Mini CNC lāzera koka gravieris un lāzera papīra griezējs: 18 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Šis ir pamācība par to, kā es izveidoju uz Arduino balstītu lāzera CNC koka gravieri un plānu papīra griezēju, izmantojot vecos DVD diskdziņus, 250 mW lāzeru. Spēles laukums ir ne vairāk kā 40 mm x 40 mm.

Vai nav jautri izgatavot savu mašīnu no vecām lietām?

1. darbība. Nepieciešamās detaļas un materiāli

• Arduino Nano (ar USB kabeli)
• 2x DVD diskdziņa pakāpiena mehānisms
• 2x A4988 pakāpju motora vadītāja moduļi (vai GRBL vairogs)
• 250 mW lāzers ar regulējamu objektīvu (vai augstāk)
• 12v 2Amp barošanas avots
• 1x IRFZ44N N-CHANNEL Mosfet
• 1x 10k rezistors
• 1x 47 omu rezistors
• 1x LM7805 sprieguma regulators (ar radiatoru)
• Tukša PCB plāksne
• Vīriešu un sieviešu galvenes
• 2,5 mm JST XH-Style 2 kontaktu vīriešu savienotājs
• 1x 1000uf 16v kondensators
• Jumper kabeļi
• 8x mazi neodīma magnēti (kurus esmu izglābis no DVD objektīva mehānisma)
• 1x 2 kontaktu spraudnis skrūvju spaiļu bloka savienotājā
• Rāvējslēdzēja saites (100 mm)
• Super līme
• Epoksīda līme
• Koka plātne
• Akrila loksne
• Dažas M4 skrūves, skrūves un uzgriežņi
• Lāzera aizsargbrilles

Šajā projektā ir nepieciešamas LĀZERDROŠĪBAS

Lielākā daļa detaļu ir izglābtas vai atvestas no Ķīnas, izmantojot vietni BANGGOOD.

2. solis: DVD diska pakāpiena mehānisma noņemšana

Nepieciešami divi DVD draivera mehānismi, viens X asij un otrs Y asij.

Izmantojot nelielu Phillips galvas skrūvgriezi, es noņemu visas skrūves un atvienoju pakāpju motoru, bīdāmās sliedes un sekotāju.

Stepper motori ir 4 kontaktu bipolāri pakāpju motori.

DVD motora mazais izmērs un zemās izmaksas nozīmē, ka jūs nevarat gaidīt augstu izšķirtspēju no motora. To nodrošina svina skrūve. Arī ne visi šādi motori veic 20 soļus/apgriez. 24 ir arī izplatīta specifikācija. Jums vienkārši jāpārbauda motors, lai redzētu, ko tas dara. Kompaktdiska piedziņas pakāpju motora izšķirtspējas aprēķināšanas procedūra:

Lai izmērītu CD/DVD diskdziņa pakāpju motora izšķirtspēju, tika izmantots digitālais mikrometrs. Tika izmērīts attālums gar skrūvi. Kopējais skrūves garums, izmantojot mikrometru, kas izrādījās 51,56 mm. Lai noteiktu svina vērtību, kas ir attālums starp diviem blakus esošajiem vītnēm uz skrūves. Šajā attālumā pavedieni tika skaitīti kā 12 pavedieni. Svins = attālums starp blakus esošajiem pavedieniem = (kopējais garums / diegu skaits = 51,56 mm) / 12 = 4,29 mm / apgriez.

Pakāpiena leņķis ir 18 grādi, kas atbilst 20 soļiem/apgrieziens. Tagad, kad visa nepieciešamā informācija ir pieejama, soļu motora izšķirtspēju var aprēķināt, kā parādīts zemāk: Izšķirtspēja = (Attālums starp blakus esošajiem pavedieniem)/(N soļi/apgriezieni) = (4,29 mm/apgriezieni)/(20 soļi/apgriezieni)) = 0,214 mm/solis. Kas ir 3 reizes labāka nepieciešamā izšķirtspēja, kas ir 0,68 mm/solis.

