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Acertando o Português
Bom, primeiro temos que acertar o português do pessoal, FRESA é o nome dado a ferramenta de fresamento, FRESADORA é o nome da máquina que realiza o fresamento, estou falando isso, pois 90% do pessoal está usando os termos indevidamente.
Divisão de Áreas
Para fazer um projeto desse tipo, eu costumo dividi-los em áreas , no caso teremos as seguintes áreas:
Objetivos:
Qual seria o objetivo da máquina?
Mecânica:
Forças de Usinagem Seleção do Spindle Estrutura Transmissão de Movimentos Motores Acoplamentos Motor/Transmissão
Eletrônica:
Seleção de Drivers Fonte de Alimentação
Interpretador:
Turbo CNC
Objetivos:
A primeira coisa que você se deve perguntar seria qual é o seu objetivo com essa máquina CNC?. Seria fresar aço, madeira, isopor, fazer layout de circuito impresso. Para cada função existe uma configuração ótima, no caso de fazer circuito impresso, a configuração ótima seria usar uma máquina de 2 eixos, tendo o terceiro eixo (eixo Z) sendo acionado por um solenóide, que possui uma mola para realizar uma contrapressão a fim da profundidade de corte na placa não variar com a tolerância de planicidade da placa. Caso se tenha muito dinheiro para se gastar, pode-se construir uma máquina com três eixos verdadeiros, sendo que o eixo Z possua uma célula de carga afim de se medir a força de usinagem na direção Vertical e assim fazer um sistema de malha fechada. Como vocês podem ver as possibilidades são infinitas , no caso eu tentarei descrever o projeto e a construção de uma máquina de 3 eixos comum, afim de usinar volumes de 3 dimensões, porém não irei detalhar o uso da célula de carga o que foge um pouco do escopo do hobby.
Mecânica
Forças de Usinagem
A primeira coisa a se fazer é estimar as forças de usinagem, com isso você estipula qual será a sua velocidade de avanço, rotação da ferramenta, diâmetro da ferramenta, tipo de corte, e o mais importante, a rigidez da estrutura a ser usada, pois uma estrutura pouco rígida, fará com que ela se deforme diminuindo-se assim a precisão da máquina.
Seleção do Spindle
Spindle é o cabeçote da máquina, você precisará escolher um que atenda as suas necessidades, no meu caso eu acabei fazendo o meu próprio pois o spindle mais usado ( a Dremel) pelos hobystas não apresenta um precisão muito boa, no caso eu usei uma dremel como motor acoplando-a a um eixo de precisão através de um jogo de polias e correias planas, sendo que o eixo de precisão é sustentado por um par de rolamentos de contato angular especialmente montados com a pré carga requerida para eliminar qualquer folga.
Estrutura
A estrutura da máquina tem que ser projetada de maneira que seja o mais rígida possível e tenha a menor massa possível. Outro detalhe importante é que a geometria da máquina tem que privilegiar o movimento das menores massas em vez de se mover as maiores, pois eu tenho visto muitas máquinas que movem o conjunto inteiro do spindle (incluindo a estrutura), em vez de mover-se uma simples placa de circuito que pesa menos de 100 g. Tudo isso é para jogar a primeira freqüência de ressonância lá para cima, afim de que sua máquina funcione com maior velocidade sem enfrentar vibrações
Foto do Spindle da Minha Máquina
Transmissão
Nessa etapa se encontra o calcanhar de Aquiles do projeto, é aqui onde ocorrem os maiores debates e as maiores controvérsias para
quem tenta construir uma máquina. Tudo depende do resultado que você quer ter, no caso uma vez com minha fresadora eu tentei fazer uma trilha de circuito impresso de 0,25 mm de largura, e por incrível
que pareça a trilha tinha 0,25 mm pois eu estava usando um conjunto de fuso de esferas de alta precisão (pode ser encontrado na mitay: http://www.mitay.com.br). Se você usar polias e correia dentados, provavelmente você não será capaz de executar tal façanha pois
nesse caso os fusos possuem alta rigidez e polia e correia possuem baixa rigidez. Muita gente fabrica seus próprios fusos usando barras
roscadas de construção, o problema disso é que essas barras não são construídas visando a precisão, assim você não vai ter idéia de qual
será o resultado do seu projeto, tente ao máximo saber a precisão de cada elemento que for na sua máquina para saber se ela vai atingir o
seu objetivo.
