CNCルーターの構築

私は最近、独自のチュートリアルブログmakerguides.comの作成を開始しました。 現在、センサーの使用とステッピングモーターの制御に関するArduinoチュートリアルをいくつか書いています。

  • A4988ドライバーとArduinoでステッピングモーターを制御する方法
  • HC-SR04超音波距離センサーチュートリアル
  • ULN2003ドライバーとArduinoチュートリアルを備えた28BYJ-48ステッピングモーター

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この説明は、CNCルーターをどのように構築したかを示します。 私のビルドからインスピレーションを引き出し、このインストラクションが将来のプロジェクトに役立つことを願っています。 この説明は、このCNCルーターの設計と構築で私が経験したすべてのステップを示しています。

CNCルーターについて私が気に入っている主なことは、それが非常に多用途であることです。 掘削機、ルーター、のこぎり、ミル、さらには旋盤としても使用できます。 私のワークショップは非常に小さいので(小屋のようなものです)、これらのツールすべてを入れる余地はありませんでしたが、さまざまなプロジェクト用に非常に正確なパーツを作りたいと思っていました。 だからこそ、CNCルーターの構築について考え始めました。

いくつかの研究を行った後、私は自分のマシンを設計して構築することにしました。 機械を最初から最後まで組み立てて設計するのに、ほぼ6か月かかりました。 機械の実際の設計を始める前に、私はウェブ上で多くの研究をしました。 cncroutersource.comおよびcnczone.comのWebサイトをご覧になることをお勧めします。 これらのWebサイトは、大量の情報を提供し、CNC関連のトピックに関するほとんどの質問に答えます。

ご注意ください:

私はこのCNCルーターを学校の最終プロジェクト(オランダでは「profielwerkstuk」とも呼ばれます)として構築しました。 ビルドを開始したとき、私は16歳で、17歳で終了しました。過去にいくつかの大規模なプロジェクトを行い、過去数年間FTCロボット工学を行ってきましたが、それはありませんでしたCNCマシンの構築に関する豊富な経験。 このマシンは、実際に私が構築した2番目のCNCマシンです。 最初のものは木製の試験機で、CNC機についての経験と知識を得るために構築しました。 私は、当時持っていたツール、知識、予算を使って、このマシンをできるだけ良いものにしようと試みました。 マシンはかなり良くなったと思うので、読んで楽しんでほしい。

ステップ1:設計-ツールと材料

マシンの構築を開始する前に、常に何らかのデザインを作成する必要があります。 場合によっては、紙にスケッチするだけで十分ですが、このマシンには、より正確な3次元の図面が必要でした。 Google Sketchupを使用してデザインを作成しました。 Google sketchupは無料のcadプログラムで、Webからダウンロードできます。 以前はcadプログラムを使用したことがなかったが、作業は非常に簡単であることがわかった。 Autocadのような他のプログラムを使用して、できる限り複雑なデザインを描くことはできませんが、私の目的ではうまくいきました。
私の主な目標は、オンラインで注文できるように、部品に適切な寸法をすべて取得することでした。 すべての部品が適合するかどうか確認したかった。 機械は多くの可動部品で構成されているため、機械の稼働中に互いに何も衝突しないようにしたかったのです。
機械の設計を始めたとき、リニアレールやボールねじなどの部品がすでにありました。 私は彼のウェブショップのためにテストマシンを作った人からこれらを買いました。 以前に構築した木製の試験機に使用したのと同じ電子機器をこの機械に使用しました。

これらは、機械に使用される基本的な寸法と部品です。
全体寸法
X:1050mm
Y:840mm
Z:400mm
トラベル
X:730mm
Y:650mm
Z:150mm

レールとボールねじの長さは、構築するマシンのサイズによって異なります。

エレクトロニクス
- 3 x 3 Nm Nema 23ステッピングモーター

-3x DM556 Leadshineステッピングモータードライバー

-36V電源(ステッピングモーター用)

-ブレイクアウトボード
-5V電源(ブレイクアウトボード用)

より良い:イーサネットSmoothstepper(古いスタイルのLPTポートを使用しません)。

-ON / OFFスイッチ
-シールド18/4 Awgワイヤー
-3x近接センサー(リミットスイッチ)

また、ステッピングモーターとドライバーを含む完全なエレクトロニクスキットを購入することもできます。 これらはまったく問題なく動作しますが、実際のLeadshineドライバーよりも品質が低い場合があります。

