G300 - 3D印有CNC机

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简介:G300 - 3D印刷数控机床

关于:热情的勤杂工,专业的工程师

大约6个月前,我开始设计一台CNC机器,让我开展一些铣削作品;设计阶段在时间方面非常苛刻,因为它涉及机械和电子部件。
我决定把这台机器叫做G300因为€ 300是我为自己设定的总体支出目标,我能够实现。我打算使用G300主要对木材和塑料板(PP和PE),但我相信它也可以用于铝。

第1步:框架设计 - 初步选择

灵感
在开始之前,我分析了一些现有的项目,我特别赞赏Nikodem Bartnik和Topsie的作品,感谢他们为开放CNC世界做出的贡献,感谢他们给社区提供了一些漂亮的项目,我也从中得到了灵感。

设计和结构选择
在创建我的提案时,我受到现有解决方案的启发,我通过个人重视的个人排名评估了每个组件:

  • 它是否允许我满足目标预算?
  • 它是最佳的解决方案吗?
  • 它足够强吗?
  • 它有足够的可靠性和耐用性吗?

因此,我大致建立了我的CNC的特征,其中包括:

  • 带2040铝型材的框架;
  • 625ZZ v槽轮;
  • GT2纤维增强带;
  • Z轴的铅螺杆;
  • 3D打印元素在PLA;
  • Arduino和GRBL;
  • 带TB6600的Nema23电机;
  • Katsu路由器(Makita RT0700C克隆);

外形尺寸和工作区域
对于我的申请,我有兴趣的工作面积约为600x450mm,垂直游览约为60毫米;CNC(不包括电子盒)的总体尺寸约为1000x800mm。如果您需要不同的工作区域,请记住X轴中的铝型材必须长度至少为130mm所需尺寸,而在Y轴中至少至少160mm。

第2步:设计与融合360

融合360:框架设计

我已经使用Fusion360作为爱好5年了,它在很多场合对我都有帮助;因此,我选择了它来制造G300,详细地建模了创建我的CNC所需的每一个组件。

https://www.188bet比分autodesk.com/products/fusion-360/perso ...

融合360的特征是我喜欢的,是可用工具的简单性,它们的潜力和图形界面清洁。在整个创建过程中还有许多模块伴随着您的过程:概念与凸轮的草图,3D实体,机械分析,渲染和物理创建。

我选择的几何形状是相当的正方形和常规;因此,建模工具简单且基本:素描,挤出,拉伸,移动/复印,圆角,钻。尽管对控制的相对简单,但设计阶段需要几个小时,从我的空闲时间跨越大约6个月;当我尝试尽可能多地优化每个单个元素时,对这些部分的修订花了很多时间。涉及优化的设计:功能,实力,最后我试图对我设计的产品进行个人触摸。

Fusion 360:组件库

然后使用McMaster-Carr库完成三维模型,已包含在Fusion360中,具有巨大的各种各样的小部分,使我允许我插入所有螺钉,螺栓,螺母,垫圈等。
不可用的几个物体,或者尺寸对我所需要的尺寸不足,我发现它们通过免费库www.grabcad.com.通过三维模型,精确到最小的细节,我能够分析每个元素,并自设计阶段以来做出适当的变化,从而消除了对初步原型设计的需求。

第3步:定制电子产品

我目前正在为G300管理层开发一种定制电子产品,它由两个单独的Arduinos耦合而成。第一个使用GRBL软件管理CNC操作,而第二个专用于管理主轴转速。
特别地,第二个Arduino从GLBL的TX端口读取所需的主轴速度,并将其与真实的一个通过IR传感器测量的,并确保使用PI / PID系统匹配。在检测到错误(将停止信号发送到Arduino Grbl)时,它还负责CNC的紧急停止。我仍在测试系统,它还没有准备好发布,所以我现在正在使用传统电路。

第4步:材料

需要工具

使用的主要工具是3D打印机,将制作G300的所有主要元素;需要20x20cm的打印表面。

  • 螺丝刀
  • 扳手
  • 六角扳手
  • 演练
  • 通过孔点击Ø5
  • 等级
  • 卡钳
  • 方形/统治者
  • 塑料钢的双组分环氧胶水


物料清单

我创建了两个PDF:一个有用的扁平版本,其用于具有材料的整体思想,并且另一个在其中零件被组分除以组件,在组装阶段更有用。PDF附在此步骤的底部

STL文件

https://drive.google.com/file/d/1gzer1zvrvbrhgvuli ...


