Ricamatrice autocostruita – Embroidery machine homebuilt

L’IDEA:

In seguito alla visita di ABILMENTE , mostra-atelier internazionale della manualità creativa di Vicenza, oltre a rimanere stupito dalla molteplicità di prodotti esposti e dalla massiccia partecipazione (prevalentemente femminile) , una volta raggiunti gli stand dei più importanti costruttori di macchine per cucire, mi sono soffermato sulle -RICAMATRICI- in un attimo, quelle costose macchine, si sono immediatamente insinuate nella mia mente trasformandosi in assi cartesiani!

Una breve ricerca su internet, e purtroppo scarse risorse disponibili in rete non mi hanno scoraggiato, e immediatamente mi sono messo all’opera , progettando inizialmente la MIA ricamatrice, sotto lo sguardo comprensivo della mia Compagna, che probabilmente immaginava a quanto del mio tempo libero avrei dedicato a quella nuova costruzione elettromeccanica, dopo avere assistito al concepimento di una fresa CNC e di una stampante 3D DELTA, con relativi sguardi perduti nel vuoto durante i pasti consumati insieme, chi come me ama questo tipo di avventure, capisce molto bene di cosa parlo…..

Fase 10 -ELETTRONICA-

Considerando le innumerevoli proposte del Web, mi sono orientato su una scheda di controllo a 3 assi, gia utilizzata in altre applicazioni, affidabilissima, semplice nell’utilizzo e configurazione, possibilità di impostare i micropassi, 2A di potenza per asse, inoltre controllabile da porta parallela, si tratta della scheda -COBRA- di “idee geniali” www.ideegeniali.it , la consiglio, senza alcuna riserva, inoltre il progettista/produttore di tale scheda -Paolo Sancono- è sempre disponibile e cortese, può fornire insieme alla scheda i motori NEMA 23  da 1,2Nm ed eventualmente l’alimentatore a 24V , Vi consiglio di visitare il suo sito con relativo shop-online, sono soldi spesi bene.

 

 

 Fase 20 -TAVOLA-

Una delle priorità è stata quella di contenere i costi della realizzazione, utilizzando materiale già in mio possesso, e costruendo qualcosa, che successivamente sarebbe potuto servire in altri ambiti, quindi mi sono concentrato sulla costruzione di una semplice tavola X-Y in Fibra MDF , considerando anche la scarsa necessità di elevate precisioni, ho utilizzato guide per cassetti con corsa simmetrica , con una corsa utile per entrambi gli assi di +/- 100mm (ritengo un ottimo spazio utile di ricamo)

Materiale utilizzato per tavola X-Y:

• n°3 tavole in fibra MDF 30×30
• n°4 guide per cassetti con scorrimento simmetrico in entrambi i lati
• n°4 assicelle 300x20x10 di supporto alle guide per cassetti
• n°6 interuttori finecorsa per HOME e LIMIT
• n°2 barre filettate (nel mio caso TPN 12×2)
• n°2 boccole filettate in bronzo (nel mio caso TPN 12×2)
• n°2 supporti in delrin x boccola in bronzo , di collegamento alla tavola
• n°4 barre in alluminio 12x12mm per attacco motori
• n°2 flange in alluminio x supporto motori
• n°2 motori passo-passo NEMA23
• n°3 mt di cavo 4 poli x 0,75mm2
• bulloneria varia

La costruzione risulta alquanto semplice, ho utilizzato tornio e fresa per realizzare alcuni particolari, ma non sono indispensabili, legno bulloni avvitatore e seghetto, possono essere strumenti sufficienti per realizzare una gemella senza troppe pretese nella vostra cantina o garage.

 

 

Fase 30 – MACCHINA PER CUCIRE

Se siete i fortunati possessori di una vecchia macchina per cucire e non vi fate problemi a smontarla, bene, altrimenti per i meno fortunati come me, Ebay è stato un ottimo alleato per procurarla. Personalmente ho cercato e acquistato una macchina elettrica, più semplice da smontare, e una volta eliminato il motore originale, e sostituito con uno stepper, gli attacchi erano in pratica già pronti. Vi consiglio di testare la macchina  prima di procedere alle modifiche, per verificarne il corretto funzionamento, e la perfetta sincronia tra ago e crochet, la registrazione una volta sostituito il motore diventa particolarmente difficile e scomodo. Principalmente i lavori di modifica sono:

1. sostituzione motore originale con stepper motor
2. sostituzione cinghia di trasmissione con cinghia sincrona e relativi puleggia e pignone dentati. Personalmente ho acquistato:

• Pignone in alluminio HTD-3M-09-Z16
• Corona in alluminio HTD-3M-09-Z60
• Cinghia HTD-345-3M-115 DENTI

