FRESADORA 3D, CON MOTORES PASO A PASO CONTROLADOS POR PIC

[marmatar]

Bueno, aunque no está terminado todavía y hay algunas modificaciones para hacer sobre la mecánica ... a raiz de una consulta por una perforadora de PCB , abrí éste subforo para colocar aquí algo de la información que conseguí durante la búsqueda que realizé para hacer el diseño de mi máquina.
paulatinamente iré agregando datos sobre soft comercial para manejar gráficamente el fresado, corte, ploteado o perforado, que puede realizarse con ésta máquina...
Si bien mi proyecto (que nació hace mas de un año) comenzó por la necesidad de facilitar el corte de piezas para las maquetas que debo presentar para la universidad - aunque soy técnico electrónico y estoy con ésto de los PICs estudio Arquitectura... ya se lo que piensan , pero es largo de explicar... bueno, viendo que la fresadora también tiene la posibilidad de routear las placas de circuito impreso en su lado cobre creando las pistas y además puede ser utilizada para hacer el perforado preciso de la placa, para prototipos o pequeñas series sin la necesidad de insoladoras ni de baños ácidos.
Espero que ésto sea de utilidad para otros ya que además parte del material serviría para proyectos de robótica.

Suerte...
marmatar

[marmatar]

Transcribo parte de una página donde se detalla el circuito original que utilicé (modificándolo ligeramente) para el control de mi motores...

  This chip converts standard TTL step and direction signals to the phase signals used by a unipolar stepper motor for two axes.

Vdd:      5V +/- 10%
Vss:      0V (ground reference)
A Step:   Step input, step will be made on negative-going edge
A Dir:    Direction input, is read when step line goes low
A1-4:     Output for a unipolar motor in half-step sequence
B Step:   Step input, step will be made on negative-going edge
B Dir:    Direction input, is read when step line goes low
B1-4:     Output for a unipolar motor in half-step sequence
MCLR:     Master clear and Reset.  This line must be held high for normal operation.  Pull low to reset the chip.
OSC1/OCS2: Clock inputs - see diagram below for RC oscillator hookup.
Unused:   Just like it says, leave this pin floating if you like.  In Hakan Ertan"s version, this selects full/half stepping.
  Source code for the U-2 (a PIC 16F84 running a dedicated program) can be downloaded here and you can program the IC"s yourself.  If you don"t have a PIC programmer or are feeling lazy, you can buy pre-programmed and tested chips from me for $10 apiece.  See the ordering page for details.

   Hakan Ertan has uploaded code that adds full/half-step selection on pin 3.  Download his code here.  He has also submitted code for a version that runs on the PIC12C508A microcontroller.

  Here is a sample circuit schematic using the U-2 as a stepper driver for two unipolar motors.



1k resistors have been added to the schematic above at the base leads of the switching transistors.  My apologies for any confusion and "magic smoke" this may have caused.

NOTE:  Don"t fudge the value of the RC pair on the OSC1 pin.  It"s setting the clock speed of the chip.  A 22 pF cap looks a chili bean with two wires stuck in it, and has an underlined 22 .

  The step pin needs to be held low for 20 clock cycles minimum in order to guarantee that the chip will read it in time.  For the 2.5 MHz clock speed in the circuit shown, this works out to about 32 uS.  For TurboCNC, I set the pulse width to 40 uS just to be safe.

... en el próximo mensaje paso los programas para controlar los dos motores con un solo PIC 16F84 en simple paso u otro programa que tiene la opción de paso y semipaso.
Otro programa para controlar un solo motor con un 16C508...

Hasta el próximo mensaje

marmatar

[marmatar]

Aquí van los programas... en el primero está la fuente en asm y el compilado .hex
Éste programa es para un 16F84 y maneja dos motores paso a paso unipolares en modo paso completo... con el uso de entradas de dirección y paso.

El segundo es una versión mejorada donde puede optarse (con un jumper en el circuito), por paso simple o semipaso - esto aumenta la cantidad de pasos por vuelta al doble, por lo tanto la presición aumenta pero disminuye algo el torque directo.
El programa es facilmente modificable si se quiere optar en vez de semipaso, por un paso simple pero con doble excitación de bobinas - algo que aumenta el consumo del conjunto pero agrega algo de torque extra a los motores.

El tercer programa es similar al primero pero para el 12C508

[RGL]

Pero todo esto hbrá que montarlo físicamente en un "ente" 3D. Este ente ya existe en el mercado o hay que hacerlo a pelo como uno quiera.

