چگونه دستگاه CNC بسازیم؟ - آموزش تصویری در 16 گام

این مقاله به شما یاد میدهد که چگونه یک دستگاه CNC روتر بسازید. شما میتوانید با الهام گرفتن از این آموزش، تجهیزات CNC مورد نیاز خود را بسازید. این آموزش تمامی گام های لازم برای ساخت یک دستگاه CNC را در بر میگیرد. نکته اصلی در مورد CNC روتر این است که آن یک دستگاه فوق العاده انعطاف پذیر و همه کاره است که میتوان از آن به عنوان یک دستگاه دریل، روتر، اره و حتی یک دستگاه تراش استفاده کرد.

توجه: این راهنما، تجربیات فردی است که پس از انجام یک سری تحقیقات تصمیم گرفته تا دستگاه CNC خود را بسازد و این تجربیات را در فضای وب و به زبان انگلیسی منتشر کرده است. این مقاله، ترجمه شده نسخه اصلی آن میباشد که مجموعه مانا موتور آن را در اختیار صنعتگران و دستگاه سازان محترم قرار میدهد. لینک مقاله اصلی در انتهای همین مقاله آمده است. در ادامه با ما همراه باشید.

گام 1: طراحی دستگاه CNC

برای ساخت هر دستگاه جدیدی ابتدا باید یک طرح از آن تهیه کرد. برای انجام یک طراحی ساده، کشیدن چند طرح روی کاغذ کافی است اما برای طراحی یک دستگاه پیچیده مانند روتر CNC یک طرح دقیق سه بعدی لازم است. برای این کار میتوانید از google sketchup استفاده کنید. google sketchup یک ابزار CAD رایگان است که میتوانید آن را از اینترنت دانلود کنید. کار با آن آسان است حتی اگر از قبل نیز با هیچ نرم افزار CAD ای کار نکرده باشید. البته نمیتوان در آن طرح هایی به دقت طرح های ایجاد شده در اتوکد داشته باشید اما برای این کار نیاز را برطرف میکند.

هدف اصلی از تهیه طرح، بدست آوردن تمام ابعاد مناسب برای قطعات است تا بتوان آنها را بصورت آنلاین سفارش داد. همچنین از این مطمئن میشویم که از آنجا که دستگاه از قطعات زیادی تشکیل شده هنگام کار هیچ کدام به دیگری فشار و آسیبی وارد نمیکند.

در زیر ابعاد و قطعات پایه ای مورد استفاده در دستگاه آمده است:

ابعاد کلی دستگاه:

X: 1050mm

Y: 840mm

Z: 400mm

ابعاد قسمت متحرک:

X: 730mm

Y: 650mm

Z: 150mm

نکته: ابعاد ریل و بال اسکرو به سایز دستگاه وابسته است.

لوازم مورد نیاز برای ساخت CNC

• تعداد 3 عدد استپ موتور نما 23
• تعداد 3 عدد درایور استپ موتور لیدشاین مدل DM566
• منبع تغذیه 36 ولت
• برد Breakout Board
• منبع تغذیه 5 ولت (برای برد Breakout Board)
• سوئیچ خاموش و روشن
• سیم روکش دار Shielded 18/4 Awg wire
• سنسور القایی
• موتور اسپیندل مدل Kress FME 800 یا Bosch Colt یا Dewalt Compact Router

همچنین شما میتوانید کیت کامل الکترونیک شامل استپ موتور و درایور را خریداری کنید.

همچین اگر قصد دارید آلومینوم یا سایر فلزات غیرآهنی را ببرید، خرید یک اسپیندل آب خنک یا اسپیندل هوا خنک بهتر خواهد بود.

بهتر است قطعات زیر را نیز تهیه کنید:

- Electronics enclosure

- Energy chain

- Connectors

قطعات مکانیکی

• ریل خطی: X: SBR 20 Y/Z: SBR 16
• بال اسکرو: X/Y: 16mm 5mm pitch

همچنین شما میتوانید با خرید کیت کامل ریل و بال اسکرو هزینه کمتری پرداخت کنید.

- پیچ راهبر محور z: لید اسکرو سایز M10 به همراه مهره دست ساز از جنس دلرین (بهتر است از بال اسکرو استفاده شود)

- Aluminum profiles: 30/60mm Misumi 100mm

- Aluminum plates: 15mm thick

- CAD/CAM software: CamBam/Fusion 360

- Controller software: Mach3

می توان گفت که دستگاه تماما از صفحه آلومینیومی به ضخامت 15 میلی متر و اکستروژن های آلومینیومی 30 در 60 میلیمتر ساخته شده است. من در استفاده از ابزارآلات برای ساخت دستگاه محدودیت داشتم بطوریکه ابزار اصلی که استفاده کردم یک مته و یک ماشین تراش بود. از آنجا که من ابزار مناسبی برای برش صفحات آلومینیومی نداشتم، دستگاه را در اندازه های استاندارد طراحی کردم و صفحات را به صورت آنلاین سفارش دادم.

