很久以來,自己一直想做一台 CNC 三維自動雕刻機。

CNC 是 Computer Numerical Control 的縮寫,簡單地說,就是將所要做的各種成品先做成 3D 電腦 CAD 圖形,然後從電腦下指令,由 CNC 雕刻機、CNC 金屬車床、或 CNC 金屬銑床自動或半自動完成作品。可以做的東西包羅萬象,從刻印章、一張雕花的桌子、盤龍的柱子、刻電路板,到各式模型或生活所需的零件等等,不管是鐵做的、鋁做的、銅做的、木頭、塑膠做的、甚至是鋼鐵的,大致上都可以用 CNC 機台完成。唯一的差別,在於機台的大小以及功率,決定成品的大小或材質。

由於自己玩過模型飛機、模型火車、各類電腦相關物件、電路製作等等也都很有興趣,因此,一台適當的 CNC 雕刻機應該可以幫我解決很多過去無法完成的成品。我以前買過一台日本製的小小 CNC 雕刻機,但因為實在太小,工作範圍只有 15cm x 10cm,實在不敷所需,因此,決定自己做一台比較大,功率比較強的 CNC 雕刻機。

CNC 雕刻機講求的是精確度,由商業公司或工廠所生產販賣的中小型 CNC 機器,是他們使用非常大型、價值數百萬的 CNC 機器所生產出來的,因此不管在定位、精度上,都還算不錯。至於個人 DIY 的 CNC 雕刻機,不管鑽洞、切割、對齊等等,都是手工製作,這時就會直接遇到精準度不高的難題。但這是雞生蛋、蛋生雞的問題,可以藉由不斷的「自我改良」,先把精度比較不準的 DIY 機器做好,然後就可以慢慢做出同一台機器的各項替換零件,就可以達到越來越精準的目標。當然,有些人沒有耐心,直接購買別人做好的成品或半成品來組裝或直接使用,但這樣就失去 DIY 過程中可以學到許多操作經驗與知識的樂趣。

各式各樣的 CNC 雕刻機形狀千奇百怪,工作難度也各有差異,我的目標是以下這種機型 (照片原始網頁:http://www.saka-cnc.com/cp/html/?12.html )

這種機型的 Y 軸是面對照片的左右移動方向,Z 軸是照片中間掛著雕刻機主軸的部分(上下移動),但比較好玩又有成就感的是 X 軸的部分,稱為龍門型移動 X 軸,就是照片中長得像ㄇ字型的部分,它的移動方向是面對照片往前或往後移動。X、Y、Z 三軸皆由可以精細移動的步進馬達控制,所以只要有適當的軟體跟物品的 3D 圖形,就可以藉由雕刻刀具做出成品。如果再加上第四軸(一個可以 360 度旋轉的機制),則可以做出類似盤龍柱的成品。我預計完成的可加工範圍大概是 30cm x 50cm 左右,對於模型我其他我有興趣的零件而言,應該綽綽有餘。

由於台灣在 DIY 方面往往僅限於特立屋之類的家具或木頭加工,對於這類牽涉到電路、金屬加工的東西,DIY 的人比較少。另一方面,這也是因為在 DIY 這類複雜東西時,不管是資訊(多數是英文)、以及所需零件的購買等等,台灣仍然遠遠比不上美國。也因此,我預計完成的 CNC 雕刻機,由於材料取得、加工噪音限制、以及個人時間運用,應該不會長得太好看,但可以用即可。

多數的材料大致都已經到齊,昨天,終於做出了龍門部分的基本結構:

這是運用鋁擠型長方體、角鐵、以及一個中古故障的滑台所拼湊出來的龍門結構,目前只有 Y 軸部分完成八成,Z 軸(上下移動雕刻機)部分還在規劃。

順便介紹一下我 DIY 的空間及機器:

1. 工作桌 (1): 上面有小型鑽床(左邊)及小型金屬切割帶鋸機(右邊)

2. 中小型金屬車床,可以製作圓形的東西。照片右側沒照到的,還有一台木工帶鋸機、一台圓盤鋸台

3. 工作桌 (2) 跟掛置一堆工具的地方:

4. 工作桌(3): 上面放著中型鑽床,照片下方是金屬銑床(可以刻出各種形狀的東西),因為太重,直接放地上