Hembyggd CNC (Lowrider)

Lowrider V2 från V1 Engineering. Idén är att hela mekaniken rullar på bordet på skateboardhjul. Min första tanke var att det inte kan vara en särskilt bra metod om man vill kunna fräsa annan än skumplast. Men det visar sig vara mer stabilt än jag trodde och vissa fräser i aluminium utan problem. Dessutom kan jag 3D-printa en stor del av delarna vilket passar mig utmärkt. Det mesta inom elektronik, motorer och kullager verkar jag ha också.

I mitten av mitt hobbyrum står ett arbetsbord med cirka 1.2 m frirum åt varje håll. Så det är redan hopplöst trångt. Arbetsbordet är 95 cm högt av ergonomiska skäl och har dessutom en koloss till skruvstäd i ena hörnet. Min första tanke var att bygga en CNC som integrerades med arbetsbordet för att spara plats, men arbetsbordet är för litet och det blir en omöjlig kompromiss.

En inventering visade att jag hade tre stycken 1980 mm långa 40x40 mm aluminiumprofiler liggandes (skulle bli en stor 3D-skrivare innan detta beslutet) så varför inte använda två av dessa? Jag designade några hållare som kopplade samman åtta stycken 1200 mm långa 2020 aluminiumprofiler samt två stora MDF skivor som skruvades fast i ramen.

Jag kikade på ett gäng olika uppgraderingar som folk gjort för att öka stabiliteten och en enkel uppgradering är att helt enkel lägga till två stålrör till y-axeln. Då mycket av CNCn är 3D printad så var det enkelt att bara skriva ut två extra kopior som hållare till de övre rören.

Jag köpte ett högkvalitativt rör (6m rostfritt) från Montano AB som kapades i två delar för y-axeln och fyra delar för z-axeln. De övre två rören tänkte jag köpa från Biltema för en lite billigare peng.

Jag köpte inlines hjul som ska rulla i aluminiumprofilerna, de passar perfekt i skåran. Jag hittade också en omdesignad version med fyra hjul istället för två, som klämmer fast runt bordet istället för att förlita sig på endast gravitationen. (https://www.thingiverse.com/thing:4291561)

Jag gjorde några egna modifikationer för att fästa min router. Nästa problem var att jag behövde en CNC för att tillverka sidopanelerna och router-hållaren. Jag tillverkade en sidopanel för hand och det var horribelt arbete, så jag 3D-printade de andra två delarna och bestämde mig för att byta ut dem när jag kan fräsa ut nya delar själv.

Pinsamt dåligt resultat efter så många timmar av filande och sågande. Det enda som ska vara bra nog är hålens placeringar. Nästa del blir 3D-utskriven och fräst när jag har en CNC.

För att kunna använda hobbyrummet till annat än fräsning så måste CNC-routern kunna "fällas ihop" och ställas undan. Då den väger ca 60kg blev lösningen att sätta hjul på ena kortsidan så jag kan dra den på plats, låsa fast den i arbetsbordet (med M8 skruvar genom ett kullagermoment) och säkert fälla ner den på bordet så den ligger där på några dämpmattor.

Denna delen i planen är huvudsakliga anledningen till att jag inte kan nå fullt ut 2000mm i arbetslängd. Jag hade slagit i taket och dessutom inte rymt den på längden i arbetsrummet utan att skruva lös mitt 40kgs skruvstäd varje gång. Hopplöst...

Arbetsbordet sammansatt utan hjul. Hjulen måste vara löstagbara om jag ska kunna gå runt CNC-routern när den ligger på plats.

3D-utskrivna delar, rör, skruv och attiraljer som behövs för att bygga "bryggan", dvs y-axel och z-axel med hjul för x-axel. Saknas är de CNC-frästa delarna som krävs.

Alla delar för "bryggan", med horribel hemsnickrad sidopanel och 3D utskrivna tillfälliga delar.

Z1-axeln ihopsatt. Idén är att tre st 608-kullager klämmer runt röret vid varje fästpunkt och att fyra fästpunkter ska ge rigiditet. Det stämmer till viss del men det krävs mer för att det ska bli stabilt.

