Cómo construí mi CNC.        parte2 

CONTINUANDO LA DESCRIPCIÓN DE CÓMO CONSTRUÍ MI CNC.

En la primera parte de este tutorial se presentó de forma digamos que medio teórica, una serie de puntos a tener en cuenta para adquirir unos conocimientos básicos de esta clase de máquinas CNC que controlan un grupo de motores con el objetivo de ponerle una herramienta para que realice un trabajo de precisión. Ahora, vamos a seguir el camino iniciado describiendo los trabajos que realice con material de madera.

EL MARCO Y LA BASE.

Llagados hasta aquí, vamos a abordar la parte mecánica del proyecto que he decidido realizar sobre madera, lo primero a considerar cuando se diseña un CNC, es la base y el marco que son los elementos estructurales principales de la máquina pues son lo que mantendrá unido el conjunto de la máquina, además determinará la ubicación del motor de desplazamiento y el tornillo de avance junto con el resto. El marco y la base estarán determinados en parte por los materiales y suministros que tenga a su alcance, los tornillos de avance y motores que permita su presupuesto, rieles, bloque guía, husillo de bolas, varillas, los bujes eje con soporte y sin soporte, ruedas de ranura en V y rodillos de trabajo, cojinetes radiales, acopladores y tortillería, etc.

Si tiene dificultad para adquirir las piezas del diseño que le gustaría, vuelva a su dibujo para adaptar el diseño a los materiales que tiene, esto suele ocurrir a menudo. Observe otros diseños de CNC caseros y notará que casi todas las unidades son diferentes incluso habiéndose inspirado en un mismo modelo. Recuerde que cuando construya su enrutador CNC, el marco del eje X también debe actuar como base para la máquina que realiza 3 tareas básicas, base de la máquina, mantener el sistema de movimiento lineal del eje X y soportar la mesa de corte. En mi caso empecé trazando una máquina con pórtico móvil y por diferentes motivos tuve que cambiar a cama móvil.

Fig. 13 Marco Base.

El marco es la base de los mejores diseños, significa que tanto el eje Y como el X pueden descansar sobre el piso o alguna otra estructura. Esto permite un diseño muy robusto y no es susceptible a que la mesa de corte o la propia estructura se doble por su propio peso o un peso externo.

Fig. 14 Tuerca trapezoidal y soporte de aluminio.

Para unir y sujetar la tuerca trapezoidal con la base de la mesa de corte, utilicé un soporte de aluminio cuyo agujero amplié de 8 a 12mm Ø para alojar la tuerca que fijé con tornillos 3M, por el momento soporta bien el trabajo. Estas son unas imágenes de la estructura que tengo realizada.

Fig. 15 Cuadro base más cuadro y soporte motor.

Luego pensé utilizar los mismo tipos de soporte de aluminio para soportar las varillas deslizantes, sin embargo, debido al problema que presentaba su posterior ajuste decidí cambiarlo por el soporte para husillo trapezoidal, como muestran las imágenes.

Fig. 16 Fijación de las barras por los soportes de aluminio.

Como ya he comentado tuve que rehacer algunas piezas por diferentes motivos, lo que más me preocupaba eran los ajustes de niveles, el acceso a los tornillos de retén de las varillas y husillos, con mucha atención y probando/rectificando y volviendo a empezar he ido construyendo mi enrutador CNC, por el momento dispongo. Creía que tenía terminados los movimientos del eje X y el soporte del huso del eje X. A continuación unas imágenes de los trabajos realizados aunque algunos los desestimé.

Fig. 17 Soportes varillas lineales eje X.

Cuando terminé el soporte del huso, lo monté sobre las varillas de deslizamiento y al ajustar las posiciones de las varillas para su deslizamiento me convencí que debía modificar el sistema de sujeción para lograr un mejor ajuste del anclaje. Utilice un soporte para husillo de 8mm que coincide con el diámetro de las varillas. De esta forma el soporte inclinado es más apropiado y permite un mejor ajuste a posteriori. Observar las siguientes imágenes.

Soporte para Husillo

Fig. 18 Soportes del eje X y del husillo Z.

Mientras realizaba estos trabajos, se han producido una serie de acontecimientos ajenos al normal desarrollo de la vida antes del confinamiento por el COVID-19. Aprovechando las circunstancias y conociendo la importancia que requiere la construcción de un CNC, he decidido que un alto grado de precisión viene determinada por el soporte del eje Z, lo que me ha hecho plantearme la adquisición de dicho sistema del eje Z medio terminado, debido a que han hecho una oferta especial con un precio económico. Espero que la calidad del carro sea la esperada según indican las criticas que he leído la relación calidad/precio es muy buena, se trata de un Actuador Lineal Corredera de carrera Eje Z Machifit de 150mm.

 
Fig. 19 Eje Z y detalle.

