Házilag készült 3D CNC marógép

Végre használható a CNC marógépem. Alapvetően NYÁK fúráshoz építettem, de készülék előlapokat szoktam vele marni. A megmunkálható terület nagysága 504×340×120 mm. Először egy egyszerű 135W-os hobbi fúró volt a marómotor, később egy 300W teljesítményű marómotort szereztem be.

NYÁK fúrás 0,8 mm átmérőjű csigafúróval:

Az eredmény:
CNC-vel kifúrt NYÁK CNC-vel kifúrt NYÁK hátoldala
Zárt szelvényből, szögvasból, M12-es menetes szárból, csapágyakból és léptetőmotorokból készült a gép. A léptetőmotor vezérlő eredetileg L297 és L298 IC-kből épült L297-8 vezérlő, ezt később az ún. "kínai vezérlőre" cseréltem (lásd lentebb). A gépet a szabadon letölthető LinuxCNC szoftver vezérli.

NYÁK fúrás 1,5 mm átmérőjű csigafúróval: itt látható.
Fa fúrás, kezdő pozíció keresés (homing), LinuxCNC vezérlőszoftver: itt.
Fa fúrás: itt.

Mechanika

Először egy négylábú képződményt építettem 40×40×2-es zártszelvényből és szögvasból, amin majd az Y tengely mentén mozog az asztal. Mivel nem az állvány (gantry), hanem az asztal mozog, ezért a megmunkálható terület felét ,,elvesztjük''. Cserébe (szerintem) egyszerűbb mechanikát kell építeni. A zártszelvényeket és szögvasakat ívhegesztéssel rögzítettem egymáshoz. Érdemes beszerezni egy derékszög szorítót a pontosabb hegesztés érdekében.
CNC alap CNC asztal CNC Y tengely
Majd az állványon mozog egy kocsi az X tengely mentén vízszintesen és ezen a kocsin függőlegesen a Z tengely mentén egy másik kocsi. Ezeket 40×40×2-es, 40×20×2-es és 20×20×2-es zártszelvényből építettem. Az alábbi képeken látható a szögvasból és csapágyból készült szán (lineáris sín) is:
CNC Z kocsi CNC Z sín CNC csapágyház CNC csapágyház és poliamid anya CNC Z tengely készen CNC X tengely CNC mechanika majdnem teljesen készen
A menetes szárak rögzítéséhez tengelyenként kettő (összesen 6) 6301 2RS csapágy van. Csapágy választó itt található.
A ,,vonóorsó'' M12-es menetes szár, amit természetesen nem mozgatóorsónak szántak, de szinte minden vasboltban kapható és olcsó, körülbelül 500-1000 Ft métere. A métermenet élesmenet, menetemelkedése (angolul pitch) 1,75 mm/fordulat. Ez elég kevés, emiatt igencsak lomha lesz a CNC. Az én CNC-m X és Y irányú csúcssebessége 360 mm/perc vagyis az X tengely távolságát másfél perc alatt teszi meg. (Ezt a új vezérlővel 900 mm/perc-re sikerült feltornázni.) Tr12x3-as trapézmenet sokkal jobb lenne (Tr12x3 = 12 mm-es névleges átmérő, 3 mm-es menetemelkedés), de a trapézmenetű orsó nehezebben beszerezhető és nem olyan egyszerű a rögzítése a csapágyhoz, mint a métermeneté. A legjobb golyósorsó és golyósanya lenne, de az túl drága.
A menesztéshez az Y tengelynél hagyományos M12-es anyát, a többi tengelynél poliamid műanyagból készített anyát használtam. A poliamid anyát sugárirányban el kell vágni, hogy csavarral meg lehessen húzni vagy két anyát kell használni és kottyanásmentesre meghúzni. A poliamid műanyag pontos típusa: PA66 + Molibdén-diszulfid (DOCAMID 66 MO). Ebből egy 32 mm átmérőjű és 1000 mm hosszú rudat vettem kb. 6000 Ft-ért a Quattroplast Kft.-től.
Kocsinként 8 darab (tehát összesen 24) 626 2RS csapágy van, ezeken gurulnak. Ezek M6-os csavarral vannak rögzítve a szögvashoz. (A csapágyakat a Kobell-Ker Kft.-től vettem.)

