Bikin CNC LASER/PLASMA sendiri (first test)

Apasih CNC itu?

Wikipedia.org -

Computer Numerical Control / CNC (berarti "komputer kontrol numerik") merupakan sistem otomatisasi Mesin perkakas yang dioperasikan oleh perintah yang diprogram secara abstark dan disimpan dimedia penyimpanan, hal ini berlawanan dengan kebiasaan sebelumnya dimana mesin perkakas biasanya dikontrol dengan putaran tangan atau otomatisasi sederhana menggunakan cam. 

Kata NC sendiri adalah singkatan dalam Bahasa inggris dari kata Numerical Control yang artinya Kontrol Numerik. Mesin NC pertama diciptakan pertama kali pada tahun 40-an dan 50-an, dengan memodifikasi Mesin perkakas biasa. Dalam hal ini Mesin perkakas biasa ditambahkan dengan motor yang akan menggerakan pengontrol mengikuti titik-titik yang dimasukan kedalam sistem oleh perekam kertas. 

Mesin perpaduan antara servo motor dan mekanis ini segera digantikan dengan sistem analog dan kemudian komputer digital, menciptakan Mesin perkakas modern yang disebut Mesin CNC (computer numerical control) yang dikemudian hari telah merevolusi proses desain. Saat ini mesin CNC mempunyai hubungan yang sangat erat dengan program CAD. 

Mesin-mesin CNC dibangun untuk menjawab tantangan di dunia manufaktur modern. Dengan mesin CNC, ketelitian suatu produk dapat dijamin hingga 1/100 mm lebih, pengerjaan produk masal dengan hasil yang sama persis dan waktu permesinan yang cepat.

NC/CNC terdiri dari tiga bagian utama :

   1. Program
   2. Control Unit/Processor
   3. Motor listrik servo untuk menggerakan kontrol pahat
   4. Motor listrik untuk menggerakan/memutar pahat
   5. Pahat
   6. Dudukan dan pemegang

Prinsip kerja NC/CNC secara sederhana dapat diuraikan sebagai berikut :

Programer membuat program CNC sesuai produk yang akan dibuat dengan cara pengetikan langsung pada mesin CNC maupun dibuat pada komputer dengan software pemrogaman CNC.

Program CNC tersebut, lebih dikenal sebagai G-Code, seterusnya dikirim dan dieksekusi oleh prosesor pada mesin CNC menghasilkan pengaturan motor servo pada mesin untuk menggerakan perkakas yang bergerak melakukan proses permesinan hingga menghasilkan produk sesuai program.

Sebetulnya sudah lama banget pengen bikin alat ini, tapi tidak pernah fokus dan tidak pernah kelar-kelar karena banyak hal yang mesti diurusin, ya memang alat ini bisa dikatakan robot, seperti printer, plotter, mereka adalah robot-robot yang difungsikan untuk keperluan tertentu, mereka bekerja berdasarkan numerical control.

Dulu 2007 pertama kali saya bikin CNC pake motor printer bekas, driver bikin sendiri sebagian komponen dari printer bekas juga, konstruksi menggunakan full acrylic 5-10mm, sayangnya motor terlalu cepat panas, juga ball-screw yang digunakan hanya ulir panjang, jadi kurang maksimal, terlalu lambat, video dibawah ini diconvert+compress ke *.3gp supaya bisa diupload jadi ancur resolusinya, haha.. konstruksi komplitnya terlalu besar untuk diupload, koneksi internet sedang berkabung, SURAAAAM!!!

Video Z Axis TRIAL (2007)

Z Axis ini menggunakan konstruksi dari acrylic + alumunium, motor menggunakanUNIPOLAR stepper motor bekas printer, untuk pengujian dibuat driver TRIAL menggunakan IC CMOS decade counter 4017, dan diteruskan ke array transistor darlington ULN2003(bekas printer) sebagai output, clock menggunakan IC timer 555 (monostable) + potensiosebagai pengatur clock (kecepatan), rail/slider menggunakan bekas printer.

Untuk BIPOLAR stepper motor terntunya sedikit ribet karena harus menggunakan rangkaian driver double H-bridge, seperti rangkaian dibawah ini.

Bearing bekas digunakan sebagai slider

Ball-screw (GENERIC MODIFICATION)

Berikut 5 komponen utama CNC

1. Stepper Motor :

JAPAN SERVO stepper motor

Stepper motor 3 axis (X, Y, Z)

Baru dapet motor baru neh, hehe...masing-masing motor akan difungsikan untuk menggerakan masing-masing axis yaitu X (horizontal to X axis), Y (horizontal to Y axis), Z (vertical to Z axis).

