CNC machines bouwen door doen

De fascinatie om machines het werk te laten doen

Ik ben altijd al gefascineerd geweest door automatisering. Het idee dat een machine het werk voor je doet, werkt inspirerend. Ik heb dan ook heel wat kleine machines gemaakt voor het uitvoeren van allerlei taken. Helaas heb ik de meeste maaksels niet meer in mijn bezit. Wel heb ik nog wat oude foto’s gevonden van een zaagmachine voor het doorzagen van ronde massieve aluminium staven.

Op deze foto is een geĆÆmproviseerde zaagmachine te zien die ik 20 jaar geleden heb gemaakt. Hij is gemaakt van spullen die ik had rondslingeren in huis. De aandrijving is een motor van een oude accu schroefmachine, die met een lijmtang vastgeklemd zit aan de tafel. Deze drijft een wasmachine snaar en Pulley aan. De Pulley zit op een as met lagers, die ook vastgeklemd is met 2 lijmtangen. Aan de achterkant van deze as zit een schijf, die de draaiende beweging omzet in een lineaire beweging. Het schuiflade scharnier, wordt zo heen en weer bewogen.

Helemaal links is de kleine ijzerzaag te zien die op het scharnier is gemonteerd. De aluminium staaf die doorgezaagd wordt, zit vastgeklemd in een kleine machine klem. Deze machineklem is ook weer vastgeklemd met lijmtangen. De motor wordt aangedreven door een motor regelaar, die te zien is bovenin de foto. Hij is gebaseerd op een NE555 timer chip, die de snelheid van de motor regeld. Daarnaast zijn er ingangen voor eindschakelaars, waardoor de motor gestopt kan worden.

Hier is een wat meer definitieve zaagmachine te zien. Deze is met een grotere handijzerzaag. Op de 2e foto, in het midden onderin, is een rode benaderingsschakelaar te zien. Op de handzaag daarboven, zit een klein magneetje. Als de zaag door het aluminium rondsel heen is, zal de rode benaderingsschakelaar de magneet zien. Dan zal de motorregelaar de motor stoppen. Op deze manier is het niet meer nodig om bij de machine te blijven en kun je dus andere dingen doen met die tijd. Misschien denk je dat het makkelijker is, om dit aluminium rondsel van 65mm dik, gewoon met de hand door te zagen. Maar ik kan je verzekeren dat dat behoorlijk tegenvalt! Na een zaagsnede, heeft dit stuk aluminium al je energie uit je lichaam ontrokken šŸ™‚ . Natuurlijk is dit een absoluut prototype en is het makkelijker om gewoon een lintzaag te kopen. Maar daar had ik toen geen geld voor.

Semi automatisch aansturen van een freesbankje

Semi automatisch aansturen van een freesbankje

De motor regelaar die ik had gebruikt voor de zaagmachine, gebruikte ik ook voor het aansturen van de X as op een klein freesbankje. Op de linkse foto, zie je de rode benaderingsschakelaar op de tafel gemonteerd. Hier moet hij de beweging stoppen op het juiste moment. De hendel aan de rechterkant (voor het bewegen van de tafel), is vervangen voor een tandwielkast en koolborstel motor. Deze tandwielkast motor combinatie, wordt tijdelijk op zijn plaats gehouden door een lijmklem.

Op de rechter foto is de tandwielkast en motor van dichtbij te zien. Hier kun is goed te zien hoe de vertraging werkt. Deze tandwielkast is ook weer gemaakt van spullen die ik had rondslingeren. Deze tandwielen had ik gemaakt uit de aluminium rondsels, die te zien waren bij de zaagmachine.

Op deze 2 foto’s is nog een andere toepassing te zien van deze methode. Hier drijft de accuboormachine motor een verdeeltafel aan. Op de eerste foto is de freesbank bezig het aluminium rondsel uit te frezen. De spaanders werden weggeblazen met perslucht. Als de verdeeltafel een keer rond was geweest, werd de motor gestopt door de rode benaderingsschakelaar en was er een akoestisch signaal te horen. Dan wist ik, dat het tijd was voor nieuwe acties.

Op de 2e foto wordt hetzelfde principe nog een keer gebruikt. Ditmaal, is de freesbank bezig platte ronde tandwielen uit te frezen. Dit werkte super goed en ik heb dit toch een hele tijd zo gedaan voor veel bewerkingen. Ik had tussen elke bewerking door, toch een klein beetje tijd om wat anders te doen. Een nadeel was, dat je tussen elke actie, toch steeds weer terug moest komen bij de machine. Ook namen deze opstellingen veel ruimte in op de tafel van de freesbak.

