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CNC Router

Le frese a controllo numerico a tre assi sono davvero popolari in campo hobbistico.
Come in molti altri casi, la sempre maggiore diffusione e la graduale diminuzione dei costi di alcuni componenti "critici", tra i quali alcune parti meccaniche, ne invogliano sempre più la realizzazione.
Da tempo mi sono dedicato alla realizzazione di una di queste macchine ed oggi, in queste pagine, presento il risultato con alcune foto.
Questo strumento è in grado di fresare legno/plastiche/metalli leggeri con discreta precisione. I risultati sulla plastica sono molto soddisfacenti.

Quanto visibile in questa pagina è stato realizzato in circa 3 anni di tempo (non full-time, s'intende!!!).

Nella foto che segue si può vedere la parte meccanica. Il pannello in PVC raffigura il logo del sito Hack-a-day, fresato appositamente.

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Caratteristiche

Queste sono le principali caratteristiche del router:

- robusta struttura in lega di alluminio
- corsa degli assi: 340x420x80mm (nota: l'area di lavoro è leggermente inferiore per la presenza degli interruttori di fine corsa)
- motore fresa da 1050W; velocità regolabile da 5000 a 25000 RPM
- scorrimenti degli assi realizzati con manicotti a ricircolo di sfere su barre in acciaio
- dimensioni contenute, permesse dalle trasmissioni a cinghia
- cuscinetti assiali e radiali sulle viti di ogni asse (viti e chiocciole di produzione italiana!)
- ponte gantry mosso da due viti, per una maggiore precisione
- azionamento assi mediante motori stepper bipolari
- elettronica di controllo fanless e resistente a polvere e trucioli, con driver per motori stepper appositamente realizzati, microcontroller per la gestione delle funzioni di sicurezza, accensione e spegnimento della fresa e di un carico ausiliario gestite dal computer mediante relé statici
- computer a basso consumo realizzato appositamente: modulo SOM Advantech, pannello LCD standard, hard disk statico (CompactFlash)
- cablaggio semplice e agevole, per un rapido setup
- peso della meccanica: circa 40kg

Di seguito l'immagine di tutto l'hardware. Qui è temporaneamente arrangiato su un tavolo, giusto per fare qualche prova...

(click sull'immagine per ingrandire)

Di seguito le lavorazioni di alcuni pezzi in materiale plastico (metacrilato) ed in metallo: il guscio di una chiave USB, un box ricavato da lastre, il retro del computer usato per il controllo della macchina, dei supporti meccanici, un portachiavi in lega di alluminio spesso 3mm.
Le lavorazioni producono una quantità notevole di trucioli. Raccoglierli, per fortuna, non è difficile.
Ho creato un breve video (di bassa qualità) durante una fase di test, per dare idea di cosa sia possibile fare. La velocità di lavorazione può essere molto più elevata.

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Praticamente immancabile, ecco il computer

A seguire le foto del computer appositamente realizzato.
Praticamente, è un PC x86 costruito attorno ad un modulo CPU acquistato a basso costo ed un pannello LCD di un computer portatile: il risultato è un computer con l'aspetto di un monitor.
Come memoria di massa ho usato una CompactFlash inserita su un adattatore CF-to-IDE, modificato per supportare l'UDMA.

Sulla parte posteriore del cabinet è stato necessario praticare delle fessure per permettere la circolazione dell'aria. Il modulo CPU è raffreddato da dissipatore + ventola termostatata (controllata da un PIC12F683 appositamente programmato).

Sotto il computer trova posto il "box elettronica", che contiene i drivers, un alimentatore, un microcontroller per la gestione degli arresti di emergenza, ed una coppia di relé statici.

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Box Elettronica

In trasparenza, è possibile vedere le varie parti contenute nel box elettronica.
Anche qui, il montaggio è molto compatto: l'altezza totale del box è di 62mm.
I due dissipatori ai lati disperdono il (poco) calore prodotto dall'alimentatore switching e dai relé statici. Non viene fatto uso di ventole.
I drivers dei motori stepper producono così poco calore da non avere bisogno di particolare dissipazione. Per esigenze di spazio, due di essi sono montati uno sopra l'altro.

I drivers vengono abilitati esclusivamente se sul computer è in esecuzione il software di controllo (Mach3) e non ci sono arresti di emergenza. Una condizione diversa viene segnalata tramite il lampeggio di uno dei led rossi presenti sul frontale.

Il box elettronica può essere collegato a qualsiasi PC dotato di porta parallela, oppure può essere pilotato da una delle varie interfacce USB presenti sul mercato.

Sul retro del box trovano posto diversi connettori. Il cablaggio della macchina è abbastanza agevole.

Links

Video del router in funzione - Primo test di fresatura metacrilato
Driver per motori stepper usato nel progetto
Foto (1) della meccanica
Foto (2) della meccanica
Foto (3) della meccanica

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