Làm thế nào để xây dựng một máy CNC từ đầu?

Làm thế nào để xây dựng một máy CNC từ đầu? - Hướng dẫn tự làm

Học cách chế tạo máy CNC từ đầu dễ hơn bạn nghĩ. Chúng tôi đã chia nhỏ quy trình tự làm thành một loạt các bước dễ làm theo dành cho người mới bắt đầu. Từ việc mua linh kiện đến cài đặt phần mềm, hướng dẫn tự làm của chúng tôi sẽ hướng dẫn bạn cách dễ dàng chế tạo máy CNC của riêng bạn.

Máy CNC là gì?

Máy CNC là một công cụ điện tự động sử dụng chương trình máy tính để điều khiển động cơ để điều khiển ba trục X, Y và Z di chuyển qua lại theo đường chạy dao do phần mềm CAD/CAM tạo ra theo lệnh G-code. Cuối cùng, công cụ trên trục chính hoàn thiện kết quả chạm khắc, cắt và phay.

Những điều cần cân nhắc

Khi nói đến máy CNC, mọi người sẽ nghĩ đến chi phí cao và các hoạt động lập trình phức tạp, khiến chúng ta cảm thấy không thể hiểu nổi. Trên thực tế, chúng ta biết và học CNC bằng cách tạo ra một số máy CNC giá rẻ, điều này giúp chúng tôi nâng cấp từ người mới bắt đầu thành chuyên gia về công nghệ CNC hiện đại. Khó khăn của việc tự làm máy CNC nằm ở chi phí cao của bộ máy và độ khó của gia công, và việc thiết lập và sử dụng phần mềm tương đối đơn giản. Sau một tháng nghiên cứu và tìm hiểu về CNC, tôi quyết định tự chế tạo bộ máy CNC điều khiển Mach3 bằng vật liệu có sẵn tại địa phương.

Độ khó của tòa nhà: Vừa phải.

Thời gian xây dựng: 16 Days.

Công cụ tự làm: Ê tô, máy khoan điện, cưa tay, máy đột mẫu, máy khoan ren, máy doa, thước cặp, máy uốn và ốc vít.

Bắt đầu

Hướng dẫn này hướng dẫn cách tạo ra một máy CNC có chức năng với các tính năng sau.

1. Cấu trúc cổng trục có độ ổn định tốt, định dạng xử lý lớn, thiết kế để bàn nhỏ gọn và nhẹ, trọng lượng nhẹ và dễ mang theo.

2. Có thể dùng để cắt và phay PCB, PVC, acrylic, MDF, gỗ, nhôm và đồng.

3. Độ chính xác gia công có thể đạt tới 0.1 mm, có thể đáp ứng yêu cầu của hầu hết các bảng mạch in, khuôn mẫu, tem và biển báo.

4. Chi phí của nó là dưới US$1,000, việc lắp ráp rất thuận tiện và dễ dàng.

5. Các bộ phận và nguyên liệu thô được sử dụng có thể tìm thấy hoặc mua tại địa phương, giúp giảm bớt lo lắng.

6. Quá trình tự làm không đòi hỏi những dụng cụ quá phức tạp.

7. Bộ điều khiển Mach3, dễ sử dụng.

8. Trục chính được dẫn động bằng động cơ bước có độ chính xác cao.

Làm thế nào để xây dựng cấu trúc máy CNC?

Máy CNC này sử dụng cấu trúc cổng trục cố định. Toàn bộ máy được chia thành bàn đế, khung cổng trục, giá đỡ trục X, bàn làm việc trục Y và giá đỡ trục Z. Động cơ bước truyền động của bàn làm việc trục Y được cố định trên tấm đáy. , vít và hai thanh trơn và cổng trục làm thanh dẫn hướng trượt bàn trục Y.