Computer aansluiten op de freesbank

Later heb ik nog geƫxperimenteerd met zelf gebouwde besturingen, die aangestuurd konden worden met de parallelle poort. Deze besturingen waren erg omslachtig en de mogelijkheden beperkt. Wel konden er nu 5 motoren aangestuurd worden. Daarnaast had elke motor ook een Encoder die terugkoppeling kon geven aan de computer. Daardoor kon de computer bepalen wat de positie was van de tafel. Goede Open Source software was er nog niet echt en daarom moest er veel, door mijzelf en door vrienden, geschreven worden in C. Toch was het nu wel mogelijk het freesbankje meerdere acties achter elkaar uit te laten voeren. Maar automatisch was het zeker niet.

Vol automatisch aansturen van een freesbankje

Maar, door de jaren heen zijn stappenmotoren en drivers veel goedkoper geworden. Deze stappenmotoren maken het mogelijk hele precieze bewegingen te maken die aangestuurd worden door een computer. Ook was het aanbod van goede Open Source software en firmware enorm gestegen met goede ondersteuning op forums.

Hierin zag ik de mogelijkheid dit freesbankje volledig automatisch te maken. Om dit mogelijk te maken, moesten wel alle hendels vervangen worden voor stappenmotoren zoals op deze foto te zien is.

Daarvoor had ik koppelingen ontworpen, zodat de motoren gekoppeld konden worden aan de freesmachine. Deze koppelingen waren uitgeprint in geel ABS, zoals te zien is op de foto. Ja, het ABS is sterk genoeg om dit te houden. Een voordeel is zelfs dat het een beetje mee buigt. Als de motoras en de spindel niet precies op een lijn zitten, wordt dit verschil opgevangen door het meebuigen van de ABS koppeling.

Deze machine heeft ook eindschakelaars die voor ā€œhomingā€ van de assen gebruikt worden. Ook zijn het absolute eindschakelaars, die de machine kunnen stoppen, als hij buiten zijn bereik wil gaan.

Doordat de computer nu de freesmachine kan aansturen, is het heel gemakkelijk om complexe vormen uit te frezen. Op de achtergrond, is een voorbeeld te zien van een fiets.

Met het losse ā€œNum Lockā€ kastje (wat ervoor ligt) kan de machine handmatig bestuurd worden. Dit is handig voor het instellen van de ā€œnul positieā€.

Om deze nieuwe stappen motoren aan te sturen, moest ik natuurlijk ook een nieuwe besturing bouwen. Deze besturing heb ik nu nog steeds, omdat hij erg universeel is.

Op de foto is te zien, dat ik hem in de behuizing van een oude versterker heb gebouwd. De zware ijzeren behuizing is een goede bescherming voor de componenten binnenin.

De originele tuimel schakelaars zijn hergebruikt. Op de plaatsen waar ooit potmeters zaten, zitten nu indicatie leds gemonteerd. De stop knop zit op de plek waar de volumeknop ooit was.

Een ander bijkomend voordeel van deze besturing is, dat de computer de freeskop nu kan starten en stoppen. Daarnaast heeft hij zelfs nog ruimte voor 3 andere gereedschappen.

Hier is de binnenzijde te zien. Hij is zo gemaakt dat ik makkelijk dingen kan veranderen en aanpassen. De 4 motordrivers zijn rechts bovenin te zien. Links daarvan is de voeding voor de motoren gesitueerd. Deze voeding is geĆÆsoleerd van de hoofd behuizing. Daarnaast is hij ook extra elektrisch gefilterd om overtollige EMF te voorkomen. De transformator daaronder voedt de rest van de besturing. Op de 2e foto is het geheel van onderaf te zien. Onderin is het blauwe interface bord te zien. Deze kan via USB op de computer aangesloten worden. Het ziet er misschien wat rommelig uit, maar vergeet niet dat deze besturing bijna helemaal gemaakt is van spullen die door anderen als afval beschouwd werden. Alleen de motordrivers en de motorvoeding heb ik moeten kopen. šŸ™‚

Door de 4 motoren en de besturing, is het zelfs mogelijk om automatisch tandwielen uit te frezen.

Op de foto is de freesbank bezig met een tandwiel van 36 tanden. De G-code is dus makkelijk zelf te schrijven in kladblok. Het bespaart enorm veel werk als de computer dit werk voor je kan uitvoeren. Elke tand moet in 2 delen gefreesd worden. Dat is dus 72x passeren. De verdeeltafel moet 36x 10 graden draaien. Daar ben je dus wel even mee bezig.

