Designing a hobby CNC router (1.7 x 2.5 m)

Hobbies and off-duty interests of ESP and Artificial Lift professionals: travel, DIY, electronics, and life away from the wellsite.
ALEngineer
Site Admin
User avatar
Posts: 530
Joined: Wed Mar 18, 2026 2:51 pm

Designing a hobby CNC router (1.7 x 2.5 m)

Post by ALEngineer »

I decided to build myself a CNC router, not a toy: a 1.7 by 2.5 m work envelope for wood and soft metals. To build something, you have to design it first. Better to be wrong a hundred times on paper than once in steel.

I sat down and got through SOLIDWORKS 2023 in a couple of evenings. I thought it was a monster; it is actually friendly for a job this simple, just right. People say it handles hard projects too, but that is not me.

I do not have much experience designing this kind of machine, so if anyone has a tip, I am listening.

The frame is 100x100 rectangular tube, 4 mm and 3 mm wall.

The model is missing the threaded rods between the legs; I did not bother hunting models or drawing them.

The goal is a fully knock-down machine, so that when I move (and a move is coming) two people can carry it through a standard 80 cm door without much drama.

I wanted to drop the pictures into the post, but after the site update inline images stopped working... they fix one thing and break another. I will try to sort it.
CNC frame SolidWorks screenshot 1.png
CNC frame SolidWorks screenshot 2.png
CNC frame SolidWorks screenshot 3.png
Original topic
Задумал я собрать себе станок ЧПУ, не абы какой, а с рабочим полем 1,7 на 2,5 метра для работ по дереву и мягким металлам. А что бы что то собрать, требуется это спроектировать. Потому как лучше ошибиться сто раз на бумаге, чем один раз на "железе".
Сел и осилил за пару вечеров SOLIDWORKS 2023, думал это мега монстр, оказывается вполне себе дружелюбная прога для таких достаточно простых задач как моя, самое то! Ну и со сложными проектами говорят справляется, но это не про меня :)
А так как опыта в проектировании подобного оборудования у меня собственно маловато, возможно кто то и что то подскажет :)
Собрано из профильной трубы 100х100 со стенкой 4 и 3 мм.
Здесь не хватает резьбовых шпилек между ногами, не стал искать модели или рисовать сам :)
Задача стоит, сделать полностью разборный станок, что бы в случае переезда (а он предвидится) была возможность его перенести, не особо напрягаясь, силами двух человек чрез стандартную дверь 80см.

Хотел вставить картинки прямо в пост, но что то как то после обновления перестали вставляться изображения в сообщение... одно лечат, другое калечат... попробую решить это...
CNC frame SolidWorks screenshot 1.png
CNC frame SolidWorks screenshot 2.png
CNC frame SolidWorks screenshot 3.png
You do not have the required permissions to view the files attached to this post.
ALEngineer
Site Admin
User avatar
Posts: 530
Joined: Wed Mar 18, 2026 2:51 pm

Re: Designing a hobby CNC router (1.7 x 2.5 m)

Post by ALEngineer »

I started by ordering rails (linear guides) and carriages from China. For the Y axis: size 25 guides. For X and Z: size 20. I was going to weld the table legs and found that last time I forgot to shut the CO2 cylinder, so I am out of weld gas. Once I refill (after I get back from the assignment) I will start welding.

The freight company of course "did not let me down" and delivered almost without damage, nothing critical, nothing lost (oddly) and nothing broken.