هنگام طراحی روتر CNC بهتر است که چند سوال از خودتان بپرسید تا دقیقا دستگاهی بسازید که متناسب با نیازهایتان طراحی شده است. در ادامه این سوالات آمده است.

قصد دارید کدام نوع CNC روتر را بسازید؟

به طور کلی دو نوع طراحی در ساخت CNC روتر وجود دارد: طراحی میز متحرک و طراحی دروازه متحرک. طراحی میز متحرک معمولا برای CNC روترهایی با سایز کوچک مورد استفاده قرار میگیرد. دستگاه های میزمتحرک ساختار ساده تری دارند و میتوانند راحت تر از نوع دروازه متحرک ساخته شوند اما نکته منفی که در رابطه با این نوع طراحی در مقابل دروازه متحرک وجود دارد این است که مقدار فضای اشغال شده توسط میز در پاکت برش تقریبا دو برابر این مقدار در طراحی دروازه متحرک است و به همین دلیل از نظر سایز قطعه محدودیت وجود دارد. پس اگر فضای برش مورد نیاز شما بیشتر از 30 در 30 سانتیمتر است احتمالا بهتر است که یک دستگاه از نوع دروازه متحرک ساخته شود. در این مقاله فرض بر این است که فضای برش مورد نیاز 65 در 65 است در نتیجه از سبک طراحی دروازه متحرک استفاده میشود.

قرار است چه چیزی با دستگاه CNC روتر خود برش بدهید؟

هرگونه پاسخ به سوال بالا تعیین کننده نوع دستگاه مورد نیاز شما است. من میخواهم از ماشین برای برش تخته سه لا ، چوب سخت و پلاستیک و در موارد خاص آلومینیوم استفاده کنم در نتیجه باید یک دستگاه CNC روتر بسازم. اگر شما میخواهید اشیائی سخت تر از آلومینیوم را برش دهید توصیه میکنم که به جای دستگاه روتر یک دستگاه فرز بسازید.

از چه مواد اولیه ای برای ساخت دستگاه CNC استفاده میکنید؟

بهترین روش این است که مواد اولیه ای که در ساخت دستگاه استفاده میکنید سخت تر از موادی باشد که قرار است برش بخورند یا حداقل به سختی آن باشد. پس اگر میخواهید آلومینوم برش دهید باید در ساخت دستگاه از آلومینوم یا فولاد استفاده کنید. البته برخی دستگاه های CNC از جنس چوب وجود دارند که میتوانند آلومینوم را برش دهند اما این دستگاه ها بسیار کند هستند همچنین از کیفیت و دقت ساخت بالایی برخوردار هستند. چون قرار است من با دستگاهم آلومینوم برش دهم پس دستگاه را از آلومینوم میسازم. از فولاد هم میتوان استفاده کرد اما چون ساخت دستگاه را سخت تر میکند و من ابزار لازم برای آن را ندارم از آلومینوم استفاده میکنم.

چه مقدار جابجایی در هر محور نیاز دارید؟

هدف اولیه من از ساخت روتر CNC ساخت دستگاهی بود که بتواند صفحات چوب و MDF با ابعاد استاندارد را برش دهد. این نوع صفحات معمولا دارای ابعادی با مقادیر 62 در 121 سانتیمتر هستند. بنابراین در این پروژه حداقل فاصله جابجایی برای محور y مقدار 620 میلی متر است. فرض بر این است که دستگاه قرار است در یک محیط کوچک با فضایی محدود قرار بگیرد بنابراین نمیتوان دستگاه را خیلی بزرگ ساخت در این صورت کل فضا را اشغال میکند و جایی برای رفت و آمد باقی نمیگذارد. پس برای حرکت محور x تنها 730 میلیمتر فضا وجود دارد. این مقدار کمتر از مقدار مورد نیاز برای برش صفحات مذکور است. برای حل این مشکل اگر میخواهید قطعه ای بزرگ را برش دهید میتوان ابتدا قسمت اول را برش داده سپس وروق را به جول کشیده و قسمت انتهایی را برش دهید. با استفاده از این تکنیک شما میتوانید قطعاتی که خیلی بزرگتر از فاصله جابجایی استاندارد محور x است را نیز برش دهید. برای محور z هم فرض میکنیم 150 میلیمتر کافی خواهد بود.

