CNC

Sezione in costruzione...
...verrà completata appena possibile.
Scusate per il disagio.

Nella realizzazione hobbistica o casalinga di alcune cose può presentarsi la necessità di disporre di strumenti di lavoro precisi. Uno di questi è senza dubbio la fresa a controllo numerico, la quale permetterebbe di eseguire lavorazioni precise senza doversi necessariamente affidare a ditte specializzate.

In questa pagina verrà illustrata una possibile realizzazione di una macchina a controllo numerico a basso costo, cercando di utilizzare il più possibile pezzi di recupero, reperibili a costo zero. Naturalmente, proprio perché vengono utilizzati componenti di recupero al fine di minimizzare i costi, sarà necessario un po' di lavoro pratico da parte vostra per assemblare il tutto.

Idea di progetto

L'idea di base è di costruire una macchina a controllo numerico a tre assi di buona qualità (relativamente alla sua destinazione hobbistica) al minimo costo possibile. Si farà largo uso di componenti reperibili in campo di recupero o, eventualmente, alle fiere di elettronica. Infatti i componenti base del sistema saranno motori e assi di stampanti e/o scanner, nonché parti di lettori CD per computer. L'alimentazione verrà fornita da un alimentatore ATX tradizionale per computer. La macchina verrà gestita da software libero disponibile in rete, quindi vi servirà anche un computer provvisto di porta parallela. Non resta che farvi amici i gestori del campo di recupero della vostra zona e... buon lavoro!

Meccanica

Occorrente

In questo capitolo vi descrivo il materiale che vi consiglio di procurarvi.

Ruote dentate e cinghia

Quantità: 1 pezzo (per l'asse x).

Sono necessarie due ruote dentate e una cinghia per la movimentazione dell'asse x. Personalmente ho utilizzato la meccanica presente in uno degli scanner che ho trovato in campo di recupero, che fra l'altro ha già il motore passo passo annesso. Devo dire che ne ho trovati di buoni marcati HP.

Asse di scorrimento delle testine di una stampante a getto d'inchiostro

Quantità: 1 pezzo (per l'asse y).

Mi riferisco alla struttura completa sulla quale scorre il blocco delle testine (spesso assieme alle cartucce). Non prendete la prima stampante che vi capita a tiro, ma cercatene una che non abbia laschi tra il tubo pieno su cui scorrono le testine e il blocco delle testine stesso. Non ha importanza se il blocco delle testine gira attorno all'asse, l'importante è che non abbia laschi. Personalmente ho notato che le stampanti Epson (tipo le stylus color) sono fatte bene da questo punto di vista.

Lettore CD per computer desktop

Quantità: 1 pezzo (per l'asse z).

Va bene qualsiasi lettore CD, anche rotto. Quello che interessa non è la parte elettrica (al massimo possono servire eventuali finecorsa presenti) ma la parte meccanica che serve a muovere il piano sul quale si appoggia il CD quando il lettore si apre. Infatti faremo uso della cremagliera presente sulla parte inferiore del piano e della ruota dentata che la muove.

Motori passo-passo

Quantità: 3 pezzi (uno per asse).

Sono motori particolari, molto diversi dai motori in corrente continua, da quelli in corrente alternata e dai servo-motori. Si riconoscono facilmente perché, girando il loro asse con le dita, sembra che esso si muova "a gradini". Ne esistono di vari tipi e possono presentare 4, 5, 6 o 8 fili. Ad esempio all'interno dei lettori floppy spesso ce n'è uno che muove la testina magnetica. A volte sono presenti anche nei lettori CD per muovere la testina. Il problema è che non sempre è facile trovarne di adatti perché quelli dei floppy o dei lettori CD sono troppo poco potenti per la nostra applicazione. Ne potete trovare di adatti nei vecchi lettori floppy da 5 pollici e un quarto, quelli grandi circa come un CD per intendersi, ma difficilmente ve ne capiteranno sotto mano. Altri posti in cui ne potete trovare sono le stampanti ad aghi, le stampanti laser (per il caricamento della pagina), negli scanner e, a volte, nelle stampanti a getto d'inchiostro, specie se vecchie. Non preoccupatevi se non sono tutti uguali, non ha importanza, quello che conta è che abbiano ognuno sufficiente forza per muovere l'asse su cui intendete montarlo, anche quando la macchina sarà in funzione e starà fresando (e quindi i motori saranno sotto sforzo). L'ultima volta che sono andato in campo di recupero ne ho trovati ben due su due stampanti diverse, quindi spero che anche voi, con un po' di pazienza, possiate essere fortunati. Nel caso non trovaste quello che fa al caso vostro potete provare nelle fiere di elettronica, dove spesso ce ne sono di belli e robusti a pochi euro. Non vi consiglio di cercare di comperarli nuovi nei negozi, a meno che non intendiate spendere una cinquantina di euro per motore (Nel caso trovaste un posto che li vende a molto meno fatemelo sapere!).