-スピンドル :Kress FME 800またはBosch ColtまたはDewalt Compact Router

アルミニウムや他の非鉄金属も切断したい場合は、水冷または空冷スピンドルがはるかに優れています。 必要なものがすべて含まれたキットを購入できます。 CNCを終了した後、これをアップグレードとして購入しました

オプション:

-電子機器エンクロージャ
-エネルギーチェーン
-コネクタ

機械的

-リニアレール:X:SBR 20 Y / Z:SBR 16

-ボールねじ:X / Y:16mm 5mmピッチ

リニアレールとボールねじを含むキットを購入すると、多くのお金を節約できます。

-Z- 軸駆動ねじ :自家製デルリンナット付きのM10、ただしボールねじの方が良い
-アルミプロファイル :30 / 60mm Misumi 100mm
-アルミニウム板 :15mm厚
-CAD / CAMソフトウェア: CamBam / Fusion 360
-コントローラーソフトウェア: Mach3

この機械は、ほぼ完全に厚さ15mmのアルミニウムプレートと30x60mmのアルミニウム押し出し材で構成されています。 非常に限られた量のツールを使用してこのCNCルーターを構築しました。 私が使用した主なツールは、ドリルプレスと旋盤でした。 アルミニウムプレートを適切なサイズにカットする適切なツールがなかったため、マシンを標準サイズに合わせて設計し、すでに長さにカットされたプレートをオンラインで注文しました。 私が使用したアルミニウム押出材も長さに切断され、ミスミヨーロッパから注文しました。

CNCルーターを設計する際には、いくつか質問をするのが役立ちます。 ここに、CNCルーターの設計プロセスがあります。

どのタイプのCNCルーターを構築しますか?
CNCルーターには、基本的に移動テーブル設計と移動ガントリー設計の2つのタイプがあります。 移動テーブルスタイルのデザインは、より小さなサイズのCNCルーターによく使用されます。 組み立てが簡単で、移動式のガントリースタイルのマシンよりも剛性が高く構築できます。 ガントリーの代わりにテーブルを移動させることの欠点は、切断エンベロープを考慮したマシンの全体的な設置面積が、移動ガントリー設計の場合の約2倍になることです。 したがって、切断エンベロープが約30x30 cmより大きい場合は、移動ガントリースタイルのマシンを作成することをお勧めします。 約65x65 cmの切断エンベロープを備えたマシンを構築したかったため、可動ガントリースタイルのデザインを使用しました。

CNCルーターで何をカットしますか?
これにより、以下の質問に対するほぼすべての回答が決まります。 私は主に合板、硬材、プラスチック用に、またアルミニウム用にもこのマシンを使いたいと思っていました。 アルミニウムよりも硬い材料を切断する場合は、ルーターではなくCNCミルを構築することをお勧めします。

機械を構築するのにどの材料を使用しますか?
これは上記の質問によって決定されます。 適切なガイドラインは、機械を構築するために使用する材料が、切断する材料と同じかそれより強いことです。 したがって、アルミニウムを切断する場合は、アルミニウムまたはスチールを使用して機械を構築する必要があります。 私はアルミニウムを切断できる木製のCNCルーターを見てきました(YouTubeでいくつか見つけるでしょう)が、これは非常に遅くなり、マシンは非常によく構築されなければなりません。 このCNCルーターでアルミニウムをカットしたかったので、アルミニウムで作りました。 スチールを使用することもできましたが、これは機械加工がより難しく、そのための適切なツールがありませんでした。

各軸に必要な移動距離は?
私の最初の意図は、合板やmdfなどの標準サイズのシート製品を処理できるCNCルーターを構築することでした。 オランダでは、これらは62 x 121 cmです。 したがって、Y軸については、少なくとも620mmの移動距離が必要でした。 マシンは私の裏庭の小さな小屋に置かれ、スペースは非常に限られています。 マシンをあまり大きくすることはできませんでした。実際に邪魔になり、すべてのスペースを占有してしまうからです。 そのため、X-軸の移動量は730mmのみです。 これは合板の全長(1210mm)よりも短いのですが、本当に大きなものを加工したい場合は、シートを前方にスライドさせて最後の部分を切断するよりも、最初の部分を切断できると考えました。 この手法を使用すると、通常のX-移動距離よりもはるかに大きいピースを切断できます。 Z-軸の場合、将来的に4番目の軸を使用するには、150mmで十分であると考えました。

