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我很享受手工木作带来的乐趣和他给作品带来的独一无二的touch。不过我也很接受现代工具和传统工艺相结合所带来的方便，精确和前所未有的创意。在我看来现代加工工具将人从繁复的劳动中解放出来，才有更多的精力放在设计和创新上。 在这个数字时代，几乎所有的都是计算机控制的，我对CNC并不陌生，几年前就改装过一台小型金属铣床成数控，但是当时改装纯粹是处于对工具本身的兴趣，并没有什么需求。经过几年的经验积累，对自己的需求有所了解，在我的许多设计中，板材切割的精度和重复性都有一定要求，如果有一台可以切割大面积板材的机器，甚至可以偶尔满足我切割铝或者铜的要求就更好了。
市面上有许多板材切割CNC可以选择，对于我来说，当然是要自己做才有意思。在DIY市场里，最流行的就是基于80/20铝型材的机器。80/20铝型材精度高，装配选择多，重量和强度比高，非常适合用来制作CNC，唯一的缺点就是价格较高。基于80/20的CNC中最流行的就是 http://www.cncrouterparts.com/的设计，结构简单，制作也不难，但是由于采用了高X轴的设计，如果切割较硬材料时，Z轴的晃动有些大。
KRMX02（ http://www.kronosrobotics.com/krmx02/）是另外一个基于80/20，大部分使用cncrouterparts的零件的一个设计。这个设计使用了低X大梁（相对于导轨）的设计，整个机器要结实很多。由于主要采用了普通钢材和铝材，价格和cncrouterparts的几乎一样，只是有许多零件需要自己加工，这对我来说不是问题。对于我来说制作这个机器的过程本身就是一个享受。
其实早在一年前我就买来了所需的钢材，钻了孔，喷了漆，可是由于没有地方摆放这个机器，一直没有继续。前几个月，终于打算把后院的小房收拾一下，用来安置这台CNC。后院这个小房子是前屋主年轻的时候用来作为电子实验室的，前屋主是个电子工程师，整个小房子里面布满电线。小屋子虽然不住人，但是建筑质量一点不含糊，隔热效果非常好。缺点就是房子小了些。勉强能放下这台切割4尺x4尺的CNC。
下单买了铝材，螺丝五金件和cncrouterparts的配件后之后，就开始制作木架子了。整个CNC将在这个木架子上装配，之所以用木头，除了成本考虑之外，木头的吸震效果也很好。木架有几个特地： 1 采用这种懒人榫卯结构，粘结面积大，制作也很简单。 2 中空，这样以后可以用来放材料 3 可拆卸，四面之间用螺栓连接 4 脚垫高度可调，用来校准cnc桌面
接下来的几天，材料陆续到了。我收到螺丝包裹的时候吓尿了，足足25公斤的螺丝。。。
金属件很多都需要切割，尤其是铝型材。我用了一块金属切割专用的锯片在斜切上切的。效果非常好，切口平整也很直角。即使这块4寸x2寸的实心铝块，也不在话下。
制作的过程很享受，像是组装大孩子的乐高，不过由于很多孔都是手工钻的，难免有些误差， 装配中多了很多修整的步骤。
首先将Y轴大梁组装好，这里两边两条3X3的角钢夹住铝块将大梁3X6的80/20铝型材提高。由于Y轴大梁不需要移动，重量不是问题，所以设计得非常结实。再将Y轴固定到底面的5根3X3的80/20铝型材上。我所有的导轨都使用冷压钢材，这是Y轴的导轨。由于还在等其余零件，顺手把X轴的导轨也装好了。由于X轴需要移动，所有尽量采用比较轻的铝材，只有导轨是钢的。对角线法调整Y轴成一个长方形。
Cncrouterparts的零件到啦！我好像小孩子拿到圣诞礼物一样，迫不及待拆开。零件包装很好，有精度要求的部件都是数控切割，做了表面喷砂处理，质量很满意。我的步进电机和电机控制器也都是他们家买的，不是最便宜，但是质量有保障。整个装配过程最享受的就是组装精确切割的零件，所有孔位都对得很齐，一个晚上一边陪小妞画画，一边就把这些导轨滑块做完了。每个滑块上都有12个轴承，每组3个，夹住导轨的上下和边沿。
