Portable CNC

Para poder empezar tenemos que tener cada uno de los componentes marcados en la lista de materiales:

4 Stepper NEMA 17

1 V-Slot 20x80mm (1500)

1 V-Slot 20x40mm (1000)

1 V-Slot 20x60mm (1000)

1 Optional Z Axis - V-Slot™ 20x60mm

28 Solid V Wheel Kit or Xtreme Solid V Wheel Kits

8 Cast - 90 Degree Corner Bracket

4 V-Slot 20x40mm (1500)

3 Aluminum Spacers (1-1/2 inch)

13 Eccentric Spacers

2 Threaded Rod Plate for Nema 17 Stepper Motor

1 5mm x 8mm Flexible Coupling

1 Tornillo acme (mercadolibre)

2 Bearing ID 8mm. O 608zz

7 GT2 (3mm) (mercadolibre)

3 Polea GT2 - 20 tooth - 1/4 Inch Bore (ml)

1 Shield CNC p arduino uno

12 Aluminum Spacers - 1/8th inch

1 Fuente de poder 12V @ 8amp

5 Power cable

2 Spacer Block (V-Slot)

1 40x40mm x 10 12v Cooling fan

1 AC Power Cable with Bare End

1 Arduino Uno

4 Tornillos M5X65

50 Tornillos M5X15

1 Taladro Dremel

15 Tornillos M5X30

10 Tornillos M5X45

50 Tornillos M5X8

4 Tornillos M3x45

12 Tornillos M3X15

40 Rondanas

- Termofit

12 Rondanas de Seguridad para M5

- Cable c21

1 Caja para circuitos 20*30*15

1 Caja para circuitos 8*5*5

3 Botones NA

1 Plug hembra

1 Plug macho

20 Jumper hembra hembra

- Piezas en 3D (archivos adjuntos)

- Piezas en acrílico 8mm (archivos adjuntos)

- Piezas maquinadas en aluminio (archivos adjuntos)

Hay que asegurarse que se tiene a la mano las suficientes herramientas para poder realizar el proyecto (machuelos m5/m4, desarmadores planos/estrella, llaves allen, pinzas de presión, pinzas eléctricas, computadora, etc.)

También se debe tener acceso a una fresadora para maquinar piezas en aluminio, a una cortadora laser para corte en acrílico y a una impresora 3D.

Step 1: Paso 1

Se colocan los rodamientos en las placas laterales ( eje Y). Se tiene que, primero, colocar a presión las ruedas a los baleros que vienen con ellas, teniendo mucho cuidado. Ya que están armadas, se pasa el tornillo (M5*15mm) por los barrenos de de la zona media, se le pone un espaciador normal y luego, la llanta. Al final de esto se coloca una tuerca hasta que esté presionados todos los componentes. Para los rodamientos de abajo se sigue el mismo procedimiento pero ahora colocando los espaciadores excéntricos. En total son 7 rodamientos, 4 espaciadores y 3 espaciadores excéntricos por placa, con 7 tornillos y tuercas M5. Es el mismo procedimiento para ambas placas.

Step 2: Paso 2

En estas mismas placas se colocan los dos NEMA 17 en los slots de en medio. Para ello usaremos, como dice el datasheet de este tipo de motor, tornillos m3x12.

Step 3: Paso 3

Se pasa, en cada plate, el perfil V-slot de 20x80 para alinear los rodamientos. Esto se logra dando vuelta y apretando los espaciadores excéntricos hasta que, moviendo sólo una rueda con el dedo y con el mínimo esfuerzo, se mueva toda la placa. Se tiene que repetir para los 3 rodamientos con este tipo de espaciador, y en cada placa.

Step 4: Paso 4

En la placa de abajo, se colocarán los dos bloques espaciadores para el eje Z mencionados en el reporte. Estos irán atornillados con 2 tornillos M5x15 cada uno.

Step 5: Paso 5

Al igual que el proceso anterior, se pondrán los rodamientos sobre cada espaciador (3 por espaciador). Al igual que el anterior proceso, solo una linea de rodamientos tendrá tornillos excentricos, y la otra tendrá espaciadores normales. En total, se usarán 6 llantas, 6 tornillos m5x15, 6 tuercas m5, 3 espaciadores y 3 espaciadores excéntricos.

Step 6: Paso 6

Al igual que en las placas laterales, se realizará una alineación de las llantas con los tornillos excéntricos y un perfil de aluminio 20x60mm. Aquí ya seleccionaremos el que se va a usar, que va a ser el de ese mismo ancho y profundidad por un largo 180mm.

