Come determinare la struttura di una cnc in legno autocostruita

In questi ultimi anni il mondo delle cnc, probabilmente anche in relazione alla diffusione di macchinari a basso costo di provenienza cinese, ha subito un notevole sviluppo. Quello che prima era un settore relegato ad applicazione specifiche ad alta specializzazione è entrato, piano piano, anche al di fuori di esso investendo, in modo particolare il settore degli appassionati del fai da te. Probabilmente quanto detto anche in relazione all'aumentare delle competenze digitali nonchè alla diffusione dei sistemi di stampa 3d che molte cose hanno in comune con le cnc.

Decidere di acquistare o di progettare per poi auto costruirsi una cnc, quindi, è una cosa che si sta diffondendo in modo significativo. Molti di coloro che approcciano a tale settore hanno già delle specifiche competenze acquisite in altri settori, altri invece sono completamente neofiti e quindi a digiuno di ogni qualsiasi specifica competenza. la casistica è estremamente variegata e diversificata. Qualunque sia la condizione in cui chi si approccia a questo mondo si trovi costituisce comunque un passaggio fondamentale la consapevolezza di cosa si andrà a chiedere alla nostra macchina. Come per ogni mezzo meccanico infatti questo avrà delle capacità ed implicitamente delle limitazioni. Conoscerla prima di effettuare l'acquisto o di procedere con la sua progettazione e costruzione è pertanto un passaggio fondamentale. Ma non di semplice soluzione. In via approssimativa possiamo dire che gli elementi fondamentali che concorrono alla determinazione delle capacità di lavorazione della macchina sono:

Rigidità strutturale 

Questa caratteristica è di fondamentale importanza nelle macchine cnc. Senza entrare nei dettagli basta comprendere il fatto che quando la mia fresa entra in collisione con il pezzo a lavorare se la mia macchina non riesce ad eliminare tutte le sollecitazioni derivanti dalla movimentazione nonchè dallo stesso mandrino queste andranno a ripercuotersi sulla fresa (punto di maggior sollecitazione) la quale tenderà a spezzarsi. 

Questa caratteristica della macchina è correlata, a sua volta, ad alcuni fattori e principalmente a:

Definizione progettuale

Le macchine CNC, come tutte le macchine, devono fornire delle risposte a determinate sollecitazioni e pertanto devono sottostare alle leggi della statica. per tale motivo la definizione progettuale delle singole componenti ha delle ripercussioni sulle risposte che la macchina fornirà in termini di rigidità strutturale. Questo aspetto, ovviamene, non è alla portata di tutti ma è anche vero che i modelli delle macchine si sono andati via via standardizzando consentendo anche a chi, non dotato di competenze meccaniche tali da consentirgli di progettarla di ovviare a tale mancanza con l'osservazione attenta dei modelli. Non è semplice ma si può fare. Il risultato finale non sarà sicuramente la perfezione dal punto di vista modellistico si potrà fornire un ottimo compromesso.

Materiali utilizzati

Alla rigidità strutturale della macchina concorrono, ovviamente, anche i materiali utilizzati. E' evidente che un ponte che riceve delle sollecitazioni massime nel suo punto mediano sarà più o meno capace di assorbirle se realizzato in alluminio pieno piuttosto che in legno. Per cui è chiaro che la scelta dei materiali, oltre che incidere sul costo della macchina, inciderà anche sulle sue capacità.

Modalità di connessione

Questa è una parte che a volte viene poco considerata ed invece riveste un ruolo fondamentale. Provate ad immaginare le spalle di un ponte di una cnc realizzate in alluminio pieno a 12 mm di spessore che però poi sono fissate al carrello con un numero di viti o con un diametro delle stesse non in grado di equiparare le sollecitazioni assorbibili dal supporto che vanno a fissare. Comprometterebbero ovviamente tutta la rigidità della macchina e renderebbero inutili i materiali utilizzati.

Guide

Anche queste sono un particolare non secondario. Oltre ad incidere con i propri attriti sulla efficienza dei motori anche queste devono essere dimensionate con la struttura complessiva della macchina. Oltre ciò occorre tenere presente anche che per loro implicita tipologia geometrica ve ne sono alcune che possono essere definite concorrenti alla determinazione della rigidità strutturale mentre altre no, nonostante che magari offrano dei coefficienti di attrito inferiori.

Componentistica elettronica e motori

Anche qui la cosa non è semplice da riassumere ma sintetizziamo in questo modo. Ogni motore ha una specifica capacità di lavorazione espressa in Kn. Questa è quella che determinerà la, chiamiamola cosi, forza del motore nel movimentare la macchina. I motori passo passo non erogano potenza in modo costante a prescindere dal voltaggio con cui li attiviamo. Maggiore sarà il voltaggio (entro certi limiti) e maggiore sarà la risposta del motore. Per poter alimentare il motore a voltaggi più alti abbiamo bisogno di driver in grado gestire tali voltaggi. Per cui, da un lato il motore dovrà fornire una coppia relazionata alle esigenze della macchina che andiamo a costruire, entro i limiti della sua rigidità, ma allo stesso tempo, per non rischiare di avere un ferrari e mandarlo a 10 all'ora, dovremo alimentarlo con un voltaggio correlato a quelle che sono le caratteristiche del motore stesso (desumibili dal datasheet del motore). 

Quanto detto fin'ora voleva essere solo una breve introduzione. Ora torniamo al progetto di cnc in same. Molti mi hanno chiesto informazioni sulla mia cnc 110-70. In questo video ripercorro le fasi principali che mi hanno condotto alla definizione del progetto. Dalla scelta delle guide lineari, ai giunti, alle modalità con cui ho determinato la struttura mista legno-staffe. Una breve guida per chi vuole auto costruirsi una cnc. Perchè occorre rinforzare il piano Y. Come aumentare la resistenza dell'asse x. Come rendere tutta la struttura in legno più rigida. Come scegliere le guide lineari. Come scegliere il tipo di struttura. Quali tipi di legno utilizzare.