• ottenendo un rapporto di trasmissione di 3.75:1 , in pratica il motore stepper dovrà eseguire 3.75 giri per ottenere un giro completo dell’albero della macchina per cucire, e considerando che il motore ha una risoluzione di 200 passi per giro, e grazie ai micropassi impostati nella scheda COBRA a 1:4 ogni giro motore sarà composto da 800 passi , di conseguenza, ogni giro albero macchina da cucire (quindi ogni punto) sarà composto da 800×3,75 = 3000 passi
• Per il calcolo della cinghia da acquistare, una volta scelto il rapporto di trasmissione e le relative pulegge,  misurato l’interasse tra albero macchina da cucire e albero motore seguite questa formula:

 

• LP=lunghezza primitiva cinghia
• C= interasse pulegge
• D = diametro primitivo Puleggia (maggiore)
• d = diametro primitivo pignone (minore)

Nel mio caso , per fare un esempio, con un interasse di 110 mm , una puleggia con diametro primitivo =57mm e un pignone di diametro primitivo =15mm la formula sarà la seguente:

 

Di conseguenza la scelta a catalogo della cinghia  HTD-345-3M-115 DENTI dove 345 è la lunghezza primitiva che si avvicina a quella calcolata, 3M è il passo 3 del dente quindi, 345/3 = 115 denti.

Gli acquisti di questa merce li ho fatti qui: www.utensileriaonline.it , trovate tutto il necessario.

3. installazione di un sensore di prossimità induttivo al fine di controllare posizione di HOME dell’ago, una particolare raccomandazione sulla scelta del sensore e il relativo collegamento: alimentabile a 24v , per potere utilizzare la stessa alimentazione dell scheda -COBRA- . Indispensabile l’utilizzo di un fotoaccoppiatore, per tenere separati i due circuiti onde evitare irreparabili danni a cobra, porta parallela e scheda madre pc. Su consiglio (e non solo) di Paolo Sancono, di seguito troverete lo schizzo per il collegamento :

 

4. Illuminazione: personalmente ho sostituito la lampada tradizionale con dei led, utilizzando sempre l’alimentazione a 24V in questo modo ho eliminato completamente i 220V dall’intero impianto. Se dovete fare un  calcolo x la resistenza da intreporre nell’alimentazione dei led la formula è la seguente: Ohm=(V1-V2)/assorbimento-A-, dove V1 è la tensione di alimentazione, V2 è la tensione della alimentazione dei led, Assorbimento-A-, è l’amperaggio dei led che utilizzate. Per fare un esempio, di seguito la mia configurazione:

• V1 = 24V
• V2 = 12V
• Assorbimento -A- = 0.06Ampere

(24-12)/0.06 = 200 Ohm

Vanno inoltre calcolati i Watt della resistenza da utilizzare , la formula è V1-V2xAssorbimento-A-

• Nel mio caso 12×0.06 = 0,72W, quinfi mi occorre una resistenza da 200 Ohm 1Watt

5. Eliminazione del trascinamento tessuto originale della macchina, solitamente fissato con una coppia di viti, quei dentini che si muovono in modo ciclico sotto il piedino vanno rimossi, sarà compito della tavola X-Y il movimento del tessuto, in alternativa, se avete la possibilità di abbassarli, non è necessario rimuoverli, importante è che non interferiscano durante il lavoro.

Fase 40 -SUPPORTO TESSUTO-

Con il semplice aiuto di una profilato di alluminio a -C- ho creato un archetto, fissato sulla tavola, le dimensioni interne utili sono di 150x200mm per questione di ingombri della macchina per cucire, il fissaggio del tessuto avviene con delle semplici clip in acciaio da cancelleria, più che sufficienti x garantirne una discreta tensione.

 

Fase 50 -SOFTWARE-

Uno dei principali problemi riscontrati è stato ottenere un G-CODE utilizzabile con un software non proprietario di gestione CN , per intenderci, in rete troviamo moltissimi files adatti per ricamatrici prodotte industrialmente, ma assolutamente illeggibili da software come MACH3 o EMC2, i quali digeriscono esclusivamente -G-CODE appunto. Qui ci viene in aiuto un software straordinario, free: –EMBROIDERY GCODE GENERATOR– la versione più aggiornata dovrebbe essere la 2.4.4 , la quale consente setup più dettagliati nella generazione del G-CODE, questo piccolo ma straordinario programma è -LA- soluzione, legge i file .DST (  Tajima ) e in base a impostazioni personalizzabili li trasforma in G-CODE appunto.

NOTA: I files raggiungibili dal link, sono gli originali, e contengono tutto il necessario, solamente sono in un ordine non corretto. Seguite queste semplici istruzioni: Una volta scaricati i 4 files zip. crea una cartella sul desktop, nominala, e uno alla volta estrai i contenuti dei file zip dentro quella cartella, una volta eseguita questa operazione, apri la cartella creata, e assicurati che al suo interno ci siano :setup.exe / setup.lst / embroi1.cab /embroi2.cab / embroi3.cab (tutti nella stessa cartella, e non in sottocartelle come inevitabilmente vi troverete) . a questo punto potete fare partire il setup.

