Fresado CNC mejorado

Continuando con mi clon de robot DARwIn-OP, estoy cortando las piezas de los hombros.

Después de cortar la mayoría de las piezas del robot, estoy llegando a un mejor setup para cortes en mi fresadora CNC Sherline.

Primero empecé sujetando las planchas de aluminio sobre pequeñas placas de madera MDF, cortando con fresas de 3mm, una broca centro y varias brocas (1,6mm, 2,0mm, 2,05mm, 2,5mm y 2,6mm), después pasé a usar una fresa de 2.5mm para mejor acabado en los rebajes. Siguiendo el Manual de Fabricación de DARwIn-OP puse puntos de unión en los cortes finales de las piezas para que no se suelten. Después reemplacé el uso de una placa MDF de base por una de aluminio. Después probé fresar todo con sólo una fresa de 1.5mm, pero no me gustó el acabado y la calidad de los hoyos.

Ahora creo que tengo un mejor setup:

      • Siguiendo el setup de un amigo, reemplacé mi placa matriz de aluminio con una placa de MDF del mismo tamaño y sujeción.
      • Sujeto las planchas de aluminio con varios tornillos de 2.5mm x 10mm al rededor de la pieza a cortar. Para eso hago hoyos de 2mm x 9mm al MDF. Después de varios cortes, la placa de MDF puede ser reemplazada por otra.
      • Volví a usar una fresa de 2.5mm (o 2mm según la parte a cortar, aunque el manual de fabricación recomienda una fresa de 3mm, algunos diseños requieren cortes de radio 1mm).
      • Volví a usar brocas de 1,6mm, 2,0mm, 2,05mm, 2,5mm y 2,6mm. Pero como uso ‘fresa brocas’ de carburo, ya no estoy usando la broca centro para marcar las perforaciones. (Después de varias pruebas no noté corrimiento en los hoyos).

        Drill
        Broca
      • Ya no estoy dejando puntos de unión en los cortes finales. Ahora atornillo la pieza al MDF antes del corte final usando varios de los hoyos originales de la pieza.
      • Para espacios grandes que deban ser vaciados dentro de una pieza, freso completamente el espacio para que no se desprendan pedazos de aluminio que puedan romper la fresa. Si el espacio es muy grande, entonces también lo atornillo para fresar menos.
      • También reemplacé el cabezal de mi fresadora Sherline con un modelo ER-16 (también de Sherline). Esto permite cambios de herramientas más fáciles y hay pinzas de sujeción (o collets) disponibles como las Techniks con muy buena precisión lo que es importante para mantener fresas pequeñas bien centradas.
      • Actualicé mi fresadora a 10k RPM (con un set de Sherline).
      • Con la fresa de 2.5mm estoy cortando a 5k RPM, 200mm/s de avance y 0.4 de profundidad de corte. Con la fresa de 2mm cambio la profundidad de corte a 0.25mm.
      • No uso lubricante, solamente un soplador de aire para mantener limpia el área de corte (ver foto).

La siguiente foto muestra el setup durante el último corte final:

Cutting DARwIn-OP shoulders
Cortando los hombros del robot DARwIn-OP

Los  archivos gcode más viejos que escribí no siguen estas reglas, pero no es difícil actualizarlos.

Cortando la pieza FR07_F101 para mi Clon de Robot DARwIn-OP

Casi decidí comprar las 4 piezas FR07_F101 (Flange Bearings) necesarias para clonar el robot DARwIn-OP. Pero finalmente me tomó sólo una tarde cortarlas en torno, hacer los agujeros en la fresadora y terminar con los hilos de 2mm.

Finishing a FR07_F101
Patrón de agujeros en un FR07_F101
Four FR07_F101
Cuatro FR07_F101

Probé el ensamblado de la juntura volante como se describe en el Manual de Ensamblado del DARwIn-OP. No he anodizado las piezas y parece que no va a ser fácil desensamblarlas, quedan bien apretadas.

Bearing Joint Assembled
Juntura volante ensamblada

Los programas de corte gcode están en la Sección de Código y zipeados en la Sección de Archivos en el repositorio sourceforge para clonar el Robot DARwIn-OP.

Ahora puedo continuar probando el ensamblado completo de una pierna de mi clon de DARwIn-OP.