3. solis: slīdņa sliedes montāža X un Y asij

Bīdāmajām sliedēm esmu izmantojis 2 papildu stieņus labākai un vienmērīgākai darbībai. Slīdņa galvenā funkcija ir brīvi slīdēt uz stieņa ar minimālu berzi starp stieni un slīdni.

Man vajadzēja kādu laiku, lai slīdnis brīvi slīdētu pa stieni.

4. solis: galvenais rāmis solim X un Y

Izmantojot dažas akrila loksnes, es biju izveidojis divus galvenos rāmjus pakāpienam un bīdāmajām sliedēm. Stepper motoram ir starplikas starp galveno rāmi un tā pamatni, un tas ir nepieciešams asij.

5. solis: bīdāmās sliedes piestiprināšana ar galveno rāmi

Vispirms, izmantojot super līmi, esmu mēģinājis noregulēt sliežu pareizo stāvokli, kur tām vajadzētu būt, lai sekotājs pienācīgi saskartos ar pakāpiena vītni. Kontaktam jābūt pareizam, ne pārāk stingram vai ne pārāk izdedžam. Ja kontakts starp sekotāju un vītni nav pareizs, soļi izlaidīsies vai motors darbinās vairāk strāvas nekā parasti. Pielāgošanās prasa zināmu laiku.

Kad tas tika noregulēts, es tos salaboju, izmantojot epoksīda līmi.

6. solis: pakāpju motoru savienošana

Stepper motoriem esmu izmantojis veco usb kabeli, jo tā iekšpusē ir 4 vadi un tam ir vāks, un tas ir elastīgāks un ar to ir vieglāk strādāt.

Izmantojot nepārtrauktības režīmu multimetrā, nosakiet 2 spoli, spoli A un spoli B.

Es izveidoju 2 pārus stieples, izvēloties krāsas, vienu pāri spolei A un otru spolei B. Lodēju tās un uz tās izmantoju termiski saraušanās cauruli.

7. solis: X un Y ass ķemmēšana

X un Y koordinē kustību

Esmu piestiprinājis X un Y ass slīdni perpendikulāri viens otram, izmantojot starpliku. Un arī virs tā kā darba gultu piestiprināja plānu metāla grilu. Neodīma magnēti tiek izmantoti kā sagataves turētājs.

8. solis: elektronika

Vadītājam izmantotās detaļas ir:

• Arduino Nano.
• 2x A4988 pakāpju motoru draiveri.
• 1x IRFZ44N N-CHANNEL MOSFET.
• 1x LM7805 sprieguma regulators ar radiatoru.
• 1x 47ohm un 1x 10k rezistors.
• 1x 1000uf 16V kondensators.
• 1x 2,5 mm JST XH-Style 2-pin savienotājs.
• VĪRIEŠA un SIEVIETES galvenes tapas.
• 1x (20 mm x 80 mm tukša PCB).

GRBL Arduino digitālās un analogās tapas ir rezervētas. X un Y asīm piespraužamā tapa ir piestiprināta attiecīgi pie 2. un 3. ciparu tapām. “Dir” tapa X un Y asīm ir pievienota attiecīgi digitālajām tapām 5 un 6. D11 ir paredzēts lāzera iespējošanai.

Arduino saņem strāvu, izmantojot USB kabeli. A4988 draiveri, izmantojot ārēju barošanas avotu. Visām zemēm ir kopīgi savienojumi. A4988 VDD ir savienoti ar 5 V Arduino.

Lāzers, kuru esmu izmantojis, darbojas ar 5 V spriegumu, un tajā ir iebūvēta pastāvīgas strāvas ķēde. Pastāvīgam 5 V avotam no ārējā barošanas avota tiek izmantots sprieguma regulators LM7805. Radiators ir obligāts.

