XY-bord

Eftersom ett datorstyrt XY-bord kan vara trevligt att ha, så byggde jag ihop ett sådant. Projektet består av flera mindre delar, som gås igenom lite snabbt i nästa stycke. Från början skulle jag bara samla ihop lite bra länkar till min lillebrorsa som var sugen på att bygga sig ett XY-bord, men han tappade intresset samtidigt som jag fastnade för iden.

Delarna i XY-bordet

Här beskrivs de olika delarna i XY-bordet ganska kortfattat. Rent allmänt kan man säga att det är tjocka MDF-plattor och några aluminiumprofiler som håller ihop det mekaniska. Jag gjorde aldrig någon riktig ritning innan jag satte igång, utan byggde mest "på känn", med en massa ihop och isär-plockande för att se att sakerna verkligen passade ihop på ett bra sätt.

Det elektriska styrs av en AVR, som i sin tur styrs av en egen g-kods-parser som jag håller på att utveckla. När den delen blir användarvänlig lägger jag upp mer info här. Sen får man inte glömma stegmotorerna heller, som drivs av några gamla MOSFET-transistorer och får sin strömförsörjningen från en gammal dator-nätdel.

Koordinatbordet

Koordinatbordet jag använder tar hand om X samt Y-axeln i fräsen. Det är ett litet proxxon-bord, som man kan köpa för 850 spänn (våren 2008). Fördelen med ett färdigt bord är att man får två axlar nästan direkt, med hyfsat lite glapp i. Det var däremot lite knepigt att få till fastsättningen av stegmotorerna, men det gick att lösa till slut.

Z-axeln

Z-axeln sitter fast i ett mycket robust torn som sticker upp från bottenplattan. Från början svetsade jag ihop en z-axel med som med hjälp av en gammal skärbräda skulle glida längst två rundstänger. Jag var aldrig särskilt nöjd med den konstruktionen, utan köpte två överblivna linjärlager av en kollega (som också byggt sitt egna xy-bord).

För att få någon rörelse så har jag en gängstång (M6) som är lagrad i bägge ändarna. Själva skruven som skjuter släden uppåt och nedåt är ett 15 mm långt gängat hål i en aluminiumbit. De känns som om det nästan inte finns något glapp alls i den axeln.

Till sist så har man fästet för fräsen, och det är bara ett utkapat V i en stor träbit...

Stegmotorer

Jag hittade stegmotorerna jag använde på en surplus-firma här i sverige, så dom kostade bara någonstans mellan 25 och 50 spänn. Tyvärr har dom hålen för fastsättning på baksidan av stegmotorn, och det gav en massa extre jobb. Stegmotorerna har 200 steg per varv och ska dra 0,9A per lindning vid 4,0V. Jag kör med halvsteg för att kunna snurra dom snabbare, men eftersom koordinat-bordet bara flyttar sig en mm per varv, så är fräsen ganska långsam ändå.

Stegmotordrivare

De drivare jag använde var något jag slängde ihop för flera år sedan, och var aldrig tänkta att switcha särskilt induktiva laster, men jag hade haft induktanser i baktanken när jag konstruerade dom, för det finns lite dioder som skyddar både här och där.

Jag måste nämna att det finns flera andra varianter på stegmotor-drivning som skulle fungera mycket bättre. Minst två varianter måste nämnas: För det första chopper-stabiliserade drivare (som försöker mata stegmotorerna med högsta tillåtna (medel)ström genom att switcha av och på en mycket hög spänning. För det andra varianten där man kör med en konstant mycket högre spänning och har högeffekts-motstånd för att de högsta strömmarna som uppstår (när en lindning inte pulsas, utan bara har resistivt motstånd) ska begränsas till det tillåtna.

Kontroll-elektronik

Elektroniken styrs faktisk av en arduino, kanske mest för att den var billig, och är enkel att sitta och utveckla mot. Jag modifierade arduino-kortet en aning för att kunna koppla in serieporten via en krets som ger optisk isolering av USB-kontakten. Annars har jag bara lite extra kretsar för att få fler datalinjer.

Kontroll-programvaran är för tillfället skriven helt i C, och tar egentligen bara emot koordinater den ska röra sig emot. Koordinaterna är i "antalet steg" som stegmotorerna ska flyttas.

Optiskt isolerat USB till serie-interface

Jag kände att jag ville isolera datorn från fräsen eftersom jag switchar en massa induktanser, så jag byggde mig ett optiskt isolerat USB-interface.

Programvara

Eftersom jag har ett unikt (lite smartare?) protokoll till fräs-elektroniken, så fanns det ingen annan programvara som funkar. Hade man istället byggt driv-elektroniken så att den får steg och riktnings-pulser från paralell-porten hade man kunnat köra med nästan vilken mjukvara som helst. Från början tänkte jag skriva en plugin till EMC2, men när min bärbara inte klarade att köra exempel-programmen på deras live-cd bestämde jag mig för att skriva en helt egen g-kods-parser.

Det känns numera som att det kommer att bli ett ganska stort projekt. Från början hade jag ett kommandorads-interface. Numera kör jag med SDL för att se hur verktyget kommer att flytta sig innan fräsningen startas, och kan styra fräsen med en joypad eller tangentbordet. Just nu funderar jag på att gå över till GTK+, och har redan ritat upp en beta-design i glade som jag tror jag kör med.

En helt annan funktion jag har som kan vara kul, är att exportera tolkningen av verktygsrörelser så att man får en povray-modell av det man fräser. Den modellen kan man sen rendera och få riktigt snygga bilder ifrån. Just nu saknas funktioner för att kameran automatiskt ska peka helt rätt, och jag har inte heller orkat kolla hur man ska få texturer för insidan av objekt. Povray-stödet ligger på beta-stadiet, men det är användbart redan idag.

Buren

Hittade ett litet glasbord med aluminiumben och en spånskiva i mitten på en loppis får 65:-, som jag bara var tvungen att skaffa till fräsen. Jag tänkte att om bordet var för litet, så kunde man i alla fall smälta ned aluminiumet och göra något annat av det.

Status

Just nu jobbar jag mest med den linux-baserade mjukvaran, och all hårdvara är så gott som klar. Skulle vara trevligt med ändlägesbrytare (har kommit men är inte monterade), dammskydd till stegmotorerna, spånutsug, och polykarbonat-skivor till buren.

Film på en av de tidigaste körningarna

Get the Flash Player to see this player.

Notera att film-klippet är ganska uppspeedat, i verkligheten tog fräsningen ungefär en halv-timme. Jag har ännu inte tagit reda på vad max-hastigheterna jag kan röra axlarna ligger på, så där kan man nog vinna lite tid. Om man också förbättrar drivningen av stegmotorerna så kanske man vinner ännu mer tid.

Länkar