Opa, bom dia!

Sou novo aqui no fórum, quero dizer, é o meu primeiro post. Já entro aqui faz algum tempo para inspiração.

Sou aluno de engenharia elétrica com ênfase em automação e controle. Atualmente trabalho com desenvolvimento de hardware, firmware e software para diversos projetos em uma empresa de tecnologia. Meu principal hobby é desenvolver projetos eletrônicos como amplificadores de som, pedais de efeito de guitarra e quadrotores(quadcopteros). Por mais estranho que possa parecer, o que estudo na universidade, o que desenvolvo no estágio e o que faço como hobby geralmente são coisas relacionadas.

Já se passou muito tempo desde que comecei a desejar uma fresadora CNC. Entretanto, tomei coragem  só recentemente. Faz duas semanas que rabisco idéias para a estrutura da máquina, sua eletrônica e controle.

Meu objetivo durante os próximos 4 meses é projetar e construir uma fresadora CNC com 3 eixos com uma modesta área de trabalho.

O projeto inclui o desenvolvimento de um driver de motor de passo bipolar para 4 ou mais ampères, não utilizarei toda esta corrente, mas ela estará disponível.

Também será desenvovida uma placa para interface entre os drivers dos motores e a porta paralela do pc.

Estou reinventando a roda, eu sei. Eu me divirto fazendo isso.

Especificações do projeto

Volume útil desejado(aproximado): 400mm x 400mm x 200mm
Precisão desejada: 0.05 mm (apenas pelo desafio )
Material a ser trabalhado: Alumínio ou outro menos duro. (tenho dúvidas se é viável construir uma para trabalhar algo mais duro que AL)

Arquitetura da máquina

Pórtico móvel. Preferi o pórtico móvel por permitir máquinas de menores dimensões, complicando pouco ou quase nada.
Guias lineares. Simplificam o projeto, se comparadas aos eixos lineares. Permitem maior precisão.
Fusos de esferas. São caros, principalmente suas castanhas. Mas acho melhor comprar o certo de primeira do que comprar um mais ou menos e ter que trocar depois.
(não gosto de investir em itens que não tem suas características bem descritas e garantidas pelo fabricante)
Alumínio. Perfis extrudados de alumínio para garantir rigidez. Chapas de alumínio para fixação de componentes.

Seleção de componentes

A maioria dos itens que pré-selecionei são distribuídos pela OBR.
Se vocês tiverem sugestões de outros fornecedores com itens melhores ou mais baratos ou mais indicados para o projeto, estou aberto a sugestões.

Guias lineares: MSA15-E. Para todos os eixos. Cada eixo com duas guias paralelas e dois carros.
Fusos de esferas: 14mm. Castanhas RFSB tipo C.
Motores de passo: 15Kgf??. Akiyama??. Não pensei muito no motor. Peguei um só para por nos desenhos.
Perfis de alumínio: 40x40L. OBR.

Peças customizadas

Mancais. Resolvi fazer os mancais para o projeto. Acho que é melhor fazer mancais para a cnc do que a cnc para os mancais.
Rolamentos: 608ZZ??. Não conheço muito sobre rolamentos. Gostaria de sugestões de fornecedores e modelos.
Coloquei uma imagem do mancal que desenhei, pegando a idéia de alguém.

Montagens

Já deixo aqui também, algumas imagens do eixo Z que estou desenhando no Inventor.Para que vocês possam dar sugestões.

Amanhã termino os desenhos dos eixos Y e o X.

Dúvida rápida, mas que está atrasando meu projeto aqui.

Quanto custaria uma chapa de alumínio de 10 mm de espessura com área de 400 mm x 60 mm já cortada?

Só uma idéia de preço, nao precisa ser exato.

...Quanto custaria uma chapa de alumínio de 10 mm de espessura com área de 400 mm x 60 mm já cortada?...

Oi, Arthur.
Não sei como vc quer usar sua grana pra fazer a máquina, mas se vc mandar cortar chapas nas medidas desejadas, será um preço. Porém, usando como exemplo as medidas acima, se vc mandar cortar uma barra chata de 3/8" x 2 1/2" x 400mm, certamente o preço será bem menor, mas não ficarão nas medidas exatas que vc quer. Às vezes, não faz diferença para o projeto...

