Construindo mini fresadora CNC usando apenas uma Tupia como ferramenta


#1

Saudações Fazedores.

Estou com um novo projeto em mente. Falei um pouco sobre o que eu pretendo fazer, mais especificante sobre o uso de um rolamento chinês de aço SV, aqui neste post

Minha ideia é montar um tutorial para construir uma mini fresadora usando como ferramenta unicamente uma Tupia. Ferramentas adicionais serão necessárias, mas estas são de fácil acesso ou baratas, como um arco serra, chave allen 4mm e uma chave philips. Nada mais será necessário para a construção mecânica. Talvez uma chave de boca 7mm (ou 6mm, por confirmar), mas que pode ser substituída (de forma alternativa gambiarral) pelo seu alicate, que será usado na construção da eletrônica.

De materiais para a construção mecânica, o único componente que provavelmente não deve ser encontrado aqui no Brasil é o bendito rolamento.


Edit: Testei um carro com o rolamento e a princípio não vai ficar legal. Logo volto para o projeto e penso em outra solução, por exemplo, 2 rolamentos de skate, espaçados com um arruela fina, fazendo o papel do rolamento V.


Atenção! Somente após montada saberei se o rolamento é razoável, e se o projeto em si ficará legal, me permitindo indicá-lo para construção. Então veja este post como um diá

rio da construção, e em algumas semanas, uma conclusão se é viável que você replique a máquina.

“Então porquê deste post?” Para que você já compre o rolamento e espere recebê-lo em alguns meses pelos nossos eficientes Correios.

Questões iniciais:

  1. Por que Tupia?
    Muitos Fazedores usam tupias em suas Routers CNC. Não é o indicado, mas é a melhor relação custo X capacidade de corte inicial. Eu digo inicial, pois a durabilidade é baixa. No entanto, investir em uma solução mais adequada logo de início fica inviável. Explico: Você pagará em torno de R$ 169 (genérica, MercadoLivre) a R$ 300 (Makita 3790) em uma Tupia. Um spindle, que seria o mais adequado, com bom custo, apenas importando, e ainda assim, pelo menos 3x a 5x valor, e geralmente com menor potência no corte.

"Jeferson, mas porque uma Tupia, e não uma micro-retífica / Dremel"
Digo que não é nem pela potência. Estamos falando de uma Tupia Laminadora:

http://grimaq.com.br/site/components/com_virtuemart/shop_image/product/Tupia_Laminadora_4f2080050e928.jpg

Elas já vêm com a base e guias, o quais serão imprescindíveis para usá-la durante a construção da máquina que tenho em mente.

Micro-retíficas possuem bases/suportes opcionais como acessórios, para realizar o mesmo trabalho de uma tupia laminadora, como o Kit Dremel 4000. Este kit acompanha um suporte para usá-la para fresar, no entanto não há um guia.

http://g-ecx.images-amazon.com/images/G/01/th/content_26/Q1_2010/dremel_3_asin_110409_3-lg.jpg

Não representa muito problema, pois você poderá usar um guia fixo à peça, ao invés de um guia na própria ferramenta. Mas para que dificultar? A tupia é mais barata que um kit Dremel, e mais potente. E no final das contas, ambas as soluções não irão durar muito usinando com o CNC se você fizer uso intenso do equipamento. Sendo assim, opte pelo mais barato, e trate a ferramenta como um consumível.

E para complementar, lembre que a ideia na compra da Tupia é que já seja a ferramenta de corte do seu CNC. Uma micro-retífica é uma ferramenta mais versátil, mas estou pressupondo que você não tem ferramenta alguma, e irá comprar unicamente para construir seu equipamento.

  1. O rolamento é um típico SV: Sem vergonha. Somente após montada e testada saberei se vale a pena. Mas ele é extremamente barato, e o intuito de publicar este diário, antecipadamente, é dar a oportunidade de você comprá-lo no ebay, com bastante antecedência. Todo o restante do material você poderá comprar em sua cidade. (mdf, barras roscadas, parafusos, cantoneiras de alumínio, etc).

O resumo inicial deste post é o seguinte: Se 20 doletas não for um investimento alto para você, sob risco da compra destes rolamentos for inútil e eles não terem utilidade, você já pode encomendá-los agora, pois levará de 1 a 3 meses para recebê-los. Pesquise no ebay por “20pcs 624VV”, e compre 2 pacotinhos desses com 20 rolamentos.