Exemplo de Guia Linear
Motores
Existem diversos tipo de motores que podem ser usados para movimentar uma máquina CNC. Entre as soluções mais usadas eu posso citar a movimentação através de motores de passo, motor de corrente continua com Encoder , Servomotores. Para quem pretende construir uma máquina de baixo custo é melhor usar Motores de passo, primeiro porque o controle é bem fácil de ser implementado, além disso, é a solução mais barata, porém como pontos negativos, encontramos o fato do motor induzir vibrações, e ter ainda por cima uma velocidade um pouco limitada.
Acoplamento
O acoplamento é alvo de muitas discussões entre as pessoas que montaram máquinas CNCs. Eu já vi de tudo, desde buchas de bronze,acoplamentos feitos com mangueira de botijão de gás e inclusive canudinhos. Primeiro temos que entender o problema, porque o acoplamento é tão importante?. O acoplamento é importante para compensar o desalinhamento entre o motor e a transmissão. Qual é o problema de se usar buchas de bronze?. O problema de se usar buchas de bronze é que você terá que trabalhar com uma velocidade muito reduzida dos motores, pois em um ponto da rotação do mesmo ele precisará de mais torque para deformar a estrutura e vencer assim o desalinhamento, e nos motores de passo o torque é inversamente proporcional a velocidade. Qual é o problema de se usar canudinhos ou mangueira de botijão de gás?. Com esses dois tipos de acoplamento você com certeza verá sua máquina funcionando muito melhor, porém algo está acontecendo de forma muito escondida. Imagine que você construiu uma fresadora de placa de circuito impresso usando mangueira de botijão de gás, ao fazer suas placas provavelmente você perceberá que a largura das trilhas não está saindo uniforme, e algumas trilhas estão desaparecendo. A causa disso (uma das duas mais prováveis) é o acoplamento de mangueira, pois quando o motor gira um grau X, a transmissão irá girar X-Y, pois Y é a deformação na mangueira devido ao torque do motor, já que a mangueira não resiste a torção.Então qual seria a saída para fugir desses dois problemas?. As saídas seriam usar acoplamentos elásticos sem folga, ou usar uma transmissão auxiliar com polias e correia dentada entre o motor e o fuso (veja as fotos abaixo).
Conjunto Motor/Acoplamento/Guia Linear da Minha Máquina Acoplamento por Polias e Correia dentada de uma outra Máquina
Eletrônica
Seleção de Drivers
Não irei comentar muito a respeito disso, pois há no meu site uma matéria de uma placa XYZ, como novidade eu deixo apenas o arquivo de configuração dos motores do turbocnc para aquela placa. Note que ainda falta configurar o passo linear da máquina, e o tipo de acionamento é do tipo passo simples, pois olhando essas configurações é muito fácil configurar pra meio passo. Deixo como dica para aqueles que tem mais experiência e queiram montar um driver Chopper, que olhem o datasheet dos chips L297 e L298 que são os chips que eu uso para fazer o driver que eu utilizo na minha fresadora.
Drivers Chopper com L297/L298 da Minha Máquina
Fonte de Alimentação
Os motores que utilizo na minha fresadora são 3 motores de passo da Astrosyn, de 3 V e 2,2 A por fase. Como utilizo acionamento de meio passo, assim cada motor pode consumir no máximo 4,4 A, como são 3 motores o total de carga necessária é de 13,2 A, no entanto estou utilizando uma fonte de 12 V - 15 A estabilizada, pois há perdas no sistemas, note que estou usando 12V para motores de 3V e isso só é possível graças a tecnologia dos drivers Chopper do L297 e L298. Para a placa driver que está disponível no meu site, use uma fonte com alimentação igual ao do motor.
Fonte Estabilizada Acoplado aos Drivers.