Mini CNC lazerinis medžio graviravimas ir lazerinis popieriaus pjaustytuvas: 18 žingsnių (su paveikslėliais)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

Tai yra instrukcijos, kaip aš padariau „Arduino“pagrindu pagamintą CNC lazerinį medžio graviravimą ir plono popieriaus pjaustytuvą, naudodamas senus DVD įrenginius, 250 mW lazerį. Maksimalus žaidimo plotas yra 40 x 40 mm.

Argi ne smagu pasigaminti mašiną iš senų daiktų?

1 žingsnis: reikalingos dalys ir medžiagos

• „Arduino Nano“(su USB kabeliu)
• 2x DVD įrenginio žingsninis mechanizmas
• 2x A4988 žingsninio variklio tvarkyklės moduliai (arba GRBL skydas)
• 250 mW lazeris su reguliuojamu objektyvu (arba aukščiau)
• 12v 2Amp maitinimo šaltinis
• 1x IRFZ44N N-CHANNEL Mosfet
• 1x 10k rezistorius
• 1x 47 omų rezistorius
• 1x LM7805 įtampos reguliatorius (su radiatoriumi)
• Tuščia PCB plokštė
• Vyrų ir moterų antraštės
• 2,5 mm JST XH-Style 2 kontaktų kištukinė jungtis
• 1x 1000uf 16v kondensatorius
• Trumpieji kabeliai
• 8x maži neodimio magnetai (kuriuos išgelbėjau iš DVD objektyvo mechanizmo)
• 1x 2 kontaktų kištukas varžto gnybtų jungtyje
• Užtrauktukai (100 mm)
• Super klijai
• Epoksidiniai klijai
• Medinė plokštė
• Akrilo lakštas
• Kai kurie M4 varžtai, varžtai ir veržlės
• Lazeriniai apsauginiai akiniai

Šiame projekte būtini lazeriniai saugos akiniai

Dauguma dalių buvo išgelbėtos arba atvežtos iš Kinijos per svetainę, pavadintą BANGGOOD.

2 žingsnis: Išskyrus DVD diskų stepperio mechnaizmą

Reikalingi du DVD tvarkyklės mechanizmai, vienas skirtas X ašiai, o kitas-Y ašiai.

Naudodamas mažą „Phillips“galvutės atsuktuvą, nuėmiau visus varžtus ir atjungiau žingsninį variklį, slankiojančius bėgelius ir sekiklį.

Žingsniniai varikliai yra 4 kontaktų bipolinis žingsninis variklis.

Mažas DVD variklio dydis ir maža kaina reiškia, kad negalite tikėtis didelės variklio skiriamosios gebos. Tai suteikia švino varžtas. Be to, ne visi tokie varikliai atlieka 20 žingsnių/aps. 24 taip pat yra įprasta specifikacija. Jūs tiesiog turėsite išbandyti savo variklį, kad pamatytumėte, ką jis daro. Kompaktinių diskų įrenginio žingsninio variklio skiriamosios gebos apskaičiavimo tvarka:

Norint išmatuoti CD/DVD įrenginio žingsninio variklio skiriamąją gebą, buvo naudojamas skaitmeninis mikrometras. Buvo išmatuotas atstumas išilgai varžto. Bendras varžto ilgis naudojant mikrometrą, kuris pasirodė 51,56 mm. Norint nustatyti laido vertę, kuri yra atstumas tarp dviejų gretimų varžtų sriegių. Šiuo atstumu siūlai buvo suskaičiuoti iki 12 siūlų. Švinas = atstumas tarp gretimų sriegių = (bendras ilgis / siūlų skaičius = 51,56 mm) / 12 = 4,29 mm / aps.

Žingsnio kampas yra 18 laipsnių, tai atitinka 20 žingsnių/apsisukimų. Dabar, kai visa reikalinga informacija yra prieinama, žingsninio variklio skiriamąją gebą galima apskaičiuoti taip, kaip parodyta žemiau: Skiriamoji geba = (atstumas tarp gretimų sriegių)/(N žingsnių/aps) = (4,29 mm/aps)/(20 žingsnių/aps.)) = 0,214 mm/žingsnis. Kuris yra 3 kartus geresnis skiriamoji geba, kuri yra 0,68 mm/žingsnis.