機械にはどのタイプの直線運動を使用しますか?
リニアモーションには、引き出しスライド、Vレール上のボールベアリング、V溝ベアリング、サポートされていない丸型リニアレール、完全にサポートされている丸型リニアレール、プロファイルリニアレールから選択できる多くのオプションがあります。 使用する直線運動システムによって、達成できる切断品質が大幅に決まります。 余裕のある最高のシステムを選ぶことをお勧めします。 いくつかの調査を行った後、完全にサポートされたリニアレールが最善の選択肢であり、それでも余裕があることがわかりました。 eBayまたはAmazonでSBR12、SBR16、またはSBR20を検索すると、いくつかの異なる売り手とセットから選択できます。 3軸CNCルーターを構築する場合は、3組のリニアレールとレールごとに2つのリニアベアリングで構成されるキットを購入する必要があります。

各軸にどのようなリニア駆動システムを使用しますか?
各軸を駆動するための基本オプションは、タイミングベルト、ラックアンドピニオン、および駆動ねじです。 自家製CNCルーターの場合、ドライブネジが最も一般的に使用されます。 ねじ駆動システムは、機械の可動部に固定ナットを配置し、両端のねじを所定の位置に保持することで機能します。ねじはモーターに取り付けられます。 モーターが回転し始めると、機械の可動部が取り付けられたナットがねじに沿って動き、機械を動かします。
X軸とY軸には、ボールねじを使用しました。 ボールねじは、バックラッシュがほとんどない非常に滑らかな動きを提供します。 バックラッシは、ドライブネジとナットの間の遊びの量であり、CNCルーターには望ましくないものです。 バックラッシの詳細については、cncroutersource.comのWebサイトをご覧ください。
ボールねじは、ACMEねじ(代替品)よりも高価ですが、達成できる切断速度と切断品質が再び大幅に向上します。
Z軸には、自家製のデルリンナットを備えた高品質のステンレス鋼M10ネジ棒を使用しました。

どのタイプの駆動モーターとコントローラーを使用しますか?
モーターに関しては、2つの基本的なオプションがあります。サーボモーターとステッピングモーターです。
サーボモーターは主にハイエンドCNCルーターに使用され、非常に高価です。 エンコーダーを使用して位置フィードバックを提供し、より高価なコントローラーを必要とします。 ステッピングモーターは自家製CNCルーターで広く使用されており、さまざまな種類とサイズがあります。 必要なステッピングモーターのサイズは、切断するもの、切断する速度、使用するリニアドライブとモーションコンポーネントの種類、機械の大きさなどによって異なります。私は3Nmのステッピングモーターを使用しました、おそらく過剰です。
コントローラーは、使用しているモーターに適合している必要があります。 私がしたように、各モーターに個別のドライバーを使用することも、3軸または4軸のドライバーボードを購入することもできます。 手順14で使用した電子機器について詳しく読むことができます。

どのタイプのスピンドルを使用しますか?
ほとんどの自家製CNCルーターは、標準的な木工ルーターまたはトリムルーターをマシンの切削スピンドルとして使用します。 私も例外ではありません。 私は、標準の木製ルーターよりもわずかに高品質のKressルーターを使用しました。これには、43mmのクランプフランジがあります。 さまざまな素材をカットしたい場合は、何らかの速度制御が非常に便利です。 Kressルーターには速度制御が組み込まれていますが、ほとんどのルーターでこれを見つけることができます。 大量の切削を大量に行う場合は、空冷または水冷スピンドルを調べてください。 これらはAmazon / Ebayでも見つけることができますが、標準のルーターよりもはるかに費用がかかります。 速度制御にVFDを使用し、標準ルーターよりもはるかに静かにすることができます。

マシンの総コストはいくらになりますか?
このCNCルーターの総コストは約1500ユーロと見積もっています。 CNCルーターは高価ですが、自分でルーターを作成することで多くのお金を節約できます。

上記のすべての質問に対する答えを見つけた後、CNCルーターの最終設計を思いつきました。 ご覧のとおり、私の設計はそれほど詳細ではありません。 たとえば、すべての部品の正確な穴の位置は表示されません。 2つのピースを手に持ったことがない場合、2つのピースをまとめるために使用するボルトの数を決定することは困難です。
私にとって、このデザインは、すべてがどのように機能するか、どの部品を注文するべきかについての良い見解を与えるのに十分でした。

設計が完了し、数回拒否/再設計された後、必要なすべての部品の注文を開始できました。 X軸に使用したガントリーおよびZ軸用の30x60mmアルミニウム押出成形品とすべてのアルミニウム板は、あらかじめ切断してあります。 また、頑丈な防振レベリングフィートを注文しました。