IRFZ44N N-CHANNEL MOSFET darbojas kā elektronisks slēdzis, kad saņem digitālu augstu signālu no Arduino tapas D11.

PIEZĪME: 5 V no Arduino nano nevar izmantot, jo lāzers patērē vairāk nekā 250 mA, un Arduino Nano nespēj piegādāt tik lielu strāvu.

Mikro soļu konfigurēšana katrai asij

MS0 MS1 MS2 Microstep Resolution

Zems Zems Zems Pilns solis.

Augsts Zems Zems Puses solis.

Zems Augsts Zems ceturkšņa solis.

Augsts Augsts Zems Astotais solis.

Augsts Augsts Sešpadsmitais solis.

3 tapas (MS1, MS2 un MS3) ir paredzētas, lai izvēlētos vienu no piecām soļu izšķirtspējām saskaņā ar iepriekš minēto patiesības tabulu. Šīm tapām ir iekšējie nolaižamie rezistori, tādēļ, ja atstāsim tos atvienotus, tāfele darbosies pilnā soļa režīmā. Es esmu izmantojis 16. pakāpju konfigurāciju, lai nodrošinātu vienmērīgu un bez trokšņa. Lielākā daļa (bet noteikti ne visi) soļu motori veic 200 pilnus soļus vienā apgriezienā. Pareizi pārvaldot spoles strāvu, ir iespējams panākt, lai motors kustētos mazākos posmos. Pololu A4988 var likt motoram kustēties 1/16 soļos - vai 3 200 soļos vienā apgriezienā. Galvenā mikroskopu priekšrocība ir samazināt kustības raupjumu. Vienīgās pilnīgi precīzās pozīcijas ir pilna soļa pozīcijas. Motors nevarēs turēt stacionāru stāvokli vienā no starpposma pozīcijām ar tādu pašu pozīcijas precizitāti vai ar tādu pašu turēšanas griezes momentu kā pilna soļa pozīcijās. Parasti, ja nepieciešams liels ātrums, jāizmanto pilni soļi.

9. solis: salieciet visu kopā

Esmu izgatavojis lāzera stendu no garas plānas metāla sloksnes un dažām plastmasas L kronšteiniem ar dažiem balstiem. Pēc tam viss tiek montēts uz koka kārtas, izmantojot M4 skrūvi, uzgriežņus un skrūves.

Tiek veikts arī pakāpju motoru savienojums ar vadītāju.

10. solis: Lāzera montāža

Lāzers, ko esmu izmantojis, ir fokusējams lāzera modulis 200-250mW 650nm. Ārējais metāla korpuss darbojas kā dzesētājs lāzera diodei. Tam ir fokusējams objektīvs lāzera punkta regulēšanai.

Izmantojot divus rāvējslēdzējus, esmu uzstādījis lāzeru ar statīvu. Var izmantot arī lāzera radiatoru, bet mans lāzers nebija pārkarsis, tāpēc es to neizmantoju. Savienojiet lāzera stieples spaili ar lāzera ligzdu vadītāja panelī.

Jūs varat to iegūt šeit

11. darbība. Stepper draivera strāvas regulēšana

Lai sasniegtu augstu soli, motora padeve parasti ir daudz lielāka, nekā būtu pieļaujama bez aktīvās strāvas ierobežošanas. Piemēram, tipiskam soļu motoram var būt maksimālā strāvas nominālā vērtība 1A ar 5Ω spoles pretestību, kas norādītu, ka maksimālā motora padeve ir 5 V. Izmantojot šādu 12 V motoru, būtu iespējami lielāki pakāpieni, bet strāvai aktīvi ierobežot līdz 1A, lai novērstu motora bojājumus.