Trên cổng trục, động cơ bước dẫn động của giá đỡ trục X, vít dẫn và hai thanh trơn dùng làm thanh dẫn hướng trượt của giá đỡ trục X được cố định. Trên giá đỡ trục X, động cơ bước dẫn động của giá đỡ trục Z, vít dẫn và hai thanh trơn dùng làm thanh dẫn hướng trượt của giá đỡ trục Z được cố định.

Có giá đỡ cố định hình chữ L và vòng giữ hình chữ U để cố định trục chính trên giá đỡ trục Z.

Đai ốc khớp với vít dẫn được hàn trên giá đỡ trục X, Y và Z.

Làm thế nào để tạo mạch máy CNC?

Mạch bao gồm ba bộ phận truyền động động cơ bước giống hệt nhau của trục X, trục Y, trục Z. Bây giờ lấy trục X làm cột để minh họa nguyên lý hoạt động của nó.

Mạch điều khiển động cơ bước với L297/L298

Mạch chủ yếu bao gồm hai mạch tích hợp điều khiển động cơ bước chuyên dụng L297 và L298. Chức năng chính của L297 là phân phối xung. Nó tạo ra các xung logic đầu ra tại các đầu ra A, B, C và D để điều khiển L298. L297 cũng có hai bộ ngắt PWM để điều khiển dòng điện cuộn pha và thực hiện điều khiển bộ ngắt dòng điện không đổi để có được đặc tính tần số mô-men xoắn tốt.

Xung trục X từ HDR1 (chân 2) đi vào CLOCK (chân 18) của U1 (L297) và được U1 xử lý tại các đầu ra A, B, C, D, C (chân 4, 6, 7, 9) để tạo ra xung logic đầu ra đi vào U2 (L298) để điều khiển cầu H kép tại các đầu ra của nó (chân 2, 3, 13 và 14) để tạo ra xung bước điều khiển động cơ bước quay.

L298 là mạch tích hợp điều khiển công suất dòng điện cao và điện áp cao cầu H kép.

L297 và L298 được sử dụng để tạo thành một hệ thống truyền động hoàn chỉnh, có thể truyền động động cơ bước hai pha với điện áp tối đa là 46V và dòng điện 2A cho mỗi pha.

SYNC (chân 1) của U1 là chân đồng bộ hóa được kết nối với chân 1 của U3 và U5 để thực hiện đồng bộ hóa nhiều L297.

Bảng điều khiển trình điều khiển động cơ bước

ENABLE (chân 10) của U1 cho phép chân điều khiển điều khiển logic đầu ra. Khi ở mức thấp, INH1, INH2, A, B, C, D đều bị ép xuống mức thấp để khiến trình điều khiển L298 không hoạt động. CONTROL (chân 11) được sử dụng để chọn điều khiển tín hiệu chopper. Khi ở mức thấp, tín hiệu chopper tác động lên INH1, INH2 và khi ở mức cao, tín hiệu chopper tác động lên tín hiệu A, B, C, D. Chế độ trước phù hợp với chế độ làm việc một cấp và hai chế độ có thể được sử dụng cho động cơ bước của chế độ làm việc lưỡng cực.

VREF (chân 15) của S1U1 là chân điều chỉnh điện áp tham chiếu và điện áp của chân này được điều chỉnh để thiết lập dòng điện cực đại của cuộn dây pha của động cơ bước.

Bộ điều khiển động cơ bước

Cw/ccw (chân 17) của U1 là chân để chỉ định hướng quay của động cơ bước trục X và tín hiệu chỉ định hướng cho trục X từ HDR1 (chân 6) được kết nối với chân này.

HALF/FULL (chân 19) là chân điều khiển chế độ kích thích. Khi ở mức cao, đây là chế độ điều khiển nửa bước, và khi ở mức thấp, đây là chế độ điều khiển toàn bước. RESET (chân 20) là tín hiệu reset không đồng bộ, và chức năng của nó là reset bộ phân phối xung.

D3-D26 là các diode tự do của cầu H trong trình điều khiển L298.

Làm thế nào để thiết lập bộ điều khiển CNC Mach3?

