Eigen ontwerp compacte CNC frees (budget)

Alle in grote lijnen opgebouwde aluminium, stalen en houten cnc-machine`s

Moderators: audiomanics, Moderators

Plaats reactie
Tadango
Berichten: 152
Lid geworden op: 24 dec 2019 09:25
Locatie: Bedum, Groningen

Eigen ontwerp compacte CNC frees (budget)

Bericht door Tadango » 24 dec 2019 10:52

Ik ben modelbouwer en bedenk graag dingen zelf. Tegenwoordig ben ik veel met Fusion 360 bezig en gebruik een 3D printer om de ontwerpen uit te printen. Dat is beperkt qua mogelijkheden en vaak mis ik een CNC frees. De kosten waren altijd een obstakel maar ook het formaat van de meeste machines past niet echt in mijn beperkte hobby ruimte dus het is er altijd bij gebleven. Sinds een tijdje zijn er machines welke gemonteerd kunnen worden op een normale tafel en waarvan de meeste delen 3D geprint moeten worden. Dat begon langzaam te kriebelen maar ook daar zaten toch wat nadelen aan. De nauwkeurigheid blijft achter en je moet hem steeds op en afbouwen. Mijn 3D printer heeft een vaste plek en zodra ik iets wil printen is het een kwestie van aanzetten en klaar. Zo wil ik een frees ook want dan maak je er vaker gebruik van en haal je er meer waarde uit.

Nu zijn er in china genoeg kleine machines te koop voor erg weinig geld. Daar zitten alleen een hoop nadelen aan waardoor het niet meer dan speelgoed is. Er valt genoeg te upgraden maar kan worden de kosten weer vele malen hoger en heeft het geen zin om zo'n kant en klare machine met bijbehorende beperkingen te kopen. Aangezien het 3D tekenen ook steeds beter gaat, en het toch winter is, heb ik zelf wat bedacht. Een "goedkope" maar toch nauwkeurige machine te bouwen waarmee ook aluminium te frezen moet zijn is een leuke uitdaging. Of het gaat werken weet ik nog niet maar aangezien het een eigen ontwerp is kan er altijd wat aangepast worden.

Het globale idee: Frame van aluminium profiel voor de stijfheid met MDF platen voor demping (massa en trilling absorptie). Simpele schroeven met vertraagde motoren voor maximale kracht gezien het budget. Lineaire geleiders moest wel aangezien er geen andere compacte oplossingen waren die een goede kwaliteit oplevert.

Afbeelding
Dit was een eerste ruwe opzet. Het formaat beviel me wel (gaat vooral om het frezen van steuntjes en kleinere onderdelen) en qua werkgebied wou ik minimaal 300x400mm hebben. Dit frame is 600x440mm wat mooi compact is (zelfde oppervlakte als de printer ongeveer). Als frees motor heb ik het idee om een RC motor te nemen met heli regelaar voor een stabiel toerental. Zo heb ik erg veel keuze qua motoren en door een variabele overbrenging kan ik een laag toeren draaien met koppel, voor metaal, en een hoog toerental voor het frezen van printplaten. De frees kop zelf wordt een ER11 kop met 8mm as in 3 stuks 608 lagers. Dit is compact en goedkoop. Om trillingen te dempen zit er een holte onderin de houder welke opgevuld gaat worden met stukjes lood gegoten in epoxy zodat dit massa heeft en trillingen dempt. Hopelijk zorgt dat voor een strak resultaat.

Met fusion ging het steeds beter en dat levert mooie plaatjes op :)

Afbeelding

Ook zijn er reeds wat delen geprint en getest al kom ik zonder geleiders niet heel ver.....

