機構硬體設計

有著和3DP一樣架構的桌上輕型CNC, 筆者參考許多網路上的開源機型最後決定自行設計機構, 到不是這些已有的設計不好, 主要是這些機型雖然開源, 但機構件大多需要自行找料再加工切割鑽孔很不方便, 既然運作原理和3DP相同, 那何不發揮一下3DP的功能自己設計輸出, 所以有了一號二號機.

Sketchup一直是筆者的好夥伴, 這次的機型也是利用它設計完成, 雖然是簡單的塑膠機構件, 在組裝後一樣能完成各項任務, 也因為是塑膠件, 所以不論是打磨鑽孔都比金屬方便許多, 就算設計錯誤, 修改後重印也能立即使用, 無須因為大小,孔位, 厚薄等因素困擾, 有使用相關軟體的玩家可以嘗試一下.

機構分為 X Y Z 三軸, X軸為龍門架構, Y軸為工作底板, Z軸為垂直升降用來安裝鑽頭或雷射頭等工具(3DP就裝噴頭), 有3DP的玩家應該熟悉這架構(其實一樣), CNC機體以鋁擠為材料做框架, 以列印的機構件連結組裝, 設計時筆者也是修修改改, 在不失精準為前提下, 用最簡單的設計與組裝將機體架構完成.

一號機滾輪型, 以ShapeOko為設計參考, 使用滾輪時問題來了, ShapeOko用的是專用滾輪, 組裝後鋁擠滾輪咬合的緊密度剛好, 而筆者使用的是一般鋁擠(公制)與608軸承, 這樣的方式雖然在3DP上也有, 因為負載較輕問題不大, 若放在CNC的X軸上, 加上Z軸鑽頭重量, 容易導致前傾(重量不均), 有咬合不緊密的問題很困擾, 還好找出關鍵點解決了, 可以正常運作, 缺點是608容易生鏽, 雖不影響工作, 但看著"藍瘦", 所以要以此方案設計的玩家, 可以用塑膠滾輪( 大陸雷雕機都用得那種 )來代替608, 當然也可以選擇Openbuild專用滾輪配合鋁擠溝槽解決咬合的問題, 讓機器更精準穩定.
全機以Nema17四顆42步進馬達帶動皮帶運作, Z軸以光軸配M8牙條控制上下高度, 控制板為Arduino + CNC Shield + A4988, 使用Grbl韌體, 無限位設定, 工作範圍300x200mm 高度100mm.

二號機滑軌光軸型, 這台是以一號機的經驗改良設計的機型, 三軸以滑軌與光軸來設計架構, X軸以滑軌來設計改善了之前困擾, 穩定性非常好, Y軸左右各以二支光軸作為龍門移動, 由於 CNC Shield上有A軸插槽, 因此筆者在Y軸上用二顆馬達(左右各一)控制Y軸運動增加穩定.
全機如上述, 與一號機相同的鋁擠材料(500mm), 有限位設定, 工作範圍 370x280mm(應該可以到400x300)高度100mm.