Polish Afrikaans Albanian Arabic Armenian Azerbaijani Basque Belarusian Bulgarian Catalan Chinese (Simplified) Chinese (Traditional) Croatian Czech Danish Dutch English Estonian Filipino Finnish French Georgian German Greek Hebrew Hindi Hungarian Icelandic Indonesian Irish Italian Japanese Korean Latvian Lithuanian Macedonian Norwegian Portuguese Romanian Russian Serbian Slovak Slovenian Spanish Swahili Swedish Turkish Ukrainian Vietnamese Welsh

OSDonate

Podoba Ci się nasza strona? Postaw nam piwo! :)

Kwota

Pierwsza część cyklu zawiera opis budowy stojaka minifrezarki, druga część przeróbkę fabrycznego stołu krzyżowego Proxxon KT70, trzecia część opis budowy osi Z, a w tej części przedstawiam elektronikę oraz małe posumowanie z perspektywy kilku lat używania tego sprzętu.

 

Elektronika i silniki

 

Do napędu osi X/Y/Z zastosowałem 3 silniki krokowe rozmiaru NEMA23, pochodzące z demontażu (Minbea 23KM-J247). Mają one 6 wyprowadzeń (2 uzwojenia x 3 wyprowadzenia) i choć przez niektórych są określane jako „uniwersalne”, to rzeczywistości fabrycznie są one przystosowane do sterowania unipolarnego.

Użyte w projekcie sterowniki silników krokowych, to popularne w świecie drukarek 3d moduły bipolarne typu „stepstick”, do których można podłączyć moje silniki w sposób pokazany na rysunku. Taki schemat oznacza jednocześnie, że maksymalny prąd uzwojenia nie powinien przekraczać ok. 0,75-0,8 wartości nominalnej, która jest podana dla sterowania unipolarnego, czyli 0,8x2,2A=1,76A. „Stepstick” zapewnia sterowanie prądowe (stabilizację prądu uzwojenia ) z użyciem mikrokroku, dzięki czemu można użyć silnika na niskie napięcie (tu 2,2V) w połączeniu z dużym napięciem zasilania (u mnie 24V), co pozwala „wyciągnąć” z silnika maksimum możliwości (prędkość/moment obrotowy).

Silniki w urządzeniach zwykle są wyposażone w złącza męskie, pozwalające na podłączenie ich do wiązki przewodów ze złączem żeńskim. Te pochodzące z demontażu niestety zwykle kupuje się bez takiej wiązki, musiałem więc dolutować własny kabel. Zrobiłem to przy wykorzystaniu małych pomocniczych płytek z laminatu (2x3 styki), co powoduje, że przewody trzymają się solidniej, a dodatkowo całość można było zabezpieczyć dwoma kawałkami grubszej koszulki termokurczliwej.

Do sterowania frezarką użyłem kontrolera GRBL - to prosty darmowy program „firmware” (korzystam z wersji v0.9) na platformę Arduino (w moim przypadku UNO) z wykorzystaniem płytki „CNC Shield” (lub „GRBL Shield”). W czasie kiedy budowałem maszynę była to nowość, a obecnie stanowi typowe rozwiązanie dla licznych niskobudżetowych amatorskich frezarek z Chin, sprzedawanych w postaci zestawów do samodzielnego montażu. GRBL korzysta z bardzo ograniczonego zestawu komend G-kodu, wg mnie to jednak całkowicie wystarczające rozwiązanie w przypadku typowych prac modelarskich, polegających na wycinaniu elementu z płaskiego arkusza materiału (lub grawerki). Zdecydowanie mogę je polecić początkującym, bo im prostsza maszyna we wszystkich jej aspektach, tym łatwiej zapanować nad projektem.