برای ماشین چه نوع حرکت خطی استفاده خواهید کرد؟

گزینه های زیادی برای انتخاب نوع حرکت خطی وجود دارد: rawer slides, ball bearings on V rail, V-groove bearings, unsupported round linear rail, fully supported round linear rail and profile linear rail. سیستم حرکت خطی که استفاده میکنید نقش مهمی در کیفیت برش دستگاه دارد. توصیه میشود بهترین سیستم حرکت خطی که میتوانید را استفاده کنید. بعد از انجام یکسری تحقیقات به این نتیجه رسیدم که fully supported linear rails بهترین گزینه خواهد بود.

برای هر محور از چه سیستم کنترل حرکت خطی استفاده میکنید؟

گزینه های موجود برای هدایت هر محور عبارت اند از: دنده شانه و چرخ دنده، پولی تایم و تسمه تایم و بال اسکرو. برای یک دستگاه CNC روتر که در خانه ساخته میشود معمولا از بال اسکرو استفاده میشود. بال اسکرو با قرار دادن مهره روی قسمت متحرک دستگاه و نگه داشتن پیچ در دو انتها کار میکند. پیچ به موتور متصل میشود و وقتی موتور شروع به چرخش کند، پیچ را نیز میچرخاند. از آنجا که پیچ در جای خود ثابت نگه داشته شده است، در نتیجه مهره در امتداد پیچ حرکت میکند و با حرکت مهره، قسمت متحرک دستگاه که به آن متصل است نیز حرکت میکند.

من برای محورهای x و y از بال اسکرو استفاده میکنم. بال اسکرو یک حرکت بسیار روان و عاری از هرگونه لقی را تامین میکند. لقی، مقدار بازی بین پیچ و مهره است که در بعضی موارد نمیخواهیم در CNC روتر وجود داشته باشد. بال اسکرو گران قیمت تر از لید اسکرو است اما باعث میشود سرعت برش و کیفیت برش به مقدار زیادی بهبود یابد. همچنین برای محور z از لید اسکرو سایز M10 از جنس استیل ضد زنگ باکیفیت و یک مهره دلرین دست ساز استفاده کردم.

قصد دارید از چه نوع درایور و کنترلری استفاده کنید؟

برای موتور، دو گزینه اصلی وجود دارد: سرو موتور و استپ موتور. سرو موتور اغلب برای ماشین آلات CNC رده بالا استفاده میشود و خیلی گران قیمت است. این نوع موتورها از انکودر برای گرفتن فیدبک موقعیت استفاده میکنند، همچنین کنترلرهای مورد نیاز برای آن ها نیز گرانتر هستند. اما استپ موتورها اغلب در ساخت دستگاه CNC خانگی مورد استفاده قرار میگیرند و در انواع و اندازه های مختلفی هم وجود دارند. سایز استپ موتور مورد استفاده وابسته به این است که قرار است چه چیزی را برش دهید، با چه سرعتی برش دهید، چه نوع سیستم حرکت و کنترلر خطی استفاده میکنید، بزرگی دستگاه و ... . من از استپر 3Nm برای دستگاه خودم استفاده میکنم که احتمالا بیش از مقدار مورد نیاز هم هست.

کنترلر باید متناسب با موتور مورد استفاده باشد. شما میتوانید برای هر موتور از کنترلر جداگانه استفاده کنید همان کاری که من کردم یا اینکه کنترلر سه محور یا چهار محور تهیه کنید.

از چه نوع اسپیندل موتوری برای دستگاه CNC استفاده میکنید؟

اکثر دستگاه های CNC خانگی از روتر نجاری یا روتر تراش به عنوان اسپیندل در ماشین هایشان استفاده میکنند. دستگاه من نیز از این قاعده مستثنی نیست. من از روتر Kress که خیلی با کیفیت تر از روتر استاندارد نجاری است و یک فلنج 43mm دارد استفاده کردم. اگر میخواهید مواد مختلف با تنوع زیاد را برش دهید، استفاده از تجهیزات کنترل سرعت برایتان مفید خواهد بود. روتر Kress خودش قابلیت کنترل سرعت دارد. اگر به دفعات زیاد برش های سنگین انجام میدهید، به اسپیندل های آب خنک و هوا خنک نیاز خواهید داشت. این نوع اسپیندل ها از اینورتر با روش VFD برای کنترل سرعت استفاده میکنند و خیلی کم صداتر از روترهای معمولی اند.

کل هزینه ساخت دستگاه CNC روتر چقدر میشود؟

تخمین زده میشود که حدودا برای ساخت یک دستگاه CNC روتر به 1500 یورو نیاز است. دستگاه CNC روتر گران است اما اگر شما خود آن را بسازید به میزان زیادی در هزینه ها صرفه جویی خواهید کرد.