三维打印对象的设置
由于打印件的精度至关重要,因此检查3D打印机的方正度和打印件的尺寸精度非常重要;需要20x20cm的打印表面。我使用了一个带有0.4毫米喷嘴的Tevo狼蛛和CURA切片机,其设置已经过调整,以增加碎片的阻力:

  • PLA因为它是一种刚性材料,我不推荐PETG,因为它太柔软;
  • 略高于正常温度,以确保更好的融合,即使以牺牲某些小毛刺为代价;
  • 层厚度0.3mm;
  • 30%网格填充;
  • 至少3条周界线;
  • 外缘边缘5mm;
  • 我首先打印填充然后边缘,填充连接将在壳体上含糊不可见,但这确保了两者之间的更好连接;
  • 熨烫表面和刚性表面。

STL文件已经在打印位置,确保了该件的最佳阻力以及支撑的最少使用。我使用了大约1.8kg的灯丝来打印所有必要的组件。

附件

步骤5:框架组装

初步说明
奇怪的是我的NEMA23有Ø4mm螺纹孔,我认为适合加宽Ø4.5mm尖端的孔,然后制作新的Ø5mm螺纹。我的2040型型材有Ø5mm孔,而标准是Ø42mm;所以我不得不为M6螺栓拧它们它们(因此扩大了两个侧面板中的孔)。

如果您的配置文件是完美的标准,请为M5进行线程,不需要更改其他元素。

销插入
M5 L75螺纹条必须插入组件“Y托架LA”,“Y托架LB”,“Y托架RA”,“Y托架RB”,“X支架”和“X支架B”;在X面板中,它们必须在以上和下方定位。它们将用双组分环氧胶水固定:正确使用遵循产品说明;我让他们至少治愈了一天。

加强顶部
为了给20毫米的胶合板顶部提供更大的刚性,我做了一个10厘米高的网格板,网格约为25x25厘米;加强是在胶合板,我以前做了梳状接头。然后我用口袋把这些碎片固定好。

轨道
Assembly is quite simple and presents no particular problems but it is important to check its geometry.

对于X轨道,重要的是要用曲线2040的长侧检查横向表面的平方,并且在每个部分中,曲线的外部垂直距离保持恒定。

对于Y轨迹,我验证了脚与基面的正交性,然后验证了轨迹和地板之间的距离总是恒定的。我还验证了两个2040配置文件的自由部分具有相同的大小。

在误差小的情况下,它们可以用一点砂纸或少许胶带来纠正,以插入小厚度。不要将轨道固定到Y基础上。

车厢
然后与Y托架的组装进行,首先将部件“La”和“Ra”固定到轨道x;然后安装轮子,滑轮和垫片。然后继续固定外部面板“LB”和“RB”,电机,限位开关(左侧的2和右侧的左侧)和架构的下部。

我已经把它们分开组装好了,但还没有修好。X机架是工件最多的部件。建议首先在面板B上安装后部零件(件号D、E、电机、滑轮、限位开关等),然后在顶部面板C上安装608ZZ和两个ø8根钢筋,检查它们是否垂直且相互平行。

用6个轮子安装滑架的下部,而不会拧紧螺钉。组装X托架的上部(面板A,B和C),检查对准,然后安装6个轮子;组装Z托架及其所有部件并将其插入两个条之间。将X块放在轨道上并通过挂钩下部完成它,检查X和Z Carriages是否轻松滑动,然后拧紧螺钉。

该件最终通过将梯形螺钉容纳,电动机为Z轴,闭合带。

指南的平方 - XY飞机
首先将左侧指南固定为胶合板,用作参考;轨道必须尽可能遥远固定,否则工作空间将从前部中的面板伸出。临时固定第二架轨道,借助于y架,确保它们与平面的前侧相同。通过检查距离和对角线来测量Y轨道的平方。