A4988 atbalsta šādu aktīvās strāvas ierobežošanu, un trimmera potenciometru uz tāfeles var izmantot, lai iestatītu strāvas ierobežojumu. Viens no veidiem, kā iestatīt strāvas ierobežojumu, ir vadītāja ieslēgšana pilna soļa režīmā un strāvas mērīšana caur vienu motora spoli, nepārslēdzot STEP ievadi. Izmērītā strāva būs 0,7 reizes lielāka par pašreizējo robežu (jo abas spoles vienmēr ir ieslēgtas un ierobežotas līdz 70% no pašreizējās robežas iestatījuma pilna soļa režīmā). Lūdzu, ņemiet vērā, ka, mainot loģisko spriegumu Vdd uz citu vērtību, tiks mainīts strāvas ierobežojuma iestatījums, jo spriegums uz “ref” tapas ir Vdd funkcija. Vēl viens veids, kā iestatīt strāvas ierobežojumu, ir izmērīt spriegumu tieši potenciometra augšpusē un aprēķināt iegūto strāvas robežu (strāvas jutības rezistori ir 0,1Ω). Strāvas ierobežojums attiecas uz atsauces spriegumu šādi: strāvas robeža = VREF × 1,25 Tātad, piemēram, ja atskaites spriegums ir 0,6 V, strāvas ierobežojums ir 0,75A. Kā minēts iepriekš, pilnā soļa režīmā strāva caur spolēm ir ierobežota līdz 70% no strāvas ierobežojuma, tāpēc, lai iegūtu pilna soļa spoles strāvu 1A, strāvas robežai jābūt 1A/0,7 = 1,4A, kas atbilst uz VREF 1.4A/1.25 = 1.12 V. Plašāku informāciju skatiet A4988 datu lapā. Piezīme: spoles strāva var ļoti atšķirties no barošanas strāvas, tāpēc strāvas ierobežojuma iestatīšanai nevajadzētu izmantot strāvu, kas izmērīta pie barošanas avota. Piemērotā vieta pašreizējā skaitītāja ievietošanai ir sērijveidā ar vienu no jūsu pakāpju motora spolēm.

12. solis: sagatavošanās

Izmantojot četrus mazus neodīma magnētus, nofiksējiet sagatavi uz darba gultas un iestatiet X un Y asi sākotnējā stāvoklī (mājās). Ieslēdziet vadītāja paneli, izmantojot ārēju barošanas avotu, un Arduino Nano datorā, izmantojot USB A līdz USB Mini B kabeli. Ieslēdziet arī barošanu, izmantojot ārēju barošanas avotu.

DROŠĪBA PIRMAJĀ VIETĀ

JĀBŪT LĀZERDROŠĪBAS BRĪZĒM

13. darbība: GRBL programmaparatūra

1. Lejupielādējiet GRBL 1.1 šeit,
2. Izvelciet uz darbvirsmas mapi grbl-master, kuru atrodat failā master.zip
3. Palaidiet Arduino IDE
4. Lietojumprogrammas joslas izvēlnē izvēlieties: Skice -> #iekļaut bibliotēku -> Pievienot bibliotēku no faila. ZIP
5. Atlasiet mapi grbl, kuru varat atrast grlb-master mapē, un noklikšķiniet uz Atvērt
6. Bibliotēka tagad ir instalēta, un IDE programmatūra parādīs šo ziņojumu: Bibliotēka ir pievienota jūsu bibliotēkai. Pārbaudiet izvēlni “Bibliotēku iekļaušana”.
7. Pēc tam atveriet piemēru ar nosaukumu "grbl augšupielāde" un augšupielādējiet to savā arduino panelī

14. darbība: programmatūra G-CODE nosūtīšanai

Arī mums ir nepieciešama programmatūra, lai nosūtītu G-kodu uz CNC, un es esmu izmantojis LASER GRBL

LaserGRBL ir viens no labākajiem Windows GCode straumētājiem DIY lāzera gravieram. LaserGRBL spēj ielādēt un straumēt GCode ceļu uz arduino, kā arī iegravēt attēlus, attēlus un logotipu ar iekšējo konvertēšanas rīku.

LASER GRBL Lejupielādēt.

