[CNC 分享]
先講好，目前完成度大概只有1/2，雖然能動了，但有些東西仍然是腦補的。
因為馬上就要三月了，開始要步入活動旺季，剩下的幾天又要把 PROTON 裝起來，所以趁現在先作作筆記分享，免得忘了。
目前的 CNC 套件是二年前買的，一開始不熟沒裝完，而且又買了 ATOM 就都焦點轉到 ATOM，現在再回頭組裝，有了 ATOM 的 DIY 經驗幫助不少。
這台是台灣玩家改良美國 Shapeoko 2 所推出的套件，主要在鋁擠斷面有改良、用料也有更加強。
而我自己則是再替它加強了幾個地方，這就是要跟大家分享的。
‧Open build 開源
我個人很強調這個，所以在 3DP 部份我只會把時間放在開放的架構上，原因就跟這台 CNC 一樣，它是開源的，可以輕鬆擁有，但也可以強化改造。
所以原本台灣玩家改良了鋁擠，而我則是把它原本配的塑膠導輪，改為不鏽鋼導輪；原本的底板是密集板，我現在是在上面加了一大片 S45C 的鋼板，而鋁製的真空吸盤。
如果沒有開源，有些東西就很難搞。包括像 Arduino UNO + CNC Shield，如果自己用麵包板拉線，幾個小時就不見了，有擴充板省事太多。
‧F = m a
其實我沒操作過 CNC，所以這些都是腦補的。用的也只是國中物理和專科的機械概念而已。
CNC 的運作核心？在我來看，就是以 F=ma 這個公式為基礎的。為什麼呢？
這公式突顯了作用力等於質量乘以加速度。所以生活上有太多例子可以看出事情的發展，例如你拿一支小鐵槌打釘子到保麗龍、到木板、到地板、到鐵板，會得到不同的結果。
而這跟你拿的鐵槌大小、釘子的材質、長度、加工物的硬度和質量都有關係。
所以重點來了，以原本這台 CNC 的架構，有幾個根本的錯誤！
第一，是用塑膠導輪，這基本上強度和耐用性就有限。所以，我把它改成不鏽鋼導輪。
第二，是頭重腳輕，主軸(Z軸) > X、Y軸 > 底板，這表示它的誤差會很大。所以我在密集板上舖鋼板，增加底板質量和穩定性。
第三，Z軸的設計不良，馬達的擺設方式會造成結構強度的降低和質心的改變。所以我預計把它改成後置式。
這幾個地方的關鍵考量都是由 F=ma 出發。
因為，在刀座移動、加減速、接觸物件、切削的全部過程，它們都在運動，而這些力量會在整個機器，甚至工作枱上傳遞。
這時，錯誤的配重就會造成力量的不當傳送和吸收震動，讓整個物件和精度處於不穩定的狀態，無法維持良好的切削運作狀態。
所以簡單來說，這邊的改良就是讓整個機器盡可能處於 rigid body 的理想狀態。
這時，把焦點集中在刀具接觸工件時，雙方硬度、切削量、切削速度所產生的反作用力，以此來評估主軸強度、結構吸震性（或共振抑制），最後再看切削速度和散熱問題如何安排。
如此，才能確保機器能在它的容許範圍內發揮最大的加工能力並且具體合理的精度。
‧架構優化
目前這台 Shapeoko 2 的架構除了 Z 軸馬達應該改為後置之外（可降低機台高度，加強手輪，可加強 Z 軸扭力、降低質心），另外它的配線也是處於完全隨性的作法。
若以官方的配線來看，就是整把線綑一綑而已，實在不ＯＫ。
所以我在 X 軸和 Y 軸後面加了拖鏈，這樣就可以把線都藏起來，甚至把三軸都包起來。這樣作的好處是才不會因為切削碎屑亂跑卡到傳動部份，影響精度。
‧ATOM+ 之 CNC 模組
從這台 CNC 的組裝經驗中，我大致上看出了日後在 ATOM+ 上加裝 CNC 的努力方向和定位。
從定位來看，ATOM+ 的 CNC 加工會為木頭、塑料、石膏為主。主要的考量原因在於機台強度、結構質量分佈等，因此不會考慮金屬的部份。
從努力方向來看，傳動方式的改良（皮帶改螺桿、碳纖改金屬管）、定位方式改良（目前的邏輯是找出一個理想平面，再用加法運作，在CNC的邏輯要修正），五軸刀頭的最簡設計、無刷主軸的設計（沒錯，這得自己作，改良質心、轉動慣量、ER接頭、無刷電機、水冷），然後是軟體，以及主板改32位元，不然跑不動。
從用途來看，ATOM+ 的 CNC 可以擴大 3DP 的加法應用，加入減法，大大提升完成設計的彈性。
當然，如果把主軸改成噴頭，那就是升級成五軸 3DP 了。
從挑戰的難度來看，加工／切片軟體的開發是最難的，再來是硬體的設計測試，最後是韌體的修改，但這部份其實還好。
‧CNC 的再升級
以目前這台 CNC 來看，頂多是雕雕電路板、塑膠板和木板，切薄鋁片的話，有點勉強。重點會在主軸的功率、重量和使用的刀具，最後是進刀量。
鑽鋁片的話，應該也還ＯＫ，但散熱要留意，不然溫度上升、黏性上升後就變數大了。鐵板？洗洗睡先....
再升級的幾個重點會是：
1. 動力，至少改成 57 步進，然後改成螺桿傳動。最好是改伺服馬達。
2. 傳動，從鋁擠改為鋼製傳動組成，然後直接鎖在鋼板上。最好是二片鋼板夾心。
3. 驅動器，改為專用驅動器。另外，寧可用時規皮帶減速，也要少用驅動器的細分。因為細分的優點在於減少 over shoot，提升運動的穩定性，但不表示可以依賴它來維持精度。因此，精度靠減速比，而不是驅動器的細分。
4. 主軸的質量和功率，F=ma，所以相同的切削情況下，質量越大，加速度越小，等於震動越小精度越高。不過主軸也要穩就是了。
5. 換刀和校正的方便性，這部份是決定工作效率的重點，以目前的 DIY 版本來看，傾向使用三軸雷射定位。不過 sensor 很多，控制器很少的問題要先解決。
以上，跟大家分享。
若腦補有錯的地方歡迎指正，有相關經驗的也歡迎分享。謝謝！
先準備開工賺錢了，有空再繼續改良。