Normalmente as peças de alumínio são vendidas a quilo. Vc pode conseguir orçamento por telefone, somente passando as medidas da peça para o vendedor.

Abraço.
Jorge

Seja bem vindo Arthur e Parabéns pelos seus projetos, tanto o da sua maquina como o drive, que digo parece ser bem interessante, qual o seu objetivo como drive, sera de domínio publico ou comercializado?

Boa sorte na empreitada 

Bom dia, senhores!

Reportando progresso do sábado:

Depois de estudar sobre porta paralela, optoacopladores e buffers, cheguei a uma placa para interface entre computador e a cnc via porta paralela.

Deve ser um design comum, não dá pra fugir muito dele usando porta paralela para comunicação.

Capaz de se comunicar com 4 drivers de motores que estou desenvolvendo. Para cada driver, estão disponíveis três linhas: Step, Direction e Enable.

A placa também possui entrada para 3 chaves de fim de curso e para um botão de emergência.

O circuito necessita duas fontes de alimentação, uma entre 8 e 12 volts para a lógica da placa de interface e para a lógica dos drivers de motores. A outra fonte é, na verdade, uma porta USB do computador, usada somente para as chaves de fim de curso e de emergência, com o objetivo de separar as entradas da porta paralela do resto do circuito.

Através de optoacopladores e da separação da alimentação da placa em duas fontes, consegui isolar eletricamente o lado de potência do sistema do computador, não dá pra estragar o pc ou a placa de porta paralela usando esse circuito.

As saídas dos optoacopladores são bufferizadas para então serem transmitidas aos drivers, a porta paralela não vai precisar fornecer muita corrente para os optoacopladores.

Existem na placa de interface jumpers para seleção do número de divisões para micropasso (1, 2, 4 e 16) e jumpers para seleção do modo de circulação de corrente na ponte H.

As imagens a seguir mostram como a placa está ficando.

Quando ela estiver montada e funcionando, postarei os arquivos de schematic e board para referência.

Arthur,

Parabéns pela inciativa.

Alguns comentários, os acopladores ópticos devem ser rápidos, principalmente o de sinal Step, isto é ainda mais importante quando se usa micropasso, que requer maior frequência de acionamento pelo software CNC.

Eu não usaria a porta USB para alimentar partes da CNC, pois coloca o PC em "contato" com a maquina, o que pode resultar em ruídos no acionamento e até queima do PC num curto acidental.

Alguns comentários, os acopladores ópticos devem ser rápidos, principalmente o de sinal Step, isto é ainda mais importante quando se usa micropasso, que requer maior frequência de acionamento pelo software CNC.

O opto que eu selecionei, VOL671, da vishay, tem um Turn on Time de 6 us e um Turn Off Time de 5.5 us. Totalizando 11.5 us para ligar e desligar.

Teoricamente, daria para chavear a uns 85 kHz. Para ter uma boa margem de segurança, farei as contas  a seguir considerando que minha frequência máxima de chaveamento do opto é de 50 kHz.

Usarei fuso de 5mm de avanço e motores de 200 passos por revolução. O pior caso de movimentação seria com micropasso em que o passo comum é dividido por 16.

Com um sinal de 50 kHz no pino de Step do driver, daria para andar por segundo, utilizando micropassos:

velocidade = (freqStep/(microPassos*passosPorRevolução))*avançoFuso

velocidade = (50000/(16*200))*5mm = 78.125 mm/s

Quase 8 cm/s utilizando micropasso de 16, acho que é rápido demais para mim já.

Obrigado por me lembrar deste detalhe, minilathe, não sabia que optos eram "tão lentos" assim. Ainda bem que já tinha escolhido um que oferece bom desempenho.

Nesse meio tempo sem postar aqui defini a fonte que vou usar... Achei uma fonte chaveada da TDK-Lambda de 24 volts e 8 amps na digikey. A tensão não é la tão alta para forçar um rápido aumento de corrente nas bobinas dos motores, mas vai ter que servir, custa só 55 dolares. Vou comprar duas, cada uma ficará responsável por dois motores de 4 amps cada (bipolares, 2 amp/fase). Serão quatro eixos na máquina, três inicialmente, um quarto vira depois.

Sendo a tensão da fonte mais elevada (24V) em relação à tensão de placa do motor (geralmente 5V), sendo usado também um circuito chopper, a corrente drenada na fonte será inferior a 2A.