Comienza la transformación
Introducción.
Para construir una fresadora CNC, lo primero es decidir qué máquina quieres comprar: Una para fresar metal, o un router para grabar y fabricar PCB. En mi caso, convertí a CNC una fresadora de metal.
El diseño de placas de control, del tipo que sea, lleva años de trabajo, así que lo lógico es comprarlas. Hay de todos los precios, y todas las calidades, así que eso no será un problema.
Para transformar la fresadora a CNC, necesitas poder conectar los motores paso a paso a los ejes X, Y, Z
para ello, tendrás que fabricar los soportes de los motores, de forma que todas las dimensiones encajes con las corrreas de transmisión y poleas que hayas seleccionado.
Si la fresadora es muy popular, seguro que hay kits de adaptación en el mercado. Si por el contrario tienes una fresadora pequeña o poco conocida, te tocará fabricar las piezas. Para ello, puedes utilizar tu propia fresadora, en modo manual.
En cuanto a la caja de control, habrá de tener:
Placa breakboard.
A ella llega el cable que sale del ordenador.
Llegan los cables desde los finales de carrera (si los hay).
De ella salen los cables que llegan a las etapas de potencia (que accionarán los motores), a través de unos optoacopladores.
Esta placa conecta lo que llega del ordenador, con las etapas de potencia que accionan los motores, o con los relés, etc. interponiendo unos optoacopladores que aislen eléctricamente ambas zonas.
Etapas de potencia.
Habrá una por cada motor paso a paso. Le llegan dos cables: Dirección de giro, y pasos a avanzar.
Salen 4 cables hacia el motor paso a paso bipolar.
En ellas es importante verificar cuántos micro-pulsos puede genear por cada pulso. A mayor número, el movimiento será más suave y por tanto menos ruidoso. Los modelos avanzados llevan unidades DSP que generan un movimiento muy suave.
Placa adaptadora USB a puerto paralelo.
Hoy en día lo normal es usar el puerto USB o Ethernet del ordenador para conectarle a la caja controladora.
Antiguamente se empleaba un cable paralelo, ya que está muy bien adaptado a lo que se necesita: Cada pin del conector paralelo controlaba una sola señal, como los pasos de un motor, o su dirección de giro. Software de control como Mach3 y Mach4 gestionan muy bien este concepto.
Sin embargo, hoy día es difícil encontrar ordenadores con puertos paralelo, por lo que se envía todo por en conector USB o Ethernet a una placa adaptadora, que separa las diferentes señales, y las ofrece en pines independientes, para que la interfaz siga siendo la de siempre.
Fuentes de Alimentación.
Aunque todo el sistema podría alimentarse desde una única fuente de alimentación, es mejor que el sistema de mando y el sistema de potencia dispongan de fuentes independientes.
La razón es que las etapas de potencia generan mucho ruido eléctrico que polucionará la línea. Aunque se filtre, no se podrá eliminar por completo y llegará al sistema de mando. Éste, que funciona a tensiones bajas (+5 Voltios) es muy sensible al ruido eléctrico, por lo que el ruido recibido del exterior puede llegar a afectar a su comportamiento.
A la hora de seleccionar la potencia de la fuente que alimentará al sistema de potencia, hemos de tener en cuenta que a veces tendrá que hacer frente a sobre-esfuerzos, y que la fuente tiene que ser capaz de entregar la corriente que en ese momento se le demande.
Poleas usadas.
Correras usadas.
Reducciones mayores para el eje Z.
En el eje Z se obtiene una reducción 1:2 que puede parecernos pequeña. Si queremos utilizar un motor paso a paso similar al de los ejes X,Y podemos emplear una reducción mayor, por ejemplo, de 1:3
En el caso de reducción 1:3, las poleas y correa a utilizar, serán:
Recepción de la máquina.
Ya he recibido la parte más importante de mis compras, de cara a montar una máquina CNC de fresado.
Como tengo restricciones de espacio y ruido, después de darle muchas vueltas, me decidí por una fresadora BF16, a la que montarle un motor de fresado Proxxon BFW40. Con esta combinación consigo una máquina de tamaño y peso adecuados a mis necesidades, y bajo ruido.