将y架上拖车在两条轨道上并安装两个下轮块;然后插入GT2带略微预感。通过调整Y Carriages上的限制开关,首次上电后,将确保完美的XY正交性。

平方刀轴 - Z轴
我用一块长约20厘米的木头做的指南针,画出了纺锤轴的正方形;一端固定在主轴上,而另一端可以自由旋转,可以让您了解刀具的轴是否垂直于平面。如果没有,可以通过在Z支架和钻头支架之间放置小垫片进行调整。

第6步:电子组装

我已经包括了电气连接的图像;我想指出的是,我已经将限位开关NC串联起来,这样如果它们损坏,CNC就会停止工作;您应该安装噪音过滤器,以减少电机电缆产生的噪音。我遵循了这个指南,以防您想了解更多:https://github.com/gnea/grbl/wiki/Wiring-Limit-Switches

第7步:软件:Arduino,CAD,CAM和发件人

上传GLBL.
目前最新发布的GRBL版本是1.1h,它引入了自动调平,将在本项目中使用,使用A3/A4引脚专用于Y轴的第二个电机;第二个Y轴限位开关将与Z限位开关串联,如补丁说明所述。

https://github.com/gnea/grbl/releases

在上传代码之前,必须通过编辑config.h文件来启用某些功能,取消注释这些行:

#define homing_single_axis_commands //可选,可用于测试一个轴
#define HOMING_FORCE_SET_ORIGIN // Optional,I don’t like negative value of coordinates
#define ENABLE \u DUAL \u AXIS//必需
#define dual_axis_select y_axis //需要
#define dual_axis_config_protoneer_v3_51 //检查是否启用

其他G300参数可以在config.h文件中作为默认值输入,或稍后使用控制台输入。

$1=255保持电机就位
$ 3 =设置反转轴代码(见表)
$5=1将限位开关设置为常闭(NC)
$ 20 = 1启用软件限制
$21=1启用限位开关
$22=1启用归位
$23=设置归位方向(见表)
$30=设置主轴最大速度
$ 32 = 0激光模式关闭
$ 100 = x步骤/ mm
$ 101 = y step / mm
$102=Z步/mm
110美元= 1000 x最大速度(它可以稍后增加)
$111=1000 Y最大速度(以后可以增加)
$112=600 Z最大速度
120美元=30倍加速度
$ 120 = 30 y加速
$120=30 Z加速度
$ 130 = x最大旅行(对于我620)
$ 131 = y max旅行(对我来说440)
$ 132 = z最大旅行(对我来说116)

为了上传我用了ArduinoIDEhttps://www.arduino.cc/en/software例如,如果您使用的是非官方的Arduino板,您可能需要下载其他驱动程序https://sparks.gogo.co.nz/ch340.html.

要上传,请遵循以下指南://www.sledutah.com/How-to-Installuse-G...

软件:CAD.

如果要创建3D对象或修改现有的某些东西我推荐其中一个软件,无论是免费的:Fusion 360:https://www.188bet比分autodesk.com/products/fusion-360/pers ...
Freecad:https://www.188bet比分autodesk.com/products/fusion-360/pers ...

软件:Cam.

这些软件从输入几何图形开始,允许处理GCODE。根据您必须做的事情,有各种可能性:

3d
Fusion 360:https://www.188bet比分autodesk.com/products/fusion-360/pers ...
Freemill:https://www.188bet比分autodesk.com/products/fusion-360/pers ...

2D
ESTL / CAM:https://www.188bet比分autodesk.com/products/fusion-360/pers ...

软件:发件人
管理软件上有许多可能性,必须安装在专用于CNC的PC上;我从2012年使用了PC,你不需要出色的性能,但最好避免笔记本电脑:
蜡烛:https://github.com/Denvi/Candle
通用G码发送器:https://github.com/Denvi/Candle
LinuxCNC公司:https://github.com/Denvi/Candle
EstlCam公司:https://github.com/Denvi/Candle
Ultimatecnc:https://github.com/Denvi/Candle

前三个完全免费,estlcam是免费的,但未经许可的版本有广告,Ultimatecnc只有一些可解锁的功能,只有购买,但它在免费版中也是功能的。要开始我使用蜡烛,因为它非常简单,并且即使从一个非常旧的EEE PC,即使从旧的EEE PC执行设置和校准,我将使用LinuxCNC配置专用PC。