LaserGRBL pastāvīgi pārbauda, vai iekārtā ir pieejami COM porti. Portu saraksts ļauj jums izvēlēties COM portu, kuram ir pievienota jūsu vadības pults. Lūdzu, izvēlieties atbilstošo savienojuma pārraides ātrumu atbilstoši jūsu ierīces programmaparatūras konfigurācijai (noklusējuma 115200).

Grbl iestatījumi:

$$ - skatiet Grbl iestatījumus

Lai skatītu iestatījumus, ierakstiet $$ un pēc savienojuma izveides ar Grbl nospiediet taustiņu Enter. Grbl vajadzētu atbildēt ar pašreizējo sistēmas iestatījumu sarakstu, kā parādīts zemāk esošajā piemērā. Visi šie iestatījumi ir noturīgi un tiek saglabāti EEPROM, tāpēc, izslēdzot tos, tie tiks ielādēti atkal, kad nākamreiz ieslēgsit Arduino.

$ 0 = 10 (soļa impulss, usec)

1 USD = 25 (dīkstāves kavēšanās, ms)

2 ASV dolāri = 0 (soļa porta apgrieztā maska: 00000000)

3 ASV dolāri = 6 (vadības porta apgrieztā maska: 00000110)

$ 4 = 0 (solis iespējot apgrieztu, bool)

5 ASV dolāri = 0 (ierobežojošās tapas apgrieztas, bool)

6 ASV dolāri = 0 (zondes tapas apgriešana, bool)

10 USD = 3 (statusa pārskata maska: 00000011)

11 ASV dolāri = 0,020 (krustojuma novirze, mm)

12 ASV dolāri = 0,002 (loka pielaide, mm)

13 ASV dolāri = 0 (ziņojuma collas, bool)

20 USD = 0 (mīkstās robežas, bool)

21 USD = 0 (stingri ierobežojumi, bool)

22 ASV dolāri = 0 (izvietošanas cikls, bool)

23 USD = 1 (sākuma maskas apvēršanas maska: 00000001)

24 ASV dolāri = 50 000 (padeve, mm/min)

25 ASV dolāri = 635 000 (mājas meklēšana, mm/min)

26 USD = 250 (atkāpšanās no sākuma, ms)

27 ASV dolāri = 1000 (izvilkšana, mm)

100 ASV dolāri = 314,961 (x, solis/mm)

101 USD = 314,961 (g, solis/mm)

102 ASV dolāri = 314,961 (z, solis/mm)

110 ASV dolāri = 635 000 (x maksimālā likme, mm/min)

$ 111 = 635 000 (y maksimālā likme, mm/min)

112 ASV dolāri = 635 000 (z maksimālā likme, mm/min)

120 USD = 50 000 (x accel, 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 maksimālais gājiens, mm)

131 ASV dolāri = 125 000 (y maksimālais gājiens, mm)

132 USD = 170 000 (z maksimālais gājiens, mm)

15. solis: sistēmas pielāgošana

Šeit ir projekta vissarežģītākā daļa

Lāzera stara noregulēšana pēc iespējas mazākā punktā uz sagataves. Šī ir viltīgākā daļa, kas prasa laiku un pacietību, izmantojot taku un kļūdu metodi

GRBL iestatījumu maiņa par 100 USD, 101 USD, 130 USD un 131 USD

mans GRBL iestatījums ir, $100=110.000

$101=110.000

$130=40.000

$131=40.000

Es mēģināju iegravēt kvadrātu ar 40 mm malām, un pēc tik daudzām kļūdām un grbl iestatījuma pielāgošanas man tiek iegūta pareiza 40 mm līnija, kas iegravēta no X un Y ass. Ja X un Y ass izšķirtspēja nav vienāda, attēls mērogos abos virzienos.

Ņemiet vērā, ka ne visi DVD diskdziņu pakāpju motori ir vienādi

Tas ir ilgs un laikietilpīgs process, taču, uzlabojot, rezultāti ir tik apmierinoši.

