Reforma da minha primeira CNC

[vander_z]

Caros,

Meu primeiro contato com um sistema móvel e automático de coordenadas foi na graduação, quando fizemos uma router que desenhava com um pincel atômico. O trabalho era sobre programação e sobre comunicação via paralela e por isso o hardware ficava em segundo plano.
Construí minha primeira CNC usando as dicas deste forum e de outros disponíveis. Era um sonho antigo e que demorou praticamente 1 ano para terminar. Abaixo vou contar um pouco sobre a construção.
O objetivo deste tópico é apresentar as dificuldades, erros e acertos na montagem da primeira CNC e pedir sugestões para algumas alterações que pretendo fazer.


Histórico

Não segui um projeto pronto para a construção da CNC. Por isso ela não se parece com nenhuma e se parece com todas. Ou seja, é uma CNC convencional de pórtico móvel como tantas outras construídas.
O objetivo inicial era usinar alumínio para fabricar as peças de um auto-modelo 1:5 que estou fazendo. Como eu disse, não fiz nenhum cálculo para a estrutura e nem para os motores.
Comprei todos os componentes no Aliexpress, que custaram na época aproximadamente U$ 750: 3 motores nema 23 20 kg 4 fios, 2 fusos de esferas de 650 mm 1605 (16 mm com passo 5) com suas respectivas castanhas, 1 fuso de esfera de 300 mm 1605 com castanha, 2 guias lineares cilíndricas 16 mm com apoio e 4 "patins" abertos (pilow block com rolamento de esferas 16 mm), 2 guias 16 mm sem apoio e 4 patins fechados, 2 guias 16 mm de 300 mm e 4 patins fechados, controladora com teclado e LCD TB6600, 3 acoplamentos 6,3 x 10 mm, 8 suportes para as guias, 1 fonte 36V 350W 10A, 10 mancais com 12 mm para os fusos, 4 chaves fim-de-curso, 3 housing para as castanhas.
Tudo foi comprado em outubro de 2013 e demorou em média 50 dias para chegar. Como praticamente cada componente era de um vendedor diferente, nenhum item foi taxado pela receita. Pelo que vi recentemente, os valores em dolar estão até mais baratos que na época, mas o valor em reais está muito maior.

O que foi comprado errado por ignorância:
1) O fuso de 300 mm deveria ser 50 mm maior que as guias. Isso é obrigatório apenas caso você queira que todos "terminem" no mesmo local. As pontas dos fusos são usinadas e "perdem" 50 mm de rosca. Se não é obrigatório que tenham o mesmo comprimento, não tem importância já que normalmente são usados dois patins nas guias e um housing na castanha, aumentando a área util da rosca. Para ser sincero, hoje eu compraria as guias 100 mm maiores que os fusos por causa dessa característica de montagem (se não ficou claro, posso fazer um esboço).
2) Comprei todos os mancais com 12 mm, mas uma das pontas do fuso é usinada com 10 mm de diâmetro. Ou seja, tive que comprar uma redução de 12 mm para 10 mm (é vendida em lojas de automação, é barata e tem bom resultado).
3) Comprei 4 chaves fim de curso, quando eram necessárias 6 chaves.
4) Não comprei na China as porcas que são instaladas na parte usinada dos fusos achando que encontraria facilmente aqui. O passo delas é muito pequeno e ainda não achei em nenhum lugar para vender.

O perfil de alumínio comprei na ABG de Araucária/PR. Os preços são bons e o corte é preciso (não notei nenhuma diferença nas medidas que passei para corte). As medidas
As chapas de alumínio comprei no Barranco em Curitiba.

Agora que todo o material foi comprado, vamos para a montagem.

