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Introdução

 

Estarei nesse artigo detalhando os passos mais básicos para se construir  uma fresadora CNC/Plotter  pois eu ando recebendo muitos e-mails de pessoas que estão tentando construir uma porém não estão tento  sucesso.

 

Acertando o Português

 

Bom, primeiro temos que acertar o português do pessoal, FRESA  é o nome dado a ferramenta de fresamento, FRESADORA é o nome da máquina que realiza o fresamento, estou falando isso, pois 90% do pessoal está usando os termos indevidamente.

 

 

Divisão de Áreas

 

Para fazer um projeto desse tipo, eu costumo dividi-los em áreas , no caso teremos as seguintes áreas:

 

Objetivos:

 

Qual seria o objetivo da máquina?

  

Mecânica:

 

  

Eletrônica:

 

 

Interpretador:

 

  

Objetivos:

 

  A primeira coisa que você se deve perguntar seria  qual é o seu objetivo com essa máquina CNC?. Seria fresar aço, madeira, isopor,  fazer layout de circuito impresso. Para cada função existe uma configuração ótima, no caso de fazer circuito impresso, a configuração ótima seria  usar uma máquina de 2 eixos,  tendo o terceiro eixo (eixo Z) sendo acionado por um solenóide, que possui uma mola para realizar uma contrapressão a fim da profundidade de corte na placa não variar com a tolerância de planicidade da placa. Caso se tenha muito dinheiro para se gastar, pode-se construir uma máquina com três eixos verdadeiros, sendo que o eixo Z possua uma célula de carga afim de se medir a força de usinagem na direção Vertical e assim fazer um sistema de malha fechada. Como vocês podem ver as possibilidades são infinitas , no caso eu tentarei  descrever o projeto e a construção  de uma máquina de 3 eixos comum, afim de usinar volumes de 3 dimensões, porém não irei detalhar o uso da célula de carga o que foge um pouco do escopo do hobby.

 

Mecânica

 Forças de Usinagem

 A primeira coisa a se fazer é estimar as forças de usinagem,  com isso você estipula qual será a sua velocidade de avanço, rotação da ferramenta, diâmetro da ferramenta, tipo de corte, e o mais importante, a rigidez da estrutura a ser usada, pois uma estrutura pouco rígida, fará com que ela se deforme diminuindo-se assim  a precisão da máquina.

 

Seleção do Spindle

 

Spindle é o cabeçote da máquina, você precisará  escolher um que atenda as suas necessidades, no meu caso eu acabei fazendo o meu próprio pois o spindle mais usado ( a Dremel) pelos hobystas não apresenta um precisão  muito boa, no caso eu usei uma dremel como motor acoplando-a a um eixo de precisão através de  um jogo de polias e correias planas, sendo que o eixo de precisão é sustentado por um par de rolamentos de contato angular especialmente montados com a pré carga requerida para eliminar qualquer folga.

 

 

Estrutura

 

A estrutura da máquina tem que ser projetada de maneira que seja  o mais rígida possível e tenha a menor massa possível. Outro detalhe importante  é que a geometria da máquina tem que privilegiar o movimento das menores massas  em vez de se mover as maiores, pois eu tenho visto muitas máquinas que movem o conjunto inteiro do spindle (incluindo a estrutura), em vez de mover-se uma simples placa de circuito que pesa menos de 100 g. Tudo isso é para jogar a primeira freqüência de ressonância  lá para cima, afim de que sua máquina funcione  com maior velocidade sem enfrentar vibrações

 
Foto do Spindle da Minha Máquina

 

Transmissão

 

Nessa etapa se encontra o calcanhar de Aquiles do projeto, é aqui onde ocorrem os maiores debates e as maiores controvérsias para quem tenta construir uma máquina. Tudo depende  do resultado que você quer ter, no caso uma vez com minha fresadora eu tentei fazer uma trilha de circuito impresso de 0,25 mm de largura, e por incrível que pareça a trilha tinha 0,25 mm pois eu estava usando um conjunto de fuso de esferas  de alta precisão (pode ser encontrado na mitay: http://www.mitay.com.br). Se você usar  polias e correia dentados, provavelmente você não será capaz de executar tal façanha  pois nesse caso os fusos possuem alta rigidez e polia e correia  possuem baixa rigidez. Muita gente fabrica seus próprios fusos usando barras roscadas de construção,  o problema disso é que essas barras não são construídas visando a precisão, assim você não vai ter idéia de qual será o resultado do seu projeto,  tente ao máximo saber a precisão de cada elemento que for na sua máquina para saber se  ela vai atingir o seu objetivo.


