CNCBasic Model A Series – Chapter 1

Inicio una serie de capítulos en los que voy a tratar, a lo largo de los próximos meses, una serie de puntos en el diseño de una CNC básica y de concepto relativamente sencillo.

Ya estamos aquí con una nueva liadica entre manos. Esta vez vamos a ver a lo largo de una serie de capítulos, como hago el desarrollo de este tipo de CNC. Un chasis aparentemente muy sencillo, como podéis observar en las capturas, pero con un potencial interesante de cara a establecer un punto de partida muy económico, y sobre el que poder desarrollar la idea. El concepto nos permite generar posteriormente 3 o 4 modelos muy similares en la linea de diseño, pero mejorando sus características (que no el coste de materiales).

El proyecto nace como primera toma de contacto sobre un chasis de tipo puente, de cara a adquirir experiencia y poder iniciar el diseño mi siguiente CNC, una de gran tamaño. Dado que todos mis diseños han sido chasis de tipo Mantis (puente fijo y base de trabajo móvil), creo que todo lo que aprenda y diseñe, me servirá para volcar lo en una maquina cuyo prototipo inicial ya estará bastante depurado. Al tratarse de medidas ya un poco grandes, el material tiene un coste bastante elevado y los errores van a pesar mas. 

Esta serie de diseños, que puede convertirse en varios modelos perfectamente funcionales, serán OpenSource, y estará disponible toda la documentación para que os podáis construir las máquinas. Estarán los diseños de las piezas para que las podais mandar a corte láser o el que quiera, yo se las podré fabricar. También estará a la venta el prototipo, a precio de coste y cuando lo termine, para el que quiera, la maquina acabada. Si alguien quiere financiar de alguna forma esta serie o los gastos del prototipo, no dude en contactar.

Por supuesto, cualquier cosa que veáis que no esta bien hecha, dudas, etc… podéis comentarlo y decirme esto se hace mejor así o valora esta otra forma. Con la introducción hecha, vamos a empezar a ver cosas mas interesantes.

La nueva maquina - El Chasis

Como he comentado en los párrafos anteriores, el diseño va a girar en torno al concepto de CNC de puente. No partiremos de una mecánica muy básica, si no que vamos a ir directamente a usar guías lineales y husillos de bolas de precisión C7 (los típicos que encontraremos en Aliexpress). Todo ello soportado por perfil de la serie 20 en una configuración 4060 (con algunas partes modificables, como por ejemplo los laterales, que nos permitiría pasar a 4080 y ganar esos 20mm mas de altura en Z, lo iremos viendo en las secciones de mejoras, opciones y evoluciones).

Este concepto de diseño para un chasis de tipo puente, donde claramente se puede dividir en 3 grandes bloques, reduce y hace mas sencilla la construcción. La maquina la podemos dividir en sus 3 ejes:

  • Tenemos las dos estructuras que forman el eje Y y sobre las cuales apoya el puente. Ambas son idénticas, o una es simétrica de la otra. Compuestas por elementos sencillos como el perfil, las guías, motor, husillo, soportes del husillo y las piezas de aluminio necesarias.
  • Como segundo grupo, tenemos el puente. Nos encontramos con los mismos elementos que antes y cambia alguna pieza de aluminio.
  • Y como ultimo grupo, el eje Z, donde buscaremos optimizar y reducirlo para que nos quede algo compacto.

Cada una de estas partes puede trabajarse de forma independiente para luego, como si fuera un mecano, unir las partes de forma sencilla. Este tipo de chasis, nos permite escalar la maquina en el eje Y de forma directa, sin necesidad de tener que escalar los diferentes elementos mecánicos, es decir, tan solo tendremos que buscar el perfil, guías y husillo mas largos. No necesitaremos cambiar a series mas grandes para no perder la rigidez del chasis cuando las medidas son mayores. Recordemos que a mayor longitud de ciertos elementos, estos flexan con mayor facilidad y por eso es necesario pasar a modelos superiores. 

No nos olvidemos de las medidas, las dimensiones máximas del modelo 3d mostrado, giran en torno a los 50cm en los ejes X,Y y la estimación de área útil es de unos 38 x 35 cm. Cuando este el diseño completado, veremos en detalle todo el tema de dimensiones.

