 62cmの長さ（43cmは機能しません）

• 高さ58cm（ケーブルチューブで数える）

作業領域はおおよそ：

• 幅20cm（X）

• 長さ20cm（Y）

• 高さ6cm（Z）

スージーの見解

XY軸、ステッパーの取り付けとバックラッシュ

SUZIEのX軸とY軸のバックラッシュはゼロです。

ファームウェアでは補正は行われず、常に正しい寸法でカットされます。これは、親ねじの代わりにベルトを使用することで可能になります。親ねじは、摩擦なしでナットの内側を走るためにその小さなギャップを必要とし、それを補償する必要があります。それで問題はありませんが、時間の経過とともに、ファームウェアで構成する必要がある一定のバックラッシュを引き起こすナットの摩耗がありますが、CNCマシンの通常の動作が異なるセグメントを使用しているという理由だけで、親ねじの摩耗の場合は問題が大きくなります速度と力が異なる親ねじ。これは、摩耗が均一でなく、補償することが不可能であることを意味します。

ベルトは、金属を切断する場合でも力を加えるのに十分な強度があり、適切に伸ばされていれば、目立った弾力性はありません。

SUZIEの両軸は、ステッパーから可動部分に力を伝達するために同じ手法を使用していますが、ベルトとステッパーの取り付け方法に大きな違いがあります。どちらのベルトでも、たとえば3Dプリンターのようにループを作成しないでください。そのためのメカニズムはより大きく、より多くのスペースを腰に当てます。ここではベルトが開いており、両端が固定されており、ステッパーがラックホイールとしてベルト上を走行します。

X車にはステッパーが取り付けられており、ベルトは機械に固定されています。ステッパーは車と一緒に動きます。

Yトレイ

Yトレイは同じコンセプトを使用していますが、固定ステッパーと可動ベルトが付いています。 X軸の正反対です。このソリューションでは、別の可能性が利用できます。Yトレイの最大長は事実上無限であり、マシンの設計を変更せずに必要に応じて変更できます。これは、レールが移動トレイ上にあり、ベアリングが機械構造の下部に固定されているためにも可能です。

この写真はYベアリングのサポート部分を示しています。この1つ（左側）と上部ベアリングのみが表示されているもう1つは、X車の動きに合わせて配置され、スピンドルの真下で中央に配置されています。これは、すべての下向きおよび横向きの力が圧縮方法でベースに伝達されることを意味します。これにより、サポートは非​​常に堅固に機能し、多くの力を維持することができます。この写真で想像できるように、トレイの長さはメカニックにとって重要ではなく、制限を課す必要はありません（完全に正しいわけではありません）-制限はソフトウェア、トレイの製造、またはベルトの最大長である可能性があります-しかしたとえば、特別な作業のために1メートルの長さのトレイを追加することは完全に可能です。

Z軸とリードクルー

この軸でベルト構成を使用することには大きな問題があります。ステッパーは一定の負荷がかかっている必要があり、停電の状況では、スピンドルがワークに突っ込み、ビット、モーター、またはワークとトレイに損傷を与える可能性があります。ここでの解決策は明らかです：親ねじ。

この親ねじとナットは、このマシンに合わせてカスタムビルドされました。ネジには、必要な長さ、ベアリング、ロックナット、およびステッパーへの接続のためのスペースがあります。これは、メートル法の構成の古い手動インペリアル旋盤で作成されました。唯一の問題は、同期ホイールがメートル法で機能しないことです。そのため、このネジを作成するには、旋盤を使用する非常に特別な方法が必要でした。ナットは3Dプリントされました。

このシステムは、3Dプリントされたナットが隙間なく作られているため（大量のオイルが発生するだけです）、バックラッシュはありませんが、すべてのXZ車の構成は非常に柔軟です。スピンドルをその位置に維持するのはその重量です。手で上に押すと、レールを少し曲げるだけで2〜3ミリ動かすことができます。これを解決する唯一の機械的な方法は、機械の剛性を上げることです。もう1つの解決策は、プランジ速度を遅くすることです。切断プロセスはX軸とY軸の横方向であることに注意してください。したがって、プランジ速度がそれほど速くない場合、Z車とスピンドルの重量により、切断が正しい位置に強制されます。 SUZIEの場合、機械の最大突入速度は柔らかい材料を切断するのに問題がないので、減速する必要はなく、金属（真ちゅう）を切断するときに減速するだけで済みました。

3Dプリントパーツ

この機械は、3Dプリントされた部品を使用することによってのみ可能でした。機械を作るために私がアクセスしたツールは、たとえばステッパーサポートのような複雑な部品を手作業で作成するのには適していませんでした。すべての部品は、特別な機能や構造の改善に対応するために、複数回設計および印刷されています。これらの部品は機械の剛性を低下させますが、よりコンパクトにすることができます。

Arduino、GRBL、シールド、スピンドル、プローブ

SUZIEの頭脳は、GRBLファームウェアを実行しているArduinoUnoです。

GRBLにはいくつかの商用シールドがありますが、この場合はもっと挑戦的なケースでした。私が構築した最初のシールドは、L298NとL297の組み合わせを使用してステッパーを駆動しました。暑くて騒々しかった。その後、Pololu A4988ドライバーを使用して、システムが再設計され、改善されました。

回路はプロトタイプボード上に作られ、ほとんどすべてのGRBL接続が利用可能です。このボードが追加されて以来、L298NとL297の組み合わせバージョンと比較して、これらのドライバーにはマイクロステッピングがあるため、マシンは過熱することなく、ノイズを少なくすることで、はるかに長い時間動作することができました。現在、ファームウェアはGRBL 1.1fに更新されており、非常にスムーズに動作します。

もう1つの最近の追加は、適切なスピンドルブラシレスモーター（dmw57314）でした。これは現在Arduinoによって制御されており、最初の反復で持っていたドレメルのようなドリルと比較してはるかに静かです。

このプローブは、Z軸のみを測定するために作成されました。 XとYの種類のプローブは、手作業で作成するのがより複雑であり、他の時期には挑戦となるでしょう。プローブを使用すると、SUZIEは、PCBフライス加工に不可欠なカッティングビットチップの位置を非常に正確に特定できます。これは常にオンのボタンであり、ビットがそれを引き下げると、2本のワイヤを外し、位置をGRBLに通知します。その再現性は非常に正確です。

結論

SUZIE MODEL ONEは、CNCマシンの作り方を学ぶための優れた方法でした。多くの問題が解決され、多くの特性が改善されました。確かに言うことができます。

改善が必要なものは、この構造ではもはや意味がありません。

SUZIE MODEL TWOは、この設計で優れている点を増やし、モデル1の問題を根本的に改善するように設計されます。確かなことの1つ：それは金属になります！

コード

GRBL

回路図

GRBL接続