Fresadora / Router CNC com Arduino


#1

Saudações Fazedores.

Eu queria uma máquina CNC para usinar modelos, que seriam usados no processo chamado Vacuum Forming. Assim, minha mãe poderia aceitar encomendas de chocolates totalmente personalizados hehe.

Por extrema falta de tempo, este trabalho anda meio parado =/

Em breve, quero prototipar alguns convites de casamento, de chocolate!


Trabalho recente com a última versão da minha CNC.

Neste post vou tentar postar referências para você construir uma. E havendo interesse do pessoal, e conforme e for tendo tempo, irei acrescentá-lo, e claro, responder dúvidas se surgirem =]

Um resumo de tudo o que está abaixo está mais ou menos aqui:


(eu juro que a platéia riu das piadinhas, o microfone que não captou.)

A grosso modo, se não tiver muito recurso, resta abusar das gambiarras com aquilo que você encontrar para a estrutura e movimentação da máquina. Logo, não há muitos projetos que permitam qualquer pessoa replicar, pois o que tinha as mãos do criador de um projeto, pode ser tão difícil de ser encontrado por você como se fosse usar um componente mais adequado.

Então vou focar as referências na eletrônica/software, e a parte mecânica da minha versão mais recente.

Boa parte da minha primeira máquina foi inspirada em artigos do Instructables e no Google Image mesmo. Pesquisas pelos termos de elementos de máquinas, acompanhados de DIY ou Homemade retornam muitas ideias que podemos aplicar.

Algumas dicas de elementos para você pesquisar:

  • Lead screw
  • Linear Rails

Na época que comecei a pesquisar, eu não tinha grana pra quase nada. Na verdade, ainda não tenho hehe.

No final de dezembro/13, eu recebi um kit de componentes:

Arduino Uno R3
3x BigEasyDriver (drivers controladores de motor de passo - A4988)
3x Motores de Passo Nema 17

Comprei todos no site Sparkfun.

Para o Arduino virar uma controladora CNC, basta instalar o GRBL. A ligação do Arduino para os Drivers, estão nos diagramas no GitHub GRBL.

A forma mais fácil que encontrei de instalá-lo está neste blog:

O programa que mais gostei para enviar os G-codes: Universal Gcode Sender

Pausa: Não está entendendo absolutamente nada?

Uma máquina CNC, isto é, aquela Controlada Numericamente por Computador, existe desde os primórdios da década de 50. Obviamente, eram trambolhos limitados.

O processo hoje, sobretudo se usar Arduino (pois não precisa de um controle por software, que exige um computador velho, com porta paralela, quando tratamos de máquinas mais baratas) é assim:

  1. Faço um desenho - CAD (Wiki)
  1. Traço a rota que a ferramenta deve percorrer para usinar meu desenho. O processo CAM (Wiki)
    É gerado um arquivo em G-Code (Wiki)
  1. Enviamos este arquivo para a controladora movimentar a ferramenta de corte.

https://www.youtube.com/watch?v=1zpMW60_G8o

Então, usando guias telescópias de gaveta, barras roscadas de 1/4" e muito MDF que sempre encontro em uma caçamba que fica em frente à uma serralheria de móveis planejados, dei início a construção da minha primeira CNC.

Tenho pouquíssimas fotos dessa versão. Abaixo, ela em processo de desmontagem para a reconstrução da versão que eu levaria à Campus Party.

https://fbcdn-sphotos-g-a.akamaihd.net/hphotos-ak-ash3/t1.0-9/p180x540/1013197_1405281943054282_666865469_n.jpg

Neste vídeo, primeiro teste manual, isto é, os eixos eu os movimentava a partir das setinhas X+/- e Y+/- no software de controle. Na verdade, o que está gravado no vídeo efetivamente, foi uma ligação em paralela dos drivers, ou seja, um comando X+, a máquina movimentava simultaneamente em X+ e Y+. Ainda não tinha montado o eixo Z.