Afbeelding

Momenteel heb ik het profiel op de werkbank liggen en ben ik bezig om het frame te bouwen. Als dat er ligt is het een wachten op de geleiders en assen zodat de machine echt gebouwd kan worden. Tot die tijd is het hopen dat het ontwerp klopt en dat de assen star genoeg zijn voor een nauwkeurig resultaat. In CAD lijkt het werkgebied 350mm bij 450mm te worden wat voldoende is. De Z marge (tussen het bed en de kop) is meer dan 60mm (de slag van de kop is 90mm) wat prima bruikbaar is. Snel wordt hij niet, maar dat hoeft ook niet. Als ik 30mm/s haal is dat prima. De motoren zijn 1.8 graad/stap NMEA 17 (47mm) motoren met een 16T pully. De assen hebben een 36T pully. De assen hebben een pitch van 2mm waardoor dit met 1/4 micro steps op 900 stappen per mm uit komt. Dat is nauwkeurig genoeg ;) Met maximaal 30k steps/s zou dat iets meer dan 30 mm/s zijn. Met alleen hele stappen vindt ik de motoren niet lekker draaien op langzame snelheden nog al zou dat qua nauwkeurigheid wel kunnen. De snelheid zou dan tot 120mm/s kunnen in theorie, maar dat is veel te snel.

Qua aansturing van de assen heb ik gekozen voor schroeven met 2mm pitch. Riemen direct zouden te weinig koppel en nauwkeurigheid opleveren. De goedkope schroeven hebben 1 groot nadeel: Backlash. Om dit te voorkomen gebruik ik anti backlash moeren met een veerspanning van 20N. Dit is niet heel veel maar meer spanning geeft erg veel weerstand. Ik heb ook veren voor 40N liggen, dat kan later altijd nog. Om te zorgen dat de motoren het makkelijk hebben, en voor meer nauwkeurigheid, heb ik voor een overbrenging van 1:2.25 gekozen. Dit leverde ook een mooie constructie op. Wat ik nog ga proberen te veranderen is om 1 Y as motor te gebruiken waarbij 1 riem beide assen tegelijk aanstuurt. Zo blijven deze altijd perfect synchroon. De elektronica heeft straks 1 driver voor 2 motoren, wat werkt maar niet perfect is. Ik denk dat ze wel synchroon blijven want met 2 motor kan je ook een stap missen, en dan is het onderwerp ook mislukt. Kwestie van je grenzen kennen lijkt me. Wellicht de 2 motoren en assen via 1 riem verbinden? Heeft dat voordelen tov 1 motor?

En toen was het alu profiel binnen :) Past aardig in elkaar, niet 100% zuiver. Of dat een probleem is zien we later wel. Het voelt als een erg sterk frame.

Afbeelding

De MDF platen zijn ook op maat gemaakt en de bodem plaat is vastgezet. Voelt lekker zwaar en degelijk al (frame bodem weegt 9kg).

Afbeelding

Bij gebrek aan bouwmateriaal heb ik eens software getest. Ik wil graag draadloos verbinden (ESP8266 seriele wifi bridge) en heb een virtuele comport driver gebruikt zodat alle software welke normaal een usb kabel gebruik nu ook werkt. Alleen CNCjs werkte niet mee. Deze werkt nu ook want bij CNCjs kan je blijkbaar extra poorten configureren welke niet automatisch gevonden worden. Inmiddels heb ik nu genoeg software welke draadloos werkt. Het leuke is dat je zelfs op meerdere machines tegelijk de software aan kan hebben staan :) Geen goed idee, maar het werkt.

Het "controle paneel" zit er ook op. Aan / uit voor de controller, wifi modus schakelaar en seriële connector voor een offline controller.

Afbeelding

En alles even testen. Wifi heeft 3 standen: Uit, alleen lezen of lezen en schrijven naar de controller. Als er een offline controller aan zit kan wifi mooi in een read only stand zodat ik vanaf een pc in een andere kamer mee kan kijken bij lange programma's. De read only stand is handig zodat de software de offline controller niet in de weg kan zitten. Er ligt een tablet met CNCjs welke via wifi met de ESP8266 is verbonden (via het thuis netwerk). De ESP8266 kan 10 netwerk clients tegelijk bedienen.

Afbeelding

Alleen nog even een afdek kapje maken over de aansluitingen van de 24V voeding. De goedkope chinese voedingen hebben dat wel, een mean-well niet :( Veel meer is er niet te doen aan de onderkant. Verder is het wachten op onderdelen... wordt begin volgend jaar dat er verder gebouwd kan worden denk ik.

benkr
Donateur
Berichten: 4276
Lid geworden op: 16 jun 2012 16:32
Locatie: Tilburg
Contacteer:

Re: Eigen ontwerp compacte CNC frees (budget)

Bericht door benkr » 24 dec 2019 11:33

Als je aluminium wilt gaan frezen is het idee van de elektronica onder de machine zo als je dat nu hebt denk ik geen goed idee, je hebt echt geen idee hoe veel troep zo'n machine maakt. En al zeker niet als je meer gaat poetsen dan frezen, want dat is wat jij gaat doen, de rommel die er dan vanaf komt is echt super licht en waait dus echt overal naar toe en ook in.
Ja, een begin is het zeker, en ik ben benieuwd hoe lang het duurt voordat je begint aan het modificeren er van, maar dat is wel het meest gangbare traject.