Hieronder een heel kort filmpje om je een idee te geven hoeveel acties het vereist om een tand te frezen. Ik heb het filmpje wel versneld om het kort te houden.

CNC router bouwen van aluminium schroot

Naast het aanpassen van bestaande freesbankjes heb ik ook grotere CNC freesmachines gemaakt van schroot. Dit met het idee, om grotere objecten uit te kunnen frezen. Van eentje heb ik nog foto’s kunnen vinden.

Deze machine was toen nog in de test periode. Ik liet de machine eerst een tekening maken. Zo kon ik hem veilig testen. Op het beeldscherm zie je de ā€œG-code senderā€ in actie. Deze machine was gemaakt van aluminium profielen die ik van de buurman had gekregen. De rollen (wielen) zijn oude onderdelen van liftdeuren. De Z as aandrijving was gewoon een draadeinde. Tekeningen maken kon deze machine heel goed. Ook kleine printplaatjes frezen met een Dremel als freeskop, werkte prima. Maar veel kracht had deze machine helaas niet, omdat ik toen alleen beschikking had tot relatief kleine Nema17 motoren.

Het voordeel van deze Nema17 stappenmotors was wel, dat ik ze kon aandrijven met goedkope A4988 motordrivers. Deze kunnen op het CNC shield geĆÆnstalleerd worden. Het CNC shield bord, zit op zijn beurt op een Arduino. Op de Arduino kan bijvoorbeeld GRBL firmware geladen worden. Zo kan hij de G-code ontvangen en uitvoeren. Op de foto is de besturing te zien. De behuizing komt van een oude liftdeurregelaar.

Graveren en frezen in het klein

Later heb de “Arduino/CNC Shield besturing” nog gebruikt voor een kleinere machine. Ik heb er nog foto’s van, doordat ik de STL bestanden had gedeeld op 3D model websites.

Deze machine heeft een frame van metalen vierkante buis. Ze zijn aan elkaar verbonden dmv ABS geprinte koppelstukken. De Z as wordt voortbewogen dmv spindels. De geleiding van de Z as, bestaat uit 2 ronde assen en lineaire lagers. De X en Y as, worden vertegenwoordigd door de kruistafel die eronder staat. Daardoor zijn de X en Y as enorm stabiel. De motoren zijn gekoppeld met beugels, die in PET-G uitgeprint zijn. De Dremel wordt gebruikt als actief gereedschap, om bijvoorbeeld printplaatjes te frezen. Graveren in plaat materiaal werkte ook prima. Maar helaas had de constructie van de Z as een groot nadeel. Hij was niet sterk. De motoren moesten hard werken om de Z hoogte in stand te houden. Als de machine te snel bewoog, werd de frees (en dus de Z as wagen) omhoog gedrukt. Daarnaast was er ook te veel speling tussen de metalen geleide stangen en de lineaire lagers.

Z as probleem oplossen

Om de Z as stabieler en sterker te maken, zijn de ronde geleide stangen vervangen voor gelagerde schuif scharnieren. De spindels zijn vervangen door M8 draadeinde. Hierdoor is de Z as veel sterker en stabieler. De besturing is nog hetzelfde, maar dan met een zwaardere voeding (die zijn eigen netfilter heeft). De nieuwe motordrivers kunnen ook net meer stroom leveren en. Ook hebben zij een hogere resolutie.

Voorbeeld van een netfilter schema. Hiermee wordt EMF weggefilterd om verstoring van de microprocessor te voorkomen.

3D Printers

Het was enorm leuk om hiermee te spelen. Ik heb veel nieuwe zaken onderzocht om dit te doen en dus veel geleerd. Ook dat verspaningsmachines nadelen hebben, als je in de stad woont zoals ik. Ze maken veel herrie, nemen veel ruimte in beslag en vereisen veel onderhoud. Daarom heb ik ook veel met 3D Printen geƫxperimenteerd. Een 3D printer maakt vrij weinig geluid, neemt weinig ruimte in beslag en vereist weinig onderhoud. In verhouding zijn ze ook veel goedkoper. Daarnaast zijn er ook nog meer complexere vormen mogelijk! Op de volgende pagina laat ik wat van mijn 3D print experimenten en definitieve 3D printers zien.

Geef een reactie

Share via
Copy link
Powered by Social Snap