Step 7: Paso 7

Ahora, se unirá la placa anterior con la de la imagen que se muestra abajo de este párrafo. Para ello se usarán tornillos de m5x65, pero, este tendrá una serie de llantas que servirán para el movimiento libre del eje X. El orden será el siguiente: para los 2 tornillos de arriba se pondrá un tornillo excéntrico, una llanta, un espaciador, una llanta yun tornillo excéntrico. Para los dos tornillos de abajo se tendrá un orden de: espaciador, llanta, espaciador,llanta y espaciador. Al tener los 4 tornillos con su orden de componentes se pone la placa de abajo y, con las tuercas, se aprietan fuertemente para dejar fija la placa a la otra. En total se usaron 8 rodamientos, 8 separadores, 4 tornillos excentricos, 4 tornillos M5x65 y 4 tuercas M5.

Step 8: Paso 8

Ahora, usando dos perfiles de 20x60mm ( 500 mm de largo), los colocas en paralelo uno de otro y los metes en el espacio generado entre las dos placas con sus rodamientos. Al entrar bien los perfiles ahora, como lo hicimos anteriormente, se empieza a alinear con los tornillos excentricos los perfiles para hacer del movimiento lo más libre posible.

Step 9: Paso 9

Usando, ahora, el siguiente NEMA 17 será unido, mediante 3 tornillos M3X45, a la placa mostrada en frente usando unos espaciadores (3), impresos en 3D, de 1-½ pulgada. Estos separarán la placa del NEMA 17.

Step 10: Paso 10

Se le coloca el cople, a este NEMA 17, el cople que servirá para poner el tornillo sinfín

Step 11: Paso 11

A presión, se coloca uno de los baleros en el barreno más grande de esta placa.

Step 12: Paso 12

El perfil del eje Z (20x60mm y 180mm de largo) tiene ciertos barrenos en la parte de arriba que sirven para, si es que se necesita, colocar tornillos y afianzar la estructura. En este caso, en ambos lados del perfil, serán machueleados los 6 barrenos para un poder insertar un tornillo M5. Tiene que tomarse en cuenta que este proceso es bastante duro, por lo que el machuelo debe de llevar algún aceite o pasta para machuelear para que no se genere tanta fricción y evitar que se rompa.

Step 13: Paso 13

La placa en donde se encuentra el NEMA 17 con el cople, tiene ciertos slots que albergarán tres tornillos que la unirán con el perfil del eje z que, previamente, tendrá un machuelo en la parte de arriba; que es en donde se va a unir dicha placa con el perfil. Estos tornillos serán 3 M5X15.

Step 14: Paso 14

Esta chumacera (primera imagen de abajo) se le insertará una tuerca m8 (es el paso que tiene el tornillo sin fin) a presión. Al hacer esto en el barreno pasado, esta misma chumacera será atornillada, con dos tornillos M5x15 a la placa mostrada en la parte inferior de este párrafo. Los barrenos a usar son los 2 que se encuentran en el medio. Para apretar la chumacera se usaron 2 tuercas, puestas detrás de la placa.

Step 15: Paso 15

Se coloca el tornillo sinfín, girándolo, a través de la chumacera. Se recomienda meter alrededor de la mitad del tornillo para poder trabajar cómodamente.

Step 16: Paso 16

Se toma la estructura que tiene el NEMA 17, el cople, una placa y el cople; y se acopla el tornillo sinfín (con toda la demás estructura ya armada) con el cople del NEMA 17.

Step 17: Paso 17

En la parte inferior del perfil de aluminio para el movimiento en Z, se colocará otra placa, como la de abajo, y se atornillará como su homónima de la parte de arriba con 3 tornillos m5x15. En el barreno de en medio, al igual que en la placa de arriba, se colocará a presión el balero que sobra, para así lograr una estabilidad mecánica en este sistema de movimiento.

Step 18: Paso 18

Ahora, en la placa que se muestra en la parte inferior de este párrafo, se colocará el último NEMA 17 en el slot de la parte superior. Para esto se utilizarán 4 tornillos m3x15.

Step 19: Paso 19

Como se hizo anteriormente, se procederá a machuelear los 2 perfiles de 20x60mm y 500mm de largo por ambos lados en sus 3 barrenos. Esto con un machuelo para tornillo M5

Step 20: Paso 20

Los pasados perfiles (20x60mm y 500mm de largo) sostienen ya todo lo previamente armado. Para unir esta estructura con las primeras placas (ya con sus NEMAs y rodamientos) se va a atornillar con los machuelos que se acaban de crear y los 3 slots horizontales que se tienen en la parte superior de ambas placas. Al estar pegados ambos perfiles, el slot, da la oportunidad de que los barrenos se emparejen y estos pueden ser atornillados en el mismo nivel. Los tornillos a usar serán unos M5x15, que en total serán 6 por cada lado. Cabe mencionar que es importante apretar lo suficientemente bien estos tornillos por de ellos depende la integridad estructural del CNC completo.

Step 21: Paso 21

Se toma el perfil de aluminio de 20x40mm y 500mm de largo y se le hacen los machuelos al igual que los demás perfiles. Este es colocado de la misma forma que los perfiles anteriores en las placas laterales con dos tornillos m5x20 en cada lado.