添付ファイル

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ステップ2:X軸

X軸は、4個の30/60アルミニウム押し出し材と2つの15mm厚のエンドプレートで作られた基本フレームで構成されています。 押し出しの端に6.8 mmの穴が2つあります。 金属タップを使用して、穴の内側にM8スレッドを作成しました。 その後、エンドプレートの穴の位置を慎重にレイアウトしました。 実際に穴を開けるときに両方のプレートを一緒に固定し、両端で穴が揃うようにしました。 また、各プレートの中央に4つの穴を開けて、ベアリングブロックを取り付けました。 モーターマウントを取り付けるために、サイドプレートの1つに4つの余分な穴を開けました。

水平調整脚を保持するために4つのブロックを作成しました。 ブロックはアルミニウム片(50x50x20)です。 4本のm5ボルトとTナットを使用して、外側の押し出しに取り付けました。

リニアレールは、アルミ押出材に直接適合します。 X-軸には、直径20mmのレールを使用しました。 リニアレールのベースにある事前に開けられた穴は、アルミ押出材のスロットと正確に一致しています。 M5ボルトとTナットを使用して簡単に取り付けることができました。

ステップ3:ガントリーサイドプレート

ガントリーのサイドプレートはほぼ同じです。 唯一の違いは、モーターマウントを取り付けるための穴が4つあることです。 ガントリー全体は、厚さ15mmのアルミニウム板で作られています。 サイドプレートに穴を開けるのは非常に簡単でした。 私は非常に正確に働かなければなりませんでしたが。 正確に正しい場所に穴を開けるために、私はそれらの場所を注意深くマークし、次に中央のパンチを使用して小さなディボットを作成しました。 次に、ドリルプレスに行き、センタードリルを使用して、実際のドリルビットをガイドする穴を作成しました。 大きい穴については、最終サイズのドリルビットを使用する前に、まず小さいサイズのドリルビットを使用しました。

ガントリーを設計した方法のため、サイドプレートの端面に穴を開ける必要がありました。 私はもともとドリルプレスでこれを行う予定でしたが、部品はその下に収まりませんでした。 だから私は別の解決策を考え出さなければなりませんでした:旋盤を使うこと。 旋盤の移動台車に特別なホルダーを作りました。 各プレートに2つの追加の穴を開けて、キャリッジ上の所定の位置に保持しました。 これで、サイドプレートの端に完璧な穴を簡単に開けることができました。 残された唯一のことは、M8スレッド用の穴をタップすることでした。

ステップ4:ガントリーの組み立て

ガントリーの残りの部分は、サイドプレートと同じ方法で作られています。 最も難しい部分は、リニアレールを正しく並べることでした。 リニアレールは、プレートの端に揃える必要がありました。 正確な穴の位置をマークするとき、レールの位置を合わせるために、プレートの側面に2つのアルミニウムプロファイルを固定しました。 穴の位置をマークしたら、M5ネジで穴を開けてタップしました。 レールをガントリーに取り付けるときは、全長にわたってレール間の距離が完全に均等であることを確認する必要があります(レールは平行でなければなりません)。

端面に穴を開けるのに、側板と同じ方法を使用しました。

アセンブリに剛性を追加するために、いくつかのコーナーブラケットを作成しました。 機械の最終組み立てでは、それらが必要だとは思わなかったので、実際にそれらを省きました。

ガントリーの下部のプレートは非常にシンプルです。 6つの穴を開けて、サイドプレートに取り付けました。 途中で、ナットホルダーを取り付けるために2つの穴を開けなければなりませんでした。

ステップ5:Y軸キャリッジ

Y軸キャリッジは、8つのリニアベアリングが取り付けられた1つのプレートで構成されています。 穴を開けるのはかなり簡単でしたが、やはり非常に正確でなければなりませんでした。 Y軸とZ軸の両方のリニアベアリングがこのプレートに取り付けられます。 ベアリングは非常に密接しているため、わずかなミスアライメントでもジャムが発生します。 穴を0.2 mmだけ大きくしましたが、ベアリングを正しく調整するために0.5 mmに穴を開ける必要がありました。 キャリッジを片側からもう一方に簡単にスライドさせるために、少し調整する必要がありました。 レールとベアリングの両方を調整する必要がありました。 高品質のデジタルキャリパーを使用して、可能な限りそれらを調整しました。 Y軸用のドライブナットマウントを作成したら、プレートに2つの追加の穴を開けて取り付けました。 また、Z軸のベアリングをできる限り適切に位置合わせしようとしましたが、Z軸の残りの部分を完成させたときに調整する必要がありました。