  1. Usará 40 rolamentos?
    Não sei. Acabei de ter a ideia e vou iniciar o projeto. A meta é que use o no máximo 18 rolamentos, pois esta é a quantidade que eu tenho. Acontece que no meu pacote de 20, 2 vieram defeituosos. É barato, e comprando 40, acredito veemente que terão rolamentos bons suficientes para replicar minha ideia. Se eu precisar de mais de 18, aí degringola tudo rss. Será chato ter de esperar meses para receber mais rolamentos de US$ 0.50.

  2. Como será a máquina:
    Uma mini fresadorinha pequena, com área de trabalho na faixa de 150x150mm. Usará para tração dos eixos barras roscada, provavelmente M8 (8mm), com algum sistema de castanha (porca) anti-folga. Irei ver quais soluções de porca anti-folga (o que chamamos de anti-backlash) representam a maior facilidade de construção.
    O objetivo é que seja tudo o mais simples possível de ser cortado, furado, parafusado e construído, usando unicamente a própria Tupia e ferramentas simples/baratas adicionais. Sequer furadeira pretendo usar na construção, mas se você tiver uma, melhor. A princípio quero pensar em como fazer tudo, inclusive furos, com a própria Tupia. A ideia é que as pessoas possam replicar usando o minimo necessário de ferramentas, e que a única ferramenta que ela irá comprar seja a Tupia.

Além disso, para a construção, será necessário uma impressora e durex. Parafusos fáceis de encontrar, perfis de alumínio facilmente encontrado em lojas de esquadria e MDF. Estes, eu recomendo que você procure nas caçambas/lixos de serralherias de móveis personalizados. Aqui em São José dos Campos - SP, na loja Leroy Merlin, eles fazem cortes retos sob medida sem cobrar pelo serviço. Se na sua cidade tiver algo parecido, irá facilitar muito sua mão de obra. A única forma de cortar manualmente, a baixo custo (ie, sem comprar mais ferramentas), as peças de mdf com boa precisão, será usando a Tupia. Eu farei assim para este projeto, e explico mais abaixo o porquê.

A ideia é montar uma versão melhorada, fácil de replicar e mais barata, à minha segunda versão de máquina que construí em janeiro, e que levei à Campus Party SP 2014:

https://fbcdn-sphotos-b-a.akamaihd.net/hphotos-ak-xpa1/t1.0-9/1010630_1405282129720930_1239019372_n.jpg

Hoje, eu já tenho muitas ferramentas e máquinas, inclusive meu CNC =]

Prometo que farei a construção não usando nada do que eu disponho, pensando na fácil replicação. Irei fazer filmagens dos trabalhos difíceis de explicar por textos/fotos. Irei construí-la como se eu não tivesse nada; apenas a tupia e arco serra.
Ah, será imprescindível ter grampos/sargentos. Irei pensar a quantidade e tamanho mínimo para toda a construção, mas creio que 2 grampos, de 2" cada, dê para fazer tudo. Custam baratinho também.

Não levarei em conta custos da eletrônica. O foco será no conjunto mecânico completo, ferramental e Tupia, onde o custo total deve ser ridiculamente baixo.

AQUI eu falo um pouco da eletrônica, e onde comprá-la. Nessa área há muita informação para sistemas open source e de baixo custo pela internet, mas se necessário, tento compilar tudo de uma forma mais organizada no curto prazo.

Me desejem sorte.

Abraços,

“If the doors of perception were cleansed everything would appear to man as it is, infinite”


#2

@Jeferson_Simoes, estou curioso quanto ao projeto, quem sabe seja este que eu irei montar! Só não gostei da idéia da tupia acabar por estragar com o tempo (e ter que ser tratada como um descartável), acho que nesse sentindo não seria melhor colocar um motor correto e mais resistente? Mesmo que o custo aumente… (tendo em vista que uma tupia de ~R$170, tendo que ser trocada de tempo em tempo, tornará o custo mais alto em algum momento).

Achei esse Spindle de 200W, seria o suficiente para PCB’s? Sairia o mesmo preço de uma Tupia…

Minha intenção é só construir PCB’s mesmo e nada mais, se a tupia for a melhor opção para isso, eu encaro.

PS: Achei essa Tupia por R$99, poderia ser uma destas?


#3

Eu vou adiantar o teste do rolamento pra essa semana. Montar um trilho simples pra ver se será viável seu uso. Senão, já paro por aqui com essa ideia, e volto a buscar novas soluções, antes que alguém compre os rolamentos.

Este spindle é parecido com o que eu uso atualmente, porém o meu é de 300W. Para PCB qualquer motorzinho de seila, 200 gramas pra cima, irá dar conta numa boa. O problema é que este spindle não poderá ser usado na construção da máquina. A tupia acompanha base e guias que facilitam muito o recorte de peças esquadrejadas.