第8步:第一次启动/校准

检查:电机和止动块
用控制软件,我验证了3轴是在正确的方向上移动,否则它可以通过扭转4电机线或作出修改与控制台($3)。然后,我继续进行3个轴的归位,并验证止动块是否正常工作;使用归位,将执行自动调平。我将X和Y轴上的位移轨迹转移到木表面并检查对角线;如果不精确,可以通过在右限位开关的止动块上增加一个小厚度或移动轨道进行干预。当平方是完美的,第二个Y轨迹是确定固定的。此时可以张紧皮带;重要的是两个Y轴上的张力是相同的:你可以在皮带上放一个小砝码,比较垂直位移,你也可以用电话(或耳朵)来听捏产生的音符,就像是吉他弦一样。每次回家执行,数控将返回到完美的广场,因为我设置了'1美元=255',电机将保持紧张,不会失去他们的广场在整个工作会议期间。

校准
通过使用统治者验证尺寸的标准器来检查步骤/ mm的校准是很重要的,即真正的位移与软件提供的那些重合,否则它们会使用控制台命令100美元,101美元,102美元更新。

第一工作:Decimetric Grid
通过Fusion360,我准备一个带有10x10cm的网格,即我必须带回MDF烈士表面,它将作为用于机械定位的碎片的参考,我也插入了一些孔,其中我随后固定螺纹插入件允许阻止待铣削的碎片。在Fusion360我可以将草图导出到DWG,然后处理控制软件上的路径,或使用Fusion 360 CAM模块直接创建G代码。

第9步:改进

我设计了G300是一个模块化机器,目前我已经开发了直径为65毫米的切割机支架(对于Makita RT0700C,Katsu等)和52mm(带有ER11夹头的经典500W主轴)。
通过打印特定支撑,可以容易地适应安装其他切割器或激光模块。如果需要,您还可以将挤出机安装到3D打印非常大的物体,高达600x440x60mm;然而,在这种情况下,有必要对Arduino Uno / Nano引脚限制进行硬件改变。我将做的第一件事之一将是芯片清洁剂:真的是必要的。

第十步:G300在起作用

我的铝制配置

3毫米钻头1槽
XY进给速度:500mm/min
Z进给速度:200mm/min
Z步距:0.25mm(可加大)

第11步:修订

2021年5月28日修订:

- 已发布两种BOM的PDF:扁平和多级版本;

- 在Z托架的瓶子中添加了8mm轴轴环。

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    50点评

    0
    最大值14

    5天前

    我对3D打印/绘图/CNC非常感兴趣。我想知道为什么路由器要装在头上。移动起来似乎有很大的重量/惯性。路由器可以安装在基座上,并用一个柔性轴来进行实际雕刻。有什么想法吗?

    1
    g.grimmjow81.

    回复5天前

    重量对于减少由待研磨材料的电阻引起的振动是必要的。
    Flex shafts are not suitable for CNCs: they are too light, generate a lot of friction (therefore they overheat) and do not allow the motor torque to be optimally transferred.
    它们仅适用于DREMEL,扭矩有限,以及非常短的工作。

    0
    Tercero.

    回复3天前

    只有发现它是你想要的,是建立它并尝试一下。

    0
    Tercero.

    3天前

    做得好。不错的设计。我找不出有什么大问题。

    7
    j-max

    26天前

    我对所做工作的质量表示欢迎。这是一个相当干净的工作。在我看来,有两个设计问题在开始:塑料和三维打印部件,和皮带传动,这两个都不符合数控路由器的结构部件或驱动器的期望。一定地。对于CNC 3D打印机来说,工作良好的东西不能转换成CNC路由器,因为对精度、保持扭矩和刚度的要求是不同的。3D打印机,激光,等离子没有力量来处理工具头,而工具头是合理的轻。数控路由器/车床必须处理大量的阻力和振动,整个Z是沉重的。我犯了一个错误,在我的一些数控路由器上添加了结构部件,那简直是垃圾。

    有些人会说他们的工作正常,网络周围有一百个例子。也许。无论如何,热塑性塑料的年轻模量讲意识到:它不足以用于路由器应用。当然,仍然可以降低饲料和速度,降低削减深度,蚀刻少量材料,可能是可以获得合理的零件,不便拓展加工时间和工具快速变得迟钝。请记住,手掌路由器并不意味着在几小时内连续工作。其次,您可以在任何制造商的规格中查看:带有腰带的皮带,那就是腰带。所以你想超大腰带,以保持伸展量可忽略不计的金额。对于机器这个尺寸,PE 15mm HTD5M可能会做这个技巧,但牢记皮带驱动系统与螺钉相比具有低扭矩。