Trapano

Quantità: 1 pezzo.

Naturalmente, se ci interessa costruire una fresa, dovremo per forza avere qualcosa che fa girare il mandrino sul quale verranno montati gli utensili. Va benissimo un piccolo trapano in corrente continua, anzi, è preferibile che sia in corrente continua per un motivo che verrà spiegato meglio in seguito. Io personalmente utilizzo un piccolo trapano da 12Vdc/12000 giri al minuto, comperato per circa 5€ in una fiera di elettronica. Eventualmente dovrebbe poter andare bene anche un avvitatore, ma non so se il debole sistema che si appoggia sulla struttura di una stampante a getto d'inchiostro possa sopportare un peso del genere. In questo caso penso dovreste rinforzare in qualche maniera la vostra struttura.

Pannelli di legno

Quantità: meno di 1 metro quadro.

Questo legno serve in parte come base per l'intera struttura e in parte per la realizzazione e il fissaggio degli assi. Io non so con esattezza quanto legno ho usato, ma sono sicuro che sia meno di un metro quadro, perché ho comperato un piano da 40×40×1.5cm e un altro da 30×20×1.5cm, e poi ho usato qualche altro piccolo pezzetto che avevo a casa per alcune rifiniture. A meno che non abbiate già a disposizione dei pannelli di legno, consiglio di comperare dei pannelli di MDF spessi 1.5cm. Li potete trovare facilmente nei negozi di bricolage, che spesso offrono anche il servizio taglio gratuito. Consiglio di sfruttare questa opportunità perché generalmente riescono a fare i lati dritti e paralleli e gli angoli retti con una buona precisione (generalmente migliore di quella che normalmente si otterrebbe con il seghetto manuale).

Guide per cassetti

Quantità: una coppia.

Sono semplici guide metalliche per cassetti che scorrono su delle piccole sfere in acciaio. Serviranno per far scorrere l'asse z, quindi vi bastano quelle più piccole che trovate (sono lunghe una ventina di centimetri quando sono chiuse). Eventualmente se vi sembrano comode potete comperarne anche di più lunghe per l'asse x, ma in seguito vi proporrò un metodo per cui non sono necessarie (per l'asse x si intende, mentre per l'asse z io le consiglio). Sono reperibili anch'esse nei negozi di bricolage a circa 6€.

Profilo a L in plastica

Quantità: 1m.

Vi serve se intendete costruire l'asse x nel modo che verrà descritto in seguito. Dimensioni consigliate 1.5cm×1.5cm×1m, reperibile nei negozi di bricolage.

Viti

Per fissare le varie parti tra loro vi serviranno delle viti. Vi consiglio viti da legno con testa svasata di diametro 3mm e lunghezze 12, 16, 20 e 30mm e di diametro 3.5mm e lunghezza 12mm. Anche queste le potete trovare nei negozi di bricolage sia sfuse che in scatolette credo da una ventina di pezzi ciascuna. Io ho preso una scatola per tipo, tanto poi tornano sempre utili. Probabilmente potrebbero servirvi anche altri tipi di vite e rondelle di varie misure, in base ai componenti che state usando e a quello che intendete fare.

Costruzione della parte meccanica

Asse y

Dopo esservi procurati l'intero blocco su cui scorrono le testine e le cartuccie di una stampante a getto d'inchiostro la prima cosa da fare è verificare il tipo di motore montato per lo spostamento delle testine. Purtroppo spesso le stampanti recenti montano motori in corrente continua e il controllo della posizione delle testine viene effettuato basandosi su un nastro trasparente a tacche. In questo caso dovrete togliere il nastro che non servirà e sostituire il motore con un altro di tipo passo passo. Qui sta a voi ingegnarvi per fare questo (e mantenere solida l'intera struttura). Potete comunque prendere spunto da quello che ho fatto io osservando i dettagli delle foto pubblicate.