3 žingsnis: Slankiklių bėgių surinkimas X ir Y ašims

Stumdomiems bėgiams aš naudoju 2 papildomus strypus, kad būtų geriau ir sklandžiau. Pagrindinė slankiklio funkcija yra laisvai slysti ant strypo su minimalia trintimi tarp strypo ir slankiklio.

Prireikė šiek tiek laiko, kad slankiklis laisvai slystų ant strypo.

4 žingsnis: pagrindinis žingsninio X ir Y rėmas

Naudodamas kai kuriuos akrilo lakštus, aš padariau du pagrindinius žingsninio ir stumdomų bėgelių rėmus. Žingsninis variklis turi tarpiklius tarp pagrindinio rėmo ir jo pagrindo ir yra būtinas ašiai.

5 žingsnis: stumdomo bėgelio pritvirtinimas prie pagrindinio rėmo

Pirmiausia naudodamas super klijus bandžiau sureguliuoti tinkamą bėgių padėtį, kur jie turėtų būti, kad sekėjas tinkamai liestųsi su žingsniniu sriegiu. Kontaktas turi būti tinkamas, ne per sandarus arba ne per šlakas. Jei kontaktas tarp sekimo ir sriegio yra netinkamas, veiksmai bus praleisti arba variklis ims daugiau srovės nei įprastai veikiant. Prireikia šiek tiek laiko prisitaikyti.

Kai jis buvo sureguliuotas, aš juos pritvirtinau epoksidiniais klijais.

6 žingsnis: žingsninių variklių prijungimas

Žingsniniams varikliams naudojau seną USB kabelį, nes jo viduje yra 4 laidai ir dangtelis, jis yra lankstesnis ir lengvesnis.

Naudodami tęstinumo režimą multimetre, nustatykite 2 ritę, ritę A ir ritę B.

Aš pagaminau 2 poras vielos, pasirinkdamas spalvas, vieną porą - ritė A, antrą - ritė B. Lituodavome jas ir naudodavau termiškai susitraukiantį vamzdelį.

7 žingsnis: X ir Y ašių šukavimas

X ir Y koordinuoja judėjimą

Aš pritvirtinau X ir Y ašių slankiklį statmenai vienas kitam, naudodamas tarpą tarp jų. Ir taip pat pritvirtino ploną metalinę grotelę virš jos kaip darbinę lovą. Neodimio magnetai naudojami kaip ruošinio laikiklis.

8 žingsnis: Elektronika

Vairuotojui naudojamos dalys:

• Arduino Nano.
• 2x A4988 žingsninių variklių tvarkyklės.
• 1x IRFZ44N N-CHANNEL MOSFET.
• 1x LM7805 įtampos reguliatorius su radiatoriumi.
• 1x 47ohm ir 1x 10k rezistorius.
• 1x 1000uf 16V kondensatorius.
• 1x 2,5 mm JST XH-Style 2 kontaktų kištukinė jungtis.
• Vyrų ir moterų antraščių kaiščiai.
• 1x (20 mm x 80 mm tuščia PCB).

GRBL skaitmeniniai ir analoginiai „Arduino“kaiščiai yra rezervuoti. X ir Y ašių „žingsnio“kaištis pritvirtintas prie atitinkamai 2 ir 3 skaitmeninių kaiščių. X ir Y ašių kaištis „Dir“pritvirtintas prie atitinkamai 5 ir 6 skaitmeninių kaiščių. D11 skirtas įjungti lazerį.

„Arduino“gauna maitinimą per USB kabelį. A4988 tvarkyklės per išorinį maitinimo šaltinį. Visi žemės sklypai turi bendrus ryšius. A4988 VDD yra prijungti prie 5 V „Arduino“.