2. Controller :

Controller pengujian pertama menggunakan Arduino NANO ATMega328

Arduino disini hanya difungsikan untuk menguji stepper motor dengan memberikan signal PWM pada kabel input bipolar stepper untuk melihat dan membuktikan data dari datasheet. Dari sini bisa didapatkan data real sekaligus menguji motor seperti torsi, temperatur, step angle, dsb. Motor stepper tidak sama dengan motor DC biasa, cara kerja dan cara mengoprasikan motor stepper bisa dibaca diartikel Cara mengoprasikan motor stepper Bipolar.

Berikut sketch program yang saya gunakan dalam percobaan ini : 

#include <Stepper.h>

const int stepsPerRevolution = 200;
Stepper myStepper(stepsPerRevolution, 8,9,10,11);           

int stepCount = 0;  

void setup() {}

void loop() {

  int sensorReading = analogRead(A0);
  int motorSpeed = map(sensorReading, 0, 1023, 0, 100);
   if (motorSpeed > 0) {
    myStepper.setSpeed(motorSpeed);
      myStepper.step(stepsPerRevolution/100);
  }
}

Prinsip sketch program TRIAL ini sama persis seperti cara kerja driver CNC yang awal saya buat, yaitu menggunakan input analog dari potensio untuk mempercepat signal clock, bedanya disini saya tidak lagi menggunakan IC timer 555 tapi menggunakan arduino + sketch program + L298N (dual H-bridge) sebagai driver.

3. Driver :

TB6550 3 Axis driver + optoisolator (LPT port as INPUT)

TB6550 3 Axis CNC driver (LPT port as INPUT)

1 Axis driver L298N+optoisolator

 

Video pengujian stepper motor (first step)

Video pengujian stepper motor DVD room bekas

4. Construction Design

Construction alumunium chasis

Langkah selanjutnya stepper motor akan dikendalikan langsung oleh komputer menggunakan LPT port, kelemahan dari pada motor stepper adalah torsi yang menurun seiring RPM tinggi hingga dapat menimbulkan missing step, memang idealnya kalo mau sempurna menggunakan motor servo, hanya motor servo harganya sangat tidak bersahabat, haha...atau gunakan motor DC dan buat rangkaian ENCODER, seperti prinsip kerja printer, tentunya biaya akan lebih murah, namun pengerjaan dan program akan lebih menantang, haha...

Namun untuk mesin CNC LASER atau PLASMA tidak dibutuhkan konstruksi yang kokoh, bisa digunakan konstruksi dari full acrylic atau kayu MDF, karena kontruksi ini tidak akan mendapatkan tekanan berat karena LASER atau PLASMA tidak akan berhubungan langsung dengan beban kerja, berbeda dengan CNC milling.

5. Software CNC, G-CODE

Ada banyak alternatif pilihan untuk ini mulai dari  yang open source sampai yang berbayar, tentunya yang berbayar lebih lengkap pluginnya.

CNC Control Software (Machining/Milling/Lathe):
EMC 2 - Linux
AXIS - GUI for EMC 2
KC AM - Windows 98
TurboC NC - DOS
Mach2/3 - Windows 2000/XP
DeskC NC - Windows
C NC Zeus - DOS
Master5 - Windows 95/98
DesKAM - Windows/DOS
C NC Pro - DOS (recently opened sourced)
USBC NC - USB controlled C NC
C NC Dudez - Another USB controlled C NC

CAM Software:

Heeks C AD/C AM - FREE
G-Simple - FREE
FreeMill - FREE
Dolphin C AD/C AM
C amBam
Vizion (ArtC am)
OneC NC
VirtualGibbs
MasterC AM
BOBC AD-C AM
RAM
MeshC AM
VisualMill
TurboC ADC AM
DeskC NC
SheetC AM
OneC NC
SprutC am
EdgeC AM
ArtC AM

CAD Software:
Google Sketchup - FREE
Blender - FREE
C aligari TrueSpace - FREE
Wings 3D - FREE
Moi3D
C orel C AD
ArtC am
SolidWorks
RhinoC AD
SolidEdge
AutoC AD
TurboC

CNC Utilities:
SimpleC NC
Machinists Tool Box
Ace C onverter - DXF to G-code converter
C NC Toolkit
ImageToGcode
NC Plot - G-code Viewer and Backplotter
DXF2GC ODE
C NC Wrapper - Rotary table g-code utiity

Sumber