بعد از پاسخ به تمامی پرسش های بالا، به طرح نهایی دستگاه CNC روتر خود خواهید رسید. همانطور که میبینید این طراحی جزئیات خیلی زیادی ندارد، به طور مثال مکان های دقیق سوراخ را در همه قسمت ها مشاهده نمی کنید. گفتن اینکه چند پیچ مورد نیاز است تا دو قطعه کنار هم قرار گیرند، کار مشکلی است وقتی که حتی تا کنون آن دو قطعه را در دست هم نگرفته اید. از نظر من این طراحی به حدی کافی است تا در مورد اینکه چطور همه قطعات کنار هم کار میکنند و چه قطعاتی را باید خریداری کرد، یک دید خوب بدهد.

وقتی که چند بار طرح رد شد و اصلاح شد و به طرح نهایی رسیدیم، میتوانیم سفارش و خرید تمام قطعات مورد نیاز را آغاز کنیم.

گام 2، محور x

محور x در بر گیرنده قاب پایه، مشتکل از 4 قطعه آلومینیوم اکستروژن 30/60 و دو صفحه انتهایی با ضخامت 15 میلیمتر است. دو سوراخ 6.8 میلیمتری در انتهای اکستروژن ها وجود دارد. من از قلاویز برای ایجاد شیار M8 درون سوراخ ها استفاده کردم. بعد از آن بادقت موقعیت سوراخ ها را بر روی صفحات انتهایی مشخص کردم. در واقع هدف من این بود که موقع دریل کاری دو صفحه محکم در کنار هم قرار بگیرند تا مطمئن شوم که سوراخ ها دقیقا در راستای هم ایجاد شوند. همچنین 4 سوراخ در وسط هر صفحه برای نصب بلبرینگ ها ایجاد کردم. 4 سوراخ اضافی هم بر روی یکی از صفحات برای نصب موتور ایجاد کردم.

4 بلوک برای نگه داشتن درپوش پایه ها ساختم. بلوک ها، آلومینومی و با ابعاد 50 در 50 در 20 هستند. من از پیچ و مهره M5 برای نصب آن ها استفاده کردم.

ریل های حرکت خطی بر روی آلومینوم اکستروژن قرار میگیرند. برای محور x من از ریل هایی با قطر 20 میلیمتر استفاده کردم. سوراخ های ریل ها باید دقیقا بر روی سوراخ های اکستروژن قرار بگیرند. با استفاده از پیچ و مهره m5 به راحتی میتوان آن ها را به هم چفت کرد.

گام 3: صفحات کناری دروازه ها

صفحات کناری دروازه ها تقریبا شبیه به هم هستند. تنها تفاوت این است که یکی از آن ها چهار سوراخ برای نصب موتور بر روی خود دارد. این صفحات از ورق های آلومینیومی با ضخامت 15 میلیمتر ساخته شده اند. دریل کاری برای ایجاد سوراخ روی این صفحات راحت است. برای اینکه سوراخ ها دقیقا در محل مناسب خود ایجاد شوند، محل سوراخ ها را با ماژیک علامت زده سپس با خیال راحت با استفاده از دریل سوراخ را ایجاد کنید. برای سوراخ های بزرگ تر ابتدا با استفاده از یک مته کوچکتر سطح را سوراخ کرده، سپس با مته با سایز مناسب سوراخ نهایی را ایجاد کنید.

گام 4: مونتاژ دروازه

سایر اجزا دروازه نیز همانند روش توضیح داده شده برای صفحات کناری ساخته میشوند. دشوارترین کار این است که لینیر گایدها دقیقا به صورت مستقیم و صاف نصب شوند. لینیر گایدها باید روی لبه های صفحات قرار بگیرند. وقتی محل دقیق سوراخ ها با ماژیک علامت زده شدند، دو تکه پروفیل آلومینیوم را در گوشه صفحه با گیره نگه داشتم تا با کمک آن لینیر گاید دقیقا به صورت صاف قرار بگیرد. بعد از اینکه با ماژیک محل سوراخ ها علامت زده شد، با دریل یک شیار M5 ایجاد کنید. هنگام نصب لینیر گاید به دروازه، باید مطمئن شد که فاصله بین دو لینیرگاید همواره یکسان باشد (با هم موازی باشند).

همچنین چند براکت به گوشه ها اضافه کردم تا صلبیت بیشتری به دست آید اما در مونتاژ نهایی دستگاه آن ها را کنار گذاشتم چون احساس کردم که به آن ها نیازی نیست. آماده کردن صفحه انتهایی دروازه بسیار ساده است. باید 6 سوراخ برای نصب صفحات کناری بر روی آن ایجاد کرد. در وسط آن نیز دو سوراخ برای نصب نگهدارنده مهره ایجاد میکنیم.