Acumulando piezas para mi DARwIn-OP

Ahora que probé que puedo hacer la rueda volante para mi clon de robot DARwIn-OP, voy  producir suficientes piezas para todo el robot.

Estoy partiendo con la tapa del rodamiento (Bearing Cap) que es la pieza más fácil de hacer en un torno.

15 Tapas es suficiente para un robot DARwIn-OP básico

15 Bearing Caps
15 Tapas de Rodamiento (Bearing Caps)

El programa de corte gcode está en la Sección de Código y zipeado en la Sección de Archivos en el repositorio sourceforge para clonar el Robot DARwIn-OP.

Extensión de Eje X de Fresadora Sherline

Decidí agrandar el eje X de mi fresadora Sherline con una tabla de 19″ de A2Z y una placa matriz de High Tech Systems de 14″. Sherline tiene una tabla extendida pero quise probar esta marca porque es un poco más alta y fresar las piezas para el robot DARwIn-OP  es un trabajo de muy bajo perfil y las fresas son cortas. La placa matriz ayuda en altura y permite soportar un trabajo de 4″ de ancho.

Extended Table and Matrix Plate
Tabla Extendida y Placa Matriz

La placa matriz es bastante buena, sólo recibió un golpe en una esquina, probablemente en el envío a Chile. La tabla extendida es muy larga, instalarla requirió adelgazar la pieza de ajuste de la cama lo que me tomó horas. Ahora tengo un eje X de 360mm de rango.

Hice un nuevo patrón de agujeros en la placa matriz para sujetar mejor las planchas de aluminio para cortar las piezas del DARwIn-OP.

New Hole Pattern
Nuevo Patrón de Agujeros

El patrón de agujeros es para hilo M2.5. Están separados en ½” para alinearlo al patrón preexistente. Hice 3 líneas de agujeros uno al medio y una a  5/32″ de cada borde de la placa de 4″.

Primeras Piezas en Torno para mi clon de robot DARwIn-OP

Ahora que terminé de configurar mi torno CNC Sherline para cortar las piezas faltantes para mi clon de DARwIn-OP (FR07-F101, HN07-i101, and RX28-CAP), estoy haciendo los primeros cortes de prueba.

HN07-I101 and RX28-CAP
HN07-I101 y RX28-CAP (cortes de prueba a la izquierda y original a la derecha)

Logré cortar el HN07-I101 y el RX28-CAP. Tengo un set original que compré por lo que puedo compararlos, el rodamiento calza lo suficientemente justo. Todavía tengo que hacer los agujeros, pero haré algunas herramientas para hacerlos en la fresadora. Además tengo que pulirlos y anodizarlos.

 

Usé unos restos de aluminio 20XX que tenía, una barra de 1″ para el HN07-I101 y una barra de 5/8″ para el CAP, todavía estoy esperando unas barras de 15/16″ y 3-8″ de aluminio 6061 para hacer las piezas finales. El código G-code de corte está en la Sección de código de mi proyecto sourceforge, requieren una configuración de cambio rápido (o automática) con este setup de herramientas.

Configuración de Cambio Rápido para Torno Sherline

Para continuar con mi Clon del Robot DARwIn-OP,necesito hacer algunas piezas en mi torno Sherline.

Para esto, lo más práctico es una configuración de cambio rápido.

Quick Change Tools Setup
Herramientas de Cambio Rápido (actualizado)

El usar herramientas de cambio rápido permite calibrarlas una sola vez y luego, al cortar piezas, poder intercambiarlas en unos pocos segundos, volviendo a sus posiciones iniciales con un mínimo margen de error.

Las herramientas base que ocuparé son:

  1. Cuchilla de Corte Derecha (incrustación de 55)
  2. Cuchilla para mandrinado (para agujeros)
  3. Cuchilla de Corte Izquierda (incrustación de 55° para corte posterior)
  4. Cuchilla de Tronzado (para la separación final de la pieza)
  5. Cuchilla de Corte Izquierda (con punta de mínimo radio para esquinas)
  6. Cuchilla de Corte Izquierda (en posición para cara derecha)
  7. Cuchilla de Tronzado Derecho (la misma herramienta #4, calidrada para corte derecho)

La torre de cambio rápido debe alinearse especialmente para la cuchilla de tronzado, yo uso el cabezal para hacer el alineamiento.