    第二个论点对于业余爱好使用是“足够好”。加工时间也是一个因素,他们不能全职在项目上全职工作。一台好机器允许从项目到下一个项目跳跃。几个爱好也需要精确的部件:机械,模型等。业余爱好者并不意味着每一个下一个项目维护他们的CNC路由器。对我来说,要求与专业人士不同。工业CNC路由器提供良好的生产力24/24,维护成本低。这是主要的差异。

    最后一个论点是价格。实际上,钢比铝($ / 3)或灯丝更便宜($ / 9)。任何人都有一个钻头并知道如何钻孔,这比打印零件要快得多。钢在数控路由器增加一些重量,这是倾倒加工振动的好事。无论是什么观点,我害怕3D印刷数控路由器是一个错误的好主意:机械性质是垃圾,它花费更多,需要更多的时间。

    0
    Ufanders.

    26天前回复

    欢迎您解决以上问题!

    0
    j-max

    26天前回复

    Easy : don't use plastic or 3D printed parts. Use metal instead : corners, tubing, metal plates. Just cut, drill and fasten. ;)

    1
    荷兰佬

    22天前回复

    好的,J-Max。假设我想要一个50“x30”的工作区。以300美元的价格用金属做这件事是不现实的。使用PLA时,切割速度慢,切割浅,精度低,这也是既定的。你建议哪一个DIY可以作为给定的工作区域,并且最接近300美元?下一个最好的是什么?

    0
    j-max

    22天前回复

    300美元是这种大小的任何数控路由器的不现实,我害怕。即使是MP CNC也将花费超过500美元。除非你是一个回收天才。

    1
    g.grimmjow81.

    22天前回复

    我仍然有所有物质订单,主要是在Aliexpress上购买:
    4x Nema23+4x TB6600+Arduino+endstop 68.56€ ((好的)
    4x 2040 VSLOT(2 600mm,2 750mm)34.12€
    4 LM8UU + 2X 8mm棒6.91€
    30x 625ZZ轮POM 37€
    GT2 10mm皮带+滑轮8.45€
    100x t-n坚果3.86€
    坚果,螺栓垫圈约20欧元(本店)
    Katsu路由器53.89€ (亚马逊)
    24V 10A电源21.99€(亚马逊)
    胶合板基地15€(本店)
    PLA 1.8KG 40€
    总计309.78€

    ; D.
    0
    j-max

    21天前回复

    309.78€适用于600x400的旅行区,但您可能忘记了很少的东西,如Z传输,DIY板,电缆载体,接线...为1250x750mm作为荷兰语,价格会提高,因为如果组件是合适的对于短暂的旅行,旅行增长可能会很可怕。还记得Xcarve的2040 x梁吗?在我谦虚的意见中,8毫米的存根不适合路由器加工,所以9mm GT2皮带,除了机器专用于极其柔软的材料铣削。我在200x300x80mm机器上有12毫米,那里仍然可怜的硬木。8毫米已经有点太亮了300克,它可能会在加工时弯曲太多。皮带也可能伸展太多,甚至pu白色gt2。这可能是塑料部件后面的机器的肌腱肌腱。我可以建议解放军可能会导致长加工时间的问题,因为路由器和电机可能达到40°C,并将使PLA部件软化在接触中?

    0
    荷兰佬

    22天前回复

    同意 - 但我想这就是他为这个建造的。我的问题仍然是,昂贵的金属设计是什么,那么你认为这将是一个改进的那些尺寸。

    1
    j-max

    21天前回复

    嗯,金属设计并不昂贵。那个尺寸要求旅行的龙门。为了降低成本,我会像下面这样的简单设计。除前部和后1/8“板外的结构的每个部分都来自相同的2x4x1 / 8”钢束部分。如果您选择了一个花哨的不锈钢,则该结构可能低于50美元或75美元,您无法使用灯丝和铝型材击败,但您可以获得更好的结构。然后添加最佳导向器,螺丝传输和电子设备。

    2
    g.grimmjow81.