گام 5: کالسکه محور y

کالسکه از یک صفحه که 8 عدد بلبرینگ خطی به آن وصل است تشکیل شده است. دریل کاری روی آن راحت است اما باید با دقت انجام شود. هم بلبرینگ های محور y و هم بلبرینگ های محور z به این صفحه وصل میشوند. با توجه به اینکه بلبرینگ ها خیلی به هم نزدیک هستند، حتی یک اشتباه جزئی باعث اختلال در عملکرد آنان میشود. لینیرگایدها و بلبرینگ ها باید با دقت و به درستی تنظیم شوند. برای انجام این کار میتوان از کولیس دیجیتال استفاده کرد. برای نصب مهره راهبر محور y دو سوراخ روی صفحه ایجاد میکنیم. همچنین باید بلبرینگ ها با محور z تراز شوند. اما این کار باید بعد از اتمام ساخت محور z انجام شود.

گام 6: محور Z

لینیر گاید محور Z بر روی قطعه مترحک این محور سوار میشود. لینیرگاید باید به مقدار اندک و در حد چند میلیمتر با لبه های صفحه فاصله داشته باشد. من چند تکه پلاستیکی پیدا کردم که ضخامتشان دقیقا به اندازه فاصله مورد نیاز بین لینیرگاید و صفحه است، به همین خاطر از آن ها برای نصب لینرگاید کمک گرفتم تا فاصله دقیق رعایت شود. برای تراز کردن آن ها از همان روش گفته شده برای محور y استفاده میشود. محل سوراخ ها را با ماژیک علامت بزنید و سپس با دریل آن را سوراخ کنید.

برای نصب صفحه بالایی محور z، سه سوراخ در انتهای صفحه نصب روتر ایجاد میکنیم. در ابتدا قصد داشتم استپ موتور محور Z را مستقیماً به صفحه بالا نصب کنم. بنابراین سعی کردم چند اسلات در صفحه بالایی ایجاد کنم تا استپ موتور به آن متصل شود، اما نتوانستم این کار را به درستی انجام دهم زیرا فرز مناسب این کار را نداشتم به همین علت یک نگهدارنده موتور متفاوت از جنس پلاستیک ساختم (گام 12).

همچین از همان جنس پلاستیک برای ساخت نگهدارنده بلبرینگ ها استفاده کردم و آن ها را به بالای صفحات بستم. پیچ راهبر یک لید اسکرو سایز M10 از جنس استیل ضد زنگ است و با دو مهره بین دو بلبرینگ قرار میگیرد. در تسمه تایم ها یک سوراخ M10 ایجاد کردم تا بتوانم آن ها را به پیچ راهبر وصل کنم. مهره راهبر دلرینی به کالسکه محور Y وصل خواهد شد.

گام 7: تسمه تایم و پولی

میتوان با پیچ موتورها را به راحتی به قسمت بیرونی دستگاه وصل کرد اما فرض میکنیم که ماشین قرار است در یک فضای محدود و کوچک قرار گیرد و اگر موتورها بیرون از دستگاه باشند فضای اضافی اشغال میکنند و باعث سختی در رفت و آمد میشوند. بنابراین سعی داریم که موتورها را داخل بدنه دستگاه نصب کنیم. با نصب موتورها در داخل دستگاه دیگر نمیتوان موتور را به طور مستقیم با بال اسکرو کوپل کرد، بنابراین مجبوریم که از پولی تایمینگ استفاده کنیم. من از تسمه 9mm wide HTD5 و پولی استفاده کردم.

نکته: وقتی که با تسمه موتور را به بال اسکرو وصل میکنید، در این صورت میتوانید از یک گیربکس کاهنده نیز استفاده کنید. در صورت استفاده از گیربکس میتوانید از یک موتور کوچک تر استفاده کنید در حالیکه همان گشتاور را داشته باشید.

گام 8: نگهدارنده موتور

برای نگهدارنده موتور میتوان از چند قطعه لوله آلومینیومی استفاده کرد. من لوله هایی از پیش بریده شده سفارش دادم اما شما میتوانید یک لوله را خودتان به اندازه های دلخواه ببرید. نگهدارنده های موتوری که در محورهای x و y استفاده میشوند، باید بتوانند برای کشش تسمه تایم به داخل و بیرون بروند. اگر از کوپلینگ معمولی برای اتصال استپ موتورها استفاده میکنید پیشنهاد میکنم که از نوع standoff آن استفاده کنید.