Zastosowane przeze mnie sterowniki „stepstick” to moduły z chipem A4988 (po lewej na fotce). Ich maksymalny prąd to 2A przy zastosowaniu małego radiatora i aktywnego chłodzenia. Z praktyki wiadomo, że może ono rzeczywiście być problemem, bo jak widać powierzchnia wymiany ciepła jest bardzo mała (ok 4x4mm). Dlatego zrezygnowałem z popularnej i taniej dwustronnej taśmy klejącej-termoprzewodzącej i zastosowałem klej epoksydowy o dobrym współczynniku przewodnictwa ciepła. Jest on dość drogi, ale jeśli zależy nam na skutecznym odprowadzeniu ciepła, to warto zastosować to rozwiązanie. Przy zastosowaniu taśma dwustronnej radiator jest położony sporo powyżej elementów na płytce, natomiast warstwa kleju epoksydowego jest bardzo cienka, więc konieczne było lekkie spiłowanie (podfrezowanie) radiatora w miejscu gdzie nie styka się on z układem scalonym, tak aby nie powodował zwarć w punktach lutowniczych położonych wokół scalaka. Testowałem również inną wersję sterownika „stepstick” na bazie układu DRV8825 (na zdjęciu po prawej), bo ma on większy maksymalny prąd (i napięcie) – 2,2A - a sam układ scalony większą powierzchnię odprowadzenia ciepła. Niestety próby zakończyły się niepowodzeniem (spaliłem 2 takie układy), być może trafiła mi się wadliwa partia, w tamtym czasie była nowość. Obecnie te układy są stosowane dość często w drukarkach 3D jako mocniejsza alternatywa dla A4988.

Sterownik zamknąłem w typowej polistyrenowej obudowie polskiej produkcji (Z5A). Zakładając, że wymuszone chłodzenie będzie koniecznością, przewidziałem mocowanie wentylatora 80mm na górnej pokrywie. Szybko jednak zrezygnowałem z wentylatora, bo okazało się, że radiatory w sterownikach nie są zbyt gorące.

Do zasilanie zastosowałem typowy przemysłowy zasilacz 24V/10A, który zamocowałem z tylu frezarki. Zasila on obwód silników, sam procesor zasilany jest natomiast napięciem 5V z portu USB komputera, przesyłającego G-kod do frezarki.

Tak wygląda cały zestaw gotowy do pracy. Zajmuje niewiele miejsca i zmieści się bez problemu na typowym blacie małego biurka. Do frezowania można użyć różnych narzędzi Proxxon z chwytem 20mm, ja korzystam przede wszystkim z wrzeciona Proxxon IB/E.

Oprogramowanie zainstalowane na komputerze to bardzo prosty i darmowy GRBL Controller, umożliwiający przesyłanie G-kodu do sprzętowego sterownika GRBL, pozycjonowanie wrzeciona w 3 osiach z poziomu programu, oraz śledzenie postępów wykonania G-kodu. Ja pracuję na domyślnych ustawieniach, jedyne parametry które wymagały dostosowania to ilość kroków na milimetr (w moim przypadku ta wartość to 800 - skok śruby 1mm, silnik 200 kroków na obrót i mikrokrok 1/4), oraz maksymalna prędkość przesuwu, którą ustaliłem metodą prób na 200mm/sek.

 

Przykłady prac w różnych materiałach

 

Pleksi (akryl) 3/4/5mm - pokrętła do silników krokowych.

Aluminium 2mm - orczyk do serwa naciągu żagli, w modelu Csibor

Laminat szklany 1,6mm - osprzęt do masztu i żagli w modelu Csibor

Laminat PCB - płytki drukowane do serii projektów elektroniki modelarskiej na bazie Arduino (grawerka i wycinanie po zmianie frezu).

Depron 6mm - atrapa silnika gwiazdowego

Polistyren 3mm - okienko na woltomierz w płycie czołowej rozładowarki Lipo

Sklejka 3mm - elementy pionowe (żebra) w pulpicie do nadajnika Taranis Q

 

Podsumowanie

 

Maszyna okazała się bardzo przydatna w wielu projektach. Z perspektywy czasu największą niedogodnością jest mały obszar roboczy, bo jak już się „zakosztowało” CNC, to oczywiście chciałoby się więcej. Z drugiej strony skutecznie wyręcza mnie w najbardziej kłopotliwych pracach - czyli tam, gdzie potrzeba obróbki większej ilości małych elementów. Dokładność jak na moje potrzeby jest wystarczająca, a niezbyt duża prędkość obróbki nie przeszkadza przy małym formacie prac. Taka mini-frezarka zapewne lepiej sprawdzi się w warsztacie modelarza-szkutnika niż przy modelach latających, w moim przypadku jest to jednak sensowny kompromis, bo spora część hobby to projekty elektroniczne, a do płytek drukowanych sprawdza się bardzo dobrze. Jednocześnie to co wydaje się wadą (mały format) jest zaletą, bo niewielkich rozmiarów maszyna zabiera niewiele miejsca w warsztacie.

Publikowane tutaj materiały i zdjęcia stanowią własność ich autorów, nie mogą być kopiowane oraz wykorzystywane bez ich zgody.
Strona niekomercyjna.