ステップ6:Z軸

Z軸のリニアレールは、Z軸アセンブリの可動部に取り付けられます。 レールは、プレートの端から数ミリメートルオフセットする必要がありました。 Y-軸と同じ方法を使用して、それらを整列させました。 スペーサーとして使用できる、ちょうどいい厚さの2つのプラスチック片を見つけました。 アルミニウムプレートの端が平行であることを知っていたので、2枚のアルミニウムをプレートの端に固定し、レールを端から離すためにプラスチックを追加しました。 穴の位置にマークを付けたら、もう一度穴を開けてタップしました。 すべてを元に戻したときに穴が一列に並ぶように、ピースの行き先をマークしてください。

トッププレートをZ軸アセンブリに取り付けるには、ルーターの取り付けプレートの端に3つの穴を開けてタップしました。 これは、Y軸プレートで行ったのと同じセットアップで旋盤で行いました。 私はもともと、トッププレートに直接Z軸ステッピングモーターを取り付けることを計画していました。 そこで、トッププレートのいくつかのスロットを削ってステッピングモーターを取り付けようとしました。 私は適切なミリング設定を持っていなかったので、これはそれほどうまくいきませんでした。 そこで、部品をスロットで切り取り、プラスチックから別のモーターマウントを作成しました(手順12を参照)。

また、同じプラスチック材料で2つのベアリングブロックを作成しました。これはトッププレートにも取り付けられました。 駆動ねじは、ステンレス鋼製のねじ棒(M10)です。 駆動ねじは、2つのナットで2つのベアリングの間に固定されています。 M10スレッド用にタイミングプーリーに穴を開けてタップし、ドライブスクリューの上部にねじ込みました。 3本の止めネジで固定されています。 デルリンドライブナットがY軸キャリッジに取り付けられます(手順10を参照)。

ルーターマウントは事前に作成されており、damencnc.comから注文しました。 使用しているKressルーターに適合する43mmのクランプリングがあります。

アップグレードとして代わりに水冷スピンドルを使用する場合、キットにマウントが含まれていることがよくあります。 円筒形の本体を備えたdewaltまたはboschルーターを使用する場合は、これらのマウントを購入することもできます。

ステップ7:タイミングベルトとプーリー

モーターが機械から突き出たくありませんでした。 これにより、機械全体のサイズが各軸で約15 cm増加するためです。 通常、特別なモーターマウントまたはスタンドオフを使用して、モーターを機械の外側に取り付けます。 このようにして、何らかの種類の柔軟なカプラーでモーターをボールねじに直接結合できます。 これは私が最初に作った木製のプロトタイプ機でそれをした方法です。 ほとんどの人にとって、これはおそらくうまくいくでしょう。 しかし、私が見つけたのは、機械が非常に小さな店に置かれていたため、モーターが本当に邪魔になるということでした。 彼らは20 cm近く突き出ていたので(モーターのスタンドオフ)、私は頻繁に彼らにぶつかるでしょう。

そのため、モーターを新しいマシンの内側に配置しました。 これを行うと、モーターをボールねじに直接結合できませんでしたが、タイミングベルトとプーリーを使用する必要がありました。

私は、beltingonline.co.ukにタイミングベルトとプーリーを注文しました。 彼らは多種多様なタイプとサイズを持っています。 幅9 mmのHTD5ベルトとプーリーを使用しました。 ベルトドライブを使用してモーターをドライブネジに接続する場合、ギア減速機を使用できます。 モーターに小さなギアを使用すると、小さなモーターを使用しても同じトルクを得ることができます(もちろん速度は低下します)。 私のモーターはかなり大きかったので、ギアを減らす必要はありませんでした。

お金を節約するために、止めネジ用の穴がなく、中央にパイロット穴のみのタイミングプーリーを注文しました。 旋盤を使用して、正しいサイズに穴を開けました。 止めネジ用の穴を開けるために、旋盤とドリルプレスを使用して、スチール製の六角棒から小さなジグを作成しました。