من کار را با ایجاد یک سوراخ بزرگ در یک سمت نگهدارنده شروع کردم. این به موتور اجازه میدهد با سطح تراز شود و مطمئن شویم که شفت درست در مرکز قرار گرفته است. سپس موتور با تعداد 4 پیچ و مهر M5 به نگهدارنده متصل میشود. من از 4 اسلات هم در سمت دیگر نگهدارنده نصب کردم تا هر موقع که خواستم آن را بردارم و دوباره سر جایش بگذارم. من از ماشین تراش برای ایجاد سوراخ های بزرگ و ساخت اسلات ها استفاده کردم اما شما میتوانید از دریل های معمولی هم برای این کار استفاده کنید.

گام 9: بلوک های بلبرینگ ها

بلوک های بلبرینگ برای محورهای x و y از میله های آلومینیومی 50mm ساخته شده است. من 4 قطعه مساوی هر یک با ضخامت 15mm را برش دادم، سپس با دستگاه تراش سطح آن ها را صیقلی کردم. بعد از ایجاد 4 سوراخ مورد استفاده برای نصب، دوباره با استفاده از دستگاه تراش یک سوراخ بزرگ در وسط آن ایجاد کردم. سپس حفره را برای نشستن بلبرینگ در آن آماده کردم. بلبرینگ ها را با فشار داخل بلوک ها قرار میدهیم و بلوک ها را به صفحات انتهایی و کناری پیچ میکنیم. من در انتهای بال اسکروها یک سوراخ ایجاد کردم تا آن ها را در جای خود نگه دارند.

سر بال اسکروها را به اندازه 11mm تراش میدهیم. این همان قسمتی است که پولی تایمینگ به آن وصل میشود. انتهای سر بال اسکروها را کمی بیشتر و به اندازه 10mm تراش میدهیم تا بتوان آن را با فشار در بلبرینگ چفت کرد.

گام 10: نگهدارنده مهره راهبر محور z

من برای محور z به جای بال اسکرو از لید اسکرو سایز M10 استاندارد اما با کیفیت استفاده کردم همچنین با دلرین یک مهره ساختم. دلرین برای این کار خیلی مناسب است چون هم نرم است و هم هیچگاه فرسوده نمیشود. به یاد داشته باشید اگر از یک قلاویز با کیفیت برای قرار دادن رزوه ها در مهره استفاده کنید، لقی خیلی کم خواهید داشت یا اصلا لقی ندارید.

در محور z یک اتاقک کوچک برای نصب مهره وجود دارد. از آنجایی که مهره دلرینی که ساختم گرد بود، در نتیجه به یک نگهدارنده مخصوص نیاز داشتم. نگهدارنده متشکل از دو قطعه آکریلیک 12mm است که آن را با یک دستگاه روتر cnc آماده کردم. مهره به خوبی درون نگهدارنده قرار میگیرد و توسط یک پیج در جای خود سفت میشود. پیچ از چرخیدن مهره درون نگهدارنده جلوگیری میکند. دو سوراخ در نگهدارنده ایجاد میکنیم تا بتوانیم آن را به کالسکه محور Y وصل کنیم.

گام 11: نگهدارنده مهره راهبر محورهای x و y

من برای محورهای x و y مهره های راهبر متفاوت و از جنس آلومینیوم ساختم. مهره بال اسکرو در یک طرف خود دو فلنج کوچک دارد که در هر کدام سه سوراخ وجود دارد. یک سوراخ از هر فلنج را برای نصب مهره به نگهدارنده استفاده کردم. نگهدارنده از جنس آلومینوم است و با ماشین تراش ساخته شده است. این قطعه باید به دقت ماشین کاری شود. وقتی مهره را به دروازه و کالسکه محور y متصل کردید باید بتوانید آن را به راحتی و با چرخاندن بال اسکرو با دست از یک سمت به سمتی دیگر حرکت دهید. اگر ابعاد نگهدارنده اشتباه باشند، مهره گیر میکند و نمیتوانید بال اسکرو را با دست بچرخانید.

گام 12: نگهدارنده موتور محور z

نگهدارنده موتور برای محور z کمی متفاوت از بقیه است. جنس آن از آکریلیک 12 میلیمتر است و با دستگاه روتر cnc برش خورده است. من قصد داشتم که نگهدارنده از جنس آلومینیوم نباشد، اما ماشین کاری را دشوار میکند. آکریلیک 12 میلیمتر فعلا خوب کار میکند اما باید بعدا با نوع آلومینیومی آن جایگزین شود. وقتی به این نتیجه رسیدم که دیدم نگهدارنده در اثر فشار تسمه خم میشود.