I also took dimensions, because you know how it is: the drawing says one thing, and the part is another.
20231128_105625.jpg
20231128_120307.jpg
20231128_120102.jpg
20231128_120135.jpg
20231128_120341.jpg
20231128_123859.jpg
20231128_120811.jpg
20231128_120731.jpg
20231128_120455.jpg
20231128_120748.jpg
20231128_120007.jpg
20231128_115649.jpg
20231128_115632.jpg
20231128_115633.jpg
20231128_115643.jpg
20231128_123831.jpg
20231128_123938.jpg
20231128_124109.jpg
20231128_124044.jpg
20231128_124243.jpg
20231128_124212.jpg
20231128_115638.jpg
20231128_105629.jpg
20231128_124147.jpg
20231128_115636.jpg
20231128_123933.jpg
20231128_124248.jpg
20231128_105627.jpg
20231128_123803.jpg
Original reply
Начал с заказа в Китае рельс (направляющих) и кареток под них. Для оси Y - двадцать пятые направляющие для X и Z - двадцатые. Задумал сварку ног для стола и обнаружил, что в последний раз забыл закрыть баллон с СО2 и в итоге остался без газа для сварки... как заправлю (после того как приеду из командировки) начну сварочные работы.
Транспортная компания конечно же "не подвела" и доставила почти без повреждений, но вроде не критично, ни чего не потерялось (как ни странно) и не сломалось...
Заодно снял размеры, а то знаете ли бывает на чертеже одно, а по факту...
20231128_105625.jpg
20231128_120307.jpg
20231128_120102.jpg
20231128_120135.jpg
20231128_120341.jpg
20231128_123859.jpg
20231128_120811.jpg
20231128_120731.jpg
20231128_120455.jpg
20231128_120748.jpg
20231128_120007.jpg
20231128_115649.jpg
20231128_115632.jpg
20231128_115633.jpg
20231128_115643.jpg
20231128_123831.jpg
20231128_123938.jpg
20231128_124109.jpg
20231128_124044.jpg
20231128_124243.jpg
20231128_124212.jpg
20231128_115638.jpg
20231128_105629.jpg
20231128_124147.jpg
20231128_115636.jpg
20231128_123933.jpg
20231128_124248.jpg
20231128_105627.jpg
20231128_123803.jpg
You do not have the required permissions to view the files attached to this post.
afangens
User avatar
Posts: 71
Joined: Fri Jul 27, 2018 1:29 pm

Re: Designing a hobby CNC router (1.7 x 2.5 m)

Post by afangens »

Interesting thread, but it takes time. I once sized a stepper drive for my own needs and stopped on a driver with RS-485 / Modbus. Pros of that unit:

1. Stand-alone (no separate pulse generator).

2. Far more settings than analog drives, and you can change them over the network.

3. Built-in programmable motion (a cut-down PLC).

I used a transformer PSU, for a clean experiment.
Original reply
Тема интересная, но требует время. Занимался подбором шагового привода, как то, для своих нужд. И остановился на драйвере устройства с RS485/Modbus, плюсы данного устройства:
1. Автономное устройство (не требует отдельного генератора импульсов)
2. Настроек намного больше, чем у аналоговых и их можно менять по сети
3. Встроенные задаваемые алгоритмы (урезанный ПЛК)
Блок питания брал трансформаторный, для чистоты эксперимента.
ALEngineer
Site Admin
User avatar
Posts: 530
Joined: Wed Mar 18, 2026 2:51 pm

Re: Designing a hobby CNC router (1.7 x 2.5 m)

Post by ALEngineer »

To skip experiments, because I do not know the fine points yet, I am taking the well-worn beginner path:

1. Stepper motors, NEMA 34 frame, 10.5 or 12 N*m (I do not remember exactly, too lazy to look).

2. On Y, two of those steppers, each driven separately, each finding its own home (so the gantry can square up after a lost step).

3. I dropped planetary gearboxes in favor of 5:1 belts, mostly on cost. A decent planetary costs like a Boeing wing, and a cheap one that dies in a year is a dubious pleasure. For my work, 0.1 mm error is not critical; I will finish it with a file.

4. I want a 20x20 module 1.5 spur rack. Helical runs quieter, but the install-accuracy demand (in my view) is over the top.

5. For Z, a 2005 ballscrew I think. The Chinese still have not delivered it, or rather it arrived in Samara and they cannot get it to me in two weeks, and I cannot go pick it up myself... looks like they broke it or lost it. Sad.

6. A breakout board for the PC running MACH3, the LPT kind. The cheap USB boards have latency (I am not buying an expensive one, I do not see the point), and a parallel port is parallel, so it can keep up with many tasks at low delay.