第二天晚上把滑块装上Y轴，调整间隙。调整间隙花了我好长时间，不能太松，不能有间隙，但也不能太紧，整个行程需要比较流畅。然后就是上X轴大梁，这大梁估计要有60公斤，我一个人勉强能抬到位。接下来安装X轴滑块，滑块上还有Z轴的滑块。其实Z轴是反过来的，滑块固定，轨道是可以上下移动的。
下一步是装上步进电机。整个机器Y轴最重，由两个步进电机和齿轮齿条推动，X轴由一个齿轮齿条推动，Z轴是5星丝杆驱动。
到这里机械部分基本完成，接下来是配置和连接电子部分了。
我的设计中，电子控制部分分三层，第一层是计算机，第二层是cnc控制器，第三层就是终端控制（步进电机）和感应器（限位开关）。
第一层计算机： 我的设计中，采用电脑并口直接控制，所以我需要的计算机速度不需要多快，但是不能有延时，因为cnc控制需要机器不断发出指令，如果计算机延时超过步进电机的允许范围，就会出现跳步，或者死锁之类的。由于计算机需要在工业环境工作，最好不带风扇，体积要小。我配了台Atom的小机器，由于我采用开源系统Linuxcnc，所以对机器要求不高。如果你采用比较流行的Windows平台的Mach3，那么这台机器是不够的。选择控制系统可以说是装配cnc中最大的一个决定，这比许多硬件选择都要难，这里是我选择linuxcnc的理由：
第二层CNC控制盒： 这里面包括最复杂的部分是步进电机的控制部分，这里主要是电机驱动。我采用的是Gecko公司的G540板。这是一块多合一4轴步进电机控制板，你如果有兴趣也可以直接买步进电机的驱动电路，直接用并口线控制。除了控制电路外，控制盒内还包括开关电源用来给步进电机供电，紧急开关，信号线接口等等。我找来一个20年前的电源盒子，把里面清空了，刚好放下所有的这些元件。
第三层电机和感应器： 理论上来说只要电机连上，机器就可以动了。可是没有限位开关，这样操作是比较危险的，操作不当很有可能超过行程，导致机器损坏甚至伤到人。整个制作过程中最艰难到一步就是忍住在没有装限位开关之前试机。。限位开关其实就是在几个行程的端点固定上微动开关，一般采用NC，也就是没有触发的时候是联通的，如果触发，驱动电路会自动切断步进电机的电源，减少危险发生的可能。 限位开关装好后总算可以试机了。，XYZ轴的运动都没有问题，限位开关也起到效果。
线路比较乱，电线很容易夹到吃齿轮齿条里面。在正式切割之前，想把电线先整理好。整理电线用了现成的电缆导管，顺便把暴露的电线都用导管包上。 试一下车，自动归零和慢速测试。
剩下最后一步就是桌面了。最结实和方便的做法是用铝型材做桌面，但是由于面积比较大，金属台面的成本不小，大概600刀左右。而且即使使用了金属台面，在切割的时候还是要垫一块木板在下 面，防止切到台面，并不方便。我选用了两层MDF来制作台面，地下一层是整块的MDF板 ，上面切成3寸的条，之间使用铝导轨隔开。铝导轨起到固定工件和加固台面的作用。上层的木板是损耗件，方便更换，我用了金属预埋螺母固定，这里即使更换多次也不会有过多磨碎。还找来一个免费童工干活。
数控加工中很关键的一步是CAM，也就是把三位模型转化为机器加工步骤。我用了Fusion 360自带的CAM功能，即免费，功能也很强大。先设计个测试模块，包括几个方形和一个圆形。本以为最难的部分已经过去，生下来的会比较顺利，谁知道我的机器Y轴经常卡住，系统现实Y轴错误。我花了近一周的时间总算找到原因，原来我用的驱动电路G540带有四个分开的步进电机驱动电路，其中一个电路有故障，导致Y轴两个驱动电机不同步。虽然找问题的过程很困难，但是从中也学到不少，最后找到问题也很有成就感。联系了商家后，几天后给我寄来了全新的驱动电路。换了新的驱动电路以后，一切正常，再也没有跳步了。这里切割一下测试件验证一下，上面那个是有跳步的，可以看到纵向有横移，下面一个就没有了。切口比较粗糙，因为是测试件，就是一刀到底，而且用的很钝的直刀。
估计大家最关心的就是价格了，作为大家不厌其烦看到最后的奖励，这里公布一下费用：
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发表于 2017-4-7 11:03:08
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