LaserGRBL lietotāja interfeiss

• Savienojuma vadība: šeit jūs varat izvēlēties seriālo portu un pareizu savienojuma pārraides ātrumu atbilstoši grbl programmaparatūras konfigurācijai.
• Failu vadība: tas parāda ielādēto faila nosaukumu un gravēšanas procesa gaitu. Zaļā poga “Atskaņot” sāks programmas izpildi.
• Manuālās komandas: šeit varat ierakstīt jebkuru G-koda rindu un nospiest “Enter”. Komandas tiks ierindotas komandu rindā.
• Komandu žurnāls un komandu atgriešanās kodi: parādīt ievietotās komandas un to izpildes statusu un kļūdas.
• Skriešanas vadība: ļauj manuāli pozicionēt lāzeru. Kreisais vertikālais slīdnis kontrolē kustības ātrumu, labā slīdņa vadības soļa izmērs.
• Gravējuma priekšskatījums: šajā apgabalā ir redzams darba priekšskatījums. Gravēšanas laikā mazs zils krusts izpildes laikā parādīs pašreizējo lāzera stāvokli.
• Grbl atiestatīšana/atvienošana/atbloķēšana: šīs pogas grbl valdē iesniedz mīkstās atiestatīšanas, novietošanas un atbloķēšanas komandu. Atbloķēšanas pogas labajā pusē varat pievienot dažas lietotāja definētas pogas.
• Plūsmas aizturēšana un atsākšana: šīs pogas var apturēt un atsākt programmas izpildi, nosūtot barošanas aizturēšanas vai atsākšanas komandu uz grbl paneli.
• Līniju skaits un laika prognoze: LaserGRBL varētu novērtēt programmas izpildes laiku, pamatojoties uz faktisko ātrumu un darba gaitu.
• Ignorē statusa kontroli: parāda un maina faktisko ātrumu un jaudas ignorēšanu. Ignorēšana ir jauna grbl v1.1 funkcija, un vecākā versija to neatbalsta.

16. solis: koka gravēšana

Rastra importēšana ļauj ielādēt jebkāda veida attēlu programmā LaserGRBL un pārvērst to par GCode instrukcijām bez citas programmatūras. LaserGRBL atbalsta fotoattēlus, klipkopas, zīmuļu zīmējumus, logotipus, ikonas un cenšas darīt visu iespējamo ar jebkāda veida attēliem.

To var atsaukt no izvēlnes “Fails, atvērt failu”, izvēloties jpg,-p.webp

Gravēšanas iestatījums visiem materiāliem ir atšķirīgs.

Definējiet gravēšanas ātrumu uz mm un kvalitātes līnijas uz mm

Pievienotais video ir visa procesa laika noilgums.

17. darbība: plāna papīra griešana

Šis 250 mW lāzers spēj griezt arī plānus papīrus, taču ātrumam jābūt ļoti zemam, t.i., ne vairāk kā 15 mm/min, un lāzera stars ir pareizi jāpielāgo.

Pievienotais video ir visa procesa laika noilgums.

18. solis: Vinila griešana un pielāgotu uzlīmju izgatavošana

Esmu izgatavojusi pielāgotu vinila uzlīmi. Borta ātrums mainās atkarībā no izmantotā vinila krāsas.

Ar tumšajām krāsām ir viegli strādāt, savukārt gaišākās ir sarežģītas.

Iepriekš redzamie attēli parāda, kā izmantot vinila uzlīmi, kas izgatavota, izmantojot CNC.

♥ Īpašs paldies GRBL izstrādātājiem:)

Es ceru, ka jums patika šis projekts, lūdzu, informējiet mani komentāros, ja rodas kādi jautājumi, Es arī gribētu redzēt jūsu CNC mašīnu fotogrāfijas!

Paldies!! par jūsu atbalstu.

Pirmā balva mikrokontrolleru konkursā