Neste vídeo, primeiro teste com os 3 eixos prontos e enviado o código de um desenho:

Aqui, primeiro teste usando a micro-retífica e seu eixo flexível, que caiu no final por estar preso com cola quente. (Legal isso, acompanhar a evolução da máquina hehe…)

Aqui, já estava usando uma Tupia (Makita 3709) e a máquina estava dentro da primeira caixa para abafar o som.

A primeira máquina já estava funcional, mas como foi construída totalmente a olho, sem nenhum projeto, resolvi construir uma melhor, mas ainda a olho. Como disse, não tinha o por quê eu perder tempo fazendo projeto se iria construir com gambiarras rss. Consegui uma estrutura mais rígida com uma área de trabalho um pouco maior, cerca de 180x200mm.

https://fbcdn-sphotos-b-a.akamaihd.net/hphotos-ak-prn1/t1.0-9/p180x540/1010630_1405282129720930_1239019372_n.jpg

Esta máquina ficou pronta na madrugada anterior ao dia que fui para a Campus Party, terça-feira. Cheguei atrasado lá justamente para terminar a máquina. Queria levá-la para trocar ideias com outros makers e pessoal que desenvolve Arduino.

Abaixo, este cara boa pinta aí, foto tirada pelo site designoteca. Eles escolheram minha máquina como um dos melhores projetos da Campus, e a colocaram em uma vitrine no site deles durante fevereiro =]

https://fbcdn-sphotos-f-a.akamaihd.net/hphotos-ak-ash3/t1.0-9/1600995_593853490689401_605537819_n.jpg

Lá na Campus, me convidaram para participar do Concurso Traga seu Robô, promovido pela galera do RobôLivre.org. E fui concedido com o primeiro colocado. Felizão =]. Ganhei um mouse cabuloso da Thermalteke, algo assim…

Bom, justamente por ter ido à Campus, veio o insight. O mercado nacional é extremamente carente de máquinas de pequeno porte e acessível.

Aqui temos 3 opções.

  1. Você constrói sua própria máquina. E é difícil, dada a dificuldade de comprar os componentes, sobretudo, Guias Lineares e Fusos. Se for comprar um fuso de esferas recirculantes aqui no Brasil, prepare a vaselina… Logo, acaba restando por improvisar nos componentes, o que não dá um resultado legal para a máquina.
    Mas além da dificuldade para a compra, não são todas as pessoas que têm fácil acesso à ferramental.

  2. Você compra de construtores pequenos, tipo micro-micro mesmo. Não há como garantir que fizeram importação legal por exemplo. E até onde pesquisei, nenhum usava Arduino e apoiavam iniciativas Open. É a velha necessidade da porta paralela.

  3. Você compra máquinas de pequeno porte de empresas estabelecidas no mercado. Já pode anunciar seu carro ou rim para vender…

A Roland MDX-40A é animal!!! por R$ 25.900.

Lá fora existem diversos projetos legais, e muitos abaixo de mil dólares. O grande problema é o peso da máquina. Nesta faixa de peso, não existe frete grátis a partir da China. Fica na faixa de 400-500 doletas. Mesmo dos EUA, o frete pode ultrapassa os 200 dólares. Neste patamar, não existe aquela de não ser taxado.

De fato, nesta faixa de valor somente via importa fácil, que nos cobra R$ 150 extra. Ou seja, uma ShapeOko (máquina muito legal) que custa apenas 649/685 dólares (se for 110V ou 220V ??), terá um valor final para você na casa dos R$ 3.300,00 supondo que o seu estado não incida ICMS. E a ShapeOko é um kit. Você precisará de um macho de qualidade, e tempo para montá-la, soldar fios, etc. Para calibrá-la, senão tiver ferramentas de qualidade, o resultado pode não ficar legal.

E isso tem sido meu validador de mercado. A galera quer máquinas CNC, mas poucos estão dispostos a pagar entre a faixa de R$ 4-7 mil em uma de qualidade e/ou procedência duvidosa, muito menos, pagar mais de R$ 15 mil em uma máquina legal e legal. Eu acredito que consigo entregar ao mercado uma máquina descente abaixo de R$ 6 mil. Desculpem-me desviar do assunto rss.