ステップ8:モーターマウント

モーターマウントは、アルミニウムのチューブでできています。 私が注文したとき、私のものは長さに事前にカットされていましたが、スチールチューブを使用して正方形にカットすることもできます。 X軸とY軸のモーターマウントは、タイミングベルトに張力をかけるために、内外にスライドできる必要がありました。 通常のカプラーを使用してステッピングモーターを接続する場合は、スタンドオフを作成または購入することをお勧めします。 旋盤を使用してスロットを作成し、マウントの一方の面に大きな穴を開けましたが、通常のドリルプレスでこれを行うこともできます。

マウントの片側に大きな穴を開けて、ホールソーを作りました。 これにより、モーターは表面と同じ高さになり、シャフトが確実に中央に配置されます。 モーターは4本のM5ボルトでマウントに固定されています。 マウントの反対側に4つのスロットを作成して、マウントをスライドさせて出し入れできるようにしました。 4つのスロットをフライス加工するために、特殊な旋盤アタッチメントに部品を固定しました。

ステップ9:ベアリングブロック

X軸とY軸のベアリングブロックは、50mmのアルミニウム丸棒素材で作られています。 厚さ15mmの4つの等しいスラブを切り取りました。 次に、旋盤のブランクの両側を向きました。 4つの取り付け穴にマークを付けて穴を開けた後、再び旋盤を使用して、ブランクの中央に大きな穴を開けました。 次に、ベアリングが収まるための空洞を作りました。ベアリングを押し込む必要があり、ブロックをエンドプレートとサイドプレートにボルトで固定します。 ボールネジの端に穴を開けてタップし、ボールネジを所定の位置に保持しました。 ボルトを挿入することにより、アンギュラコンタクトベアリングに対してボルトを締めることができました。 ボールねじの端を旋盤で11mmに下げました。 これは、タイミングプーリーが取り付けられる部分です。 ボールネジの端を少しだけさらに10mm下げて、ベアリングに押し付けられるようにしました。 ボールねじの浮動端では、標準のボールベアリングを使用しました。

ステップ10:Z軸ドライブナットマウント

Z-軸にボールねじを使用しませんでした。 代わりに、標準ではあるが高品質のM10ネジ付きロッドを使用しました。 私は一片のデルリンからナットを作りました。 デルリンは自己潤滑性があり、時間が経っても摩耗しないため、この目的には非常に優れた素材です。 良質のタップを使用してナットにねじ山を作ると、バックラッシュは非常に小さくなります(気づいていません)。 Z軸アセンブリの内部には、ナットを取り付けるスペースがほとんどありませんでした。 自家製のナットは丸いので、特別なマウントを作る必要がありました。 マウントは、2つの12mmアクリルで構成されています。 学校の先生の手作りCNCルーターを使用して、これらの部品を作成することができました。 丸いナットはアクリルの部分にぴったりとはまり、小さなボルトで固定されています。 ボルトは、ナットがマウント内で回転しないようにします。 Y軸キャリッジに取り付けられるように、ホルダーの小さな足に2つの穴を開けてタップしました

ステップ11:X軸およびY軸駆動ナットマウント

X軸とY軸については、アルミニウムから別のドライブナットマウントを作成しました。 ボールねじナットには、片側に2つの小さなフランジがあり、3つの穴があります。 両側の穴の1つを使用して、ナットをホルダーに取り付けました。 ホルダーはアルミニウムでできており、旋盤で機械加工されています。 私はミルを持っていなかったので、4顎チャック付きの旋盤を使いました。 これらの部品は非常に正確に機械加工する必要があります。 ナットをガントリーとY軸キャリッジに取り付けたら、ボールねじを手で回すことで、これらの部品を簡単に一方の側から他方の側に移動できるはずです。 ホルダーの寸法が間違っていると、ナットが詰まってしまい、手でボールねじを回すことができなくなります。

ステップ12:Z軸モーターマウント

Z軸モーターマウントは他のものとは異なります。 12mmアクリル製で、先生の手作りCNCルーターでカットされています。 私はもともと、マウントをアルミニウムのプレートから作ることを計画していましたが、それはあまりにも難しいです。 上部の2本のボルトを緩め、モーターマウントアセンブリ全体をスライドさせることで、ベルトの張力を調整できます。 12mmのアクリルは今のところ問題なく動作しますが、将来的にはアルミニウムに交換するかもしれません。 ベルトに張力をかけると、アクリル板が少し曲がることがわかりました。