¿Porque se puede aumentar la longitud del eje Y manteniendo las proporciones?

Esta posibilidad tiene una pequeña trampa, y aun no esta reflejada en el diseño 3d mostrado. Entraremos en detalle mas adelante pero lo podemos comentar breve mente. La maquina va a ir apoyada sobre una superficie, y aquí disponemos de dos opciones. Ambas dos opciones pasan por anclar los perfiles del eje Y a la base, dándonos una estructura muy rígida y que no precisa de re dimensionarse cuando aumentamos su longitud:

  • Opción 1: Apoyamos la maquina sobre una superficie de madera, que  a su vez hace de mártir.
  • Opción 2: Apoyamos la máquina sobre una pieza de aluminio, de entre 10 y 15mm de espesor. Dicha pieza, al igual que la anterior de madera, dispondra los agujeros para poder anclar los perfiles del eje Y mediante tornillo y T-Nuts. Esta opción nos da una estructura aun mas rigida, pero a mayor coste. Además, perdermos el martir aunque podemos realizar una matriz de agujeros y usarlos para fijar las piezas, algo similar a un fixture plate. Será necesario el uso de pequeños mártir para evitar dañar la base.

Husillos, Guías y Motores

Todo este conjunto de aluminio y acero será inicialmente movido por motores Nema17, que iremos a buscar los modelos con mas par de esta serie. Aunque estoy dudando en si meter Nema23 directamente, en su modelo mas pequeño o de menos par. Recordar, es un diseño flexible y con potencial de desarrollo. Tenemos la posibilidad de hacer un diseño donde ambas opciones sean compatibles.

Importante, nos vamos a ir a puente movido con doble husillo, y pese a que este punto no respeta el objetivo de mínimo coste, la realidad es que facilita mucho este concepto de chasis, pequeño y en cierta medida, también los costes. El eje X se podría aumentar un poco mas, pero si que queda condicionado a que necesitaremos aumentar, como mínimo, el tipo de perfil a uno de mayor dimensión.

El uso de husillos a bolas con precisión C7, nos permite tener una maquina con una precisión muy buena para nuestro uso como hobby y no necesitamos hacer un gran desembolso. La serie mas pequeña, los husillo 1204, son mas que suficientes para las medidas que estamos barajando. Con este husillo podríamos alargar el eje Y hasta unas longitudes de 100 o 120 cm sin problemas. Medidas mas largas, nos sería recomendable pasar a 1605, ya que nuestro husillo podría flexar cuando este trabajando en carga.

Las guías que vamos a usar son la serie MGN12. Me decido por esta serie y no la superior MGN15, por contener un poco los costes y siguiendo la linea del chasis. No tendremos un chasis super robusto con el que poder movernos a 800mm/min mecanizando aluminio pero, y esto son suposiciones mías por el momento, creo que podremos trabajar mejor que con maquinas tipo XCarveShapeokoWorkbee y diseños que siguen esa filosofía. Nuestro chasis va a ser mas robusto y de mayor precisión. Con un eje Y que puede aumentar su medida sin comprometer la rigidez de nuestra máquina. 

¿Que podemos saber del Eje Z?

Este primer capitulo es introductorio, y el diseño esta en pañales, básicamente no ha sufrido ninguna iteración en el propio diseño, es el primer modelo de todas las partes. 

Que podría decir del eje Z? Inicialmente irá construido con un Nema17 y husillo SFU1204 integrado de 150 o 200 mm de longitud. Esto nos permite un diseño algo mas pequeño y sencillo del propio eje y unos costes similares a si lo hiciera por separado (motor, husillo, acople y soportes husillo).

Las medidas del Z, que tendrá poca altura, irán entre los 150 y 210 mm (mas la altura del motor, que es sobre 48 mm). Nuestra altura útil de este diseño, que está mas enfocado a router, es de entre 70 y 80 mm. Pudiéndose actualizar a los 90-100 mm cambiando el perfil del eje Y a la serie 4080. El uso mayoritario de maquinas similares es de piezas con espesores no superiores a los 20-30 mm, siendo lo mas frecuente hacer cosas en torno a los 10 mm o menos. Si pensáis que es muy poco recorrido, os animo a que hagáis la reflexión vosotros mismos sobre el uso que haríais con una CNC. Me atrevo a adelantar que la mayoría no vais a necesitar un recorrido mayor del eje Z. Aquellos que necesitaran mayor Z, pues tendrán que esperar a el model B o model C.