En notis är att det är enkelt att ställa in greppstyrkan och det rullar enkelt och relativt tyst.

Med dubbla fästen för y-axeln känns det redan väldigt stabilt för z-axeln och den "glider" upp och ner med bara några graders lutning. Väldigt nöjd att jag valde dessa stabila rostfria rören istället för Biltemas kinesium-stål.

Två av fyra rör för y-axeln på plats samt kullager för router-hållaren. Biltema har slut 25 mm stålrör i Göteborgstrakten, verkar som det varit så i månader (Corona antar jag). För tillfället så får jag leva utan de extra rören.

Ett test av y-axeln visar att även router-hållaren "glider" efter bara någon enstaka grad lutning. Hela konstruktionen känns bra, men ostabil vid skjuvning. De extra två rören för y-axeln hade hjälpt väsentligt för skjuvning i den riktningen, det bör också hjälpa när hjulen sitter på plats i spåret på 4040 aluminiumprofilen.

CNC-bordet kan ses stuvat i sin viloplats i bakgrunden.

Hela "bryggan" färdigbyggd, för tillfället. En liten luftkyld 500W router sitter där för tillfället, så rostfritt går nog bort oavsett rigiditet. Kanske aluminium?

6 månader har gått sedan sist, väntade fortfarande på leverans av några väsentliga delar (9mm GT2 remmar och skruvmotorer till z-axeln) och när de väl kom så var jag upptagen med annat. Elektroniken och övriga motorer hade jag redan.

Här är drivningen av x2-axeln. Jag bestämde mig för att köra dubbla end-stops på både x-axeln och z-axeln för att slippa kalibrera så mycket. Därav x1, x2, y, z1 och z2 då alla har egen nollpunkt och egen stegmotor.

På andra sidan av x-axeln sitter GT2 remmen fixt, på denna sidan så är den spännbar via en skruv. Perfekt spänd rem går tydligen att få genom att lyssna på resonansen i remmen och en app som beräknar hur många Newton det motsvarar.

Det här är en av delarna som måste loss varje gång som CNC-routern ska ställas undan, så den sitter med två skruvar i 4040 aluminiumprofilen.

Jag hade en Ramps 1.4 liggandes som jag tänkte använda då V1 engineering har färdig firmware för den kretsen. Men jag hade också en 32-bitars processor (Azteeg X5 GT) som jag ursprungligen köpte för en massa år sedan för just ett framtida CNC-projekt. Så det känns ju dumt att inte använda den. Har också bättre 3A drivkretsar (BSD2660) till den som jag planerar att använda om jag behöver kraftigare motorer med 1/256 microstepping.

I bild kan ses en klassisk trådhärva. Jag kan snällt säga att det återigen är tillfälligt men om jag känner mig själv rätt så är det troligen permanent lösning. Det verkar iaf inte finnas risk att nån kabel fastnar och dras av.

En tillfällig lösning för att driva routern, jag vill nog ha det automatiskt i g-koden i framtiden och gömma den strömkällan nånstans säkrare då den saknar jordkabel.

Efter några oroväckande stopp med direkt USB-PC kontakt på 10 m så bestämde jag mig för att sno en Raspberry Pi (vita klumpen) från en 3D-skrivare och styra CNCn över wifi. Kameraövervakning är rätt nice också.

Efter att ha testat wifi-styrning och att fräsen snurrar så insåg jag att jag inte kan nåt alls om hur man fräser. Jag tänkte att mina många års erfarenhet från 3D-skrivning skulle vara tillräckligt för att bestämma hur fräsen ska röra sig inom några minuter.

Efter några timmars letande så hittade jag ett CAM-program från Inventor, vilket är det program jag normalt använder för mina CAD. Det finns som gratisprogram via Inventor Educational. Du får 1 år i stöten om du är student eller jobbar på universitet.

Jag lekte lite med diverse inställningar och körde ett test utan pinnfräs. Ser bra ut.

Nu har jag äntligen en så pass fungerande CNC att jag kan fräsa ut de detaljerna jag saknade för att bygga min CNC. Hmm?

