Aquí llega nuestro primer post, queremos estrenar esta sección explicando los pasos que hemos seguido y las decisiones que hemos tomado para convertir nuestra fresadora de sobremesa en una fresadora CNC.
Este proyecto lo realizamos en marzo de 2017 y tres años después seguimos utilizándola casi a diario, ayudado a fabricar piezas de otras máquinas, moldes… Al principio no teníamos claro lo que íbamos a conseguir ya que no teníamos ninguna referencia cercana de alguien que hubiera hecho algo similar pero la verdad es que a día de hoy nos sigue impresionando cada vez que la vemos funcionar.
El modelo de máquina que seleccionamos fue la HBM bf 25 vario. La habíamos adquirido unos meses antes para fabricar pequeños prototipos mecánicos y decidimos invertir en ella para poder realizar mecanizados más complejos. Esta misma fresadora se vende en otros países bajo la marca Grizzly modelo G0758 o similar.
Selección de componentes
Como no teníamos ni idea del tipo de motores ni de la potencia requerida para mover los diferentes ejes lo que hicimos fue investigar en la red sobre proyectos similares que hubieran podido realizar otras personas. Observamos que la mayoría de contenido al respecto de estas conversiones venia de los Estados Unidos donde hay una gran afición al mundo del CNC y los “home workshops”.
Fuimos inspirándonos en cosas que nos gustaban de las diferentes máquinas que veíamos por la red pero como diseñadores de máquinas que somos, diseñamos nosotros mismos nuestra versión de los soportes de motor, que mandamos a mecanizar posteriormente, tomamos muchas decisiones sobre tipo de tarjeta “breakout board” o tarjeta controladora, motores para los diferentes ejes, tipos de husillos y tuercas para transmitir el movimiento del motor a los ejes, tipo de acoplamiento del motor al eje, etc..
Para explicar todos los pasos que hemos seguido, hemos dividido la información en las siguientes secciones:
Selección de motores y microsteppers
Para la selección de los motores, nos basamos en el tipo de motores que incluían en unos kits para la conversión de maquinas similares en ebay. Aunque no nos gusta copiar, la economía no daba para hacer mucha prueba y error por lo que si esos motores daban buen resultado, mejor ir a lo seguro.
Para los ejes X e Y que son los que mueven la mesa en el plano horizontal se han montado dos motores del tipo NEMA 34 High Torque. Para el eje Z el cual tiene que mover el peso del motor y del husillo giratorio o “spindle” montamos un motor bastante mas potente, en concreto un NEMA 42.
Para transmitir el movimiento circular del motor en movimiento lineal de los ejes se puede hacer de diferentes formas, se pueden utilizar engranajes y cremallera, tornillos sin fin como los que usa la fresadora originariamente o husillos de bolas.
Estos son una versión mejorada de los tornillos sin fin de rosca trapezoidal los cuales funcionan mucho mejor al tener menor fricción y menor juego. Esta última es la que nosotros hemos elegido. En concreto los de Dm 16mm paso 5 para los ejes X e Y, y Dm 20mm paso 5 para el eje Z. En concreto los modelos R16-05T3-FSIDIN y R20-05K4-FSCDIN. El eje z lo hemos elegido más grande ya que tiene que levantar el peso del motor del spindle y el motor paso a paso.
Estos husillos se pueden conseguir con los asientos de rodamientos, roscas de fijación y asiento del conector de motor mecanizado bajo plano, pero nosotros decidimos comprarlo por metros y asumir nosotros todo el mecanizado ya que en el momento del pedido no teníamos claro todavía muchas partes del diseño.
Acoplamiento del motor al eje
Una vez seleccionado el tipo de motor y el husillo seleccionamos el tipo de acoplamiento que conecta estos dos componentes. Los requisitos que tenía que cumplir es que sea totalmente rígido angularmente pero que pudiera permitir algún tipo de desalineación axial. Esto quiere decir que para que la máquina tenga precisión a la hora de mecanizar, cuando el motor gira una fracción de grado el husillo tiene que responder de manera totalmente directa sobre tuerca para llevar el eje que corresponda de la maquina a su posición requerida de manera totalmente fiel.
El acoplamiento que cumple estos requisitos es el que se ve en la siguiente imagen que corresponde con el modelo FACCS34GT3. El cual hemos tenido que mecanizar interiormente para adecuarse al diámetro del usillo y al eje del motor.