Un eje Z de recorrido contenido, nos permite reducir los costes ya que las exigencias sobre el chasis son mucho menores. Cuanto mayor recorrido queremos, tenemos que redimensionar el chasis y meter mayores espesores en las piezas, o cambiar la linea. Este modelo, no aceptaría de forma positiva aumentar mucho mas el chasis sin tener que hacer grandes cambios en el chasis y aumentar los costes.

Tras darle vueltas varias veces, el tema del spindle va a ser ir a algo tipo Makita RT0700C o el clon, un spinde de 65mm de cuerpo para esta maquina. Esta sobredimensionado, pero que opciones hay con potencias de entre 400-500W? con un coste mas bajo al del clon de una Makita RT0700C, que si mal no recuerdo, esta en 60€. Teniendo en cuenta que la potencia es de 700W.

Hablemos de la electrónica

Trabajamos en torno a una maquina sencilla, así que en cuestión de electrónica, iré a buscar algo basado en SKR 1.3 o 1.4 o algo similar. Para usar con GRBL y tengo en mi lista de curiosidades por probar el proyecto CNCJS. Trata sobre una interfaz web para CNC y es compatible con GRBL y algunas tarjetas mas.

Otras posibles opciones para hardware de bajo coste son los proyectos de ESP32 o algunas placas que han integrado una tft a proyectos con micros Arduino UNO, pero estos los descartaría y buscaría mínimo proyectos con hardware de 32 bits.

Este es el primer capitulo introductorio de una serie que espero pueda permitirnos a todos ir aprendiendo en este mundillo. Iremos viendo las cosas en detalle, hablando de lo que vamos a necesitar, elaborando documentación y como siempre, proceso de fabricación y montaje, que se que os gustan esas cosas. Creare una pagina para este modelo, igual que la que hay para la CNC Desktop 500, la cual usaré para mecanizar todas las piezas de este prototipo, y recopilare ahí todo lo relacionado con este proyecto, tanto los post, como la docu, info general, etc. 

Nos vemos en el siguiente…

2 comentarios en “CNCBasic Model A Series – Chapter 1”

  1. Grafisoft saludos hermano¡
    Tu CNC parece que tendrá buena precisión, te recomendaría que le colocaras una tuerca anti backlash para que elimines las holguras de la tuerca con el husillo ACME en los cambios de dirección de los carros.
    La herramienta fresadora se ve pesada, y los postes que la sostendrían son verticales (eje X), ayudaría mucho que inclinaras esos postes hacia atrás para que el centro de gravedad no provoque un momento de inercia sobre el poste vertical, ademas de que le darías mas capacidad al eje Y.
    Saludos desde el tercer mundo ¡¡

    1. Hola Gman,
      Gracias por tu respuesta!
      Sobre los husillos, no voy a usar husillos ACME, estoy en guerra con esos husillos por la holgura que tienen. Hasta que no encuentre una tuerca que me de un backlash de 0,01mm no pienso volver a montarlos en la vida. Y las tuercas que hay para eliminar el backlash son una mierda. Este diseño monta husillos a bolas calidad C7, que mínimo te dan 0,01mm de backlash, así que no están nada mal, aunque son un poco mas caros que los ACME, pero van mucho mejor y mas robustos.

      El perfil del puente va apoyado sobre los patines del eje Y. Las pletinas laterales tienen como único objetivo, transmitir el movimiento a lo largo de la guía y bloquearlo cuando no se tenga que mover, no de aguantar el peso del puente, que recae exclusivamente sobre el patín con su guía y su perfil. El perfil del eje Y va enteramente apoyado sobre la base, no queda al aire en ningún momento.

      La máquina será precisa, pero queda ver si podrá bien con el eje Z y ver que velocidades podrá alcanzar. Tengo alguna idea mas para reforzar si fuera necesario, pero eso serán fases posteriores tras montar el proto.

      Saludos hermano,

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

Este sitio usa Akismet para reducir el spam. Aprende cómo se procesan los datos de tus comentarios.