[vander_z]

Não vi que era possível editar o texto anterior

[vander_z]

Montagem

A base da máquina foi feita usando perfis 40x40 e ficou com um tamanho externo de 680 x 500. É formada pelo seguinte conjunto: 4 x 500 mm, 2 x 680 mm e 2 x 600 mm (onde estão apoiados os trilhos). Comprei um perfil de 20x40 para fazer a mesa, mas não foi uma boa escolha, visto que a rannhura onde entra o parafuso (não sei o nome técnico) é muito pequena e suporta apenas parafusos muito finos. Para a mesa foram 13 x 680 mm.
Esse material custou R$ 390, mas praticamente dobraria de valor se eu comprasse as cantoneiras e parafusos. Como achei os acessórios extremamente caros, comprei apenas o perfil e fiz as cantoneiras usando um perfil de alumínio em L, com parede de 3 mm. Os parafusos eu usei o tipo francês de 5/16". Hoje eu não faria as cantoneiras artesanalmente e compraria junto com o perfil. Os parafusos (que também são caros) eu continuaria usado os "caseiros" do tipo francês.
A montagem da base foi tranquila e fácil. Como o corte do perfil foi correto, a própria parede ajudava no esquadro.

O passo seguinte foi a montagem do pórtico. Usei chapa uma chapa de alumínio de 1/4, mas ela é muito fina, principalmente para a base. Só percebi isso depois da máquina montada. Mudei a chapa da base para 3/4 e as laterais para 1/2, ambas de alumínio. O conjunto ficou muito mais sólido com essa alteração, mas ainda não é perfeito. No uso da máquina, durante o deslocamento manual, ainda é possível perceber alguma vibração. No uso, provavelmente pela velocidade ou aceleração, não noto vibrações.
Isso seria facilmente solucionado pendendo duas travessas, uma na parte superior entre as laterais e outra na parte intermediária, próximo das duas guias do deslocamento do Z.

A furação e o alinhamento dos eixos do deslocamento Y foi mais difícil. Aqui cabe uma pergunta: o eixo onde o Z está ligado diretamente não deveria ser chamado de X? De qualquer forma vou chamar de Y para ser coerente com o restante do texto.

Para que fosse possível alinhar as guias do eixo Y, tive que construir o eixo Z. Foi a primeira parte terminada de forma definitiva na máquina. Foi construída com chapa de alumínio de 1/2 e mesmo usando um material leve, pesa aproximadamente 10 kg (sem carga).

[vander_z]

Fotos do portal descartado e do eixo Z definitivo, desde a construção.

[vander_z]

Abaixo a foto da máquina pronta e os primeiros recortes para teste.

O que ainda falta fazer:
1) Instalar a fiação definitiva e montar as lagartas ou sistema similar
2) Trocar a retificadora (provisória) por um spindle de 1.5 ou 2.2 KW
3) Montar a controladora (que também tem teclado e LCD) em um local fixo na base
4) Instalar a fonte sob a máquina
5) Ligar as chaves fim de curso
6) Instalar o botão de emergência e de liga/desliga

O que ainda vou mudar na maquina, independente da reforma:
1) Instalar as duas barras de reforço atrás das guias do eixo Y
2) Mudar o sistema de fixação das guias e dos mancais do eixo Y

Mais alguma sugestão?

[vander_z]

A reforma (ou não)

Com a máquina construída, percebi que eu poderia aumentar o tamanho da área útil. A mesa está com 520 x 680 mm, com uma área útil de 430 x 400 mm, sendo que a principal perda está acontecendo no X.
Agora vou apresentar as 3 opções de reforma resumidamente e depois explico cada uma delas:
Opção 1: vender a máquina com o tamanho util atual, concluindo as pendências acima e usando o dinheiro para montar uma maior.
Opção 2: aumentar o tamanho das guias e como consequência o tamanho dos eixos X e Y, mantendo os fusos atuais. Isso aumentaria a área útil para 540 x 540 mm
Opção 3: mudar completamente o projeto da máquina, mas mantendo a compatibilidade com a opção 2. Neste caso a máquina também teria uma área útil de 540 x 540 mm, mas eu construiria ela totalmente diferente.
     Opção 3.1: construiria a máquina com pórtico fixo, descartando as guias e a estrutura atual
     Opção 3.2: construiria com pórtico móvel, mudando o layout, descartando as guias e parte da estrutura atual

Como eu disse, vou explicar melhor as opções 2, 3.1 e 3.2, mas adianto que estou mais simpático à opção 3.1

[JOSE RICARDO]

parabéns pelo projeto
apenas uma resalva nos nomes ,
pelo  que li,  vc  comprou  GUIAS  CILINDRICAS,  então,  vc não  comprou PATINS e sim  ROLAMENTOS LINEARES fechados e abertos
patins é para outro  tipo  de  guia
GUIA LINEAR  -=  PATINS
GUIA CILINDRICA +  ROLAMENTO LINEAR
desculpe em me meter mas é apenas para colocar  os nomes certos na peças
abraço  e um  bom  2015
ricardo