Vamos quebrar mais a cabeça, pesquisar o que há por aí, para então chegarmos a uma máquina que alie o baixo custo à facilidade de fabricação usando o mínimo de ferramentas.

Pensei em diversas coisas legais. Mas sempre esbarro na necessidade de uma ferramenta ou outra que não seria legal ser um requisito. A ideia é ter uma base simples de montagem, então cada usuário conforme disponibilidade de ferramenta/recursos, fariam os próprios upgrades.

Eu acho importante fazer o alerta que a tupia não tem longa durabilidade se usada por longo períodos contínuos de tempo, mas também não é assim tão sem vergonha rss. O problema é que ela opera em alta rotação, e esquenta um bocado. Então realmente não é uma ferramenta para uso prolongado por ter corpo plástico. Mas justamente por ser de alta rotação, e forte; se a máquina for muito bem pensada ela irá trabalhar com velocidades de avanço maiores. Na maioria das vezes que vejo máquinas DIY de baixíssimo custo, elas estão operando em velocidades muito baixas, i.e, na casa de 200mm/min de avanço. Eu acredito ser possível alcançar tranquilamente os 1000mm/min em avanço com esta máquina, logo, ela irá trabalhar por menos tempo.

Eu fiz um esboço semana passada, mas não tive tempo de voltar aqui no fórum. Se alguém quiser ajudar a pensar nisso, deixo aqui o link do que já desenhei por hora. (solidworks)

Edit: No Instructables.com há muitas máquinas fáceis de replicar, e podemos buscar várias ideias.


#4

Opa, obrigado pela resposta @Jeferson_Simoes, então vou adquirir um motor deste tipo.

Você tem alguma sugestão de qualquer motorzinho destes de ~200g que saia mais barato que um Spindle de 200W/300W? Ou você fortemente recomenda Spindle?


#5

É que fresar PCB não requer muita potência. Me expressei errado, e me referia a qualquer motorzinho, unicamente em termos de potência.

Lá por volta de 2002-2004 eu furava as placas de fenolite que corroía com uma dessas micro-retíficas 12v

Mas estará limitado para fazer furos. Ela até deve conseguir fresar, mas sequer mancal deve ter (que dirá rolamento), e são os rolamentos que irão suportar os esforços radiais.
Ela teria potência para fresar as trilhas, afinal, estamos falando de uma camada de cobre da ordem de 0,1mm, creio eu. Se alguém souber a espessura exata me corrija.
Mas provavelmente irá vibrar muito, e com um runout gigante.

A questão é que, para ter durabilidade, um bom sistema de rolamentos é fundamental. Algumas máquinas próprias para trabalhos mais “delicados”, digamos assim, usam motores separados do Spindle. Usamos o termo spindle, quando de fato deveríamos dizer Motor Spindle, para fazer menção à ferramenta que possui os dois, ou seja, o motor e o spindle (eixo).

Aqui, um motor, e um spindle, separados.

Na OpenBuilds há um exemplo de Motor Spindle construído com um motor de aeromodelismo:
http://openbuilds.com/builds/890kv-ox-rc-spindle.411/

Eu recomendaria a Tupia laminadora da marca DWT. Vi uma versão de 550W que possui uma peça metálica na extremidade. Teríamos de confirmar, mas é provável que o rolamento esteja alocado nessa peça metálica, o que é provável que irá aumentar a durabilidade da ferramenta.

Eu pensei muito no uso de uma tupia justamente para ser a ferramenta necessária para a construção da máquina que tenho em mente. Se partimos para o pensamento de trocá-la por algo melhor logo de início, caso o orçamento permita, iríamos para um caminho que começa a fugir a proposta.
Por se tratar de uma máquina que visa o baixíssimo custo, de fato, uma das últimas peças que eu trocaria neste conceito seria a própria tupia rss.

Isso por quê ao invés de investir um pouco a mais em uma ferramenta melhor que a tupia, valeria mais a pena investir um pouco a mais em componentes da estrutura/movimentação. Mas tenha em mente que o “investir um pouco a mais” sempre acaba virando bola de neve. Planejamos gastar X, e no final é provável que passemos de 2X com facilidade rss. E neste caso, seria mais fácil e rápido comprarmos ao menos um conjunto estrutural pronto.