گام 13: تخته برش

آخرین قطعه مورد نیاز برای ساخت ماشین تخته برش است. تخته برش یکی از قطعات مهم است و اغلب نسبت به آن غفلت میشود. تخته برش در انواع مختلف وجود دارد مانند t-slot table top, perforated table top, vacuum table و ... . از نظر من نوع آلومینیومی مدلt-slot table top بهترین گزینه است اما بسته به ابعاد ماشین باید چیزی در حدود 100 دلار برای خرید آن پرداخت کنید. درنهایت تصمیم گرفتم از مدل perforated table top استفاده کنم، به خاطر اینکه بودجه ای که برای تخته در نظر گرفته بودم، تنها اجازه خرید این مدل را به من میداد و هنوز خیلی از قطعات را هم نخریده بودم.

تخته برش ماشین من از یک تخته سه لای چوبی با ضخامت 18 میلیمتر ساخته شده است که برای بستن آن به آلومینوم اکستروژن، از M5 bolts و t–slot nuts استفاده کردم. حدودا تعداد 150 مهره 8 وجهی سایز M8 با قیمت 4 دلار تهیه کردم. با استفاده از یک برنامه CAD طرح یک شبکه متشکل از سوراخ هایی 8 وجهی را رسم کردم، سپس با استفاده از ماشین، سوراخ ها را برای قرار گیری مهره ها ایجاد کردم. علاوه بر آن، روی تخته سه لایه، یک لایه MDF ضخیم 25 میلیمتر به عنوان سطح کار نصب کردم.

گام 14: الکترونیک

قسمت الکترونیک ماشین از قطعات زیر تشکیل شده است:

• Main power supply - 48VDC 6,6Amp
• 3 drivers - Leadshine M542 V2.0
• 3 steppermotors - 3Nm hybrid Nema 23
• Breakoutboard
• Relay - 25A, 230VAC output, 4-32VDC input
• Main power switch
• Power supply for breakoutboard - 5VDC
• Power supply for cooling fans - 12VDC
• 2 cooling fans (80mm)
• 2 power outlets - for Kress router and shop vac
• E- stop - still needs to be installed
• Limit switches - still need to be installed

قبل از خرید استپ موتورها، باید ببینید که میخواهید از آن ها چه استفاده ای بکنید. اگر قرار است از آن ها در یک ماشین کوچک که قطعات چوب و پلاستیک را برش میدهد استفاده کنید، موتورهایی با قدرت 1.9nm برای شما کافی است. من ترجیح دادم که موتورهایم 3nm باشند زیرا ماشینی که میسازم به حد کافی بزرگ و سنگین است، همینطور قرار است که در آینده قطعات سخت مانند آلومینوم را برش بدهم.

اگر موتورهای شما خیلی بزرگ نیستند، میتوانید از یک درایور 3 محور استفاده کنید هرچند بهتر است که هر موتور یک درایور مجزا داشته باشد. درایورهای مستقل کنترل جریان و میکرواستپ بیشتری در اختیار قرار میدهند. قابلیت اطمینان بیشتری دارند و نتایج بهتری نیز میدهند. درایورهایی که من استفاده کردم حداکثر 4.2 آمپر و تا 125 میکرواستپ را میدهند.

منبع تغذیه اصلی با سیم 14 gauge به درایورها متصل میشود. کاربرد اصلی این سیم در هواپیمای RC است. این سیم انعطاف بالایی دارد و خیلی با کیفیت است و میتواند جریان بالایی را تحمل کند. منبع تغذیه 5VDC به برق شهری وصل میشود. برای تغذیه فن ها، یک پریز برق درون محفظه قرار دادم تا بتوانم با یک آداپتور 12V برق لازم برای آن ها را تامین کنم. همچنین یک کلید برای خاموش و روشن کردن منبع تغذیه اصلی وجود دارد.

رله 25A با کامپیوتر و از طریق یک breakoutboard کنترل میشود. ترمینال های ورودی رله به ترمینال های خروجی breakoutboard وصل میشوند. رله به دو پریز برق وصل میشود که قدرت Kress router و shop vac را برای مکش ضایعات تامین میکند. وقتی که Gcode با فرمان M05 به پایان میرسد، ماشین به طور اتوماتیک Kress router و shop vac را خاموش میکند. برای اینکه آن ها را روشن کنید میتوانید F5 را بزیند یا اینکه در Gcode، فرمان M03 را اجرا کنید.