Succes met doe bouw en houd ons vooral op de hoogte.

Tadango
Berichten: 152
Lid geworden op: 24 dec 2019 09:25
Locatie: Bedum, Groningen

Re: Eigen ontwerp compacte CNC frees (budget)

Bericht door Tadango » 24 dec 2019 11:53

Er komt een afzuiging op voor grotere werk gekoppeld aan een oude stofzuiger. Dit vangt niet alles op, maar wel het meeste (hoop ik). Ik ga ook afneembare randen maken (op het profiel te schroeven) welke rommel binnen het werkgebied moeten houden. De elektronica aan de onderkant ga ik nog meer afschermen, maar heb nog geen idee hoe.

En ja het wordt geen geweldige frees voor metaal, maar rustig aan moet kunnen, en anders gaan we dingen aanpassen. Dit is een leer project en als je geen hoge doelen stelt leer je niet genoeg ;) De machine is hoofdzakelijk bedoeld voor hout / carbon / plastic en pcb's edg. Licht alu werk (geen mm's maar um's per pass) moet kunnen al is het verre van optimaal.

Gebruikersavatar
Kars-cnc
Berichten: 413
Lid geworden op: 07 okt 2015 05:33
Locatie: Heerde (Gelderland)

Re: Eigen ontwerp compacte CNC frees (budget)

Bericht door Kars-cnc » 24 dec 2019 12:37

Ziet er best goed uit lijkt mij! Hier moet je vast mee aan de gang kunnen en modificaties aan de hand van de ervaringen komen er eigenlijk altijd wel bij dingen die je zelf bedacht hebt is mijn ervaring. Als je dat niet (of minder) wil dan moet je een bestaand ontwerp na bouwen waar de debug al gebeurd is. Maar dat is weer minder flexibel, en vooral minder leuk :lol:

Goede tip van Ben, als je hele kleine afnames doet zie je bij de juiste lichtval de aluminium schilfers in de lucht zweven. Bij voedingen e.d. met ventilatoren worden die al snel opgezogen en over de er achter liggende elektronica verspreid...

Je hebt nog geen rails zo te zien? Kijk anders eens bij https://www.markusmechparts.nl/ Ik heb daar zelf wat 25mm rails vandaan en die zien er bijzonder goed uit voor gebruikt materiaal.

Succes met de verdere bouw!

Tadango
Berichten: 152
Lid geworden op: 24 dec 2019 09:25
Locatie: Bedum, Groningen

Re: Eigen ontwerp compacte CNC frees (budget)

Bericht door Tadango » 24 dec 2019 12:55

Kars-cnc schreef:
24 dec 2019 12:37
Ziet er best goed uit lijkt mij! Hier moet je vast mee aan de gang kunnen en modificaties aan de hand van de ervaringen komen er eigenlijk altijd wel bij dingen die je zelf bedacht hebt is mijn ervaring. Als je dat niet (of minder) wil dan moet je een bestaand ontwerp na bouwen waar de debug al gebeurd is. Maar dat is weer minder flexibel, en vooral minder leuk :lol:

Goede tip van Ben, als je hele kleine afnames doet zie je bij de juiste lichtval de aluminium schilfers in de lucht zweven. Bij voedingen e.d. met ventilatoren worden die al snel opgezogen en over de er achter liggende elektronica verspreid...

Je hebt nog geen rails zo te zien? Kijk anders eens bij https://www.markusmechparts.nl/ Ik heb daar zelf wat 25mm rails vandaan en die zien er bijzonder goed uit voor gebruikt materiaal.

Succes met de verdere bouw!
Als rails is er MGN12 onderweg. Dit een grote kostenpost en ik wou het goedkoop houden. De schroeven zijn daarom ook simpele 8mm 2mm pitch schroeven. Totaal zijn er 10 karretjes onderweg met de rails.

