Machine CNC triple fonction – Version premium améliorée

Composants et fournitures

Composant	Quantité
Arduino UNO	1
Drivers moteurs pas-à-pas A4988 (SparkFun)	4
Moteurs pas-à-pas NEMA 17 (OpenBuilds)	4
Shield CNC pour Arduino	1
Alimentation 12V / 29A (OpenBuilds)	1
Vis de commande métrique 8mm Acme (OpenBuilds)	1

Outils nécessaires

• Imprimante 3D (pour pièces imprimées)
• Fer à souder

Présentation du projet

Après quelques semaines de pause, l'équipe revient avec une version améliorée de leur machine CNC triple fonction "maison". La version précédente est visible ici.

Nouveauté majeure : Moteur brushless (drone) comme broche

Contrairement aux broches classiques (moteur à courant continu, Dremel, spindles), cette version utilise un moteur brushless (type drone) comme outil de fraisage/gravure. C'est une approche originale, jamais vue sur YouTube ni autres plateformes selon les auteurs.

3 fonctions en 1 machine

1. Gravure / Fraisage léger avec le moteur brushless comme routeur.
2. Découpe et dessin laser (module laser monté en lieu et place de la broche).
3. Dessin au stylo (Plotter) pour tracés techniques, PCB, artwork.

Grâce aux pièces imprimées 3D conçues comme modules "plug-in", le changement d'outil est simple et rapide. Le design est épuré : pas de matériel superflu, pas de câbles inutiles.

Fichiers fournis

• Pièces STL (impression 3D) : archive cnc_stl_uEcDxyRzHu.rar
• Firmware GRBL (code Arduino) : le fichier hex/binaire complet est fourni dans la section Code (voir ci-dessous).
• Schéma de câblage : image fournie.

Firmware GRBL (code Arduino)

Le code fourni est le firmware GRBL v0.9h (version personnalisée par villamany, basée sur 3dpBurner Research Edge, Feb 2015). Il s'agit du firmware standard pour machines CNC pilotées par Arduino UNO + shield CNC + drivers A4988.

Note : Le code ci-dessous est la représentation hexadécimale (fichier .hex) du firmware compilé, prêt à être flashé via avrdude ou l'IDE Arduino (via "Burn Bootloader" ou programmateur ISP). Ce n'est pas du code source C++ éditable directement dans l'IDE.

:100000000C946B040C9488040C9488040C94D70F03
:100010000C9421320C9488040C9488040C94880469
... (lignes tronquées pour la lisibilité - voir fichier original pour le .hex complet)
:0670B00000003B07800018
:00000001FF

Paramètres GRBL importants (à configurer via terminal série à 115200 bauds)

$0=10  (step pulse, µs)
$1=25  (step idle delay, ms)
$2=0   (step port invert mask)
$3=0   (dir port invert mask)
$4=0   (step enable invert, bool)
$5=0   (limit pins invert, bool)
$6=0   (probe pin invert, bool)
$10=3  (status report mask)
$11=0.010 (junction deviation, mm)
$12=0.002 (arc tolerance, mm)
$13=0  (report inches, bool)
$20=0  (soft limits, bool)
$21=0  (hard limits, bool)
$22=0  (homing cycle, bool)
$23=0  (homing dir invert mask)
$24=25.000 (homing feed, mm/min)
$25=500.000 (homing seek, mm/min)
$26=250 (homing debounce, ms)
$27=1.000 (homing pull-off, mm)
$30=1000 (max spindle speed, RPM)
$31=0  (min spindle speed, RPM)
$32=0  (laser mode, bool)
$100=800.000 (X steps/mm)
$101=800.000 (Y steps/mm)
$102=800.000 (Z steps/mm)
$110=5000.000 (X max rate, mm/min)
$111=5000.000 (Y max rate, mm/min)
$112=5000.000 (Z max rate, mm/min)
$120=100.000 (X accel, mm/sec^2)
$121=100.000 (Y accel, mm/sec^2)
$122=100.000 (Z accel, mm/sec^2)
$130=200.000 (X max travel, mm)
$131=200.000 (Y max travel, mm)
$132=200.000 (Z max travel, mm)

Ces valeurs sont données à titre indicatif ; elles doivent être adaptées à votre mécanique (pas de vis, micro-pas drivers, course utile, etc.).

Montage et mise en service

1. Imprimez toutes les pièces STL (archive fournie).
2. Assemblez la structure mécanique (profils aluminium OpenBuilds type V-Slot, vis Acme, roulements, etc. - non listés mais nécessaires).
3. Montez les 4 moteurs NEMA 17 sur les axes X, Y, Z et broche (ou axe A pour rotation).
4. Installez le shield CNC sur l'Arduino UNO, insérez les 4 drivers A4988 (réglez le courant Vref selon vos moteurs).
5. Câblez l'alimentation 12V/29A sur le shield (bornes d'alimentation).
6. Flashez le firmware GRBL (fichier .hex fourni) sur l'Arduino UNO via programmateur ISP ou via l'IDE Arduino (si bootloader présent, mais GRBL remplace le bootloader).
7. Connectez l'Arduino en USB, ouvrez un terminal série (115200 bauds), tapez $$ pour voir les paramètres, ajustez-les avec $N=valeur.
8. Testez les mouvements manuels (G-code : G91 G1 X10 F1000 etc.).
9. Installez l'outil souhaité : module laser, porte-stylo, ou support moteur brushless + ESC + contrôleur.
10. Utilisez un logiciel d'envoi G-code (Universal Gcode Sender, bCNC, LaserGRBL, LightBurn pour laser, etc.).

Particularités de la version brushless

• Le moteur brushless nécessite un ESC (contrôleur de vitesse) compatible, alimenté en 12V (ou tension adaptée), recevant un signal PWM depuis la broche "Spindle PWM" du shield CNC (généralement broche D11 sur Arduino UNO avec GRBL).
• GRBL gère la vitesse de broche via les commandes M3 S (démarrage horaire), M4 (anti-horaire), M5 (arrêt). La valeur S (0-1000 par défaut) est convertie en PWM.
• Assurez-vous que l'ESC est calibré (procédure "throttle calibration") pour reconnaître les largeurs d'impulsion min/max du signal PWM GRBL.
• Sécurité : un moteur brushless de drone tourne très vite (10 000-30 000 tr/min) et peut être dangereux. Protégez la zone de coupe, portez des lunettes, prévoyez un arrêt d'urgence.

Ressources complémentaires

• Projet original (version 1) : Triple CNC Machine sur Arduino Project Hub
• Documentation GRBL : Grbl Wiki
• OpenBuilds : pièces mécaniques, profils V-Slot, vis Acme, alimentations.