Mach3 là bộ điều khiển CNC được sử dụng phổ biến nhất cho máy CNC. Việc cài đặt rất đơn giản. Đầu tiên, hãy lắp thẻ chuyển động Mach3 vào bo mạch chủ máy tính. Trong hệ điều hành Windows, trình điều khiển Mach3 sẽ được cài đặt theo mặc định.

Bộ điều khiển CNC 3 trục USB Mach3

Bạn cũng có thể chọn DSP, NcStudio, Mach4, Syntec, OSAI, Siemens, LNC, FANUC và các bộ điều khiển CNC khác.

Làm thế nào để cài đặt và sử dụng phần mềm CAD/CAM?

Phần mềm CAD/CAM phổ biến nhất cho máy CNC bao gồm Type3, ArtCAM, Cabinet Vision, CorelDraw, UG, MeshCAM, Solidworks, AlphaCAM, MasterCAM, UcanCAM, CASmate, PowerMILL, Aspire, Alibre, AutoCAD, Fusion360, Autodesk Inventor, Rhinoceros 3D, có thể thiết kế 2D/3D bản vẽ để tạo đường đi của dụng cụ gia công.

Phần mềm CAD / CAM

Làm thế nào để lắp ráp bộ máy CNC?

Bàn dưới, giá đỡ trục X, bàn làm việc trục Y và giá đỡ trục Z được chế tạo bằng máy uốn với các tấm thép cán nguội 1.5-2mm, có thể đảm bảo độ chính xác gia công lý tưởng nhất. Nếu không có máy uốn, cũng có thể uốn thủ công bằng búa tay trên ê tô lớn. Trong quá trình gia công bằng búa tay, nên thêm một bàn là đệm vào phôi để tránh để lại vết búa trên phôi. Sau khi uốn, cần định hình thêm. Không có mặt phẳng nào bị cong vênh và tạo thành góc 90 độ với nhau. Để đảm bảo vị trí đột chính xác, điểm kim của kim khắc song song và vuông góc với đường khắc đầu tiên phải mỏng, đường khắc phải chính xác và ổ cắm định vị đột mẫu phải cẩn thận và chính xác.

Bộ máy CNC

Ví dụ, đục một lỗ có đường kính 6 mm trong hai lần. Đầu tiên, sử dụng mũi khoan có đường kính 4 mm để khoan lỗ. Xác định xem lỗ có đường kính 4 mm có chính xác theo đường định vị chéo không. Nếu không chính xác, hãy sử dụng giũa làm vườn để hiệu chỉnh. , và cuối cùng là doa lỗ bằng mũi khoan 6 mm, để sai số vị trí lỗ tương đối nhỏ.

Cổng trục có thể được cắt bằng cưa tay từ thanh sắt của sàn chống tĩnh điện có độ dày thành 1.2mm theo bản vẽ và có thể uốn cong, gia công và định hình trên ê tô. Thanh đèn được sử dụng làm thanh dẫn hướng ba trục X, Y, Z yêu cầu bề mặt nhẵn có đường kính nhẵn 8-10mm. Có thể giải quyết bằng cách tháo rời thanh trượt của máy in ma trận điểm đã qua sử dụng và con lăn cao su mực trong hộp mực máy in laser cũ. Hai thanh nhẵn ở mỗi hướng phải có chiều dài bằng nhau và mặt cuối phải phẳng. Khoan lỗ ở giữa mặt cuối để luồn dây M5 và cố định chúng bằng bu lông 5mm. Tay nghề phải theo chiều ngang và chiều dọc, đặc biệt là hai thanh đèn ở mỗi hướng phải tuyệt đối. Độ song song rất quan trọng, nó quyết định sự thành công hay thất bại của quá trình sản xuất.