Após algumas outras máquina/partes de máquinas que desenvolvi sem muito sucesso, cheguei em uma versão muito próxima à última.

https://scontent-b-iad.xx.fbcdn.net/hphotos-ash3/t31.0-8/p180x540/1921250_1423986387850504_1700543557_o.jpg

Nesta máquina, consegui corrigir diversas deficiências das duas primeiras.

Mas tudo se resume em usar os componentes da OpenBuilds.
É lá que eu recomendo que você compre os componentes mecânicos para construir uma. É um conjunto mais robusto que o da ShapeOko.
Em contrapartida, a ShapeOko possui o kit completo. Já a OpenBuilds, vende apenas os componentes, e tem exemplos de projetos. Os melhores, ainda depende da fabricação de alguns componentes: as plates.

Esta versão foi feita com um projeto que desenvolvi em SolidWorks, usando os componentes da OpenBuilds em conjunto com os requisitos que eu desejava. Mas sua confecção ainda foi inteiramente manual. A segunda máquina, que ainda estava montada quando comecei a construir esta, não tinha capacidade para usinar alumínio. Nem mesmo tamanho, já que algumas placas/plates eram maiores que a área de trabalho. Logo, o corte e furação de todas as plates ainda foram feitos manualmente usando uma serra tico-tico e furadeira de bancada.
Por maior que tenha sido o capricho em imprimir cada vista 2D a partir Solidworks, colar nas chapas de alumínio, marcar cada furo com um punção com ajuda de uma lupa! e furar todas as chapas que são paralelas quando montadas na máquinas, de uma única fez, o alinhamento e dimensões ainda não ficaram com o mínimo que eu diria que seria exigido para uma máquina dessa.

Furando placas de alumínio juntas, com desenho e marcadas por punção:

https://fbcdn-sphotos-a-a.akamaihd.net/hphotos-ak-frc3/t1.0-9/q80/s720x720/10150771_615824028492347_474587830_n.jpg

https://scontent-a-iad.xx.fbcdn.net/hphotos-frc3/t1.0-9/q81/s720x720/1383490_615824115159005_557337876_n.jpg

https://scontent-b-iad.xx.fbcdn.net/hphotos-frc3/t1.0-9/q77/s720x720/10004054_615823978492352_370077147_n.jpg

https://fbcdn-sphotos-b-a.akamaihd.net/hphotos-ak-prn2/t1.0-9/10171272_1422792837969859_1064072625_n.jpg

Uma solução nada ortodoxa para cortar alumínio de perfis de pequena área com um mínimo de garantia que estará em ângulo reto:

https://scontent-a-iad.xx.fbcdn.net/hphotos-frc3/t1.0-9/1606877_1422792884636521_103684356_n.jpg

Antes mesmo de montar a mesa, a ansiedade era tanta, que improvisei uma base e botei a maquina pra gravar alumínio.

Bom, desta versão, refiz o design e troquei alguns componentes, e agora ela está show de bola. Desisti dos fusos trapezoidais nos eixos X e Y, tanto para reduzir custos, como para facilitar a montagem e manutenção. As correias estão bem dimensionadas, e tem a enorme vantagem de permitir a fácil movimentação destes eixos a mão. Facilita muito a troca de fresas e posicionar e retirar os materiais.

As fotos são da versão mais recente, e que estou usando em uma campanha de financiamento coletivo no Catarse para levantar capital e começar a fabricá-las.

Isso aí galera.

Quem quiser construir sua própria máquina, algumas referências estão aí.

Reforçando, o melhor custo x benefício ao meu ver:

-OpenBuilds
-Arduino Uno + GRBL

Acrescentando:

-Recomendo os Drivers DRV8825 (Pololu)

-Motores de passo Nema 23 de 9kgcm já são mais que suficientes para uma máquina deste porte. Compre um Bipolar, de no máximo 2A por fase, para que o Driver dê conta. Na Sparkfun tem um que cabe como uma luva.