[vander_z]

parabéns pelo projeto
apenas uma resalva nos nomes ,
pelo  que li,  vc  comprou  GUIAS  CILINDRICAS,  então,  vc não  comprou PATINS e sim  ROLAMENTOS LINEARES fechados e abertos
patins é para outro  tipo  de  guia
GUIA LINEAR  -=  PATINS
GUIA CILINDRICA =  ROLAMENTO LINEAR
desculpe em me meter mas é apenas para colocar  os nomes certos na peças
abraço  e um  bom  2015
ricardo

Obrigado Ricardo. Devem existir outros erros conceituais nos textos acima.
Acho importante esse tipo de correção.

[claudiorfernandes]

Muito bem explicado e didático !
Obrigado !

[CássioJC]

Abaixo a foto da máquina pronta e os primeiros recortes para teste.

O que ainda falta fazer:
1) Instalar a fiação definitiva e montar as lagartas ou sistema similar
2) Trocar a retificadora (provisória) por um spindle de 1.5 ou 2.2 KW
3) Montar a controladora (que também tem teclado e LCD) em um local fixo na base
4) Instalar a fonte sob a máquina
5) Ligar as chaves fim de curso
6) Instalar o botão de emergência e de liga/desliga

O que ainda vou mudar na maquina, independente da reforma:
1) Instalar as duas barras de reforço atrás das guias do eixo Y
2) Mudar o sistema de fixação das guias e dos mancais do eixo Y

Mais alguma sugestão?

Olá Vanderlei, essa controladora que vc usa é boa? teve dificuldade para configurar no mach?
um abraço.
Cássio

[vander_z]

Cássio,

A controladora está funcionando sem qualquer ressalva. Apenas não sei te dizer se ela é a melhor opção por ser o único modelo que conheço na prática. Mas se serve como parâmetro, eu compraria ela tranquilamente novamente.
Sobre a configuração, recebi um CD com o manual em PDF e apenas seguindo o manual configurei corretamente. Posso te enviar, caso queira.
O que não está explicado no manual (e nem teria como) é como configurar os passos do deslocamento (steps per) e a velocidade. Essas configurações aprendi lendo o fórum, mas se tiver dúvida pode perguntar.

[vander_z]

Sobre as opções 2 e 3, o que muda é apenas o layout da máquina e a quantidade de material que é possível reaproveitar.

Opção 2

O que seria aproveitado da máquina atual: fusos, castanhas, rolamento lineares, laterais do eixo Y, eixo Z (completo) e a eletrônica. Teria que comprar novamente o perfil de alumínio para a base e para a mesa. Também teria que comprar outras guias maiores que as atuais, com aproximadamente 800 mm, para os eixos X e Y. O desenho (layout) da máquina continuaria igual ao atual. Comprando as guias na China e o perfil aqui, estimo gastar aproximadamente R$ 600 com a reforma.

Opção 3.1

Aproveitaria o mesmo que a opção 2, com exceção das laterais do Y. Mudaria o desenho da máquina para algo similar a esta do colega do forum: Voce nao tem permissao p/ ver este link. Registre-se ou faca Login, mas com tamanho menor e sem usar o mesmo sistema de deslocamento. Levantando os trilhos de deslocamento X espero ter uma estrutura mais robusta. O custo estimado para isso é de R$ 800.

Opção 3.2

Aproveitaria o mesmo material que a opção 3.1, mas faria toda a base da máquina de ferro ou aço, já que apenas a mesa será móvel. O material para a base vai custa muito menos que o perfil de alumínio e posso "exagerar" no dimensionamento, já que o peso neste caso até favorece a estabilidade da máquina. Apenas a mesa seria de alumínio já que ela ainda precisa ser "leve". Acredito que o custo da reforma seja de aproximadamente R$ 400. Apenas como exemplo ilustrativo: Voce nao tem permissao p/ ver este link. Registre-se ou faca Login

Qual a opinião dos nobres colegas sobre as opções acima?

[vander_z]

Vou vender ela assim como está.