Mano naudojamas lazeris veikia 5 V įtampa ir turi pastovios srovės grandinę. Nuolatiniam 5 V šaltiniui iš išorinio maitinimo šaltinio naudojamas LM7805 įtampos reguliatorius. Šildytuvas yra privalomas.

IRFZ44N N-CHANNEL MOSFET veikia kaip elektroninis jungiklis, kai gauna skaitmeninį aukštą signalą iš „Arduino“kaiščio D11.

PASTABA: 5 V iš „Arduino nano“negalima naudoti, nes lazeris sugeria daugiau nei 250 mA, o „Arduino Nano“negali tiekti tiek daug srovės.

Mikro žingsnių konfigūravimas kiekvienai ašiai

MS0 MS1 MS2 Microstep Resolution

Žemas Žemas Žemas Visas žingsnis.

Aukštas Žemas Žemas Pusės žingsnis.

Žemas aukštas žemas ketvirčio žingsnis.

Aukštas aukštas žemas aštuntas žingsnis.

Aukštas aukštas aukštas šešioliktas žingsnis.

Trys kaiščiai (MS1, MS2 ir MS3) skirti pasirinkti vieną iš penkių žingsnių rezoliucijų pagal aukščiau pateiktą tiesos lentelę. Šie kaiščiai turi vidinius ištraukiamus rezistorius, todėl, jei paliksime juos atjungtus, plokštė veiks viso žingsnio režimu. Aš naudoju 16 -os pakopos konfigūraciją, kad sklandžiai ir be triukšmo. Dauguma (bet tikrai ne visų) žingsninių variklių per vieną apsisukimą atlieka 200 pilnų žingsnių. Tinkamai valdant ritės srovę, variklis gali judėti mažesniais žingsniais. „Pololu A4988“gali priversti variklį judėti 1/16 žingsnių - arba 3 200 žingsnių per apsisukimą. Pagrindinis mikroskopo pranašumas yra sumažinti judesio šiurkštumą. Vienintelės visiškai tikslios pozicijos yra viso žingsnio pozicijos. Variklis negalės išlaikyti stacionarios padėties vienoje iš tarpinių pozicijų tokiu pat padėties tikslumu arba tokiu pat sukimo momentu kaip ir visu žingsniu. Paprastai, kai reikia didelio greičio, reikia naudoti visus žingsnius.

9 žingsnis: Surinkite viską kartu į vieną

Aš padariau lazerinį stovą iš ilgos plonos metalinės juostelės ir kai kurių plastikinių L laikiklių su kai kuriomis atramomis. Tada viskas sumontuojama ant medinės plokštės, naudojant M4 varžtą, veržles ir varžtus.

Taip pat atliekamas žingsninių variklių prijungimas prie vairuotojo.

10 žingsnis: lazerio surinkimas

Mano naudojamas lazeris yra fokusuojamas lazerio modulis 200-250mW 650nm. Išorinis metalinis korpusas veikia kaip lazerinio diodo radiatorius. Jame yra fokusuojamas objektyvas lazerio taškui reguliuoti.

Naudodamas du užtrauktukus, lazerį pritvirtinau prie stovo. Taip pat galima naudoti lazerio radiatorių, tačiau mano lazeris nebuvo perkaitęs, todėl jo nenaudojau. Prijunkite lazerio laido gnybtą prie lazerio lizdo vairuotojo plokštėje.

Vieną galite gauti čia

11 žingsnis: „Stepper Driver“srovės reguliavimas

Norint pasiekti aukštus žingsnius, variklio tiekimas paprastai yra daug didesnis, nei būtų leistina be aktyvios srovės ribojimo. Pavyzdžiui, įprastas žingsninis variklis gali turėti didžiausią srovės stiprį 1A su 5Ω ritės pasipriešinimu, o tai reikštų, kad maksimalus variklio maitinimas yra 5 V. Naudojant tokį 12 V variklį būtų galima padidinti žingsnius, tačiau srovė turi aktyviai veikti apriboti iki 1A, kad nepažeistumėte variklio.