ステップ13:カッティングベッド

私が機械のために作らなければならなかった最後の部分は、切断ベッドでした。 切断ベッドは機械の非常に重要な部分であり、しばしば見落とされます。 カッティングベッドにはさまざまな種類があります。 例:Tスロットテーブルトップ、穴あきテーブルトップ、真空テーブル、または使い捨てのテーブルトップを使用して、ストックをテーブルにねじ込むだけです。 アルミニウム製のTスロットテーブルトップがおそらく最良ですが、マシンのサイズによっては数百ドルの費用がかかります。 穴のあいたテーブルトップを使用することを選択しました。予算内に収まり、まだ多くのクランプオプションがあるためです。

私の機械の切断ベッドは、厚さ18mmのカバノキの合板でできています。 私はそれをM5ボルトとTスロットナットでアルミニウムの押し出しに固定しました。 約150ドルのM8六角ナットを約4ドルで購入しました。 CADプログラムを使用して、中央に穴のあるグリッドに六角形を描きました。 次に、マシンを使用して、ナット用のすべてのポケットを切り取りました。 通常のナットの代わりに、Tナットを使用することもできますが、テーブルトップを裏返して挿入する必要があります。 あなたが持つことができる別の問題は、それらが落ちることです。

白biの合板の上に、厚さ25mmのMDFを取り付けました。 これは使い捨ての表面です。 両方の部品に穴を開けるために、より大きなルータービットを使用しました。 穴は、先ほどカットした六角形の中心と正確に一致します。 それから私はmdfの部分を外し、すべてのナットを合板に取り付けました。 私は穴をわずかに小さくしたので、ハンマーを使ってそれらを打ち込む必要がありました。その後、MDF表面を再取り付けし、アライメントがまだ正しいかどうかを確認しました。

また、テーブルトップを平らにして、表面がx軸とy軸に平行で、完全に平らになるようにしました。

ステップ14:エレクトロニクス

私のマシンの電子機器は、次のコンポーネントで構成されています。

主電源-48VDC 6, 6Amp
3つのドライバー-Leadshine M542 V2.0
3ステッピングモーター-3NmハイブリッドNema 23
ブレイクアウトボード
リレー-25A、230VAC出力、4-32VDC入力
主電源スイッチ
ブレイクアウトボードの電源-5VDC
冷却ファンの電源-12VDC
2個の冷却ファン(80mm)
2つの電源コ​​ンセント-クレスルーターとショップVAC用
E- stop-まだインストールする必要があります
リミットスイッチ-まだインストールする必要があります

これは優れた電子機器キットです。

3軸Nema 23ステッピングモーターキット

電子機器に多額の費用をかけたくない場合は、Amazonからキットを購入できます。 200〜400ドルの価格帯の売り手がたくさんいます。 キットを注文する前に、必要なサイズのステッパーについて考える必要があります。 木とプラスチックを切断するための小さな機械を構築している場合、たった270オンスまたは1.9 Nmのモーターで十分な電力が得られます。 私は3Nmモーターを選択しました。これは、機械自体が非常に大きく重いため、将来的にはアルミニウムなどのより硬い材料を加工する予定だったためです。

モーターが大きすぎない場合は、3軸ドライバーボードを使用できますが、個々のドライバーを使用することをお勧めします。 個々のドライバーはより多くのアンプを処理でき、マイクロステップ機能を備えています。 より信頼性が高く、より良い結果が得られます。 実際に使用するドライバーは、注文したキットに付属しています。 最大4, 2アンペアおよび最大125マイクロステップを処理できます。

主電源は、主にRC飛行機で使用される14ゲージのワイヤーでドライバーに接続されます。 これらのワイヤは非常に柔軟性がありますが、高品質であり、多くのアンプを扱うことができます。 5 VDC電源が主電源インレットに接続されています。 冷却ファンについては、エンクロージャー内に電源コンセントを設置したため、標準の12V ACアダプターを使用して電源を供給できました。 主電源は、大きな電源スイッチによってオンとオフに切り替えられます。

25Aリレーは、ブレイクアウトボードを介してコンピューターによって制御されます。 リレーの入力端子はブレイクアウトボードの出力端子に接続されています。 リレーは2つの電源コ​​ンセントに接続され、クレスルーターとショップVACに電力を供給して、削り屑を吸い取ります。 GcodeがコマンドM05で終了すると、マシンはショップvacとルーターの両方を自動的に切り替えます。 それらをオンにするには、F5を押すか、GcodeコマンドM03を使用します。