Vít dẫn của ba trục là vít dẫn có đường kính 6mm và bước 1mm. Vít dẫn này có thể được sử dụng để cắt chiều dài cần thiết từ vít dẫn dài được bán trong cửa hàng kim khí để trang trí trần nhà. Điện trở và khoảng hở phải nhỏ, và đai ốc được hàn vào lỗ tương ứng của giá đỡ để giảm thiểu độ rơ và cải thiện độ chính xác của máy khắc.

Ống trượt là đầu nối ống bằng đồng thau mua ở cửa hàng kim khí. Cần chọn đường kính bên trong nhỏ hơn một chút so với đường kính của thanh trượt, sau đó sử dụng máy doa thủ công để vặn đường kính bên trong sao cho khớp chính xác với thanh trượt. Nếu cần, hãy đánh bóng trục quang bằng giấy nhám kim loại, cắt ống trượt thành các đoạn dài 6 mm, tổng cộng là 12 đoạn, sau đó sử dụng mỏ hàn công suất lớn để hàn vào lỗ tương ứng của giá đỡ. Không đặt ống trượt trong khi hàn. Nếu hàn thấm vào bên trong, hãy sử dụng kẽm clorua làm chất trợ dung để đảm bảo chất lượng hàn. Khi lắp ráp, hãy cẩn thận để điện trở của bàn trượt nhỏ và đồng đều. Nếu điện trở lớn, có thể gia nhiệt lại ống trượt bằng mỏ hàn để đáp ứng các yêu cầu.

Trục của động cơ bước và thanh vít được kết nối thông qua một ống đồng của ăng ten thanh đường kính 6mm. Thanh vít và ống đồng được hàn chắc chắn và đảm bảo đồng tâm. Đầu kia của ống đồng được lắp vào trục động cơ bước, sau đó khoan ngang. Một chốt được lắp vào một lỗ nhỏ để cố định nó, và đầu kia của thanh vít được hàn bằng một đai ốc trên giá đỡ.

Máy CNC này có thể được điều khiển linh hoạt theo kích thước và khối lượng vật liệu riêng, nhưng toàn bộ máy không được quá lớn để tránh độ cứng kém.

Làm thế nào để vận hành máy CNC?

Trước khi gia công CNC, cần chuẩn bị trước danh sách các chương trình gia công:

1. Xác định quy trình gia công chi tiết, dụng cụ và tốc độ cắt dùng để gia công.

2. Xác định điểm kết nối đường viền của bộ phận.

3. Thiết lập vị trí bắt đầu và đóng dao và vị trí gốc tọa độ.

Viết bộ lệnh điều khiển số theo định dạng câu lệnh quy định, nhập bộ lệnh vào thiết bị điều khiển số để xử lý (giải mã, vận hành, v.v.), khuếch đại tín hiệu thông qua mạch điều khiển, điều khiển động cơ servo để đưa ra độ dịch chuyển góc và vận tốc góc, sau đó chuyển đổi các thành phần thông qua thành phần thực hiện. Độ dịch chuyển tuyến tính của bàn làm việc được thực hiện để thực hiện việc cấp liệu.

Chúng ta hãy bắt đầu vận hành máy CNC theo 9 bước sau đây.

Bước 1. Lập trình CNC.

Trước khi gia công, trước tiên phải phân tích và biên soạn chương trình CNC. Nếu chương trình dài hoặc phức tạp, không lập trình trên máy CNC mà sử dụng máy lập trình hoặc lập trình máy tính, sau đó sao lưu vào hệ thống CNC của máy CNC thông qua đĩa mềm hoặc giao diện truyền thông. Điều này có thể tránh chiếm thời gian của máy và tăng thời gian gia công phụ trợ.

Bước 2. Bật máy.

Nói chung, nguồn điện chính được bật trước, để máy CNC có điều kiện bật nguồn. Khởi động hệ thống CNC bằng nút bấm và máy công cụ được bật nguồn cùng lúc, và CRT của hệ thống điều khiển CNC sẽ hiển thị thông tin. Trạng thái kết nối của máy và các thiết bị phụ trợ khác.

Bước 3. Đặt điểm tham chiếu rắn.