No se si hay en el mercado algo standar con ejes x, y  yluego un eje Z que controla la altura y con una precisión suficiente para no "emborronar" el trabajo delicado.

En este tema "ando pez" que decimos en España cuando no conocemos un tema.

Saludos
Ricky

[marmatar]

Hola RGL...
Voy a tratar de explicarte en forma ordenada las posibilidades que tienes , que son muchas, principalmente en europa.
Comienzo por explicar el concepto básico de la mecánica:

En principio tienes que identificar el uso que quieres darle a la máquina... si el tema es que solo quieres utilizarla en el fresado y perforado de circuitos impresos, la máquina "física" es bastante sencilla y aunque te parezca mentira, la presición puede ser la suficiente incluso si la armas con material de rezago.
Pregunto si solo la vas a utilizar para confeccionar circuitos impresos porque de ésta manera se puede tener idea de un tamaño máximo de la cama de fresado y además porque de esa manera el "tipo" de mecánica puede hacerse mas sencilla todavía.
Voy a ser mas explísito... la máquina consta de tres ejes X, Y, Z... los dos primeros corren de manera horizontal y el último da la altura de fresado y perforado... en el caso de el trabajo del que hablamos, el recorrido de Z es muy pequeño... el extremo es para colocar y quitar el material y serán unos 5 cm.
La máquina consta de un "puente" por donde corre el eje X del soporte del minitorno (o Y según esté configurado el soft), como estamos hablando de placas de circuito impreso, que raramente superan los 45 x 45 cm no es necesario que éste puente se mueva como eje Y , sino que es suficiente que se mueva la "cama" donde se coloca el material a fresar.
Ésto es lo mas usual , aunque también  puede usarse el minitorno solo en eje Z y la cama se mueve en X e Y, pero esto se usa en dimenciones aún mas pequeñas.
En éstos casos los motores que mueven la cama en eje X e Y pueden ser de una potencia no muy alta, principalmente porque el peso del material a fresar es muy bajo.

En otros usos, cuando el material es mas pesado o tiene dimenciones mayores, es mas problemático (por el tamaño de la máquina y por el requerimiento de motores mas potentes, por eso la opción es la de mover sobre el eje Y a todo el puente incluyendo al eje X y Z.
Éste último es el caso de mi fresadora.

Sigo en el proximo mensaje...
marmatar

[marmatar]

La Mecánica:
Básicamente lo que hay que tomar en cuenta es el modo de transmitir el movimiento rotatorio de los motores en un movimiento lineal...
Aunque hay varias maneras de hacerlo, la mas común es uniendo una varilla roscada al eje del motor , la que produce un movimiento lineal en una tuerca que se fijará al elemento a mover.
Lo ideal en éste caso, para evitar al máximo los rozamientos (y por tanto la pérdida de potencia y hasta pasos en los motores), es utilizar varillas de rosca trapezoidal o cuadrada con tuercas de bolillas recirculantes... éstas en europa son bastante comunes, aquí se consiguen pero caras, y si el úso de la máquina es solo orientado al hobby o a la pequeña empresa, a veces no se justifica.
En la versión económica, se utilizan varillas roscadas de métrica 6 a 12mm que tienen un paso de 1 y 2mm respectivamente.

Si tomamos en cuenta que los motores paso a paso que se usarían tienen entre 48 y 200 pasos por vuelta la presisión es bastante alta, en forma ideal entre 0,04mm y 0,005mm, que restándole el error por juego que pueda tener el conjunto es respetable para el uso que le daremos.

Tomen en cuenta que haciéndolo manualmente el error ni se acerca a éstos valores.

Para evitar la pérdida de potencia, pasos  por extención presición, hay que evitar todos los rozamientos posibles...
deben usarse rulemanes (cojinetes) para éstos ejes.
Otro generador de rozamientos son las guías que encauzan los movimientos y evitan holguras... para ésto lo ideal son cilindros de acero trafilado y rectificado con cojinetes linealles de bolillas recirculantes , pero son caras en cualquier lugar del planeta...
En su reemplazo se utilizan muchas cosas, desde rodamientos comunes colocados en oposición, bujes de bronce autolubricado, bujes de nylon sobre superficies con tratamiento de teflon,... hasta guías de cajón a bolillas (que entre nosotros, para una fresadora pequeña pueden andar perfectamente)

SIGO EN EL PRÓXIMO...

