چگونه دستگاه cnc بسازیم؟

این مقاله به شما یاد می‌دهد که چگونه یک دستگاه CNC روتر بسازید. شما می‌توانید با الهام‌گرفتن از این آموزش، تجهیزات CNC موردنیاز خود را بسازید. این آموزش تمامی گام‌های لازم برای ساخت یک دستگاه CNC را در بر می‌گیرد. نکته اصلی در مورد CNC روتر این است که آن یک دستگاه فوق‌العاده انعطاف‌پذیر و همه‌کاره است که می‌توان از آن به‌عنوان یک دستگاه دریل، روتر، اره و حتی یک دستگاه تراش استفاده کرد.

گام 1: طراحی دستگاه CNC

برای ساخت هر دستگاه جدیدی ابتدا باید یک طرح از آن تهیه کرد. برای انجام یک طراحی ساده، کشیدن چند طرح روی کاغذ کافی است؛ اما برای طراحی یک دستگاه پیچیده؛ مانند روتر CNC یک طرح دقیق سه‌بعدی لازم است. برای این کار می‌توانید از google sketchup استفاده کنید. google sketchup یک ابزار CAD رایگان است که می‌توانید آن را از اینترنت دانلود کنید. کار با آن آسان است حتی اگر از قبل نیز با هیچ نرم‌افزار CAD ای کار نکرده باشید. البته نمی‌توان در آن طرح‌هایی به‌دقت طرح‌های ایجاد شده در اتوکد داشته باشید؛ اما برای این کار نیاز را برطرف می‌کند.

هدف اصلی از تهیه طرح، به‌دست‌آوردن تمام ابعاد مناسب برای قطعات است تا بتوان آنها را به‌صورت آنلاین سفارش داد. همچنین از این مطمئن می‌شویم که ازآنجاکه دستگاه از قطعات زیادی تشکیل شده هنگام کار هیچ‌کدام به دیگری فشار و آسیبی وارد نمی‌کند.

قصد دارید کدام نوع CNC روتر را بسازید؟

به‌طورکلی دو نوع طراحی در ساخت CNC روتر وجود دارد: طراحی میز متحرک و طراحی دروازه متحرک. طراحی میز متحرک معمولاً برای CNC روترهایی با سایز کوچک مورداستفاده قرار می‌گیرد. دستگاه‌های میز متحرک ساختار ساده‌تری دارند و می‌توانند راحت‌تر از نوع دروازه متحرک ساخته شوند؛ اما نکته منفی که دررابطه‌با این نوع طراحی در مقابل دروازه متحرک وجود دارد این است که مقدار فضای اشغال شده توسط میز در پاکت برش تقریباً دوبرابر این مقدار در طراحی دروازه متحرک است و به همین دلیل از نظر سایز قطعه محدودیت وجود دارد. پس اگر فضای برش موردنیاز شما بیشتر از 30 در 30 سانتیمتر است احتمالا بهتر است که یک دستگاه از نوع دروازه متحرک ساخته شود. در این مقاله فرض بر این است که فضای برش مورد نیاز 65 در 65 است در نتیجه از سبک طراحی  دروازه متحرک استفاده می‌شود.

گام 2: ساخت چهارچوب دستگاه (Frame)

پس از طراحی سه‌بعدی و نهایی کردن ابعاد، باید ساختار فیزیکی دستگاه را بسازید. چهارچوب دستگاه ستون اصلی تحمل فشار و حرکت در زمان کار است و باید از موادی ساخته شود که هم سبک باشد و هم استحکام لازم را داشته باشد.

انتخاب جنس بدنه

اگر هزینه برای شما اهمیت دارد، MDF یا تخته سه‌لا (plywood) انتخاب مناسبی است. کار با آن ساده است و به ابزار خاصی نیاز ندارد.

برای ساختار قوی‌تر و صنعتی‌تر، استفاده از پروفیل‌های آلومینیومی صنعتی (مثل پروفیل ۲۰×۲۰ یا ۳۰×۳۰) یا ترکیب فلز و MDF مناسب‌تر است.

نکاتی در ساخت 

• یاتاقان خطی (linear bearing) یا واگن: برای حرکت روان روی ریل‌ها
• پیچ لید اسکرو یا بال اسکرو: برای انتقال دقیق نیروی چرخشی موتور به حرکت خطی
• مهره ضد لقی (anti-backlash nut): برای کاهش خطا در برگشت حرکت

مراحل نصب هر محور:

• ابتدا ریل‌ها یا میله‌های راهنما را روی بدنه نصب کنید.
• یاتاقان‌ها را روی ریل‌ها سوار کنید و مطمئن شوید که حرکت نرمی دارند.
• پیچ لید اسکرو را به‌صورت موازی با ریل‌ها نصب‌کرده و مهره را روی صفحه‌ی متحرک محکم کنید.
• در انتهای پیچ، کوپلینگ و موتور پله‌ای نصب می‌شود.