    26天前回复

    谢谢你的评论。这台机器明确打算为像我这样的人奉献给周末的人,肯定不适合专业用途。
    在最初的阶段,我曾考虑使用钢板,但对我来说,制造精确到十分之一毫米的元件是不可能的,由专业公司制造这些元件仍然需要很大的成本。
    最初的想法是使用回收聚丙烯板,但我有同样的加工问题(我会需要另一个数控)。
    所以我选择打印零件并优化模型,以确保它们尽可能少地工作:张紧器靠近型材,X桥与Y轨相比不是很高等等。

    0
    j-max

    26天前回复

    很高兴与您建设性地谈论这个主题。我们拥有的最佳论点是所有的DIY数控机器,这是一个完全建造的“足够的爱好”,这觉得V2,V3,V4等显然,所有以前的版本都没有“好”。不幸的是,如果您留下错误的设计选择,升级将无休止。迟到或很快,升级的成本将超过一个好的真正的机器价格标签。这就是为什么以合适的材料和组件开始至关重要。机器可能很小,但仍将完美地工作。

    我错过了“技能/工具/精度”的论点。对于那个很抱歉。实际上,任何人都有(或最终可以得到)锯和钻。这就是基本技能。自动定心打孔价格<5美元。只需打印纸模板,将其贴在材料上。冲入孔位置并钻。你不能错过。精确度将与3D印刷部分一样好,绝对是3D印刷部分。;)

    0
    g.grimmjow81.

    26天前回复

    很高兴与您交换意见和建议D
    我也noticed that some projects have undergone numerous revisions but I think it is an integral part of this hobby. If there is something wrong, you improve and learn something new. I almost appreciate the learning phase more than the actual realization of the objects ...

    如果你看3D打印的零件,几乎所有的都是简单的带孔板,我已经用了一个非常基本的几何图形,如果你想你已经可以用钢做了。然而,有些零件比在钢中加工更容易打印:Z支架、2040之间的加强件和角落里的4Y支架。我不想把太多的异质元素放在一起,所以我选择在PLA中做所有的事情。

    0
    荷兰佬

    24天前回复

    听到听到,我打算使用3D印刷电镀切割铝板和“升级”;)

    0
    g.grimmjow81.

    22天前回复

    但不要称之为v2!将是G300S:D

    加廷又严肃起来了
    我也是一个(结构)工程师,我知道材料的属性,PLA具有3-3.5GPa的年轻模量,肯定有其局限性。但是,在仅基于杨氏模量的基础上进行比较是不正确的;例如,钢板为3.42mm厚,其他机器有5毫米的铝板,我的小铝合金配有10mm PLA板。
    对于弯曲刚度(E*J),对于未初始化的,它与厚度的立方成正比,我们得到以下结果:
    铝(68GPa)8500,钢(210GPa)8400,PLA(3.5GPa)3500。
    当然,我的CNC结构较弱,但它并不是那么糟糕。

    0
    j-max

    25天前回复

    谢谢,我已经拥有了几款数控磨坊。我在2003年建立了我的第一个(所有金属)。我不打算很快建立另一个小型数控。

    你有没有听说过关于“3D印刷悖论”的?这在80年代期间提出了这一点:它表示,每一个难以通过传统方式制造的复杂部分都非常容易通过添加剂制造来完成。另一方面,用传统方式快速且易于完成的每个部分都是由添加剂制造产生的非意义:耗时和昂贵。

    这正是我的观点。CNC的部件易于通过传统方式进行。你在更短的时间内得到更好的零件,你省钱。你是一个聪明的家伙。如果你花了一些时间来思考它,我相信你可以找到一种方法来摆脱库存金属的任何部分。例如,您的机器的四个脚角可以用2个金属板代替,该金属板可以同时钻孔以完美对齐。这不是大量的。它即将在开始并使您的项目中选择合适的材料。:)

    0
    荷兰佬

    24天前回复

    考虑价格点,而不是将其与8000美元的cnc进行比较。显然这是一个入门级的机器。不管是什么,这是一个令人难以置信的工作-承认这一点,而不是继续拆除-或提交一个更好的设计在同一预算。现在有一个挑战!!!