Ya os adelanto que el cabezal de fresado de Proxxon BFW40 es una maravilla: Silencioso como no me podía haber imaginado....! Cada día me gusta más este fabricante.
Ahora me falta terminar de fabricar los soportes de los motores pap, y recibir los motores paso a paso. Como controladora emplearé la misma que fabriqué para el torno.
Recibo la máquina, en un cajón de madera, como las máquinas "de verdad".
Como he tenido que manipularla por mi mismo, debido a su peso, no me quedó más remedido que desmontarla en partes, y subirlas a la mesa de una en una. Una vez logrado este paso, por fin pude montar de nuevo la máquina, esta vez con un cabezal Proxxon de alta velocidad, y un adaptador en L, que se vende por separado.
Al quitar el cabezal original, que pesa unos 25 Kg, la máquina se vuelva lago más ligera, quedando en unos 60-25 = 35 Kg luego le sumamos el cabezal Proxxon y el soporte, quedando en unos 40Kg. Aún así, pesa "como un muerto", sobre todo por la columna vertical.
En el cabezal original tendré que hacer algo para quitar los engranajes, y poner poleas. Tendré que decidir si hacer conexión directa, o poner poleas también en el eje intermedio. Claro que puedo empezar por una transmisión directa, y luego ver si me apetece liarme tanto como para usar también el eje intermedio...
De momento, el cabezal Quantum está tumbado sobre un trapo, y lo guardaré en un armario hasta que termine el montaje CNC.
Para subir la máquina a la mesa, he tenido que desmontarla en tres partes.
La máquina, con el nuevo cabezal del fabricante Proxxon.
Primeros test de funcionamiento.
La máquina Proxxon es menos potente, como la mitad. Pero es mucho más silenciosa, porque además va cerrada, sin ventilación.
Realizo las primeras pruebas de la máquina, y el cabezal Proxxon. Para ello, corto una pletina de aluminio de 10 mm de espesor para fabricar una pieza de los soportes CNC, con una fresa de un solo filo.
Voy practicando velocidades de avance, y profundidad de corte, a ver si le tomo la medida a la máquina.....
El ruido del mecanizado se mantiene bajo, mejor de lo esperado, y corta de maravilla, sin molestar a los vecinos. Muy buena máquina.
Al mecanizar para cortar 10mm de aluminio, lo que más me preocupa es la viruta que se acumula y pega entre sí, a lo largo del acanalamiento que vas creando al cortar. Este efecto va a más a medida que vas profundizando en las pasadas. El esfuerzo puede llegar a ser tan grande que si te empeñas en avanzar, se llega a partir la fresa (usaba una de 3mm).
Respecto a las vibraciones, es muy útil poner una lámina de goma debajo de la máquina, antes de atornillarla firmemente a la mesa (o a donde sea). Se quita más de la mitad del ruido.
Primeros test de funcionamiento.
Consideraciones a las caracteristicas del cabezal Proxxon.
El cabezal de fresado Proxxon BFW40 incorpora un motor de corriente continua, alimentado a 40 voltios, en vez de los 220 voltios que usa el cabezal original de la BF16. Su potencia máxima es de 250W, suficiente para mi.
De esos 250 W de potencia, y sabiendo que la tensión de alimentación es muy baja, solo 40 voltios, se deduce que la corriente por el inducido es elevada, ya que en continua, se cumple que P = V.I
En un motor, el par de giro de la máquina se obtiene por la interacción entre el campo del inductor (imanes permanentes) y el campo del inducido.
Para un campo inductor constante (debido a los imanes), el par motor de la máquina será mayor cuanto mayor sea la corriente por las espiras del inducido, ya que el campo eléctrico es proporcional a la corriente que circula por ellos. (aunque hay más factores, como el número de espiras del bobinado del rotor, etc.)
(Hablando en términos muuuuy de la calle, contra mayores sean los campos de inductor e inducido, más repulsión entre ellos se producirá, y por tanto el motor girará con más fuerza).
Como el cabezal Proxon obtiene su potencia a base de corriente, en vez de tensión, esto quiere decir que la máquina ofrecerá un gran par motor. En mis pruebas de estos días he comprobado que esto es cierto, como no podía ser de otra forma....
En definitiva, una gran máquina, dentro de su ámbito de aplicación, dimensiones, etc.