Il secondo passo è creare un piano solidale con il blocco delle testine, sul quale verrà poi montato l'asse z. Quello che ho pensato di fare io è di tagliare il blocco delle testine in modo tale da lasciare solo il lato del blocco più vicino al resto del sistema, quindi di avvitarci sopra un piccolo pannello di legno delle dimensioni di circa 10×20cm. Ora però avrete notato che questo non è stabile perché può ruotare attorno al tubo sul quale scorre il blocco, quindi sarà necessario fare in modo che ciò non avvenga.

Elettronica

Occorrente

Alimentatore per computer da tavolo

Quantità: 1 pezzo.

Va benissimo qualsiasi tipo di alimentatore per computer capace di fornire le tensioni stabilizzate di +5V (1 Ampère min.), +12V (8 Ampère min.) e -5V (0.1 Ampère min.) preferibilmente dotato di connettore ATX da 20 poli (quello per la scheda madre per intenderci). Verrà impiegato per alimentare i motori e i relativi circuiti di controllo, nonché il trapano. Si può facilissimamente trovare in campo di recupero, oppure nelle fiere di elettronica.

Elettronica di controllo

Mi riferisco a tutti i componenti elettronici necessari a far funzionare la CNC (la soluzione che vi propongo impiega una scheda di interfaccia con il PC e tre schede identiche per il pilotaggio dei motori). Di questo però sono costretto a parlare in seguito, poiché sono necessarie varie cose. Ammetto che questa parte ha un certo costo, dovuto soprattutto ai circuiti integrati che servono al controllo dei motori, ma dovrebbe comunque essere decisamente inferiore alla cinquantina di euro.

Finecorsa

Quantità: 3÷6 pezzi.

Servono per comunicare al computer il raggiungimento della fine dell'area di lavoro e la posizione iniziale di "home". Costano all'incirca 50 centesimi l'uno e ne serve almeno uno per asse. Per praticità nell'asse X ne ho montati 2, ma la cosa è a vostra discrezione. Anche questi li potete trovare in campo di recupero, ad esempio in alcune stampanti, oppure a volte ce ne sono di molto piccoli all'interno dei lettori CD per controllare quando il cassetto è completamente aperto (o completamente chiuso).

Scheda di pilotaggio dei motori passo-passo

Si tratta di una scheda (una per motore) costruita secondo uno schema standard molto comune in questo ambito. Fa uso della coppia di integrati L297 e L298, con l'aggiunta di qualche componente di contorno. Mentre la stavo per realizzare un commerciante di componenti elettronici mi ha fatto notare che la rivista "Nuova Elettronica", in un numero di alcuni anni fa (il n° 201), ha presentato lo stesso ciruito che interessava a me, quindi per risparmiare tempo ho comperato 3 basette siglate LX1420. Voi siete liberi di fare come me o di autocostruirvele, ma secondo me se le trovate in negozio vale la pena comprarle, visto che costano abbastanza poco.

Scheda di interfaccia con il PC

Si tratta di una scheda che ho progettato personalmente, in modo tale che fosse capace di svolgere delle funzioni che mi interessavano. Innanzitutto presenta alcuni led per la verifica della presenza delle corrette tensioni di alimentazione. Si interfaccia al PC tramite un comune cavo parallelo per stampanti, ossia con connettore DB25 maschio dal lato PC e con connettore CENTRONICS 36 pin maschio dal lato CNC (o stampante). Per non correre il rischio di danneggiare la porta parallela del computer, è stato utilizzato un buffer per i segnali in ingresso alla scheda di controllo, costituito dal circuito integrato classico 74LS244. Vengono quindi ripartiti tali segnali sulle varie schede di controllo dei motori, assieme ai segnali di selezione passo intero/mezzo passo per ogni singolo motore passo-passo.

Viene inoltre controllata l'accensione del trapano alimentato a 12Vdc. Siccome c'è la possibilità che il mandrino si blocchi durante il funzionamento a causa di uno sforzo eccessivo, è stato previsto un controllo della corrente assorbita dal trapano e, se viene superata una certa soglia regolabile, viene comunicato al PC che si è verificato un errore e pertanto deve interrompere la lavorazione. Tale controllo è opzionale e può essere disabilitato. Un led indica lo stato di funzionamento del motore.