Stai imparando e facendo ricerche su come realizzare i tuoi kit CNC per principianti? Leggi questa guida fai da te su come costruire una macchina CNC passo dopo passo partendo da zero. Imparare a costruire una macchina CNC da zero è più facile di quanto si possa pensare. Abbiamo suddiviso il processo fai da te in una serie di passaggi facili da seguire per i principianti. Dall'acquisto di parti all'installazione del software, la nostra guida fai da te ti guiderà attraverso come realizzare facilmente la tua macchina CNC.
Le macchine CNC sono molto utili per i produttori poiché permettono di fabbricare parti personalizzate in legno, plastica o metallo alle dimensioni esatte definite in un modello CAD (Computer-Aided Design). Tuttavia, i router CNC industriali sono costosi, motivo per cui l'approccio fai da te rappresenta un'ottima alternativa per hobbisti e maker.
Cose da considerare prima di iniziare
Quando si parla di macchine CNC, tutti penseranno al loro costo elevato e alle complesse operazioni di programmazione. In realtà, conosciamo e impariamo il CNC realizzando alcune semplici macchine a basso costo, il che ci permette di passare da principianti a esperti. La difficoltà del fai da te di una macchina CNC risiede nell'elevato costo dei kit macchina e nella difficoltà di lavorazione, mentre l'impostazione e l'uso del software sono relativamente semplici.
- Difficoltà di costruzione: Moderata.
- Durata della costruzione: 16 giorni.
- Strumenti fai da te: Morse da banco, trapani elettrici, seghe manuali, punzoni campione, maschi, alesatori, calibri, piegatrici e viti.
- Costo stimato: Inferiore a $1,000, con componenti reperibili localmente.
Per quanto riguarda l'area di lavoro, un formato classico per iniziare può essere il formato A3 (420x297mm). Più la dimensione è grande (come il formato A2 594x420mm), più è semplice riscontrare errori in fase di lavoro se non è stato fatto un assemblaggio preciso al millimetro.
---Come costruire la struttura di una macchina CNC
Esistono principalmente due modelli consolidati: CNC a piatto mobile e CNC a ponte mobile. Le CNC a piatto mobile hanno la caratteristica di avere il piano Y mobile ed il ponte fisso, soluzione ideale per progetti di piccole dimensioni.
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Questa macchina adotta una struttura a portale fissa. L'intera macchina è divisa in:
- Tavolo di base
- Telaio a portale (gantry)
- Carrello dell'asse X
- Tavolo di lavoro dell'asse Y
- Carrello dell'asse Z
Il motore passo-passo di azionamento del tavolo di lavoro dell'asse Y è fissato sulla piastra inferiore, insieme alla vite e alle 2 barre lisce che fungono da guida di scorrimento. Sul gantry sono fissati il motore dell'asse X, la vite di comando e le guide dell'asse X. Sul carrello dell'asse X sono infine montati i componenti dell'asse Z. Per fissare il mandrino sul carrello dell'asse Z si utilizzano staffe a L e anelli di ritegno a U.
Il tavolo inferiore, i carrelli e il tavolo di lavoro possono essere realizzati con una piegatrice partendo da piastre di acciaio laminate a freddo da 1.5-2mm per garantire stabilità. In alternativa si può utilizzare il legno MDF da 15 mm, che per motori non eccessivamente potenti (come i Nema 17) risulta più che sufficiente ed è facile da lavorare.
Le barre per le guide di scorrimento da 8-10mm possono essere ricavate smontando vecchie stampanti ad aghi o rulli di stampanti laser. Le barre devono essere perfettamente parallele per evitare il blocco dei carrelli. Le viti di comando dei 3 assi sono barre filettate con diametro 6mm e passo 1mm. I dadi corrispondenti vengono saldati sui carrelli per ridurre al minimo il gioco meccanico.
---Il Circuito Elettronico e i Driver dei Motori
La parte elettronica deve essere in grado di convertire i segnali del computer in impulsi per i motori passo-passo. Il circuito si compone di tre parti identiche per i tre assi X, Y e Z.
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Schema di controllo con L297 e L298
Un sistema classico e robusto utilizza i circuiti integrati L297 e L298. La funzione principale dell'L297 è la distribuzione degli impulsi logici per azionare il driver di potenza L298. Inoltre, l'L297 implementa un controllo chopper PWM a corrente costante per ottimizzare la coppia dei motori.
Il segnale di clock (impulso di passo dell'asse) entra nel pin 18 (CLOCK) dell'L297, che genera le sequenze sulle uscite A, B, C, D per pilotare il doppio ponte H dell'L298. Questo sistema permette di gestire motori passo-passo a 2 fasi fino a 46V e 2A per fase.
Alternativa Arduino e CNC Shield
Una soluzione moderna, economica e molto diffusa tra i maker prevede l'utilizzo di:
- Arduino Uno: come microcontrollore principale su cui caricare il firmware GRBL.
- CNC Shield: scheda di espansione che si innesta sopra Arduino.
- Driver A4988 o DRV8825: piccoli moduli driver inseriti negli slot della CNC Shield per gestire i motori passo-passo.
Questa configurazione consente di controllare fino a 4 motori passo-passo utilizzando solo due porte I/O del microcontrollore per ciascun asse (una per i passi e una per la direzione).
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Software e Configurazione Controller
Una volta assemblata la parte hardware, è necessario configurare la catena software per la progettazione e il controllo numerico:
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- Software CAD/CAM: Serve per disegnare in 2D o 3D e generare i percorsi utensile (G-code). Tra i più comuni troviamo Fusion360, ArtCAM, AutoCAD, Aspire e CorelDraw.
- Software di Controllo (Controller): Legge il file G-code e invia i comandi alla macchina. Mach3 è uno dei controller più usati via porta parallela o USB. Nel caso di utilizzo di Arduino, si usano software come Universal Gcode Sender (UGS) o Candle per inviare il codice al firmware GRBL.
Guida all'uso della fresatrice CNC in 9 Fasi
Prima di iniziare la lavorazione, prepara sempre la procedura e definisci i parametri di taglio. Segui questi passaggi operativi:
- Fase 1. Programmazione CNC: Genera o scrivi il programma G-code sul computer.
- Fase 2. Accensione: Attiva l'alimentatore principale e avvia il sistema di controllo.
- Fase 3. Punto di riferimento (Homing): Esegui l'azzeramento degli assi per stabilire l'origine macchina.
- Fase 4. Caricamento file: Importa il file G-code nel software di controllo.
- Fase 5. Modifica parametri: Imposta l'origine del pezzo (Zero Pezzo) posizionando l'utensile sul punto di inizio del materiale.
- Fase 6. Verifica finecorsa: Assicurati che i microinterruttori di sicurezza siano attivi per evitare collisioni.
- Fase 7. Avvio mandrino: Accendi l'elettromandrino impostando i giri al minuto adeguati al materiale.
- Fase 8. Test a vuoto: Esegui una simulazione di taglio sollevando l'asse Z per verificare la correttezza del percorso.
- Fase 9. Esecuzione: Avvia il ciclo di lavorazione monitorando costantemente il processo.
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