گام 15: بدنه قطعات الکترونیک

برای تنظیم ماشین، موقتا قطعات الکتروینک را روی یک تکه چوب نصب کردم اما باید برای آن ها یک محفظه خوب ساخت. ابتدا روی کاغذ محل قرار گیری هر قطعه و ابعاد دقیق آن را مشخص کردم. سعی کردم به گونه ای قطعات را بچینم که رساندن همه سیم ها به ترمینال ها به راحتی انجام شود. همچنین از این مطمئن شدم که جریان هوا به خوبی درون محفظه جریان داشته باشد. رعایت این نکته خیلی مهم است زیرا درایورهای استپ موتور در هنگام کار خیلی زود گرم میشوند.

همه کابل ها میتوانند از پشت محفظه وصل شوند. من از یک پلاگین 4 سیمه استفاده کردم تا هر وقت که خواستم بدون اینکه نیاز باشد به ترمینال ها دست بزنم بتوانم قسمت الکترونیک را از دستگاه جدا کنم. همین طور 2 پریز برق برای تغذیه موتور اسپیندل و shopvac اضافه کردم. پریزها برای خاموش و روشن کردن اتوماتیک روتر در Mach3 به رله وصل میشوند. من یک کلید برق بزرگ هم در جلوی محفظه قرار دادم.

بعد از اینکه نحوه چیدمان قطعات و ابعاد را روی کاغذ مشخص کردم، طرح آن را در برنامه کد کشیدم. بعد با استفاده از یک دستگاه CNC آن را برش دادم. با یک تکه پلکسی گلس هم یک دستگیره در وسط آن درست کردم. بعد تمام قطعات را درون آن قرار دادم و سیم کشی ها را انجام دادم.

گام 16: نرم افزار دستگاه CNC

هدایت یک دستگاه CNC روتر نیازمند کار با 3 نرم افزار متفاوت است. یک نرم افزار CAD برای ساخت طرح، یک نرم افزار CAM برای ایجاد toolpaths و خروجی G-cod و یک برنامه کنترلر برای ترجمه G-code و کنترل روتر. من از CamBam برای ایجاد طرح ها و toolpaths استفاده میکنم. CamBam برنامه ساده ای است که کار با آن خیلی راحت است. این برنامه اکثر ابزارهای پایه CAD را دارد و با وجود آن در اغلب پروژه ها به برنامه CAD نیاز پیدا نخواهید کرد. قبل از اینکه CamBam بتواند toolpaths را ایجاد کند، باید مجموعه ای از پارامترها تنظیم شوند. به عنوان مثال قطر ابزاری که استفاده میکنید، عمق برش، سرعت برش و ... . وقتی toolpaths را ایجاد کردید، میتوانید خروجی G-code را داشته باشید. درواقع G-code زبان ماشین است و به ماشین میگوید که چه کار کند.

من برای نرم افزار کنترلر از Mach3 استفاده میکنم. Mach3 سیگنال هایی را از طریق پرت های کامپیوتر به breakoutboard ارسال میکند. از Mach3 برای صفر کردن ابزار برش و شروع کار استفاده میشود. همچنین میتوان از آن برای کنترل سرعت اسپیندل و سرعت برش استفاده کرد.

استفاده از ماشین CNC

بعد از چند ماه کار، بالاخره کار ساخت ماشین تمام شد. بعد از تست های اولیه، اولین چیزی که با دستگاه ساختم، چند گیره بود. اولین پروژه بزرگ من ساخت محفظه قطعات الکترونیک همین ماشین بود که در گام 15 توضیح دادم. همچینین من تعدادی دنده و چیزهای دیگر ساختم.

یکی از نکاتی که خیلی زود متوجه آن شدم، این بود که CNC روتر گرد و غبار خیلی زیادی تولید میکند و صدای خیلی بلندی دارد. برای حل مشکل گرد و غبار یک گردگیر ساختم اما کم کردن از سطح نویز ایجاد شده مشکل بود. برای این کار یک محفظه ساختم که دستگاه درون آن قرار میگیرد و برای قسمت های داخلی محفظه از صفحات جذب صدا استفاده کردم. این محفظه به میزان قابل توجهی از سطح نویز تولیدی کاست و کار با دستگاه را راحت تر کرد.

نتیجه گیری

حالا شما میدانید که چطور باید یک دستگاه روتر CNC ساخت. اگرچه شما دقیقا یک کپی از این دستگاه را نخواهید ساخت اما امیدوارم که از این مقاله الهام گرفته و دستگاه خود را طراحی و بسازید. اگر هر سوالی در این زمینه دارید میتوانید آن را در قسمت نظرات بیان کنید تا در سریع ترین زمان ممکن به آن پاسخ داده شود.

لطفا چناچه هرگونه تجربه ای در زمینه ساخت دستگاه CNC دارید، در بخش نظرات همین مقاله آن را با سایر همکاران در اشتراک بگذارید.