Quick Tool Post Alignment
Alineamiento de la Torre de Cambio Rápido

Para la operación CNC, las herramientas deben ser configuradas en la tabla de herramientas de LinuxCNC de forma que el software compense las distintas posiciones de cada una.

Tool Table Configuration
Tabla de Configuración de Herramientas

Varias pruebas de cortes son necesarias para calibrar los offsets X e Y de cada herramienta, también se puede configurar la curvatura de la punta de corte.

El uso de un torno CNC debe hacerse con cuidado. Un mal movimiento puede golpear una cuchilla contra la barra de metal mientras que el software CNC ni se entera, además la torre de cambio rápido se desalineará y las calibraciones tienen que hacerse nuevamente. También es bueno seguir algunas pautas de seguridad como apagar el torno antes de manipular cuchillas o brocas.

CNC Customizado para Sherline

Compré un torno y una fresadora Sherline unos años atrás.

Sherline Mill
Fresadora Sherline
Sherline Lathe
Torno Sherline

Rápidamente decidí agregarle control numérico por computadora (CNC) y terminé comprando el  hardware (motores de paso y los acoples de Sherline) y ahorrando un poco customizando la electrónica.

Stepper Motor and Mount
Motor de Paso y Acople

Hay disponible controladores de paso de 3 o 4 ejes basados en el chip Toshiba TB6560AHQ que es un driver PWM con microstepping y capacidad de hasta 3.5A por fase. Estos controladores se conectan a un PC vía puerto paralelo (que es preferido por la baja latencia) y cuestan menos de 100 USD.

Stepper Controller
Controlador de Paso de 4 ejes

Para PC, LinuxCNC es una distribución de Linux basada en Ubuntu (con instalador ISO) con extensiones de tiempo real (necesarias para girar los motores en forma pareja) y software CNC para ejecutar programas G-code y puede configurarse fácilmente para usar controladores por puerto paralelo.

LinuxCNC
LinuxCNC

El motor de paso original de Sherline es de 2A y 3.2V. La mayoría de las controladoras basadas en el Toshiba TB6560AHQ disponibles en lugares como ebay son de 3.5A, pero se pueden configurar al 70%, 50% or 20%. Así, a 50% me daría una corriente de 1.75A que es bastante cercana a la especificación del motor. También, una fuente de poder de 24V y 8A es suficiente para energizar el controlador, se necesita un voltaje mucho más alto que el especificado por el motor para darle un paso rápido ya que se debe forzar un cambio rápido de corriente en las bobinas del motor a un alto voltaje transiente.

Por otro lado, revisando los manuales del chip Toshiba TB6560AHQ, noté que el nivel máximo de corriente se configura con un par de resistencias (R) conectadas a los pines 11 y 14 (uno por cada fase). La corriente máxima es 0,5V/R. Estas resistencias tienen que soportar la corriente máxima a 0.5V, lo que significa 1.75W para 3.5A y deberían ser bastante grandes. Mirando la placa del controlador, no hay resistencias grandes visibles, así que desensamblé la placa (cada driver está apernado) y por el lado inferior se ven 2 grupos de 3 resistencias por driver.

Stepper controller current sensing resistances
Resistencias de control de corriente en controlador de paso

Estas resistencias parecen estar en paralelo y tienen valores de 1Ω, 0,51Ω y 0,33Ω. La resistencia equivalente es de 0,167Ω, lo que implica una corriente máxima de 3A (y se suponía que mi controlador era de 3.5A según la documentación). La configuración al 50% que estaba considerando me daría 1.5A, bastante menos que los 2A de la especificación del motor.

Ahora, si el controlador sólo tuviera las resistencias de 1Ω y 0.33Ω, esto daría una resistencia equivalente de 0.248Ω, lo que da una corriente máxima de 2.02A, suficientemente cerca de la especificación del motor. Así que sólo tengo que sacar las resistencias de 0.51 Ω y configurar el controlador al 100%.

Stepper Controller modified for 2A max current
Controlador de paso modificado para 2A

Alguien hizo un buen diseño con estas 3 resistencias en paralelo, se pueden configurar corrientes máximas de 0,5A, 1A, 1,5A, 2A ó 2,5A quitando 1 ó 2 resistencias.