Step 22: Paso 22

Se toman los 2 perfiles de aluminio de 20x80mm y 750mm y se hace el machuelo en sus 8 barrenos de cada uno, al igual que los otros perfiles.

Step 23: Paso 23

Se toman los 2 perfiles de 20x40mm y 500mm de largo, que servirán como soporte de la mesa en el eje X. Primero se colocan en paralelo, y separados de si mismos lo suficiente para que, al levantar toda la estructura ya armada, estos queden al ras de los perfiles de las placas laterales. Al tener esto, se usaron unos brackets, maquinados por nosotros, para fijar las 4 esquinas con 2 tornillos (uno para cada perfil) y dos tee nuts. Estos entran en las ranuras del V-slot del perfil de aluminio y, al apretar el tornillo (m5x8mm) estas ejercen presión en el perfil y, así, obtener sujeción estructural. En total serían 8 tornillos y 8 tee-nuts para este paso.

Step 24: Paso 24

Ahora, con un perfil de 20x40mm y 710 mm de largo, se coloca en el medio de la la estructura de soporte a todo lo largo esta misma. Se colocarán 4 brackets, con sus tornillos y tee-nuts, en las 4 esquinas para juntar los perfiles de soporte. Con esto nuestro CNC está completamente fijo y con una sujeción estructural estable.

Step 25: Paso 25

Para construir el sistema motriz de los ejes X y Y primero se tiene que cortar 3 pedazos, previamente medidos, del rollo de banda (2 para el movimiento en Y y uno para el movimiento en X). Estos pedazos son cortadas al tanteo, metiendo la banda a lo largo de la ranura del perfil, que pase por debajo de los rodamientos y luego por arriba de la polea, todo hasta el fin del perfil. Ten en cuenta que debe de estar lo suficientemente tensado.

Step 26: Paso 26

Para afianzar las bandas se pasa la banda por debajo del slot del perfil y de los rodamientos, pasa por arriba de la polea y regresa abajo de los rodamientos hasta el final del perfil. De un lado se atora la banda con un tornillo M5x8mm y un tee-nut, y del otro, se tensa lo más posible la banda, sin romperla, y se atora de la misma manera con otro tornillo y tee-nut. Este proceso es el mismo para ambas bandas paralelas del eje Y y la banda del eje X.

Step 27:

Se coloca la caja donde irá toda la circuitería en el perfil con la ayuda de 2 t nuts, luego se inserta el arduino junto con el SHIELD y se cablean los motores como se muestra en la imagen (en el shield también están indicados con letras el eje para cada motor).

Step 28:

Ahora, se insertan los limit switches, tanto en los ejes X como Y se hace de la misma manera. Se coloca un T nut y con un tornillo M4 se fija el Switch, al limite del movimiento del CNC. Tal como se muestra en la imagen.

Para cablearlos, basta con conectar un cable largo desde sus terminales hasta el centro de la CNC donde más adelante se va a colocar la caja de control.

Step 29:

El siguiente paso es hacer la caja de control, en una pequeña caja que se colocará al centro del CNC, se colocaran 3 botones, un Jack hembra para la energía y aquí llegaran los cables de los Limit Switch

Step 30:

Todos los cables provenientes de la caja con botones se mandarán con su protección a la caja principal donde está el CNC Shield y Arduino. Se harán las respectivas conexiones como muestra en la tarjeta Shield (Limit Switch, Botones, Alimentación)

Step 31:

Se procede a agregarle un ventilador a la tapa de la caja, conectarlo a la fuente y cerrar la tapa.

Step 32:

Ahora es hora de colocar el dremel.

Con la base del dremel atornillada a este, solo es necesario fijarlo con los T nuts en el centro del EJE Z en su mismo perfil.

Step 33:

Lo siguiente es conectar el Arduino a la computadora mediante un cable usb de mas de 2 mts.

En la computadora se descarga la versión más reciente de XLoader y GRBL, se procede a abrir el XLoader y cargar el software a Arduino. Así de simple.

Step 34:

Ahora se procede a descargar el software Universal GcodeSender, abrirlo y abrir el puerto que indique para hacer conexión con el Arduino

Step 35:

Ya que todo está listo, conecte la fuente de energía al jack hembra en la caja de botones y en el software, prueba moviendo la CNC eje por eje en pasos pequeños.

Step 36:

En el software, mediante la ventana de comandos, es necesario que ajuste los mm por step que avanza la CNC, activar el Homing cycle, hard y soft limits.

Depende la versión de GRBL que tenga es los pasos para hacerlo, generalmente tipeando $$ en la ventana de comandos le saldrán todas las configuraciones activas. Basta con elegir la configuración que se desea modificar y cambiarla al valor deseado.

Step 37: FINAL

Listo, lo has logrado, el CNC está listo y configurado.

Para hacer mandarle instrucciones o código G, basta con ir a la pestaña en el software de enviar y seleccionar el archivo. Tu CNC hará todo automáticamente (recuerda prender el dremel antes de empezar a trabajar).