A4988 palaiko tokį aktyvios srovės ribojimą, o plokštės trimmerio potenciometrą galima naudoti srovės ribai nustatyti. Vienas iš būdų nustatyti srovės ribą yra įjungti vairuotoją į viso žingsnio režimą ir išmatuoti srovę, tekančią per vieną variklio ritę, neužstojant STEP įvesties. Išmatuota srovė bus 0,7 karto didesnė už srovės ribą (kadangi abi ritės visada įjungtos ir apribotos iki 70% srovės ribos nustatymo viso žingsnio režimu). Atminkite, kad pakeitus loginę įtampą, Vdd, į kitą vertę, pasikeis srovės ribos nustatymas, nes „ref“kaiščio įtampa yra Vdd funkcija. Kitas būdas nustatyti srovės ribą - išmatuoti įtampą tiesiai ant potenciometro viršaus ir apskaičiuoti gautą srovės ribą (srovės jutimo rezistoriai yra 0,1Ω). Srovės riba yra susijusi su etalonine įtampa taip: Srovės riba = VREF × 1,25 Taigi, pavyzdžiui, jei etaloninė įtampa yra 0,6 V, srovės riba yra 0,75 A. Kaip minėta aukščiau, viso žingsnio režimu srovė per ritinius yra apribota iki 70% srovės ribos, taigi, norint gauti 1A visos pakopos ritės srovę, srovės riba turėtų būti 1A/0,7 = 1,4A, kuri atitinka iki VREF 1.4A/1.25 = 1.12 V. Daugiau informacijos rasite A4988 duomenų lape. Pastaba: ritės srovė gali labai skirtis nuo maitinimo srovės, todėl nenaudokite srovės, išmatuotos iš maitinimo šaltinio, kad nustatytumėte srovės ribą. Tinkama vieta dabartiniam matuokliui įdėti yra nuosekliai su viena iš žingsninių variklių ritinių.

12 žingsnis: pasiruošimas

Naudodami keturis mažus neodimio magnetus, užfiksuokite ruošinį ant darbinės lovos ir nustatykite X ir Y ašis į pradinę padėtį (namuose). Įjunkite tvarkyklės plokštę per išorinį maitinimo šaltinį ir „Arduino Nano“į kompiuterį per USB A į USB Mini B kabelį. Taip pat maitinkite plokštę per išorinį maitinimo šaltinį.

SVARBIAUSIA SAUGUMAS

BŪTINA LAZERINIAI SAUGOS Akiniai

13 veiksmas: GRBL programinė įranga

1. Atsisiųskite GRBL 1.1, čia,
2. Išskleiskite darbalaukyje grbl-master aplanką, kurį rasite faile master.zip
3. Paleiskite „Arduino IDE“
4. Programų juostos meniu pasirinkite: Sketch -> #include Library -> Add Library from file. ZIP
5. Pasirinkite aplanką grbl, kurį galite rasti grlb-master aplanke, ir spustelėkite Atidaryti
6. Biblioteka dabar įdiegta, o IDE programinė įranga parodys šį pranešimą: Biblioteka įtraukta į jūsų biblioteką. Patikrinkite meniu „Bibliotekų įtraukimas“.
7. Tada atidarykite pavyzdį, pavadintą „grbl upload“, ir įkelkite jį į savo arduino lentą

14 veiksmas: programinė įranga, skirta G-KODUI siųsti

Taip pat mums reikia programinės įrangos, leidžiančios siųsti G kodą į CNC, ir aš naudoju LASER GRBL

„LaserGRBL“yra vienas iš geriausių „Windows GCode“srautinio perdavimo įrankių „pasidaryk pats“lazeriniam graviravimui. „LaserGRBL“gali įkelti ir transliuoti GCode kelią į arduino, taip pat išgraviruoti vaizdus, paveikslėlius ir logotipą naudodami vidinį konvertavimo įrankį.

LASER GRBL parsisiųsti.

