Torno CNC Pequeño

El torno se compone de 4 entidades principales la primera siendo el esqueleto que está compuesto mayoritariamente de placa de aluminio de ⅜ de pulgada esta parte es la que le da la robustez al modelo y soporta los componentes de las siguientes 3 entidades. Seguido se tiene el grupo de desplazamiento para el eje Y que consiste de un motor a pasos que da movimiento a la segunda placa. Esta segunda placa soporta a la tercera entidad que es el montaje para el buril que tiene un desplazamiento de 5.9 pulgadas en el eje x. Por último la entidad que sostiene la pieza sobre la cual el torno va a trabajar se encuentra en la parte más alta del cuerpo, aquí se encuentra el motor le da giro al mandril. A continuación se describirán más a detalle cada una de estas 4 entidades principales.

Step 1: Material

El primer paso fue adquirir el material que corresponde a la base del torno, se utilizo una placa de aluminio 6061 3/8".

Posteriormente se compraron los siguientes materiales para la fabricación del tono.

  • Guías lineales de 8mm
  • Baleros SC8UU
  • Tornillo sin fin 8mm/500mm
  • Tuerca 8mm
  • Cople flexible de 5 a 8mm
  • Buril cuadrado 3/8 de cobalto
  • Mandril conico rotatorio
  • Soporte de motor de 12V
  • Soporte de buril cuadrado 3/8 de cobalto
  • Tornillos (M3, M5, milimétricos)
  • Ángulos 90°
  • Motor a pasos Nema17
  • CIM motor AM-0255

Step 2: Manufactura De La Base

El diseño del prototipo se realizo con el software Solidworks, por lo tanto los archivos de cada una de las piezas diseñadas se guardaron en formato .dxf, puesto que la técnica de fabricación de las piezas se llevo a cabo por corte con agua.

Step 3: Manufactura De Piezas

La manufactura de otras piezas se realizaron por medio de torno y fresadora

  • Espaciadores cilíndricos. Se cortaron los espaciadores cilíndricos, para obtener la superficie plana en cada lado se maquinaron los 5 cilindros en el torno aplicando la técnica de careado hasta que las piezas tuvieron la longitud de 5.15 pulgadas. Posteriormente se realizo con una broca un barreno en cada lado, finalmente se aplico la técnica de machueleado en los barrenos generando la cuerda interior.
  • Cople. Se corto el cople enseguida se maquino la pieza en el torno aplicando la técnica de careado y desbaste, posteriormente se realizaron dos barrenos en las superficies planas de diferentes diámetros (diámetro flecha del motor y mandril). Posteriormente se maquino la pieza en la fresadora realizando barrenos sobre la superficie cilíndrica, se aplico la técnica de machueleado en cada barreno generando la cuerda interior.
  • Base para buril. Se corto la base, posteriormente se maquino en la fresadora para que las superficies laterales queden planas, después se realizo un barreno del diámetro del porta buril. Para la fijación de la base se realizaron 4 barrenos y se aplico la técnica de machueleado en cada barreno generando la cuerda interior.

Step 4: Ensamble De La Base

Como se habló en el primer apartado de diseño, la base está compuesta de dos placas de ⅜” de espesor separadas por 5 soportes cilíndricos. Las placas están diseñadas para ser lo más resistentes y ligeras posibles. Tienen una distribución de esfuerzos uniforme gracias al diseño inspirado en estructuras utilizadas en construcción de puentes. Para hacer los cortes utilizamos nuestro dibujo CAD y la cortadora WaterJet.

Para los soportes cilíndricos utilizamos una varilla de 1" que trozamos con la cortadora, careamos, nivelamos con el torno, y machuelamos para terminarla.

Después machuelamos el canto superior de nuestra base para colocar la placa superior principal. A lo largo de esta placa estaría corriendo nuestro primer eje.

Después con ayuda de ángulos colocamos la placa superior secundaria. Esta placa la ajustamos utilizando ángulos de 90º y tornillería.

(Ambas placas superiores fueron cortadas con WaterJet.)

base_1.dxf

base_2.dxf

Step 5: EJE Y - Cople Flexible Y Tornillo Sin Fin

El eje Y mide 30cm. Para este eje fabricamos un par de placas, una para soportar nuestro motor de pasos y otra con un balero para mantener nuestro tornillo sin fin alineado.

