Mini CNC laserový rytec: 19 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Toto je návod, ako som remixoval svoj starý CNC laserový rytec a vyrobil som stabilnú verziu laserového CNC rytca a rezačky tenkého papiera na báze Arduina pomocou starých jednotiek DVD a 250mW laseru.

Stará verzia môjho CNC:

Stará verzia nebola príliš stabilná a kvôli nerovnomerným častiam sa mohla trochu kývať, a preto som sa rozhodol vytvoriť jej stabilnú verziu pomocou 3D tlačených dielov. Vďaka tomu som mal pri laserovom gravírovaní vynikajúce výsledky aj vo veľmi malých detailoch, pretože tento stroj robí prácu dobre. Podrobnosti môžete vidieť v oku vyrytého obrázku.

Hracia plocha je max. 40 mm x 40 mm.

Krok 1: Potrebné diely a materiál

• Arduino Nano (s káblom USB)
• 2x krokový mechanizmus mechaniky DVD
• 2x modul ovládača krokového motora A4988 (alebo štít GRBL)
• 250 mW laser s nastaviteľným objektívom (alebo vyšším)
• Minimálne napájanie 12v 2A
• 1x IRFZ44N N-KANÁL Mosfet
• 1x 10k odpor
• 1x 47ohm odpor
• 1x regulátor napätia LM7805 (s chladičom)
• Prázdna doska plošných spojov
• Mužské a ženské hlavičky
• 2,5 mm JST v štýle XH
• 2 -kolíkový konektor
• 1x 1000uf 16v kondenzátor prepojovacie káble
• 8x malé neodymové magnety (ktoré som zachránil z mechanizmu šošovky DVD)
• 1x 2 -kolíkový konektor so skrutkovacím svorkovnicovým blokom
• Kravaty na zips (100 mm)
• Super lepidlo
• 6x skrutky M3x12
• 8x skrutky M2x5
• Laserové ochranné okuliare

„V tomto projekte sú potrebné LASEROVÉ BEZPEČNOSTNÉ okuliare.“

Krok 2: Tlačené diely

Súbory STL nájdete v priloženom súbore alebo navštívte stránku:

Všetky diely sú vytlačené v materiáli ABS.

Nastavenia tlače: Výška vrstvy: 0,2 mm

Výplň: <25%

Podporuje: Nie

Krok 3: Demontáž krokového mechnaizmu jednotky DVD

Vyžadujú sa dva mechanizmy ovládača DVD, jeden pre os X a druhý pre os Y. Pomocou malého skrutkovača s hlavou Phillips som odstránil všetky skrutky a odpojený krokový motor, klzné lišty a unášač. Krokovými motormi sú 4-kolíkový bipolárny krokový motor.

Malé rozmery a nízke náklady na motor DVD spôsobujú, že od motora nemôžete očakávať vysoké rozlíšenie. To zaisťuje vodiaca skrutka. Tiež nie všetky tieto motory robia 20 krokov/ot. 24 je tiež bežnou špecifikáciou. Musíte len otestovať svoj motor, aby ste zistili, čo robí.

Postup výpočtu rozlíšenia krokového motora jednotky CD:

Na meranie rozlíšenia krokového motora jednotky CD/DVD bol použitý digitálny mikrometer. Bola meraná vzdialenosť pozdĺž skrutky. Celková dĺžka skrutky pomocou mikrometra bola 51,56 mm. Na určenie hodnoty zvodu, ktorá je vzdialenosťou medzi dvoma susednými závitmi na skrutke. Vlákna boli napočítané ako 12 vlákien v tejto vzdialenosti. Nábeh = vzdialenosť medzi susednými závitmi = (celková dĺžka / počet nití = 51,56 mm) / 12 = 4,29 mm / ot. Uhol kroku je 18 stupňov, čo zodpovedá 20 krokom/otáčku. Teraz, keď sú k dispozícii všetky potrebné informácie, je možné rozlíšenie krokového motora vypočítať takto: Rozlíšenie = (vzdialenosť medzi susednými závitmi)/(N krokov/otáčok) = (4,29 mm/ot)/(20 krokov/otáčok) = 0,214 mm/krok. To je trikrát lepšie požadované rozlíšenie, čo je 0,68 mm/krok.