7. The Chinese seller offers drivers in a kit with the motors. I am leaning to 86H; they supposedly lose fewer steps and are more noise-immune than 860H. PSUs come in the kit too.

8. I have not looked hard at the spindle yet, but it will definitely be water-cooled and at least 2.2 kW, then whatever the budget allows. Price vs power goes up geometrically.
Original reply
Что бы не ставить эксперименты, потому как тонкостей пока что не знаю, решил пойти проторенной дорожкой для новичков, а именно:
1. Шаговые двигатели типоразмер Nema34 на 10,5 или 12 Н*м (не помню точно, лень смотреть).
2. По оси Y 2 таких шаговика, каждый управляется отдельно и ищет "дом" тоже каждый свой (для нормального выравнивания портала в случае пропуска шага).
3. От планетарных редукторов решил отказаться в пользу ременных 5:1, больше из за вопроса стоимости, потому что качественная планетарка стоит как крыло от боинга, а дешман который выйдет из строя через год... сомнительное удовольствие, тем более для моих задач, погрешность в 0,1мм в общем то не критично, доработаю напильником :)
4. Зубчатую рейку хочу 20*20 модуль 1,5 прямозубую, хоть у геликал типа мягче ход, но и требования по точности установки (на мой взгляд) зашкаливают...
5. Для оси Z ШВП 2005 по моему, всё ни как китаец не доставит, точнее приехало в Самару, а до меня довезти 2 недели не могут и приехать самому тоже нельзя забрать... по ходу или сломали, или потеряли... печально :)
6. Плату согласования для компа MACH3, ту которую по LPT работает планирую, потому как по USB задержки наблюдаются (у дешевых плат, дорогую не планирую, не вижу смысла), а параллельный порт он на то и параллельный, что тянет многозадачность с минимальной задержкой
7. Драйверы китаец предлагает комплектные с движками склоняюсь к 86Н, они вроде как имеют меньше пропусков шагов и более помехозащищенные по сравнению с 860Н, так же и блоки питания тоже в комплекте
8. В сторону шпинделя еще не очень смотрел, но однозначно водяное охлаждение и не менее 2,2кВт, а там как бюджет позволит :) потому как стоимость от мощности возрастает в геометрической прогрессии :)
ALEngineer
Site Admin
User avatar
Posts: 530
Joined: Wed Mar 18, 2026 2:51 pm

Re: Designing a hobby CNC router (1.7 x 2.5 m)

Post by ALEngineer »

A few photos of the gearboxes and racks.
20240103_143031.jpg
20240105_183240.jpg
20240105_183255.jpg
20240105_183317.jpg
20240105_183416.jpg
20240113_114539.jpg
20240113_114727.jpg
20240113_114832.jpg
20240113_114753.jpg
20240113_115836.jpg
20240113_115032.jpg
20240113_114926.jpg
20240113_115810.jpg
Original reply
Немного фотографий редукторов и реек
20240103_143031.jpg
20240105_183240.jpg
20240105_183255.jpg
20240105_183317.jpg
20240105_183416.jpg
20240113_114539.jpg
20240113_114727.jpg
20240113_114832.jpg
20240113_114753.jpg
20240113_115836.jpg
20240113_115032.jpg
20240113_114926.jpg
20240113_115810.jpg
You do not have the required permissions to view the files attached to this post.
afangens
User avatar
Posts: 71
Joined: Fri Jul 27, 2018 1:29 pm

Re: Designing a hobby CNC router (1.7 x 2.5 m)

Post by afangens »

From personal experience...

NEMA 34 and up with high torque have one drawback: high inductance.

- a lot of vibration at low speed

- they need a high input voltage if you want higher rpm while holding torque

I used a NEMA 34, 12 N*m, 1:40, and never beat the vibration or got high rpm. 300-400 rpm (1/2-1/4 step) was the limit.