[marmatar]

En el caso de una fresadora de PCB , el movimiento más crítico es el del eje Z... es donde necesitamos mayor presición y además donde mas fuerza haremos, no para fresar sino para elevar el conjunto mecánica , motor de alta velocidad (o minitorno).
Éso lo podemos solucionar, agregando una reductora (un par de engranajes o una correa dentada con dos poleas), de ésta manera agregamos presición y aumentamos la potencia utilizando el mismo motor.

Otra cuestióncrítica es la herramienta de fresado......
más aún con las placas de FV ya que son tan abrasivas que calientan mucho la herramienta "cocinándola" y haciendole perder el temple y por tanto el filo.
Para ésto la solución es usar buenas fresas y , si es posible, líquido refrigerante.

La electrónica puede conseguirse en placas comerciales ya montadas, y no son muy caras en europa, pero tranquilamente pueden ser hechas con un circuito simple con PIC como el que muestro en un mensaje mas arriba... la etapa de potencia dependerá de los motores que se utilizen... no menos de 500mA por bobina y en máquinas medianas , hasta 4A...
Para las prácticas puede usarse para la etapa de potencia el ULN2803 pero calienta mucho, y para corrientes de más de 500mA no sirve, para corrientes de mas de 1A es preferible utilizar MOSFET con compatibilidad TTL.

Sigo en el próximo
marmatar

[marmatar]

Ahora que ya están marcados los conceptos básicos , les paso algunos links para los que prefieren una máquina terminada o el kit de la parte mecánica, para no tener que cortar, limar y taladrar:

http://www.super-tech.com/root/MiniRoboIII/default_main.asp
en ésta página pueden encontrar un par de modelos sencillos pero que funcionan muy bien.
Puede verse una animación aproximada a como finciona la máquina.-

http://www.rcmodels.net/cnc/hobby/cnc.html
aquí hay una máquina que a mi entender es la mas prolija y lograda de todas las simples, de mesa.

Hay muchas otras máquinas comerciales pero en su mayoría son mas complejes y caras.
Y hay muchas mas máquinas hechas en casa de todos los tamaños y niveles de presición que iré colocando con el tiempo.

se viene el soft en el próximo mensaje...

[marmatar]

Bueno llegó la hora de los programas:

Aclaro que ninguno de éstos programas son específicamente para utilizar como PCBdriller ni para PCBengraver... pero la mayoría permiten trabajar con Gcode ,o en el peor de los casos puede interpretar desde un archivo HPGL (.lpt) ésto le permite fresar desde una imagen por ejemplo. También tienen intérpretes de archivos .dxf de cad y otros formatos.

http://www.dakeng.com/turbo.htm
éste es otro programa bajo DOS del que se puede bajar una demo. En éste caso permite utilizar también controladoras de fase directa del puerto paralelo además del sistema Step/Dir

http://www.ddt-us.com/
Éste sitio le va a gustar a mas de uno... tiene un programa específico para peforadoras de PCB y por lo que entiendo (nunca lo probé también graba las pistas.
Interpreta además de Gerber , archivos en “excellon NC“ para perforadoras.
Tiene una versión trial ...

http://www.artofcnc.ca/
Aquí hay tres programas , el Master5 (el que yo uso) y el Mach1 y Mach2
Hay varias versiones para distintos entornos, demos funcionales...

http://www.kellyware.com/kcam/index.htm
Otro buen soft bajo windows...(también lo uso), tiene posibilidad de configurar los puertos como el programa anterior.
Acepta archivos de distintos orígenes : Gerber, ExelonNC, AutoCad, HPGL, etc.
Muy bueno, demo funcional de la versión anterior. (si buscan se encuentra la 4)

http://www.deskam.com/download.html
Varias versiones del DeskCam, para DOS , y varias versiones de Windows, hasta la versión DesKCAM2000... Trial
Dependiendo de la versión es un intérprete Gerber o algo mas...dxf, archios drill, etc
No estoy seguro si permite el uso de controladoras de puerto paralelo, supuestamente si (nunca lo usé.-

Bueno por ahora creo que es suficiente... hay mas, pero no tengo en mente si podían setearse para puerto paralelo o si eran para placas standard... así que cualquier cosa después amplío datos.

Espero que tengan para entretenerse durante el fin de semana...