„LaserGRBL“nuolat tikrina, ar įrenginyje yra COM prievadų. Prievadų sąrašas leidžia pasirinkti COM prievadą, prie kurio prijungta jūsų valdymo plokštė. Pasirinkite tinkamą ryšio perdavimo spartą pagal savo įrenginio programinės įrangos konfigūraciją (numatytoji 115200).

„Grbl“nustatymai:

$$ - Peržiūrėkite „Grbl“nustatymus

Norėdami peržiūrėti nustatymus, įveskite $$ ir prisijungę prie „Grbl“paspauskite „Enter“. Grbl turėtų atsakyti pateikdamas esamų sistemos nustatymų sąrašą, kaip parodyta žemiau esančiame pavyzdyje. Visi šie nustatymai yra nuolatiniai ir saugomi EEPROM, taigi, jei išjungsite maitinimą, jie bus įkelti atgal, kai kitą kartą įjungsite „Arduino“.

0 USD = 10 (žingsnio impulsas, usec)

1 USD = 25 (žingsnio tuščiosios eigos atidėjimas, ms)

2 USD = 0 (žingsnio prievado invertavimo kaukė: 00000000)

3 USD = 6 (nukreipimo prievado kaukė: 00000110)

4 USD = 0 (žingsnis įjungus apversti, bool)

5 USD = 0 (ribojami kaiščiai apversti, bool)

6 USD = 0 (zondo kaiščio apvertimas, bool)

10 USD = 3 (būsenos ataskaitos kaukė: 00000011)

11 USD = 0,020 (sankryžos nuokrypis, mm)

12 USD = 0,002 (lanko tolerancija, mm)

13 USD = 0 (ataskaitos coliai, bool)

20 USD = 0 (minkštos ribos, bool)

21 USD = 0 (griežtos ribos, bool)

22 USD = 0 (nusileidimo ciklas, bool)

23 USD = 1 (nukreipimo kaukė: 00000001)

24 USD = 50 000 (pašarai, mm/min)

25 USD = 635 000 (namų paieška, mm/min)

26 USD = 250 (grįžimas į pradžią, ms)

27 USD = 1 000 (ištraukimas, mm)

100 USD = 314,961 (x, žingsnis/mm)

101 USD = 314,961 (y, žingsnis/mm)

102 USD = 314,961 (z, žingsnis/mm)

110 USD = 635 000 (x maksimali norma, mm/min)

111 USD = 635 000 USD (y maksimali norma, mm/min)

112 USD = 635 000 (maksimalus z greitis, mm/min)

120 USD = 50 000 (x greitis, mm/sek.^2)

121 USD = 50 000 (y accel, mm/sec^2)

122 USD = 50 000 (z accel, mm/sek^2)

130 USD = 225 000 (x maksimali kelionė, mm)

131 USD = 125 000 (y maksimali kelionė, mm)

132 USD = 170 000 (maksimali kelionė, mm)

15 žingsnis: Sistemos keitimas

Čia yra pati sunkiausia projekto dalis

Lazerio spindulio nustatymas į mažiausią įmanomą tašką ant ruošinio. Tai yra sudėtingiausia dalis, kuriai reikia laiko ir kantrybės naudojant pėdsakų ir klaidų metodą

GRBL nustatymų sumažinimas už 100 USD, 101 USD, 130 USD ir 131 USD

mano GRBL nustatymas yra, $100=110.000

$101=110.000

$130=40.000

$131=40.000

Bandžiau išgraviruoti 40 mm kraštinių kvadratą ir po tiek daug klaidų ir pakeitus grbl nustatymą, gaunu tinkamą 40 mm liniją, išgraviruotą tiek iš X, tiek iš Y ašies. Jei X ir Y ašių skiriamoji geba nėra vienoda, vaizdas padidės bet kuria kryptimi.

Atminkite, kad ne visi žingsniniai varikliai iš DVD diskų yra vienodi

Tai ilgas ir daug laiko reikalaujantis procesas, tačiau patobulinus rezultatai yra tokie patenkinami.