Trước khi gia công, hãy thiết lập dữ liệu chuyển động của từng tọa độ của máy. Bước này nên được thực hiện trước tiên cho máy của hệ thống điều khiển tăng.

Bước 4. Bắt đầu lập trình CNC.

Theo phương tiện chương trình (băng, đĩa), có thể nhập bằng máy băng, máy lập trình hoặc truyền thông nối tiếp. Nếu là chương trình đơn giản, có thể nhập trực tiếp vào bảng điều khiển CNC bằng bàn phím hoặc nhập từng đoạn trong chế độ MDI để xử lý đoạn từ xa. Trước khi gia công, gốc của chi tiết, thông số dụng cụ, độ lệch và các giá trị bù khác nhau cũng phải được nhập vào chương trình.

Bước 5. Chỉnh sửa chương trình.

Nếu chương trình đã nhập cần được sửa đổi, công tắc lựa chọn chế độ làm việc phải được đặt ở vị trí chỉnh sửa. Sử dụng phím chỉnh sửa để thêm, xóa và thay đổi.

Bước 6. Kiểm tra và gỡ lỗi chương trình.

Đầu tiên, khóa máy công cụ và chỉ chạy hệ thống. Bước này là để kiểm tra chương trình. Nếu có bất kỳ lỗi nào, cần phải chỉnh sửa lại.

Bước 7. Cố định và căn chỉnh phôi.

Cố định và căn chỉnh phôi cần gia công, thiết lập điểm chuẩn. Phương pháp này sử dụng chuyển động gia tăng thủ công, chuyển động liên tục hoặc chuyển động bánh xe thủ công của máy công cụ. Đặt điểm bắt đầu vào đầu chương trình và đặt tham chiếu của công cụ.

Bước 8. Bắt đầu gia công CNC.

Gia công liên tục thường sử dụng các chương trình bổ sung trong bộ nhớ. Tốc độ nạp liệu trong gia công CNC có thể được điều chỉnh bằng công tắc tốc độ nạp liệu. Trong quá trình gia công, có thể nhấn nút giữ nạp liệu để tạm dừng chuyển động nạp liệu để quan sát tình hình gia công hoặc thực hiện đo lường thủ công. Nhấn lại nút bắt đầu chu kỳ để tiếp tục gia công. Để đảm bảo bát chính xác, cần kiểm tra lại trước khi thêm. Trong quá trình phay, đối với các chi tiết cong phẳng, có thể sử dụng bút chì thay cho dụng cụ để vẽ đường viền của chi tiết trên giấy, trực quan hơn. Nếu hệ thống có đường chạy dao, có thể sử dụng chức năng mô phỏng để kiểm tra tính chính xác của chương trình.

Bước 9. Tắt máy.

Sau khi thêm, trước khi tắt nguồn, chú ý kiểm tra trạng thái của máy CNC và vị trí của từng bộ phận máy. Trước tiên hãy tắt nguồn máy, sau đó tắt nguồn hệ thống, cuối cùng tắt nguồn chính.

Câu Hỏi Thường Gặp

Bạn có thể tự mình chế tạo được bao nhiêu loại máy CNC?

Các loại máy CNC phổ biến nhất mà bạn có thể tự chế tạo bao gồm máy định tuyến CNC, máy tiện CNC, máy phay CNC, máy mài CNC, máy khoan CNC, máy laser CNC và máy cắt plasma CNC.

Chi phí để chế tạo bộ máy CNC là bao nhiêu?

Chi phí của bộ dụng cụ máy CNC DIY bao gồm máy tính, bảng điều khiển, các bộ phận máy và phụ kiện. Hầu hết chi phí tập trung vào phần cứng, phụ thuộc vào độ chính xác bạn yêu cầu cho kế hoạch gia công CNC của mình và chi phí trung bình là dưới US$1,000.

Máy CNC có thể làm được những gì?