Per il controllo dei 3 assi ho scelto –MACH3-, semplicemente perchè lo conosco meglio di EMC2, inoltre avendo la necessità di utilizzare il 4° asse rotante, possiede una semplice funzionalità che consente l’azzeramento continuo del DRO una volta raggiunti i 360°. Se utilizzate la scheda COBRA potete scaricare il file di configurazione da questo -LINK- , ottimizzato per la mia macchina, quindi andrà modificato in base ad esigenze personali, vediamo il dettaglio di configurazione motori (motor tuning):

-Assi X e Y- (tavola) : impostazione micropassi scheda COBRA a 1:4 , motori con risoluzione 200 passi/rivoluzione, il risultato è 4×200= 800 impulsi/rivoluzione, utilizzando (nel mio caso) una barra filettata trapezoidale passo 2mm , per ottenere un avanzamento di 1mm occorrono 400 passi , qui di seguito la formula per ottenere il valore corretto di passi/mm :

Come velocità in base al mio hardware ho inserito 700mm/min e accelerazione 100mm/Sec/sec (velocità ottimizzata in base a prove sul campo)

Ora procediamo a configurare l’asse rotante, prendendo sempre come esempio la mia configurazione: essendo una rotazione, MACH3 intende come ‘unità’ un grado sessagesimale (1/360°) considerando che:

Premetto che questo valore andrà ottimizzato in opera, fino a raggiungere il setup ottimale, considerando che anche un semplice ricamo può richiedere migliaia di cicli, una piccola correzione di questo valore farà si di non permettere la perdita di sincronia tra ago e tavola ( la tavola dovrà spostarsi solo ad ago sollevato), ho notato che piccole differenze si generano anche in base alla velocità di rotazione e alla accelerazione impostate, probabilmente può nascere una saltuaria perdita di micropassi a valori troppo elevati.

la velocità del punto, o punti al minuto si calcola in questo modo: Ipotizzando di desiderare 2 punti al secondo, significa che l’albero della macchina dovrà compiere 2 rivoluzioni al secondo, quindi 720°/sec , moltiplicando 720° x 60sec avremo una velocità di 43200 unità al minuto, (da inserire nel campo motor tuning asse -A-) . Ovvio che questa sarà una velocità fittizia, in quanto, considerando le accelerazioni e decelerazioni utili per evitare perdite di passi impostate a circa 0,1sec, i punti al minuto reali saranno di numero inferiore. Per esperienza personale sono arrivato fino a 80000 u/min per poi scendere a 60000 u/min con buoni risultati. La mia configurazione (motor tuning per asse -A-) è la seguente: Step x unit = 8.36 / Velocity = 60000 / Acceleration = 10000.

Una volta configurato MACH3 possiamo procedere a produrre il nostro primo G-CODE di esempio, scaricando il file –STAR.DST– , apriamolo con -GCODE EMBROIDERY GENERATOR-  e settiamo : FEEDRATE = scelta indifferente , in quanto andrà modificato manualmente , togliamo la spunta da G90 G21 G64 , guardiamo la simulazione del ricamo e controlliamo che visualmente sia simmetrico ( ho notato incongruenze di proporzione in alcuni files) click su POPULATE e verrà generato il G-CODE, salviamo con nome.

 

A questo punto dobbiamo apportare correzione al codice per un motivo specifico: IL FEEDRATE.

MACH3 (non ho ancora testato EMC2) , mantiene le configurazione dei motori a livello di accelerazione e decelerazione, ma non nel feedrate (velocità di traslazione) le quali vengono  -SOVRASCRITTE- nel bene e nel male dal G-CODE nella riga -F……..- in cui il codice indica alla macchina globalmente quale velocità di traslazione assegna agli assi. In una condizione normale, con una fresa a 3 assi ad esempio, non sarebbe un grosso problema, basterebbe indicare un feedrate ottimale e tutti gli assi sarebbero regolati da tale velocità, ma nel nostro caso, abbiamo necessità di: F700 per gli assi X e Y , F60000 per l’asse A.

Momentaneamente ho risolto in un modo un po’ spartano ma efficace, se qualcuno avesse una soluzione alternativa, sarei ben lieto di condividerla. dunque, apriamo il G-CODE generato con wordpad o altro elaboratore di testi, cancelliamo la riga F…… , poi da menu Home Click su -sostituisci- nella casella TROVA inseriamo X nella casella SOSTITUISCI inseriamo F700 X poi click su SOSTITUISCI TUTTO, stessa procedura per A sostituendo con F60000 A.

Salviamo come .txt ignorando la finestra che ci comunica che perderemo la formattazione del testo ( è quello che vogliamo )

QUI potete scaricare il file ORIGINALE e quello MODIFICATO per consentire un confronto.

Ora possiamo caricare il File in MACH3, attendere che venga generato il ‘TOOLPATH’ dove verrà visualizzato il nostro ricamo, nella pagina TOOLPATH, verificare i ‘PROGRAM LIMIT’ ed eventualmente, una volta presi i riferimenti assi, posizionarsi nel punto desiderato del tessuto, e modificare all’interno dei DRO la posizione macchina.

 

Arrivati a questo punto, non rimane che INFILARE L’AGO!!

Di seguito il video riferito al file -star.dst- il mio PRIMO ricamo.

BUON LAVORO a TUTTI!