Krok 4: Príprava posúvača

Pomocou lepidla Super som lepidlo a vodidlo prilepil do jednej časti. Pružina je pripevnená tak, aby udržiavala napätie medzi vodítkom a vodiacou skrutkou, aby sa zabránilo čiernym riasam.

Krok 5: Zostavenie posuvných koľajníc pre os Y

Pred zostavením posúvača do základne som do dosky X prilepil 4x malé neodymové magnety (ktoré som zachránil z mechanizmu šošovky DVD). Tieto magnety pomôžu držať obrobok na pracovnom mieste.

Hladká tyč udrží posuvný mechanizmus nedotknutý k základni.

Krok 6: Zostavenie posuvných koľajníc pre os X

Tu som pomocou superlepidla a skrutky pripevnil vodiaci mechanizmus k telesu lasera.

Pripojte krokový motor na miesto pomocou skrutiek a potom zasuňte hladké tyče a vodiacu časť do otvorov, pričom majte na pamäti, že posúvač sa pohybuje voľne, nie príliš tvrdo. A k nemu pripevnili stĺpiky bočného rámu.

Krok 7: Zapojenie krokových motorov

Pri krokových motoroch som použil starý kábel USB, pretože má vnútri 4 žily a je na ňom kryt a je s ním flexibilnejšie a lepšie sa s ním pracuje.

Pomocou režimu spojitosti v multimetri určte 2 cievky, cievky A a cievky B.

Vybral som farby, 2 páry drôtov, jeden pár pre cievku A a druhý pre cievku B.

Spájkujte ich a použite na to zmršťovaciu trubicu.

Krok 8: Česanie osi X a Y

Pomocou skrutiek 4x M3x12 spojte základňu a dva bočné rámy do jednej zostavy.

Krok 9: Elektronika

ČASTI POUŽÍVANÉ PRE VODIČA SÚ:

• Arduino Nano.
• 2x Ovládače krokových motorov A4988.
• 1x N-KANÁLOVÝ MOSFET IRFZ44N.
• 1x LM7805 Regulátor napätia s chladičom.
• 1x 47ohm a 1x 10k odpor.
• 1x 1000uf 16V kondenzátor.
• 1 x 2,5 mm 2-kolíkový konektor JST XH-Style.
• Pinky hlavičky MUŽA a ŽENY.
• 1x (prázdna doska plošných spojov 20 mm x 80 mm).

V GRBL sú vyhradené digitálne a analógové piny Arduina. Kolík „Step“pre osi X a Y je pripevnený k digitálnym kolíkom 2 a 3. Kolík „Dir“pre osi X a Y je pripevnený k digitálnym kolíkom 5 a 6 v uvedenom poradí. D11 je pre laserové zapnutie. Arduino je napájané káblom USB. A4988 Ovláda prostredníctvom externého zdroja napájania. Všetky pozemné zdieľajú spoločné spojenia. VDD A4988 sú pripojené k 5V Arduina. Laser, ktorý som použil, beží na 5 V a má zabudovaný obvod s konštantným prúdom. Na konštantný 5V zdroj z externého zdroja je použitý regulátor napätia LM7805. Chladič je povinný. N-KANÁLOVÝ MOSFET IRFZ44N pracuje ako elektronický prepínač, keď prijíma digitálny vysoký signál z pinu D11 Arduina. POZNÁMKA: 5V z Arduino nano nie je možné použiť, pretože laser čerpá viac ako 250 mA a Arduino Nano nie je schopné dodať toľko prúdu.

Konfigurácia mikro krokovania pre každú os.

MS0 MS1 Rozlíšenie mikrokroku MS2.

Nízka Nízka Nízka Úplný krok. Vysoká Nízka Nízka Polovičný krok.

Low High Low Quarter step.

Vysoká Vysoká Nízka Ôsmy krok.

Vysoká Vysoká Vysoká Šestnásty krok.