Máy CNC có thể thực hiện phay, tiện, cắt, chạm khắc, khắc, đánh dấu, mài, uốn, khoan, làm sạch, hàn cho kim loại, gỗ, nhựa, xốp, vải và đá.

Làm thế nào để chọn động cơ trục chính?

Động cơ trục chính là bộ phận cốt lõi của máy CNC. Cần phải mua đúng động cơ trục chính cho kế hoạch kinh doanh của bạn, tất cả tùy thuộc vào vật liệu bạn đang gia công và độ chính xác cần thiết cho các dự án của bạn.

Làm thế nào để chọn hệ thống truyền động?

Một là chọn vít hay vít bi để lựa chọn hệ thống truyền động. Ở đây tôi thực sự đề xuất rằng tốt hơn nhiều là chọn vít bi. Mặc dù tôi sử dụng vít dẫn, tôi vẫn khuyên bạn nên chọn vít bi. Vít bi có độ chính xác cao và sai số quay nhỏ. Và trong quá trình truyền, âm thanh rất nhỏ. Quá trình truyền của vít là ma sát giữa kim loại và kim loại. Mặc dù âm thanh không lớn lắm, nhưng sai số quay sẽ ngày càng lớn sau thời gian ma sát dài.

Làm thế nào để chọn động cơ bước?

Chỉ cần máy CNC hoạt động, động cơ bước sẽ hoạt động. Nếu động cơ không được lựa chọn cẩn thận, thì đầu tiên động cơ rất dễ nóng lên. Động cơ nóng khi máy bắt đầu hoạt động, điều này không phải là điều chúng ta mong muốn. Mô-men xoắn của động cơ cũng là một vấn đề cần xem xét, và rất dễ mất bước nếu mô-men xoắn không đủ. Vì vậy, đừng tham lam khi lựa chọn động cơ bước.

Lưu ý

Cho dù bạn đang xây dựng một máy phay CNC giá cả phải chăng, hoặc làm máy tiện CNC giá rẻ nhất, thậm chí làm việc với máy phay CNC giá rẻ DIY, cảnh báo đầu tiên là nguồn điện của máy CNC. Có ba động cơ bước và một động cơ trục chính trên máy. Do đó, dòng điện của máy CNC rất lớn trong quá trình sử dụng. Khi mua nguồn điện DC, nên mua nguồn điện DC có dòng điện định mức lớn hơn. Yếu tố quyết định tốc độ của động cơ trục chính là điện áp của nguồn điện DC. Điện áp càng cao thì tốc độ tối đa của trục chính có thể quay càng nhanh, do đó điện áp không thể quá nhỏ.

Tóm lại, tôi đề xuất rằng điện áp định mức của máy CNC tự chế là khoảng 30V và dòng điện định mức ít nhất là 10A để đảm bảo máy hoạt động bình thường. Điện áp 30V chủ yếu được sử dụng trên động cơ trục chính và động cơ bước không cần điện áp cao như vậy. Vì động cơ bước được dẫn động bằng vít nên mô-men xoắn vẫn có thể lớn ngay cả với điện áp nhỏ. Vì vậy, tôi đề xuất rằng chỉ cần 12V là đủ cho điện áp cung cấp cho động cơ bước. Động cơ bước sử dụng 12V, nhưng điện áp do nguồn điện DC cung cấp là 30V. Ở đây, cần sử dụng một máy biến áp. Công suất của máy biến áp này phải cao. Dòng điện của ba động cơ bước phải đi qua máy biến áp này. Tản nhiệt của máy biến áp không theo kịp, dẫn đến tỏa nhiệt nghiêm trọng.

Làm thế nào để tạo một bộ định tuyến CNC tại nhà? - Hướng dẫn tự làm

Ngày 28 tháng 2022 năm XNUMX Trước cuối

18 cách tốt nhất để loại bỏ rỉ sét khỏi kim loại trong 2024

Ngày 14 tháng 2022 năm XNUMX Bài tiếp theo

Cách tự làm máy CNC từ đầu cho người mới bắt đầu