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Fresadora CNC

De Lab de Garagem



Para conferir os últimos testes com a máquina visite:
Canal no YouTube do LdG

Testes anteriores com a máquina:
Vídeo no YouTube - fresando espuma com ferro de solda
Parte 1
Parte 2

Tabela de conteúdo

Apresentação

Participantes do projeto: Marcelo Rodrigues Dalton Hioki
Página de discussão: Tópico CNC


Objetivo

Desenvolver uma fresadora CNC de baixo custo que possa ser facilmente construída por outros garagistas, com materiais de fácil aquisição.


Aplicações

  • Cortes de chapas de madeira, plásticos e metais leves
  • Modelagem 3D em materiais leves
  • Possível plataforma para desenvolvimento de impressora 3D

Estudos da versão comercial


Estrutura em MDF de 10mm com guias lineares de 12 ou 16mm, fusos de 1/4", motores NEMA 17, controle através de Arduino (UNO ou 2009), Shield com drivers sendo desenvolvido no Lab de Garagem.







Sucesso! O modelo 3D foi uma boa referência para a construção da máquina, que já está funcionando muito bem. Algumas modificações foram necessárias, mas a versão 2.2 já deverá ser a definitiva.

Imagens e Arquivos

Teste com PVC (corte de chapa)


Teste com madeira balsa


Teste com PCI (gravação)


Posição atual

Status

  • Softwares provisórios para comunicação serial (C#/Win - feito pelo Bruno Dias Rosa e Python/Linux - feito pelo Álvaro Justen)
    • Estamos avaliando o uso de Jython para software em Python rodando em Java VM.
  • Firmware modificado da RepRap.
  • Mecânica mostrou falhas que devem ser corrigidas.
  • Versão comercial em mdf em etapa de design

Problema enfrentado atualmente

  • Escolha de um software CAM fácil de usar, multiplataforma e free (poucas opções viáveis)

Próximos passos

  • Definição dos softwares a serem usados no processo
  • Desenvolver software para comunicação serial em Jython
  • Aperfeiçoamento da estrutura mecânica (criar nova versão da máquina)
  • Desenvolvimento de placa para efeito "chopper" para aplicações de tensões mais elevadas nos motores, o que poderá permitir maiores velocidades e torque
  • Desenvolvimento da placa de controle em forma de shield para arduino

Materiais

Materiais utilizados:

  • Réguas de pedreiro (perfis retangulares de alumínio de 1" por 2")
  • Cantoneiras de alumínio
  • Rolamentos de 25mm
  • Parafusos, porcas e arruelas
  • Barra com rosca para o fuso (encontrada em lojas de material de construção)
  • Motor de passo de 2,3Kgf
  • EasyDriver para controle do motor (SparkFun)
  • Arduino Duemilanove
  • Retalhos de nylon
  • Diversos

Softwares

Etapas do processo

A rotina do trabalho com a máquina irá seguir as etapas:

  • Etapa CAD - Criação do modelo em 3D/2D (pode-se utilizar qualquer software que gere arquivos do tipo dxf, stl, 3ds, etc)
  • Etapa CAM - Conversão do arquivo CAD em GCodes seguindo parâmetros como estratégia do caminho da ferramenta, tamanho de broca, velocidade da passada, etc. Para essa estapa estamos estudando alguns softwares como o PyCam e o CamBam.
    • PyCam aceita arquivos STL em 3D ou DXF e SVG em 2D apenas.
  • Etapa CNC - Controle dos motores de passo de acordo com os gcodes do arquivo gerado na etapa anterior. Para nossa máquina estamos usando o firmware da RepRap adaptado para rodar em um Arduino UNO, que está ligado a 3 EasyDrivers controlando os motores de passo dos 3 eixos da nossa máquina.

A figura abaixo, retirada da documentação do PyCam, resume bem o que estamos tentando alcançar com nossos estudos:


No lugar do software EMC2 estamos usando o firmware da RepRap rodando em um Arduino UNO.

Softwares testados até o momento


Principais parâmetros para escolha dos softwares
1. Grátis, e de preferência, OpenSource
2. Multiplataforma (deve rodar em Linux, Windows e Mac)
3. Fácil de se aprender e usar

Etapa CAD (design3D - Arquivo STL)
A etapa mais simples na escolha do software, porque existem muitas opções. Iremos adotar uma para os tutoriais mas o usuário poderá gerar os arquivos STL a partir de outros softwares de sua preferência.

  • Google SketchUp

Até o presente esse software não possui versão para Linux. Encontramos algumas dificuldades para seu uso, mas ao final conseguimos instalá-lo e rodá-lo em Ubuntu 10.10 usando Wine 1.2.2.
A limitação no momento está na geração de arquivos STL, que o GSU não faz. Estamos buscando algum plug-in free para essa tarefa.

  • Blender

Excelente ferramenta, porém não é de fácil aprendizado, o que pode afastar alguns interessados no processo.

  • FreeCAD

Em experimentação

  • OpenSCAD

Em experimentação

Etapa CAM (Arquivo STL - Arquivo GCode)
A escolaha desse software é muito importante, pela dificuldade de se encontrar ferramentas livres, e que possam interagir com o firmware que adotamos.

  • PyCAM (em avaliação)

[1]
Atualmente nossa melhor opção. Free e Open. Fácil de se instalar e usar. Possibilidade de ser compilado em qualquer plataforma. O obstáculo encontrado no momento se refere a velocidade. Por alguma razão que ainda desconhecemos, a geração de GCode para uma engrenagem simples está levando mais de 15 horas! Esse está sendo o único empecilho a sua escolha.
Atualizando: Resolvido o problema de velocidade, se tratava da escolha certa dos parâmetros. Agora já conseguimos gerar o G-code com boa velocidade. Passamos a testar o software com imagens em 2D para aplicações de gravação, como para produção de placas de circuito impresso.

  • FreeMill (em avaliação)

[2]
Software bem rápido, fácil de usar, possui uma interface bem intuitiva. Para Windows mas rodou bem no Wine 1.2.2 no Ubuntu 10.10. Não conseguimos gerar os GCodes ainda. Na fase final (post-process), indica diversas opções de máquinas, mas gera para poucas e não são códigos no formato gcode, embora possam ser adaptados. Ainda estamos avaliando essa opção devido a esse problema.

  • GCAM (inviável)

[3]
Até o momento não oferece suporte para STL ou DXF. O desenvolvedor diz que está trabalhando nisso, mas parece que a coisa vai ainda se extender por meses.

  • CAM.py (inviável)

[4]
Software desenvolvido pelo CBA do MIT. O software roda, mas não conseguimos extrair um gcode dele ainda. Não encontramos documentação a respeito também.

Outros softwares CAM:


Etapa CNC (Arquivo GCode - Controle da Máquina)
O software para essa etapa é dispensado devido ao uso do firmware da RepRap que desempenha esse papel. Em seu lugar estamos desenvolvendo nosso próprio software que fará apenas a comunicação entre o computador (arquivo gcode) e o Arduino (firmware). A parte CNC do processo é realizada pelo firmware.

Ferramentas pessoais