Un abrazo
marmatar

PD: agrego imágenes de como quedan las placas luego de fresadas... en un par de programas de la lista.-

[marmatar]

Algunos links mas , para los que quieran investigar como es el tema del CNC y los Gcodes:

http://www.aphtrading.co.uk/pages/apage3.htm
muy bueno y con mas links.

http://www.wokingham.demon.co.uk/index.htm
Para los que se animen a programar aplicaciones para éstos bichos CNC, muy bueno y con mas links.

si quieren aprender de motores paso a paso... el mejor sitio:

http://www.cs.uiowa.edu/~jones/step/types.html

---
http://213.10.73.60/majosoft/index.html
Muy buen sitio para entender los distintos tipos de máquinas de CNC caseras y el porqué de cada formato - ventajas y desventajas-
Dibujos y planos de algunos proyectos...

www.cenece.com
Aunque está orientado en principio a otra función (cortadora de polietileno expandido) también estan encarando una fresadora y tienen controladores por PICs...y está en español.

http://www.crankorgan.com/
Planos para algunas máquinas...lástima que creo que solo venden a USA y Canadá... es cuestión de probar.

y ahora les envió las imágenes de los planos de mi proyecto, el primitivo, en actual tiene varias modificaciones, principalmente se achicó...
pero la próxima fresadora si todo va bien, será parecida a ésta , en dimenciones y en el soporte del minitorno (principalmente porque ya lo había construído).

Cuando termine el plano de la máquina definitiva de éste proyecto subiré una imagen y en cuanto consiga una cámara digital haré lo mismo con las partes terminadas.

Un abrazo...
marmatar

[cucaracha]

Uff! Creo que voy a perder los ojos...
Grandiosa la recopilación!!
Bueno, creo que me voy a lanzar con esto, aunque poco a poco.
He mirado minuciosamente las dos placas que pones mas arriba como ejemplo. La del db9db25 esta genial. Si me dices que puedo hacerlo la mitad de bien que esa, me vale.
Una cosa. Usan motores paso a paso, y comentas que pueden perder algún paso por rozamiento. Supongo que si pasa esto todo se va al garete. Hay algún remedio para esto, lo pensastes ya??.
Otra cosa. Donde toma el punto de inicio la máquina, el punto de referencia. Se lo das tu, lo hace sóla empezando por una esquina o donde esté el taladro cuando empieza... Se podrían hacer placas a doble cara?
En fin, si pudieron ellos, porque no nosotros??

Magnífico marmatar!!

[cucaracha]

Bien marmatar. He estado buscando motores, pero los que he encontrado tienen un precio muy elevado (en amidata). En coelma ( http://www.todoelectronica.org/carro/tienda_cat.php?busca=C&cat=33&cate=Motores ) encontré algunos más económicos, pero creo que son bipolares, ya que tiene 4 conexiones. En la página no vienen características, pero por una revista que tengo te diré que el "AEG S026/48-4PIN" (P5111) da 48pasos/rotación, 5 Ohms por arrollamiento, 5V/1A.( http://www.sullus-computer.de/kemo/modul/p5111_d.html )
Otro es el "SAIA 10 Ohm" con 48p/rev, 4 conexiones, 5V/500mA.( http://www.sullus-computer.de/kemo/modul/p5338_d.html )
Y por último el AEG S021/24 (P334) con 142p/rev, 4 conexiones, 32 Ohms, 7,5V/500mA.
Por tanto todos son bipolares, creo. Bueno, los conoces, que opinas...
Un saludo.

[cucaracha]

Más.
La máquina fresadora, taladradora, cual sería la adecuada? Una dremel? Ya que supongo que el minitaladro que tengo para hacer los agujeros a las pcb se quedará corta de potencia.
Bueno si sabes otras mejores que la dremel (por si no es la más adecuada), mas específicas para fresado, pero con un tamaño similar, ya que no quiero que la máquina sea grande dímelo.
Estoy como un niño chico con esto
Un saludo.

[RGL]

Hola Marmatar,

Más admirable que la cantidad de conocimiento que tienes de este tipo de dispositivos es la capacidad de compartirlo con nosotros. Ante todo muchas gracias por las prolijas explicaciones que me han hecho tener una visión más real de este tipo de dispositivos. Soy un perfecto profano en este "mundillo" pero con tu explicación ya solo soy profano.  Todo esto te ha debido llevar tu tiempo. Bueno, muchas gracias por compartir tu tiempo y conocimiento con nosotros.

Todavía no he mirado los link, pero en cuanto acueste a los niños me pongo a navegar.

Un abrazo
Ricky

[cucaracha]

Más sobre motores. Encontré este en amidata a un precio razonable, pero tampoco se bien si sirve, como los de antes:
 en la página www.amidata.es meter en la busqueda rápida: 351-4574

Un saludo.