  • Lo primero fue fijar estas placas soporte a la placa superior principal, hicimos esto haciendo agujeros y colocando ángulos en lugares estratégicos todo el sistema fue ensamblado con tornillería.
  • Después de esto, el plan fue unir mediante un cople 5x8 la flecha del motor y el tornillo sin fin. del otro extremo del tornillo, al final de la carrera de ese eje está la placa con el balero que mantiene al tornillo alineado.
  • Después hicimos dos agujeros de 8mm a ambas placas por donde correrían los ejes lineales.

Step 6: Montaje De Baleros Lineales SC8UU, Chumacera Y Montaje Final

Chumacera y tuerca:

  • Además de esto, fabricamos con la cortadora waterJet una mesa de trabajo que sería la que corre de un extremo al otro del eje. Para sujetar y alinear nuestra mesa de trabajo a nuestro eje lo que hicimos fue imprimir en 3d una chumacera de plástico para sujetar la tuerca de 8mm del tornillo sin fin. Esta chumacera fue atornillada directamente a la mesa de trabajo en el centro.

Baleros:

Después, atornillamos dos baleros lineales sc8uu, a nuestra mesa de trabajo, centrados y paralelos a nuestra chumacera.

Step 7: Ensamble De Eje Y

Ensamble:

Por último ensamblamos todo. Colocamos el motor en su soporte, le sujetamos el cople, atornillamos el tornillo sin fin a la medida en la tuerca puesta en la chumacera, sujetamos el tornillo ya con la mesa de trabajo al cople y pasamos el otro extremo por el balero.Por último atravesamos todo el sistema con los ejes lineales pasando por ambas placas soporte y por los baleros lineales en el medio.Así quedó instalado nuestro primer eje.

Step 8: EJE X - Montaje De Motor, Cople Flexible Y Tornillo Sin Fin

La entidad anteriormente descrita (EJE Y) da movimiento al siguiente grupo de desplazamiento, este tiene la función final de corte ya que termina con el buril y la herramienta que se utiliza para lo mismo, para esta parte se tiene inicialmente la segunda placa que es la que une a la segunda y tercer entidad. esta placa tiene dimensiones cuadradas (5.9 in por lado). A los extremos laterales se les monta una placa con las mismas dimensiones y perforaciones que se muestran ya que buscan cumplir el mismo propósito solo que para un menor desplazamiento. De la misma forma este mecanismo da una capacidad de desplazamiento en el eje de las X de aproximadamente 5 pulgadas. esto permite que la herramienta de corte montada en la placa final pueda acercarse o alejarse del objeto sobre el cual se va a trabajar.

Step 9: Montaje De Baleros Lineales SC8UU Y Chumacera

Para continuar con el armado, lo siguiente es clocar de igual forma que se hizo con el eje Y, las varillas de desplazamiento junto a sus valeros y el tornillo sin fin que se encuentra acoplado a un motor y da movimiento al mecanismo.

Step 10: Montaje De Base Para El Buril

Una vez que la placa del eje X fue montada sobre los baleros lineales, es hora de colocar el buril de corte, para esto se cortó una placa de 1 pulgada de grosor, y 2 pulgadas por lado. Se taladro con un diámetro de broca idéntico al diámetro de la base del buril y en dos de las caras de 2 x 1 in. Sobre ellas se machuelaron para 2 tornillos de 1/8 para usarlos como opresores y mantener una posición fija al tornear con la herramienta.

Step 11: Montaje De Soporte Para Motor DC

Para el montaje del soporte se adapto a la superficie plana, es decir, lo tornillos que ya estaban colocados se realizaron las respectivas medidas en el soporte y se hicieron los barrenos para ensamblarlo.

Step 12: Montaje De Motor DC, Cople Y Mandril

Para el montaje del motor DC primero se coloco en el soporte con dos tornillos, enseguida el cople y el mandril para ajustar se utilizaron los sujetadores del cople.

Step 13: Programación

Para la programación se utilizo los controladores CNC Shield, Pololu A4988, Arduino UNO, fuente de alimentación 12V, cables para conexión.

Step 14: Video

Video con el resultado final de nuestro ensamble + programación.

Step 15: Códigos De Programación

Software: Universal G-Code Sender.

Los movimientos de los diferentes ejes pueden cambiar dependiendo de distintos factores como el tipo de motor, los pasos de los motores como así los grados por paso, la medida de la varilla roscada, el método de movimiento de ejes, etc. Por esto se debe configurar si o si la fresadora para que funcione de la manera correcta teniendo en cuenta todos estos factores.

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