Tri kolíky (MS1, MS2 a MS3) slúžia na výber jedného z piatich krokových rozlíšení podľa vyššie uvedenej tabuľky pravdy. Tieto kolíky majú vnútorné sťahovacie odpory, takže ak ich necháme odpojené, doska bude pracovať v režime úplného kroku. Použil som konfiguráciu v 16. kroku, aby bol plynulý a bez šumu. Väčšina (ale určite nie všetky) krokové motory robia 200 úplných krokov za otáčku. Vhodným riadením prúdu v cievkach je možné nechať motor pohybovať sa v menších krokoch. Pololu A4988 dokáže uviesť motor do pohybu v 1/16 krokoch - alebo 3 200 krokoch na otáčku. Hlavnou výhodou mikrokroku je zníženie drsnosti pohybu. Jedinými úplne presnými polohami sú polohy v plnom kroku. Motor nebude schopný udržať stacionárnu polohu v jednej z medziľahlých polôh s rovnakou presnosťou polohy alebo s rovnakým prídržným krútiacim momentom ako v polohách s úplným krokom. Všeobecne povedané, keď sú požadované vysoké rýchlosti, mali by sa použiť úplné kroky.

Krok 10: Zostavenie elektroniky k rámu

Zostavte dosku vodiča na zadnú dosku pomocou 2x skrutiek M2 a k rámu stroja pomocou 2 skrutiek M3x12. Pripojené pripojenia pre krokové motory X, Y a laser.

Krok 11: Nastavenie prúdu krokového ovládača

Na dosiahnutie vysokých krokových rýchlostí je dodávka motora spravidla oveľa vyššia, ako by bolo prípustné bez aktívneho obmedzenia prúdu. Typický krokový motor môže mať napríklad maximálny prúd 1 A s odporom cievky 5Ω, čo by indikovalo maximálne napájanie motora 5 V. Použitie takého motora s 12 V by umožnilo vyššie krokové rýchlosti, ale prúd musí byť aktívne byť obmedzené na menej ako 1A, aby sa zabránilo poškodeniu motora. A4988 podporuje takéto aktívne obmedzovanie prúdu a na nastavenie aktuálneho limitu je možné použiť potenciometer trimra na doske. Jedným zo spôsobov, ako nastaviť prúdový limit, je prepnúť ovládač do úplného režimu a merať prúd pretekajúci jednou motorovou cievkou bez toho, aby ste museli taktovať vstup STEP. Nameraný prúd bude 0,7-násobok prúdového limitu (pretože obe cievky sú vždy zapnuté a obmedzené na 70% nastavenia aktuálneho limitu v režime plného kroku). Upozorňujeme, že zmena logického napätia Vdd na inú hodnotu zmení nastavenie prúdového limitu, pretože napätie na kolíku „ref“je funkciou Vdd. Ďalším spôsobom, ako nastaviť prúdový limit, je zmerať napätie priamo na vrchu potenciometra a vypočítať výsledný limit prúdu (snímacie odpory prúdu sú 0,1Ω). Aktuálny limit sa vzťahuje na referenčné napätie takto: Limit prúdu = VREF × 1,25. Napríklad, ak je referenčné napätie 0,6 V, prúdový limit je 0,75A. Ako bolo uvedené vyššie, v režime plného kroku je prúd cez cievky obmedzený na 70% aktuálneho limitu, takže aby sa získal prúd krokového cievky 1A, prúdový limit by mal byť 1A/0,7 = 1,4A, čo zodpovedá na VREF 1,4A/1,25 = 1,12 V. Ďalšie informácie nájdete v technickom liste A4988. Poznámka: Prúd cievky sa môže veľmi líšiť od prúdu v napájacom zdroji, preto by ste na nastavenie prúdového limitu nemali používať prúd nameraný na napájacom zdroji. Príslušné miesto na umiestnenie aktuálneho merača je v sérii s jednou z vašich cievok krokového motora.

Krok 12: Montáž laseru

Laser, ktorý som použil, je zaostrovací laserový modul 200-250 mW 650 nm. Vonkajší kovový kryt funguje ako chladič laserovej diódy. Má zaostrovací objektív na úpravu laserových bodov. Pripojte svorku lasera lasera k laserovej zásuvke na doske vodiča.