-Como usamos drivers de baixa corrente, precisamos operar em maior tensão para não perder tanto torque em alta velocidade (carece de fonte / validação dos mais sabidos em eletrônica rss).
E o DRV8825 é justamente o cara dentro dessa linha acessível que suporta mais tensão. Use-o com uma fonte de 36V do ebay, na faixa de 9-10A, para dar conta com folga de todos os motores, já supondo ser uma fonte de baixíssima eficiência ou batizada.

-Ps: Não se preocupe com a tensão especifica do motor de passo. Isso gera confusões para quem está começando. Aquela tensão é unicamente resultado da continha V=R*I.

Simplificando ao extremo: Como usamos Drivers, o dado relevante é a corrente! E podemos limitá-la diretamente no Driver. Se tiver um motor de 3A, ele roda numa boa em um Driver de menor corrente, porém com torque limitado. A grosso modo, você irá alimentar o Driver com cerca de 4 a 20x a tensão específica do motor.

Mais a grosso modo ainda: Nema 23 de até 2A quando em ligação bipolar, DRV8825 e fonte 36V. Já elvis rss.

Conforme for possível, respondo dúvidas e/ou sugestões aqui, assim como quero ter online um wiki completo com o passo a passo de montagem de uma máquina com este projeto.

Onde buscar mais informações:

Wiki Shapeoko
OpenBuilds

Minhas fotos no Dropbox - Pode lhe inspirar para construir sua criatura

Obrigado pela leitura!

Cordialmente,

Jeferson Simões


Construindo mini fresadora CNC usando apenas uma Tupia como ferramenta
Projeto router cnc
Ligação fonte arduino mega 2560 driver e motor
#2

Eu precisava de uma leitura dessa nessa tarde. Parabéns pelo artigo. Apesar de eu entender pouco ainda, deu para assimilar bastante coisa.


#3

BomDia,
Se precisar uma base de madeira para arduino, pode usinar na cnc.


#4

muito legal seu projeto, ja vi na net esse projeto e ainda pretendo fazer uma dessas


#5

Olá Jeferson_Simoes, cara que animal! Parabéns!!!
Bom tenho algumas dúvidas, a CNC construída através de polia e correia sincronizadora, consegue usinar alumínio com precisão?
A dureza do Alumínio será que não faz com que comece haver folga no sistema do carrinho? Já que o sistema tem que vencer esta dureza quando estiver usinando ele, não pode fazer com que corra o sistema de fixação da correia?
Outra dúvida, como sincroniza 2 motores quando algum eixo utiliza 2?
E mais uma, o material usinado que salta pra tudo que é lado, não interfere na precisão do sistema como um todo ao se depositar na canaleta que está a cinta escondida ou onde as rodinhas se apoiam no V?
Obrigado desde já!!


#6

Jeferson Simões, gostei demais do seu projeto e de toda a sua história. Estou trabalhando em uma CNC já faz algum tempo. Sou curioso no assunto, na verdade, meu trabalho não tem nada a ver com isso, sou advogado… Robótica e mecânica são muito mais emocionantes. Parabéns. Pode me ajudar em algo básico? Já tenho o Arduino faz tempo, estou procurando os drivers que você indicou e os motores mas estou confuso. No Mercado livre há muitas opções, será que poderia indicar links dos drivers e motores que você acha que são mais indicados para o projeto? Não localizo o DRV8825, para os Nema 23 há muitos links e diversos preços. Para uma ligação conforme os links que você disponibilizou no início (https://github.com/grbl/grbl/wiki/Connecting-Grbl) usando o primeiro método (easy drivers) não encontrei dificuldades em encontra-los mas, ao final de seu post, você indica outro drive e não consigo encontrá-lo. Se puder, agradeceria sua ajuda em meus primeiros passos. Abraço!


#7

http://www.dx.com/s/cnc+stepper+motor


#8

@Eugenio_Andreola
consegue usinar alumínio com precisão?