I moved to a NEMA 34 3 N*m and a 1:140 gearbox. Rpm up to 1,500 (I limited it; torque is enough for my case), almost no low-speed vibration, pickup is excellent.

You have to size with margin. Microstepping matters too: on one side it helps (smoothness, less vibration), on the other it hurts (torque drop at those same rpm). Late-generation digital drivers run high microstep counts and still hold torque reasonably well.
Original reply
Из личного опыта....
Nema от 34 и выше с высоким моментом имеют один недостаток - большая индуктивность :
- большая вибрация на низах
- требует большого входного напряжения, если необходимы более высокие обороты для удержания момента..
Ранее использовал Nema 34, на 12Н*м, 1:40, но побороть вибрацию и получить высокие обороты так и не получилось, 300-400 (шаг 1/2-1/4) об/мин предел.
Ушел на Nema 34 3Н*м и редуктор 1:140, обороты до 1500 об/мин (ограничил, момента для моего случая хватает), вибрации на низах почти нет, приемистость отличная.
Расчет с запасом необходимы. Так же имеет роль микро-шаг, с одной стороны положительную (плавность и снижение вибрации) с другой отрицательную (падение момента, при тех самых оборотах). Цифровые драйвера последних поколений, работают на больших микро-шагах, не плохо удерживая момент.
ALEngineer
Site Admin
User avatar
Posts: 530
Joined: Wed Mar 18, 2026 2:51 pm

Re: Designing a hobby CNC router (1.7 x 2.5 m)

Post by ALEngineer »





Knowing some of the drawbacks of these steppers, I bought them with a built-in encoder, added 1:4 gearboxes, and per the seller I bought improved "quiet" drivers for these motors. On the video you can hear there is no noise and no jerking. Of course there is also no load.
Original reply
https://youtu.be/Rbu-3h7m_w4

Зная некоторые недостатки этих шаговиков, купил со встроенным энкодером, добавил редукторы 1:4, и по заверению продавца купил усовершенствованные "не шумящие" драйверы для данных двигателей. По видео слышно, что шума и рывков нет. Конечно и нагрузки нет...
ALEngineer
Site Admin
User avatar
Posts: 530
Joined: Wed Mar 18, 2026 2:51 pm

Re: Designing a hobby CNC router (1.7 x 2.5 m)

Post by ALEngineer »

Yesterday I ran the spindle for the first time. Happy with the result.


Original reply
Вчера впервые запустил шпиндель, результатом доволен :)
ALEngineer
Site Admin
User avatar
Posts: 530
Joined: Wed Mar 18, 2026 2:51 pm

Re: Designing a hobby CNC router (1.7 x 2.5 m)

Post by ALEngineer »

A few photos, in case anyone cares. Steel assembly and paint are moving too.
20240406_182813.jpg
20240406_182745.jpg
20240118_204123.jpg
20240118_204136.jpg
20240118_213620.jpg
20240120_140711.jpg
20240123_172237.jpg
20240124_175841.jpg
20240123_231322.jpg
20240125_003909.jpg
20240125_003932.jpg
20240125_003937.jpg
20240118_121452.jpg
20240125_003947.jpg
20240118_115600.jpg
20240118_204046.jpg
20240125_004629.jpg
20240118_204100.jpg
20240118_121455.jpg
20240118_204051.jpg
20240118_204110.jpg
Original reply
Немного фоток, если вдруг кому интересно:) Сборка и окраска "железа" тоже движется:
20240406_182813.jpg
20240406_182745.jpg
20240118_204123.jpg
20240118_204136.jpg
20240118_213620.jpg
20240120_140711.jpg
20240123_172237.jpg
20240124_175841.jpg
20240123_231322.jpg
20240125_003909.jpg
20240125_003932.jpg
20240125_003937.jpg
20240118_121452.jpg
20240125_003947.jpg
20240118_115600.jpg
20240118_204046.jpg
20240125_004629.jpg
20240118_204100.jpg
20240118_121455.jpg
20240118_204051.jpg
20240118_204110.jpg
You do not have the required permissions to view the files attached to this post.