Todos los controladores de CNC pueden corregir este “backlash” por software cuando este es conocido. Es importante que el resto de componentes estén bien diseñados para no añadir mas error que el inevitable.
Para no introducir mas juego axial en los rodamientos hemos diseñado un montaje de estos llamado espalda con espalda que consiste en montar dos rodamientos angulares de 45 grados opuestos entre si y precargados mediante tuerca y contratuerca con el fin de reducir a cero el juego axial que de por si tienen los rodamientos.
En el momento de la selección había una gran variedad de tarjetas controladoras de CNC de todos los precios desde 15€ hasta 500€.
Los requisitos que tenía que cumplir son controlar los tres motores paso a paso, conexión por puerto paralelo ya que el software que íbamos a utilizar en principio lo requería, conexión para tres finales de carrera para hacer el “HOME” de los ejes y controlar la velocidad del “spindle” o motor principal (el que lleva la fresa).
Nosotros escogimos este modelo, hoy en día cuesta 9€ y después de tres años funcionando tenemos que decir que ha cumplido todas nuestras expectativas y que no podría ir mejor ni ser más fácil de configurar.
Cuadro de conexiones
Para unificar todos los componentes de control como los “microsteppers”, tarjetas y fuentes de alimentación nosotros escogimos meterlo en un cuadro como el que se ve en la foto con el fin de aislarlo un poco del polvo.
En nuestro caso teníamos dos “microsteppers” que funcionaban con 12V CC y otro que funcionaba con 24V Ac por lo que necesitamos a parte de una fuente de alimentación de 12V CC un transformador de 24V AC toroidal como el que se ve en la imagen.
Nuestra decisión inicial fue Mach3 ya que funcionaba en Windows y es lo que conocíamos, pero empezamos a detectar que perdía pasos en algunos ejes y no funcionaba como se esperaba. Tras buscar por la red problemas parecidos encontramos que varias personas tenían este problema no sabemos si por incompatibilidad del PC que usábamos con el WinCNC o por otro motivo.
Otros usuarios hablaban de LinuxCNC como alternativa y todos decían funcionaba muy bien mandando señales en tiempo real (no sé muy bien lo que es esto). Pero no teníamos muchas opciones, así que no quedaba otra que probarlo. Después de unos días volviéndonos locos, averiguando que distro (distribución o versión…) de Linux necesitábamos, cómo instalarlo y más difícil todavía de cómo configurarlo (la configuración se hace escribiendo líneas de código), todo cobró sentido.
Fue como de la noche al día, LinuxCNC funciona con una solidez extraordinaria, nunca se cuelga y se encuentra toda la información necesaria en los manuales publicados por la comunidad Linux. No me queda otra que recomendarlo cien por cien a la hora de convertir este tipo de máquinas.
No es necesario para el uso de la CNC, nosotros empezamos a utilizar la máquina controlándola con el ratón pero pronto nos dimos cuenta de que resultaba un poco incómodo y muy lento mover los ejes y más todavía cuando había que hacer ceros. Así que empezamos a buscar un “PENDANT” o mando de control.
Había varias ofertas incluso sin cables, pero nos gustó mucho los que ofrecían en una empresa americana ya que funcionaban tanto para Windows como para Linux por lo que arriesgamos y compramos el siguiente modelo.
Como todo lo Linux nos costó un poco configurarlo ya que tuvimos que conectarlo a un Windows XP para reprogramar el firmware para funcionar con Linux, añadir unas líneas de código al archivo de Linux y ejecutar unas makefiles pero la verdad que las instrucciones ofrecidas en la web del producto eran inmejorables y de repente voila!!
Con el Pendant parecía que teníamos una máquina cnc totalmente comercial. El tacto de este pendant, la rueda, los botones son de una inmejorable calidad, un complemento perfecto para nuestra maquina convertida que después de tres años de funcionamiento en condiciones extremas de suciedad y polvo no ha dejado de funcionar ni una sola vez por lo que este producto es digno de felicitar. Lo volvería a comprar y lo recomendaría siempre.
Y bueno hasta aquí nuestro post, no pretende ser un «instructables» o un paso a paso, solo queríamos compartir como hicimos nuestra máquina y cómo fue la toma de decisiones.
Muchos creyeron que no se podía hacer, que no tendría precisión, que no sería fiable, que no podría nunca mecanizar aluminio… solo decir que ha mecanizado hasta acero inoxidable con una precisión que te deja asombrado, pudiendo realizar programas de más de 10h seguidas y se ha convertido en una herramienta indispensable en Generador.