El actuador lineal ha llegado incluso antes de lo previsto, con el tiempo justo para montarlo en el Eje Y, lo probé moviéndolo a mano para tomar unas instantáneas.

Fig. 20 Vistas del actuador lineal sobre el eje X

ELECTRÓNICA DEL CNC.

La electrónica es una parte esencial para cualquier máquina CNC, comúnmente gran parte de la gente se siente más estresado por la electrónica que por la mecánica de un CNC. Si usted no es un electrónico, no tiene porque sentirse presionado, aquí le ayudaremos e informaremos de los sistemas electrónicos que se encontrará en un enrutador CNC, para que comprenda como se interrelacionan los componentes entre sí para que la máquina simplemente funcione.

En el caso de la adquisición de una CNC, debe comprobar que los componentes electrónicos funcionan adecuadamente antes de comprar un CNC. Si piensa que para una máquina nueva esto es de poca importancia, se equivoca, piense que todo debe estar en óptimas condiciones, de no ser así, devuélvala. En el caso de que se trate de una máquina de segunda mano, será recomendable verificar de antemano todos los sistemas, botones del panel de control, interruptores final de carrera, el cableado, etc. usted puede asesorarse por un profesional o alguien que tenga conocimiento para que inspeccione la máquina por si encuentra algún defecto.

Fig. 21 Componentes pasivos.

Si en cambio esta construyendo su máquina CNC, tenga en cuenta que hay muchos aspectos en un CNC que son vitales para su buen funcionamiento, tales como finales de carrera o de proximidad el dimensionado de la sección del cableado, de los motores etc. estos son elementos vitales para una construcción confiable, no descuide estos puntos por falta de conocimientos técnicos o presupuesto, en la mayor parte de los casos agregar esos componentes no es difícil, realmente estos elementos cuestan unos pocos euros y pueden repercutir en la máquina o la pieza que esté trabajando.

Los componentes del CNC básicamente se dividen en tres grupos:

• La fuente de alimentación
• El sistema de protección de los circuitos y
• Los controladores de los motores.

 

Fig. 22 Algunos componentes del CNC.

Sabemos que una computadora se comunica con los dispositivos a través del puerto USB (sin embargo, por sus limitaciones no puede además alimentar una impresora, no puede alimentar dispositivos de mediano y alto consumo), entonces se tiene que usar una fuente de alimentación auxiliar externa porque la computadora no es capaz de suministrar suficiente energía. Esto significa que se conectará el CNC a la computadora como de costumbre, pero también se conectará una segunda línea a una fuente de alimentación auxiliar, que ha de enchufar al suministro de red.

Fig. 23 Esquemático sistema de control.

Las condiciones para los dispositivos CNC, requieren una línea de comunicación de bajo voltaje, a través de la cual la computadora le dice a la máquina qué hacer, una fuente de energía que proporcione energía para mover, cortar y otras operaciones similares. Se hace necesario un convertidor de potencia, generalmente denominado driver de potencia y la fuente de alimentación para impulsar los motores de accionamiento de la máquina.

En el esquema que sigue, puede ver que la computadora está conectada a la placa de conexiones, generalmente a través del puerto USB, hace unos 10 años se utilizaba el puerto de impresora DB25 ya en desuso. Debido a que hay muchos tipos de placas de conexión, aquí no entraremos a contemplar los distintos componentes de los dispositivos que integran el controlador y los drivers, algunos de muy alta calidad y gran protección y opciones de menor presupuesto que no ofrecen tanta protección. El controlador y los drivers de los motores cuando reciben la señal de comunicación gestionan los pulsos de tensión adecuados para convertirlos en movimiento de los motores, existen controladores en bucle abierto son los que comunican información de posicionamiento al motor y controladores en bucle cerrado que envían y reciben información de posición, según el sistema de transmisión elegido.

Fig. 24 Esquema eléctrico general de un CNC.

La fuente de alimentación normalmente maneja grandes corrientes y no tan altos voltajes entre 12V y 48V, que resultan dañinos para los circuitos de control del CNC, motivo por el cual la fuente de alimentación, los controladores del motor y los mismos motores a menudo están separados de la computadora con un sistema de protección de circuitos que aísla de las sobrecargas de energía eléctrica. La alimentación con sus fusibles forman el sistema de de protección con circuitos que consisten en el rectificado y filtrado, una placa de conexiones para aislar las señales de la computadora, distribuye las señales a los controladores deseados y también permite conectar fácilmente periféricos como interruptores, sensores, finales de carrera con información para interactuar con la computadora.

Fig. 25  Fuentes de alimentación.

En la figura anterior se muestran tres tipo típicos de fuentes de alimentación. Las señales digitales de bajo voltaje pasan desde la computadora a través de la placa de conexiones amplificadas y sin cambios a los controladores de los motores aislando así la computadora del circuito controlador del CNC, permitiendo que las señales se transmitan a los controladores de los motores.

Sigue la parte3…

Referencias.