Jeden môžete získať tu.

Krok 13: Pripravte sa

Pomocou štyroch malých neodymových magnetov zaistite pracovný kus na pracovnom lôžku a nastavte os X a Y do počiatočnej polohy (domov). Zapnite dosku ovládača pomocou externého zdroja napájania a Arduino Nano k počítaču káblom USB typu A na USB Mini B.

Dosku napájajte aj z externého zdroja napájania.

BEZPEČNOSŤ PRVÉ. BEZPEČNOSTNÉ BRÁNY LASERU SÚ POTREBNÉ

Krok 14: Firmvér GRBL

1. Stiahnite si GRBL tu
2. Extrahujte na plochu priečinok grbl-master, nájdete ho v súbore master.zip
3. Spustite Arduino IDE
4. Z ponuky panela aplikácií vyberte: Skica -> #include Library -> Pridať knižnicu zo súboru. ZIP
5. Vyberte priečinok grbl, ktorý nájdete v priečinku grlb-master, a kliknite na položku Otvoriť
6. Knižnica je nainštalovaná a softvér IDE vám zobrazí túto správu: Knižnica je pridaná do vašej knižnice. Skontrolujte ponuku „Zahrnutie knižníc“.
7. Potom otvorte príklad s názvom „nahranie grbl“a nahrajte ho na nástenku arduino.

Krok 15: Softvér na odoslanie G-CODE

Potrebujeme tiež softvér na odosielanie G-kódu na CNC, na ktorý som použil LASER GRBL

LaserGRBL je jedným z najlepších Windows GCode streamerov pre laserových gravírovačov DIY. LaserGRBL je schopný načítať a streamovať cestu GCode do arduina, ako aj gravírovať obrázky, obrázky a logo pomocou nástroja na vnútornú konverziu.

LASER GRBL Stiahnuť.

LaserGRBL neustále kontroluje, či sú na zariadení dostupné porty COM. Zoznam portov vám umožňuje vybrať port COM, ku ktorému je pripojená vaša riadiaca doska.

Vyberte správnu prenosovú rýchlosť pre pripojenie podľa konfigurácie firmvéru zariadenia (predvolené 115200).

Nastavenia Grbl:

$$ - Zobraziť nastavenia Grbl

Ak chcete zobraziť nastavenia, napíšte $$ a po pripojení k Grbl stlačte kláves Enter. Grbl by mal odpovedať zoznamom aktuálnych systémových nastavení, ako je uvedené v nasledujúcom príklade. Všetky tieto nastavenia sú trvalé a uchovávajú sa v pamäti EEPROM, takže ak ich vypnete, načítajú sa znova pri najbližšom zapnutí Arduina.

0 $ = 10 (krokový impulz, usec)

1 $ = 25 (oneskorenie nečinnosti kroku, ms)

2 doláre = 0 (maska invertovania portového kroku: 00000000)

3 doláre = 6 (maska invertovania portu dir: 00000110)

4 $ = 0 (krok povoliť invertovanie, bool)

5 $ = 0 (obmedzenie obrátenia kolíkov, bool)

6 $ = 0 (invertovanie kolíka sondy, bool)

10 $ = 3 (maska správy o stave: 00000011)

11 dolárov = 0,020 (odchýlka križovatky, mm)

12 dolárov = 0,002 (tolerancia oblúka, mm)

13 dolárov = 0 (prehľad palcov, bool)

20 $ = 0 (mäkké limity, bool)

21 $ = 0 (tvrdé limity, bool)

22 dolárov = 0 (cyklus navádzania, bool)

23 dolárov = 1 (invertná maska homing dir: 00000001)

24 USD = 50 000 (úvodný posuv, mm/min)

25 dolárov = 635 000 (hľadanie navádzania, mm/min)

26 $ = 250 (deblokovanie pri hominge, ms)

27 dolárov = 1 000 (vytiahnutie navádzania, mm)

100 dolárov = 314,961 (x, krok/mm)