Qua schilvers hoop ik dat wel te beperken door met lage toeren te frezen. Ik ga niet met 5mm/s en 10k rpm alu proberen, dat werkt niet.

benkr
Donateur
Berichten: 4276
Lid geworden op: 16 jun 2012 16:32
Locatie: Tilburg
Contacteer:

Re: Eigen ontwerp compacte CNC frees (budget)

Bericht door benkr » 24 dec 2019 19:40

Qua schilvers hoop ik dat wel te beperken door met lage toeren te frezen. Ik ga niet met 5mm/s en 10k rpm alu proberen, dat werkt niet.
Ik denk dat je dat verkeerd ziet, je hebt juist wel een hoog toerental nodig, anders rammelt je hele machine uit elkaar denk ik.
Maar goed, ervaring zal het leren.

Ik denk wel dat je hier erg veel van gaat leren, en dat alleen al is belangrijk.

Tadango
Berichten: 152
Lid geworden op: 24 dec 2019 09:25
Locatie: Bedum, Groningen

Re: Eigen ontwerp compacte CNC frees (budget)

Bericht door Tadango » 30 dec 2019 21:53

Vandaag was de controller gearriveerd, dus daar even mee gespeeld. Met een beperkte stroom liepen de motoren erg mooi en waren ze goed sterk. Met de hand zijn de pulleys niet tegen te houden. Alleen 2 motoren op 1 driver ging voor geen meter. Dit had veel stroom nodig en liep dan nog erg beroerd. Na van alles te proberen wou ik een andere driver proberen en had deze er zonder te controleren opgezet (zelfde layout dacht ik...) dus dat waren 3 geroosterde drivers. Na alles gecontroleerd te hebben en 3 goede drivers te hebben geplaatst bleef het niet lekker lopen. Dus nu 2 opties: Extra driver plaatsen parallel aan de andere Y driver of de Y as op 1 motor ombouwen. Dat laatste heeft het voordeel dat ze nooit scheef kunnen lopen aangezien beide assen via 1 riem op de motor gekoppeld worden. Dat ga ik eens uitwerken nu. Ik ga ook meer drivers kopen om ook de dubbele Y driver bij de hand te hebben.

Gelukkig werkte de WiFi verbinding via de ESP prima. De offline controller werkte ook (erg beperkt, maar doet wat het moet doen) alleen zodra de ESP verbinding maakt wordt de controller genegeerd, ook al koppel ik de ESP af. Ik moet nog even kijken hoe ze dat opgelost hebben want dat zit niet in de CPU zelf (heeft maar 1 UART). De ESP zit via de BT poort (heeft 5V, GND, TX en RX) terwijl de offline controller dat ook heeft + een RST lijn. Eens kijken hoe ze die TX / RX lijnen hebben gekoppeld.

fluppie
Berichten: 74
Lid geworden op: 18 aug 2019 00:19

Re: Eigen ontwerp compacte CNC frees (budget)

Bericht door fluppie » 31 dec 2019 11:00

Gebruik je de Protoneer Arduino controller? https://blog.protoneer.co.nz/arduino-cnc-shield/ deze?
Dan kan je eenvoudig de 4e as een clone laten zijn van X, Y of Z. Zo gebruik ik het op een Dremel CNC ( https://www.thingiverse.com/thing:3004773 ).

Tadango
Berichten: 152
Lid geworden op: 24 dec 2019 09:25
Locatie: Bedum, Groningen

Re: Eigen ontwerp compacte CNC frees (budget)

Bericht door Tadango » 31 dec 2019 11:22

Nee, ik heb een china controller met 3 drivers.

DirkSchipper
Berichten: 762
Lid geworden op: 13 sep 2010 15:28
Locatie: Utrecht
Contacteer:

Re: Eigen ontwerp compacte CNC frees (budget)

Bericht door DirkSchipper » 31 dec 2019 15:12

Tadango schreef:
30 dec 2019 21:53
Alleen 2 motoren op 1 driver ging voor geen meter. Dit had veel stroom nodig en liep dan nog erg beroerd.
Je moet ook niet 2 motoren op 1 driver aansluiten. Elke motor z'n eigen driver, en de puls & dir vanuit de controllerkaart dubbel uitvoeren. 1x naar de ene, en 1x naar de andere driver.