در سبک طراحی دروازه متحرک، محور Y معمولاً شامل دو ریل است که در دو طرف دستگاه قرار گرفته‌اند و دروازه روی آن حرکت می‌کند. محور X روی دروازه نصب می‌شود و محور Z بر روی صفحه متحرک X قرار می‌گیرد.

گام 3: نصب اسپیندل و محور Z

محور Z مسئول حرکت عمودی ابزار برش است. در این بخش باید اسپیندل (یا موتور برش) را به صورتی نصب کنید که بتواند با دقت بالا به بالا و پایین حرکت کند.

ویژگی‌های مهم:

• محور Z باید سبک و مقاوم باشد.
• حرکت آن باید بدون لقی و با حداقل اصطکاک انجام شود.
• اسپیندل به‌صورت عمودی روی صفحه Z نصب می‌شود.

می‌توان از موتورهای ER11، موتور درمل (Dremel) یا حتی کولت‌های AC بسته به بودجه استفاده کرد. توجه داشته باشید که قدرت اسپیندل بسته به ماده‌ای که قصد برش آن را دارید باید انتخاب شود.

گام 4: نصب سیستم حرکتی و الکترونیکی

اکنون که بخش مکانیکی آماده است، نوبت به نصب موتور‌ها و برد کنترل می‌رسد. این بخش مغز و عضله دستگاه شماست.

اجزای سیستم کنترل:

• موتورهای پله‌ای (Stepper Motors): اغلب مدل NEMA17 یا NEMA23 برای دستگاه‌های خانگی استفاده می‌شود.
• درایور موتور: مانند A4988،DRV8825 یا TB6600 که جریان مناسب را به موتورها می‌دهند.
• برد کنترل: معمولاً از Arduino UNO با CNC Shield یا بردهای کنترل تجاری استفاده می‌شود.
• منبع تغذیه: بسته به تعداد موتورها و اسپیندل انتخاب می‌شود. (مثلاً 24V/10A)

نکات نصب:

• حتماً از فن خنک‌کننده برای درایورها استفاده کنید.
• برای جلوگیری از نویز، کابل‌ها را مرتب و ترجیحاً با فریت یا شیلد محافظت کنید.
• کلیدهای محدودکننده (Limit Switch) در ابتدا و انتهای مسیر هر محور نصب کنید تا از برخورد ناگهانی جلوگیری شود.

گام 5: نصب و راه‌اندازی نرم‌افزار

پس از نصب بخش‌های سخت‌افزاری، باید نرم‌افزار کنترل دستگاه را راه‌اندازی کنید.

نرم‌افزارهای پیشنهادی:

• GRBL: فریم‌ور GRBL را روی Arduino آپلود کرده و با نرم‌افزار Universal Gcode Sender ارتباط برقرار کنید.
• Candle: نرم‌افزار ساده و سبک برای کنترل GRBL
• Fusion 360 ،Inkscape ،FreeCAD یا Corel Draw: برای طراحی فایل‌های برش و تبدیل آن‌ها به G-Code

پس از طراحی فایل، با استفاده از CAM (تولید مسیر ابزار) آن را به G-Code تبدیل و سپس برای دستگاه ارسال می‌کنید.

گام 6: کالیبراسیون و تست نهایی

قبل از شروع کار واقعی، دستگاه باید تست و کالیبره شود:

• حرکت هر محور را به‌صورت دستی کنترل کنید.
• مطمئن شوید جهت حرکت صحیح و بدون نویز است.
• یک فایل ساده G-Code (مثلاً برش یک مربع) را اجرا کنید و نتیجه را بررسی نمایید.
• اگر حرکت دقیق نیست، ممکن است نیاز به تنظیم میکرواستپ‌ها، تعویض درایورها یا تنظیم سرعت در نرم‌افزار داشته باشید.

گام 7: شروع تولید و پروژه‌های واقعی

اکنون دستگاه CNC شما آماده کار است! می‌توانید روی چوب، پلاستیک، فوم یا حتی آلومینیوم سبک شروع به برش و حکاکی کنید. حتماً در ابتدای کار، تنظیمات سرعت و عمق برش را با دقت انتخاب کنید تا از شکستن ابزار یا آسیب به دستگاه جلوگیری شود.