ステップ15:電子機器筐体

機械をテストするために一時的に木に電子部品を取り付けたので、私はまだ良い筐体を作らなければなりませんでした。 紙にすべてのコンポーネントの大まかな寸法と場所を描きました。 私は簡単にすべての端子に到達して配線を設置できるようにそれらを配置しようとしました。 また、エンクロージャー内に十分なエアフローが確保されるようにしました。 ステッパーコントローラーは非常に暖かくなる可能性があるため、これは非常に重要です。

すべてのケーブルをエンクロージャーの背面に接続できます。 特別な4線式プラグを使用しました。これは、ワイヤー端子を外すことなく、機械から電子機器を切り離せるようにしたかったからです。 また、2つの電源コ​​ンセントを設置して、スピンドルとshopvacに電力を供給しました。 電源コンセントはリレーに接続されており、Mach3でルーターの電源を自動的にオン/オフにします。 エンクロージャーの前面に大きな電源スイッチを取り付けました。

すべてのコンポーネントを思い通りに配置したら、すべての部品を設計して、CADプログラムでエンクロージャを作成しました。 次に、CNCマシン自体を使用して、すべての側面とベースを切り取りました。 真ん中にプレキシガラス片で蓋を作りました。 次に、すべてのコンポーネントをインストールし、配線をできるだけきれいに保つようにしました。

ステップ16:CNCソフトウェア

CNCルーターを制御するには、3種類のソフトウェアが必要です。 図面を作成するためのCADプログラム。 ツールパスを作成してGコードを出力するCAMプログラム。 また、Gコードを変換してルーターを制御するコントローラープログラム。 CamBamを使用して、ほとんどの図面を作成し、ツールパスを作成しています。 CamBamはシンプルなプログラムであり、作業が非常に簡単です。 基本的なCAD機能がいくつかあるため、ほとんどのプロジェクトでは、別のCADプログラムは必要ありません。 CamBamがツールパスを作成する前に、いくつかのパラメーターを設定する必要があります。 例:使用しているツールの直径、切削深さ、パスごとの深さ、切削速度など。ツールパスを作成したら、Gコードを出力できます。 Gコードは、機械に何をすべきかを伝える機械加工言語です。
コントローラーソフトウェアには、Mach3を使用しています。 Mach3はあなたのコンピューターのパラレルポートを通してブレイクアウトボードに信号を送ります。 Mach3を使用して、切削工具をゼロにし、切削プログラムを開始します。 これを使用して、スピンドル速度と切削速度を制御することもできます。 Mach3にはいくつかの基本的なウィザードが組み込まれており、これを使用して単純なGコードファイルを出力できます。 例は書き込みウィザードです。これを使用すると、テキストをすばやく作成してGコードに出力できます。 (例については、ステップ17を参照してください)。

ステップ17:マシンの使用

数ヶ月の作業の後、機械は最終的に完成しました。 最初のテストの後、私が最初に作ったのはいくつかの固定クランプでした。 最初の「大きな」プロジェクトは、ステップ15で見た電子機器のエンクロージャーでした。私は、いくつかの異なる種類のギアといくつかの標識も切断しました。 いくつかのギターピックボックスについては、Etsyショップをご覧ください。
私がすぐに気づいたことの1つは、CNCルーターが大量のほこりを出し、かなりうるさいことです。 ほこりの問題を解決するために、私はダストシューズを作成しました。そこにショップVACを取り付けることができます。 騒音レベルを下げることはより困難でした。 私の両親は、マシンの完全な筐体を構築するための材料費を支払うのに十分親切でした。 そこで、CNCマシンが立つ大きなキャビネットを作りました。 私は壁の内側を覆うためにノイズ吸収プレートを使用しました。 電子機器と工場の掃除機は、機械の下の2つの異なるコンパートメントに配置できます。 キャビネットは騒音レベルを大幅に削減し、マシンの使用をさらに楽しくします。

ステップ18:結論

これで終わりです。 これで、私がCNCルーターをどのように構築し、なぜ私がそれを行ったのかがわかりました。
あなたはおそらく私のマシンの正確なコピーを作成することはないでしょうが、私の設計とビルドからインスピレーションを引き出すことができると思います。 このCNCルーターを構築することで多くのことを学び、将来のプロジェクトに使用することを本当に楽しみにしています。

学校の先生であるNop Velthuizenに感謝します。彼はこのマシンを作る機会を与えてくれました。 彼は私に自分のワークショップに来て、このCNCルーターを構築するために必要なすべてのツールを使用することを許可しました。 彼は私に多くの情報とインスピレーションを与え、このプロジェクトを成功させるために必要な場所で助けてくれました。

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