Está muito corrido por aqui, mas irei tentar montar essa máquina tão logo seja possível. O único componente que irei indicar, e que vale a pena investir um pouco a mais, serão os motores de passo. Como usaremos barras roscadas para a tração, o seu rendimento é baixíssimo, faz-se necessário um motor de maior torque para conseguir alcançar maiores velocidades. E os motores, assim como toda a eletrônica, serão o ponto de partida para a construção da próxima máquina.

O legal de ter a tupia, ou qualquer ferramenta de potência razoável (o próprio spindle que você linkou), é para não ficarmos limitados à usinagem de PCB apenas. A máquina poderá fazer cortes em diversos materiais, e poderá ser usada para confeccionar as peças de upgrades para si própria, ou peças para uma nova versão de máquina.

Contam pontos a favor da tupia o fato de serem de alta rotação. Os spindles DC geralmente trabalham em 13 mil RPM. A minha Makita trabalha a 30k. Quanto maior a rotação, maior a velocidade de avanço que poderá ser usada, e no caso de trilhas em PCB, isso fará muita diferença no tempo necessário para fresar.

A máquina do Lab de Garagem neste vídeo poderia estar fresando o PCB pelo menos 4x mais rápido se usada uma ferramenta de maior rotação, e principalmente motores de passo mais fortes. Os motores que eles usam são bem pequenos, e portanto, não teriam força para tracionar a máquina em velocidades de avanço maiores. Como disse, barras roscadas têm baixíssima eficiência, além de passos pequenos. Isto é, cada revolução do motor a máquina percorre distâncias da ordem de 0,5mm a 1,5mm, a depender de qual barra é usada.
Eu chutaria, assistindo ao vídeo, que a máquina deva estar trabalhando na casa de 200mm/min, no máximo 400mm/min. Com uma barra roscada M12, e motores Nema 17 de 4,9kgcm, já alcancei cerca de 1500mm/min sem perda significativa de torque que faria a máquina perder passos em fresagens superficiais.
Com o conjunto de movimentação da Openbuilds, usando correias GT2 de passo 3mm sem redução, e Nema 23, já alcancei 20.000 mm/min com acelerações absurdas. O equivalente à 333mm/s, em uma unidade de medida mais usual no meio 3d printer. É muito rápido hehe:


#6

Muito bom esse projeto. Pretendo montar uma pra confecção de PCBs


#7

Achei interessante a idéia de fazer uma máquina apenas com ferramentas disponíveis à mão, sem grandes recursos sofisticados.

O ideal mesmo seria pensarmos em tudo o mais brasileiro possível, com fabricação local. Ficaria um desafio extra, mas não amarra ninguém com a restrição de esperar 1 a 3 meses por uma entrega dos correios, e representa um pequeno passo na direção de gerar independência dos chineses. Mas na prática é difícil.

Sobre a tupia, acho muito interessante sim como ferramenta de corte. Já vi vários relatos no forum GUIACNC de usuários que usam a tupia chinesa mesmo de R$99,00, trocam os rolamentos de plástico originais por rolamentos bons, e rodam felizes até hoje ( Ex: http://produto.mercadolivre.com.br/MLB-583633352-tupia-laminadora-portatil-manual-c-acessorios-para-fresas-_JM).


#8

cara, achei genial sua ideia, e essa qui também https://www.youtube.com/watch?v=nS32b55ouQk


#9

Então @rafaelvc, o rolamento em V chinês não ficou legal. Assim que eu arrumar tempo irei montar um eixo de teste usando rolamentos de skate.

Há algum tutorial para fazer a troca de rolamentos na Tupia?


#10

Oba @Jeferson_Simoes!

Achei um vídeo que mostra melhor a idéia dos guias lineares em um bloco de alumínio: http://m.youtube.com/watch?v=PdnQN6PwX8k.

É um tipo de solução extraordinariamente robusta, precisa, baixo custo, de fácil manutenção e o mais importante, dá pra fazer apenas com ferramentas manuais.


Não achei nenhum tutorial sobre a troca dos rolamentos na tupia. Estou no forum guiacnc tem bastante tempo e li já vários tópicos sugerindo isto. Consegui encontrar duas referências que citam a importância de se fazer isto:

http://www.guiacnc.com.br/ferramentas-para-cnc/tupia-retificadora-ou/msg36232/#msg36232

http://www.guiacnc.com.br/projetos-de-usuarios/projeto-acruwer/msg34488/#msg34488

A julgar pela forma como se sugere fazer, a troca dos rolamentos não parece ser uma atividade muito crítica.


#11

Eu gostaria de fabricar uma dessas , alguém tem um projeto de como fazer aonde comprar os sistemas.