          
Exemplo de Guia Linear

 

Motores

 

Existem diversos tipo de motores que podem ser usados para movimentar uma máquina CNC. Entre as soluções mais usadas eu posso citar a movimentação através de motores de passo,  motor de corrente continua com Encoder ,  Servomotores. Para quem pretende construir  uma máquina de baixo custo é  melhor usar Motores de passo, primeiro porque o controle é bem fácil de ser implementado, além disso, é a solução mais barata, porém como pontos negativos, encontramos o fato do motor induzir vibrações, e ter ainda por cima uma velocidade um pouco limitada.

 

 

Acoplamento

 

O acoplamento é alvo de muitas discussões  entre as pessoas que montaram máquinas CNCs. Eu já vi de tudo,  desde buchas de bronze,acoplamentos feitos com mangueira de botijão de gás e inclusive canudinhos. Primeiro temos que entender o problema,  porque o acoplamento é tão importante?. O acoplamento é importante para compensar o desalinhamento entre  o motor e a transmissão. Qual é o problema de se usar buchas de bronze?. O problema  de se usar buchas de bronze é que você terá que trabalhar com uma velocidade muito reduzida dos motores, pois em um ponto da rotação do mesmo ele precisará de mais torque para deformar a estrutura e vencer assim o desalinhamento, e nos motores de passo o torque é inversamente proporcional a velocidade. Qual é o problema de se usar canudinhos ou mangueira de botijão de gás?. Com esses dois tipos de acoplamento você com certeza verá sua máquina funcionando muito melhor, porém algo está acontecendo de forma muito escondida. Imagine que você construiu uma fresadora de placa de circuito impresso usando mangueira de botijão de gás, ao fazer suas placas provavelmente você perceberá que a largura das trilhas não está saindo uniforme, e algumas trilhas estão desaparecendo. A causa disso (uma das duas mais prováveis) é o acoplamento de mangueira, pois quando o motor gira um grau X, a transmissão irá girar X-Y, pois Y é a deformação na mangueira  devido ao torque do motor, já que a mangueira não resiste a torção.Então qual seria a saída para fugir desses dois problemas?. As saídas seriam usar acoplamentos elásticos sem folga, ou usar uma transmissão auxiliar com polias e correia dentada entre o motor e  o fuso (veja as fotos abaixo).

                           

Conjunto Motor/Acoplamento/Guia Linear da Minha Máquina                Acoplamento por Polias e Correia dentada de uma outra Máquina

Eletrônica

 

 

Seleção de Drivers

 

Não irei comentar muito a respeito disso, pois há no meu site uma matéria de uma placa XYZ, como novidade eu deixo apenas o arquivo de configuração dos motores do turbocnc para aquela placa. Note que ainda falta configurar o passo linear da máquina, e o tipo de acionamento é do tipo passo simples, pois olhando essas configurações é muito fácil configurar pra meio passo. Deixo como dica para aqueles que tem mais experiência e queiram montar um driver Chopper, que olhem o datasheet dos chips L297 e L298  que são os chips que eu uso para fazer o driver que eu utilizo na minha fresadora.

 

 
Drivers Chopper com L297/L298 da Minha Máquina

Fonte de Alimentação

 

Os motores que  utilizo na minha fresadora são 3 motores de passo da Astrosyn, de 3 V e 2,2 A por fase. Como utilizo acionamento de meio passo, assim cada motor pode consumir no máximo 4,4 A, como são 3 motores o total de carga necessária é de 13,2 A, no entanto estou utilizando uma fonte de 12 V - 15 A   estabilizada, pois há perdas no sistemas, note que estou usando 12V para motores de 3V  e isso só é possível graças a tecnologia dos drivers Chopper do L297 e L298. Para a placa driver que está disponível no meu site, use uma fonte com alimentação  igual ao do motor.

 
Fonte Estabilizada Acoplado aos Drivers.

Configuração Turbo CNC

Para quem não sabe, o Turbo CNC é um dos softwares mais usados pelas pessoas que constroem máquinas CNCs caseiras, você pode baixar o Turbo CNC gratuitamente nesse site: http://www.dakeng.com/turbo.html . Além disso estou disponibilizando um arquivo de configuração básico para a placa phase drive  publicada no meu site.

 Download do Arquivo

  
 
 Dúvidas:  bardelli@gmail.com

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