Usina tranquilo desde que se respeite alguns parâmetros. Por exemplo, consegui bons resultados ao realizar passes de 0,15mm com fresas de 1/8". Não pode-se forçar o equipamento, pois é uma máquina leve. Para quem tem foco em trabalhar principalmente metal, recomendo uma fresadora de “verdade”, digamos assim, e não uma router/fresadora.
Fresadoras geralmente tem pórtico fixo, e movimentação da mesa, além de estrutura em ferro fundido. A relação área de trabalho/peso é muito menor.

Outra dúvida, como sincroniza 2 motores quando algum eixo utiliza 2?

Usando os mesmo motor/drive, a única alteração, caso os motores estejam dispostos espelhados, é inverter um dos polos de um dos motores. Eles irão rodar sincronizados, porém cada um para um lado. Já a ligação entre drives/Arduino, é só ligar os pinos Dir/Step em paralelo.

Quanto a última pergunta, sim, com certeza altera a precisão, sobretudo o depósito de pó no trilho, no entanto, é em um nível irrelevante frente a precisão do conjunto como um todo. O ideal é usar um sistema para extrair o pó/cavaco pensando primeiramente na saúde, e então, em manter o local de trabalho mais limpo e reduzir a necessidade de manutenção.

@Leandro_Modesto_Rodr

Obrigado Leandro! Os DRV8825 eu comprei diretamente na Pololu. É possível encontrá-lo no ebay também, de fabricantes/vendedores chineses. Aqui no Brasil ainda não encontrei (procurei, na verdade) quem o venda.

Já motores tem que analisar a corrente de trabalho deles, que deve estar de acordo com a capacidade do drive. Recentemente eu comprei os motores do link abaixo, que usarei na construção de uma máquina maior.
http://yuzhou.com.br/loja/produtos/view/motor-de-passo--nema-23--torque-100-kgfcm--corrente-14-a--akiyama-ak2310f8fn18

Eu recomendo os motores e a loja. O datasheet deste motor, nesta loja, é um dos mais completos, e simples, ao mesmo tempo, que encontrei. Raramente encontramos detalhes de correntes em diferentes ligações, muito menos curvas de torque.

Meu objetivo é poder usar este motor em ligação bipolar série, pois o consumo é de apenas 1A. Nos testes que já fiz, o motor mantém bom torque na velocidade de trabalho para a máquina atual, com correia, e não preciso de refrigeração nos drives. A grosso modo, motor em ligação bipolar série tende a perder mais torque em alta rotação do que quando ligado em bipolar paralelo. Neste último caso, a corrente será de 2A, o que irá exigir refrigeração nos drives, além de aumentar a temperatura do motor. Nada preocupante, mas se não for preciso para a aplicação, melhor manter em bipolar série.

Obs: Entrei hoje no fórum e esta mensagem estava em rascunho. A tinha digitado há vários dias, mas devo ter esquecido de clicar em Responder.


#9

Saquei cara, quando vc fala em de verdade vc fala em pegar uma industrial mesmo? é que minha idéia e usinar peças para equipamentos fotográficos entende, um reparo de tripé, fazer um um trilho em que a câmera corra em cima tirando fotos automaticamente, dai a ideia do alumínio, para fazer os blocos onde irei fixar os trilhos etc.
Se eu fizer a estrutura em chapas de aço cortado a laser por exemplo será que me daria mais firmeza? e fazer dai por eixo o transporte do pórtico ou mesa melhora será?


#10

Não industrial necessariamente, mas uma fresadora comum. Há modelos pequenos, inclusive, que podem usinar alumínio numa boa. Exemplo de fresadora hobby, da Manrod, que poderia ser convertida para CNC:

De fato, esta Manrod, MR-218, é um modelo chines padrão, que se não me falha a memória, é a Sieg X1 (realmente não lembro). Existem diversos distribuidores que a fornecem com suas marcas, e diversos tutoriais para convertê-la para CNC.

Para ter ideia das diferenças na rigidez de uma fresadora propriamente dita, e uma Router, essa mini fresadora Sieg não é lá muita coisa, mesmo para usinar alumínio, e tem uma área de trabalho de apenas 130x180mm, pesando 56kg.