Elektronika

A legfontosabbak és legdrágábbak a léptetőmotorok. Végül, a Z tengely meghajtására egy darab 23LC051-025-8W-F8-1.0 (max. 1 Nm nyomaték) motort az X és Y tengelyre egy-egy 23LC064-025-8W-F10-1.5 (max. 1.5 Nm nyomaték) motort építettem be. Ezeket a motorokat a Klavio Kft.-től vettem. (Az előző képeken használt léptetőmotorok látszódnak nem az utóbbiak.) Egy lépéssel 1,8 fokot mozdul el a tengely, vagyis 200 lépés egy teljes fordulat.
A léptetőmotorok 8 kivezetésűek, tehát mind a négy tekercsének minden kivezetése használható. Emiatt sokféleképpen lehet használni:

  • két-két tekercset sorosan kötve bipoláris módban (én így használom);
  • két-két tekercset párhuzamosan kötve bipoláris módban;
  • unipoláris módban.

Először egy L297-8 léptetőmotor vezérlőt gyártottam, ami bipoláris motorokat tud vezérelni. Ebből azt a változatot építettem meg, amelyik XYZ vezérlő, három motort tud meghajtani. Először 12V-ról működtettem, majd 36V-ról próbáltam. Érdemes minél nagyobb feszültséggel meghajtani a motorokat. (Az alábbi képeken nincs rajta a 36V-os tápegység.)
Léptetőmotor-vezérlő és tápegység CNC tápegység CNC léptetőmotor-vezérlő
Ez egy ún. STEP/DIR vezérlő, ezért két bemenete van:

  • DIR (direction), magyarul irány. A bemenet szintje határozza meg, hogy balra vagy jobbra léptessen a vezérlő.
  • STEP, vagyis lépés. Felfutó él hatására a léptetőmotor lép egyet balra vagy jobbra.

L297 és L298 IC-ket a Lomex Kft.-nél lehet kapni 1697 Ft + ÁFA és 1136 Ft + ÁFA áron. Ez összesen körülbelül bruttó 10700 Ft. Ezen kívül persze le kell gyártani a NYÁK-ot és kell egy pár ellenállás, kondenzátor illetve LM317-es és 74HC14-es IC. Mivel 36V-ról működtetve nagyon melegedett a vezérlő, ezért egy ún. kínai vezérlőt vettem, ami TB6560-as IC-vel működik (kereséshez "tb6560 3-axis controller" a varázsige).

Vezérlés

A CNC gépet egy 1,5 GiB RAM-mal rendelkező 3,2 GHz-es P4-es számítógép vezérli, amin LinuxCNC fut. A számítógép párhuzamos portjának bekötése:
Kimenetek:
2. láb: Z lépés
3. láb: léptetőmotor vezérlő engedélyezés
4. láb: nem használt
5. láb: X lépés
6. láb: X irány
7. láb: Y lépés
8. láb: Y irány
9. láb: Z irány
(A marómotor bekapcsolására és fordulatszám-szabályozására még egy-egy kimenet szükséges.)

Bemenetek:
10. láb: X tengely limit kapcsolók
11. láb: Y tengely limit kapcsolók
12. láb: Z tengely limit kapcsolók

Bemenetből alapesetben a LinuxCNC ötöt kezel, de a végállás kapcsolók tengelyenkénti sorbakötésével felezhetjük a szükséges bemenetek számát. Ha az összes kapcsolót sorba kötjük, csak egy bemenet kell.
A párhuzamos port kimenetei egy 74HCT244-es IC-s illesztőn keresztül vannak a léptetőmotor-vezérlőbe bekötve.
Ha elfogynak a ki- vagy bemenetek egy PCI-os párhuzamos port kártyát tehetünk a gépbe. Jó tudni, hogy az új PC alaplapokon általában nincs párhuzamos port csatlakozó.

Lefestett CNC képei

Lefestett CNC marógép CNC marómotor és az X tengely motorja CNC X és Z tengelyének motorja CNC Z tengely CNC vezérlés nélkül CNC Z tengely CNC marómotor rögzítő CNC végállás kapcsolók CNC Z motor