CNC

Afin de compléter notre équipement essentiellement axé sur le design électronique, nous avons décidé de nous équiper d'une machine à commande numérique. L'objectif principal étant bien sûr de nous amuser et de se faire la main dans la réalisation mécanique. Nos attentes sont d'avoir une machine facile à utiliser, avec laquelle on pourrait notamment : graver des PCB, usiner des matières tendres : PVC ou Delrin et tenter d'usiner de l'aluminium.

Hardware

Cette fraiseuse est issue d'un projet open hardware - Shapeoko. Le premier kit (env. 200$, proposé par inventables) permet d'avoir la base mécanique pour réaliser ce projet, c'est à dire que tout le système de rails et 3ème axe est fourni sans les moteurs, la fraiseuse et la partie électronique.
=> Pour information, la Shapeoko 2 devrait être disponible prochainement (octobre 2013). Il s'agirait d'une version améliorant les défauts de la première; les différences ne sont pas encore officiellement disponibles.

    

Assemblage

Nous avons choisi de concevoir nous même la carte de pilotage de la CNC. Les détails de la partie software sont en bas de la page !
Ceci nous permet de choisir les composants et de prévoir la connectique pour un 4ème moteur dans le but de convertir la machine en imprimante 3D (besoin de l'extrudeur) dans le futur.
La carte intègre un ATMEGA 644P qui pilote les drivers de moteur pas à pas (TI DRV8818) sur un pcb en double couche.
Des entrées/sorties supplémentaires sont prévues pour commander la fraiseuse et recevoir des capteurs de fin de course notamment.

Il s'agit ni plus ni moins d'un condensé des meilleures cartes disponibles "prêtes à assembler" ou assemblées sur le net. L'ATMEGA 644P est le plus gros de la famille compatible avec GRBL.

La carte est conçu pour être complètement modulaire. Elle est composé de 3 zones :

• Alimentation (non visible sur la photo) : située à gauche de la carte, elle s'alimente en +19VDC (avec une alimentation de PC portable par exemple) et régule le 5V pour la partie logique.
• MCU : avec en son centre l'ATMEGA 644P, les connecteurs pour les contacts de fin de course, et des sorties en drain ouvert pour commander la vitesse de la fraiseuse par exemple, ou des systèmes de refroidissement (cooling liquid), voire un aspirateur.
• Driver : situés en bas de la carte, au nombre de 3 (compatibilité pour le 4e), basés sur le DRV8818 une version améliorée du 8811. Plus robuste, il supporte 2,5A contre 1,9A pour son prédécesseur. Beaucoup semblent avoir grillés des DRV8811 avec leur CNC, nous avons décidé de prendre un peu plus robuste !

Chaque "zone" est dessinée en double couches, avec un nombre minimal de vias (pour une réalisation hobby-iste). Les zones sont individuelles ! ce qui veut dire qu'elles peuvent être gravées et testées séparément avant d'être raccordées et soudées toutes ensembles. Sur la photo ci-dessous, nous avons choisi de graver en une seule passe la mpartie MCU et les 3 drivers.

Note octobre 2013 : le DRV8825 a fait son apparition en août 2013. Sur le papier il offre les mêmes specs que le DRV8818, avec un micro-stepping plus fin : 1/32 contre 1/8e de pas pour ce dernier. Promis, si on refait des drivers on essaiera le DRV8825 pour vous livrer nos impressions !

Fabrication de la carte driver

La CNC est tout d'abord testée avec un crayon sur du papier pour s'assurer que les mouvements et l'étalonnage par défaut sont bons.

Premier test de pilotage

Désormais la machine s'essaie sur la gravure de pcb ce qui permettra de se passer de bains chimiques pour la réalisation des cartes.

Premier test de gravure de PCB en utilisant l'outil pcb2gcode.

On note plusieurs imperfections notamment liées au procédé de gravure (vitesse de rotation, avance, type de fraise) et à la flexibilité de la structure de la fraiseuse.

Pour ce dernier point la version améliorée de la Shapeoko, avec un double entrainement, serait un plus.

Plusieurs fraises sont testées, la fraise conique donne de meilleurs résultats.
La durée de vie de ce type de fraise est probablement plus faible que des fraises carbure que nous testerons ensuite.

Fraises testées

Software

Le firmware situé dans l'ATMEGA 644P est le célèbre GRBL dont le code est open-source. Vu que nous avons conçu la carte électronique nous-même, nous avons besoin de changer le mapping des I/Os de GRBL. Nous avons donc réalisé un fork sur Github, et le code open-source est accessible ici : https://github.com/romain145/grbl

Vous y trouverez aussi le Bootloader, à l'url https://github.com/romain145/Sanguino

Les logiciels utilisés sur le PC sont les plus courants, comme G-code-sender, et le magique pcb2gcode minimisant le routage pour graver les pistes sur un PCB.

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Dernière mise à jour : mars 2014