Tadango
Berichten: 152
Lid geworden op: 24 dec 2019 09:25
Locatie: Bedum, Groningen

Re: Eigen ontwerp compacte CNC frees (budget)

Bericht door Tadango » 31 dec 2019 21:40

DirkSchipper schreef:
31 dec 2019 15:12
Tadango schreef:
30 dec 2019 21:53
Alleen 2 motoren op 1 driver ging voor geen meter. Dit had veel stroom nodig en liep dan nog erg beroerd.
Je moet ook niet 2 motoren op 1 driver aansluiten. Elke motor z'n eigen driver, en de puls & dir vanuit de controllerkaart dubbel uitvoeren. 1x naar de ene, en 1x naar de andere driver.
Klopt, dus er moet een 2e Y driver bij. Ik ga voor de Y gewoon 2 stacken en deze thermisch verbinden om de koeling van de onderste op te lossen. Het bord heeft 2 stepper aansluitingen voor de Y as, maar dat werkt dus erg beroerd met de combi die ik heb. Het kan wel werken, ik zie het vaker. Nadeel van stacken is dat ik niet bij de onderste kan voor het afstellen......

Tadango
Berichten: 152
Lid geworden op: 24 dec 2019 09:25
Locatie: Bedum, Groningen

Re: Eigen ontwerp compacte CNC frees (budget)

Bericht door Tadango » 01 jan 2020 19:49

Ik heb eens gespeeld met een enkele motor en riem, en dat lijkt wel te werken. Ik vond nog 3 lagers en heb daarvoor geleider ringen gemaakt om de riem erop te houden. 2 pulleys passen mooi op bestaande bouten met een simpele verhoging en voor de 3e heb ik een afstandsblok gemaakt waarmee de riem spanning gesteld kan worden.

Afbeelding

Tadango
Berichten: 152
Lid geworden op: 24 dec 2019 09:25
Locatie: Bedum, Groningen

Re: Eigen ontwerp compacte CNC frees (budget)

Bericht door Tadango » 03 jan 2020 21:36

De laatste onderdelen zijn gearriveerd :) Past allemaal vrij aardig. Er zijn verbeter punten maar dat is ook logisch. Vooral de Z plaat is te flexibel en gaat vervangen worden door een gefreesde plaat van alu of carbon.

Afbeelding

De Z as geleiders worden op het frame geschroefd en de karretjes op de brug (anders is het niet te bouwen) en het was een goede test om te kijken hoe makkelijk de brug met karretjes dan op de rails geschoven kan worden, maar dat gaat vrij eenvoudig :) Dat was een opluchting. Met de Y spindels erbij voelt de brug erg solide aan en op de backlash in de moeren na (na het overwinnen van de veer spanning) zit er geen speling in. Ook de X as loopt soepel zonder enig probleem. De Z as heeft nog niet gedraaid maar het voelt prima aan. De geleiders zijn op 0.01mm parallel geplaatst.

De machine loopt niet erg snel maar 1000mm/min is meer dan genoeg voor normaal gebruik. Dat haalt hij nu prima met 1 motor op de Y as.

Nu eens wat bedrading aanleggen en kijken naar een plek voor de eind schakelaren edg. Voordat we kunnen frezen moet de ER11 collect ook nog aangepast worden. Ze hebben de moer niet goed gefreesd aan de binnenkant. Er zit nog wat rest materiaal wat weg moet. Dremelen maar denk ik.....

WillyH
Berichten: 117
Lid geworden op: 22 dec 2018 09:35
Locatie: Zuiderkempen (B)

Re: Eigen ontwerp compacte CNC frees (budget)

Bericht door WillyH » 04 jan 2020 09:03

Tadango schreef:
03 jan 2020 21:36
Voordat we kunnen frezen moet de ER11 collect ook nog aangepast worden. Ze hebben de moer niet goed gefreesd aan de binnenkant. Er zit nog wat rest materiaal wat weg moet. Dremelen maar denk ik.....
Ik neem aan dat je het ER systeem kent? De ring in zo'n moer zit namelijk excentrisch, dat hoort zo. De spantangen moeten eerst langs achter in de moer gekanteld worden alvorens de moer op de as te schroeven. Ik wil niet lullig doen maar de eerste keer dat ik zo'n scheef gat in die moer zag was het ook even schrikken :shock: :lol:

Plaats reactie