É claro que o design e materiais usados na construção de máquinas irão influenciar, mas a grosso modo, a rigidez estará associada ao peso do equipamento.

No site da Manrod você encontra duas fresadoras CNC, sendo a primeira indicada para trabalhos leves. Respectivamente para ambas, as áreas de trabalho e peso:

120kg
260x110mm

210kg
280x120mm

Já uma Router tem uma área de trabalho muito maior em relação ao peso.

Precisão é relativo. Tem de estudar para o seu o nível de precisão exigido, bem como o acabamento final da peça. Quando falamos de máquinas extremamente precisas, e de baixíssima vibração; são máquinas muito pesadas, de pequena área de trabalho. Alguns centros de usinagem top pesam toneladas, e tem área de trabalho pequena, na casa de 500x500mm, por exemplo. Máquinas top, top mesmo, utilizam estruturas mistas entre aço e granito epoxi.

Vale a pena dar uma olhada neste artigo:
http://blog.cnccookbook.com/2012/03/27/10-tips-for-cnc-router-aluminum-cutting-success/


#11

Cara valeu vou gastar um tempo destrinchando esse site!
Se tu tiver mais alguma dica de leitura pra entender sobre o assunto ficaria muito grato! pq não sei nada do assunto! Mas quero dominar isso!


#12

Boa tarde,

Gostaria de saber se é necessário, para leigos como eu ter um conhecimento avançado sobre eletrônica.


#13

Não!

Ler em inglês é desejável. Irá facilitar compreender a configuração do GRBL, e leituras sobre os drives.


#14

ola Jeferson comprei esse motor pode me dizer se são bons olha descrição

Motor Voltage: 4.0 V

  • Current / Phase: 2.0A -
  • Resistance / Phase: 2.0 Ohm
  • Inductance / Phase: 4.4 mH
  • Holding Torque: 980 mNm min.
  • Dynamic Torque at 600pps: 869 mNm ref.
  • SHAFT DIAMETER 6MM / TYPE CILINDRICA
  • LENGTH 23MM SHAF

#15

Pela descrição é um motor padrão Nema 23 de 10kgcm. Se é bom ou não, em termos de especificação, depende da aplicação. Em uma máquina como a minha, sim, serve perfeitamente.


#16

Olá @Jeferson_Simoes, muito bacana seu projeto, parabéns …

Tb estou montando uma … embora sem muita experiência ainda, mas devagar ta indo! :wink:

Grande abraço.


#17

Ola Jeferson tudo bem? Como tinha te falado antes adquiri esse motor

Motor Voltage: 4.0 V

  • Current / Phase: 2.0A -
  • Resistance / Phase: 2.0 Ohm
  • Inductance / Phase: 4.4 mH
  • Holding Torque: 980 mNm min.
  • Dynamic Torque at 600pps: 869 mNm ref.
  • SHAFT DIAMETER 6MM / TYPE CILINDRICA
  • LENGTH 23MM SHAF

Quero saber qual desses drivers você aconselha eu comprar

aquele que você falou o DRV8825

esse aqui segue o link
http://www.ebay.com/itm/Stepper-Motor-Drive-Controller-Board-Module-L298N-Dual-H-Bridge-DC-For-Arduino-/170926726867?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item27cc06ded3

Ou esse outro aqui

http://www.ebay.com/itm/141091708480


#18

Se for usar o GRBL, e motores de até 2A, ficaria com o DRV8825 mesmo, pois podemos comprar a GRBL Shield e ter uma montagem mais simples e limpa.
Nunca usei estes Drivers postados.

Novo protótipo de fresadora que construí, fresadora mesmo.

Ainda contém peças em MDF (uma delas, crítica inclusive =/). Assim que $obrar tempo quero colocar fusos de esferas e refazer todas as peças em alumínio.


#19

Valew ai pela dica posso usar com um arduino mesmo
Qual os motores usado nessa nova fresadora Jeferson


#20

Outra coisa é que entrei em contato com o pessoal da POLULU e eles me falaram que esse driver não chega a 2 ampres o maximo de 1.5 amperes