Efter att ha studerat hur CAM fungerar i minst en timme så antog jag att jag var expert och bestämde mig för att fräsa ut sidopanelen som saknades. Jag la dit en 18mm MDF-skiva och började fräsa. Jag lyssnade lite väl mycket på Inventor som jag trodde skulle ha en riktigt bra service och upptäckte inte att det inte spelade nån roll vilket material jag valt för deras förslag till RPM, hastighet, djup osv. Jag var också lyckligt ovetandes att jag inte hade valt att fräsa hålen, inte heller att jag hade valt att fräsa toppen plant.

Jag lärde mig också en läxa att skruva fast MDF skivan ordentligt nästa gång. Den var helt uppe i luften på ena sidan så den låg inte platt mot underlaget. Kanske var det bra att jag råkade fräsa toppen plant?

När fräsningen var klar så stängde programmet automatiskt av motorerna (dumt misstag i firmware som inte skulle hänt om jag använt en färdigprogrammerad firmware) så jag var tvungen att nollställa allt innan jag fräste hålen. Skönt som tusan med fem endstops i detta läget!

Andra fräsningen gick mycket bättre. Fortfarande några galna problem, men denna gången testade jag 3mm fräs istället för 4mm för att kunna fräsa alla hålen. Min 3mm pinnfräs har 10mm fräslängd och det blev otrolig friktion från den blanka biten när jag var 15-18 mm ner i MDF-skivan. Jag tänker beställa några pinnfräsar som klarar 20+mm så jag kan fräsa MDF utan att tänka på det.

Tredje fräsningen, aluminiumplåt. Nu tänkte jag att jag skulle följa varenda rekommendation jag kan hitta så jag ställde in 500 SFM (12000 RPM och 4mm fräs) och kollade hur mycket varje skär ska skära bort i ett optimalt fall. Min matematik gav en hastighet på 3000 mm/min.

Resultatet blev helt klart godkänt, men jag hade gärna kört lite saktare. Jag saknade också skärolja vilket jag hört ska hjälpa en aning.

Så här kan en CNC router se ut som klarar av att fräsa aluminiumplåt. Måste bygga en dammsamlare och fästa ett utsug vid fräshuvudet om jag ska fräsa mer MDF, för det var riktigt lortigt.

Aluminiumspån verkar också leta sig överallt.

Har satt ett litet ben i varje hörn för att fräsen inte ska bågna. Mätte 0.7 mm skillnad mellan mitten och sidorna innan. När allt är klart så lär jag fräsa ytan plant och hål att fästa material i.

Jag tänkte att jag skulle publicera ett galleri (mitt första) när jag var helt klar med fräsen, men det kanske blir ett till 6 mån uppehåll om jag inte håller mig fokuserad, så varför inte publicera redan nu och uppdatera sedan?

Dessutom så måste jag redan nästa vecka gå ett "litet" steg längre och lyckas fräsa titan. Så jag hoppades att nån har nåt tips om hur jag ska lyckas med detta? Det blir ju enklare att hjälpa om man sett maskinen som ska användas.

Första försöket på titan resulterade i en trasig pinnfräs. Tre huvudsakliga anledningar till detta:
1. Jag körde för snabbt, det syntes direkt att det inte skulle gå och jag måste införa nån smart paus-knapp nånstans. Om jag avbryter med nödstoppen så faller hela fräsen ner av sin egen vikt på den tyngre sidan, så det är ingen bra lösning. Jag får fundera på om det är möjligt med lägga till motvikt på något sätt.
2. Som bilden visar är det inte en plåt utan ett rutnät. Jag tror det är positivt från ett värmeperspektiv men jag undrar om det inte hade varit lättare att fräsa i ren plåt, speciellt med tanke på att skärvätskan bara föll rakt igenom och försvann.
3. Jag tror inte det är en högkvalitativ pinnfräs, den är köpt från Banggood för kanske 30kr.

Nåväl, andra försöket gick bra. Jag körde med 1.2 mm pinnfräs, större fräs kräver nog kraftigare motor för titan var ruskigt tufft redan med 1.2 mm fräs. Även de gånger jag fick på bra med skärvätska så flög det gnistor.