„LaserGRBL“vartotojo sąsaja

• Ryšio valdymas: čia galite pasirinkti nuoseklųjį prievadą ir tinkamą ryšio greitį pagal grbl programinės įrangos konfigūraciją.
• Failų valdymas: tai rodo įkelto failo pavadinimą ir graviravimo proceso eigą. Žalias mygtukas „Leisti“pradės vykdyti programą.
• Rankinės komandos: čia galite įvesti bet kurią G kodo eilutę ir paspausti „Enter“. Komandos bus įtrauktos į komandų eilę.
• Komandų žurnalas ir komandų grąžinimo kodai: rodomos įsakytos komandos ir jų vykdymo būsena bei klaidos.
• Bėgimo valdymas: leidžia rankiniu būdu nustatyti lazerio padėtį. Kairysis vertikalus slankiklis valdo judesio greitį, dešiniojo slankiklio valdymo žingsnio dydis.
• Graviravimo peržiūra: šioje srityje rodoma paskutinė darbo peržiūra. Graviravimo metu mažas mėlynas kryžius parodys dabartinę lazerio padėtį darbo metu.
• Grbl reset/homing/unlock: šie mygtukai pateikia „grbl“plokštei minkšto atstatymo, nustatymo ir atrakinimo komandą. Atrakinimo mygtuko dešinėje galite pridėti keletą vartotojo nustatytų mygtukų.
• Sklaidos kanalo sulaikymas ir atnaujinimas: šie mygtukai gali sustabdyti ir atnaujinti programos vykdymą, siunčiant „Feed Hold“arba „Resume“komandas į „grbl“lentą.
• Linijų skaičius ir laiko projekcija: „LaserGRBL“galėjo įvertinti programos vykdymo laiką, atsižvelgdamas į faktinį greitį ir darbo eigą.
• Nepaisoma būsenos valdymo: parodo ir keičia faktinį greitį ir galios nepaisymą. Nepaisymai yra nauja „grbl v1.1“funkcija ir nepalaikoma senesnėje versijoje.

16 žingsnis: medžio graviravimas

Rastrinis importavimas leidžia įkelti bet kokį vaizdą į „LaserGRBL“ir paversti jį „GCode“instrukcijomis be kitos programinės įrangos. „LaserGRBL“palaiko nuotraukas, iliustracijas, pieštukus, piešinius, logotipus, piktogramas ir stengiasi padaryti kuo geresnį bet kokio tipo vaizdą.

Tai galima atšaukti iš meniu „Failas, atidaryti failą“, pasirinkus jpg,-p.webp

Visų medžiagų graviravimo nustatymai skiriasi.

Nustatykite graviravimo greitį mm ir kokybės linijas mm

Pridėtas vaizdo įrašas yra viso proceso laikas.

17 žingsnis: plono popieriaus pjovimas

Šis 250 mW galios lazeris taip pat gali pjauti ploną popierių, tačiau greitis turėtų būti labai mažas, ty ne didesnis kaip 15 mm/min, o lazerio spindulys turėtų būti tinkamai sureguliuotas.

Pridėtas vaizdo įrašas yra viso proceso laikas.

18 žingsnis: Vinilo pjaustymas ir pasirinktinių lipdukų gamyba

Aš padariau specialų vinilo lipduką. Pasienio greitis keičiasi atsižvelgiant į naudojamo vinilo spalvą.

Tamsiomis spalvomis lengva dirbti, o šviesesnėmis - sudėtinga.

Aukščiau pateikti vaizdai parodo, kaip naudoti vinilo lipduką, pagamintą naudojant CNC.

♥ Ypatingas ačiū GRBL kūrėjams:)

Tikiuosi, kad jums patiko šis projektas, praneškite man komentaruose, jei turite klausimų, Aš taip pat norėčiau pamatyti jūsų CNC mašinų nuotraukas!

Dėkoju!! už Jūsų paramą.

Pirmasis prizas mikrovaldiklių konkurse