101 dolárov = 314,961 (r, krok/mm)

102 dolárov = 314,961 (z, krok/mm)

110 USD = 635 000 (x maximálna rýchlosť, mm/min)

111 USD = 635 000 (maximálna rýchlosť y, mm/min)

112 dolárov = 635 000 (maximálna rýchlosť z, mm/min)

120 dolárov = 50 000 (x zrýchlenie, mm/s^2)

121 = 50 000 (y zrýchlenie, mm/s^2)

122 dolárov = 50 000 (z zrýchlenia, mm/s^2)

130 dolárov = 225 000 (x maximálny zdvih, mm)

131 dolárov = 125 000 (y maximálny zdvih, mm)

132 dolárov = 170 000 (maximálny zdvih z, mm)

Krok 16: Vyladenie systému

Tu prichádza najťažšia časť projektu.

-Nastavenie laserového lúča na najmenší možný bod na obrobku. Toto je najnáročnejšia časť, ktorá si vyžaduje čas a trpezlivosť pri použití metódy chodník a omyl.

-Vymazanie nastavení GRBL na 100 dolárov, 101 dolárov, 130 dolárov a 131 dolárov

Moje nastavenie pre GRBL je 100 dolárov = 110 000 dolárov

$101=110.000

$130=40.000

$131=40.000

Skúsil som vygravírovať štvorec so 40 mm stranami a po toľkých chybách a vyladení nastavenia grbl sa mi vyryla správna 40 mm čiara z osi X aj Y. Ak rozlíšenie osí X a Y nie je rovnaké, obrázok sa zmení v oboch smeroch.

Majte na pamäti, že nie všetky krokové motory z diskov DVD sú rovnaké.

Je to zdĺhavý a časovo náročný proces, ale výsledky sú pri vyladení veľmi uspokojivé.

Užívateľské rozhranie LaserGRBL.

• Ovládanie pripojenia: tu môžete vybrať sériový port a správnu prenosovú rýchlosť pre pripojenie podľa konfigurácie firmvéru grbl.
• Ovládanie súborov: zobrazuje priebeh načítaného súboru a rytie. Spustenie programu spustí zelené tlačidlo „Prehrať“.
• Ručné príkazy: Sem môžete zadať ľubovoľný riadok G-kódu a stlačiť kláves „Enter“. Príkazy budú zaradené do frontu príkazov.
• Protokol príkazov a návratové kódy príkazov: zobrazujú zaradené príkazy a stav a chyby ich vykonávania.
• Ovládanie joggingu: umožňuje manuálne polohovanie lasera. Ľavý vertikálny posúvač ovláda rýchlosť pohybu, pravý posuvník ovláda veľkosť kroku.
• Ukážka gravírovania: táto oblasť zobrazuje náhľad konečného diela. Počas gravírovania malý modrý kríž ukazuje aktuálnu polohu lasera za behu.
• Grbl reset/homing/unlock: tieto tlačidlá odosielajú príkaz soft-reset, homing a unlock na dosku grbl. Na pravej strane tlačidla odomknutia môžete pridať niekoľko tlačidiel definovaných používateľom.
• Podržanie a obnovenie informačného kanála: tieto tlačidlá môžu pozastaviť a obnoviť spustenie programu odoslaním príkazu Feed Hold alebo Resume na panel grbl.
• Počet riadkov a projekcia času: LaserGRBL dokázal odhadnúť čas spustenia programu na základe skutočnej rýchlosti a postupu úlohy.
• Prepíše stav a ovládanie: zobrazí a zmení skutočnú rýchlosť a prepísanie výkonu. Prepísania sú novou funkciou grbl v1.1 a v staršej verzii nie sú podporované.

Krok 17: Gravírovanie do dreva

Rastrový import vám umožňuje načítať obrázok akéhokoľvek druhu do programu LaserGRBL a previesť ho podľa pokynov GCode bez potreby ďalšieho softvéru. LaserGRBL podporuje fotografie, kliparty, kresby ceruzkou, logá, ikony a snaží sa urobiť to najlepšie s akýmkoľvek druhom obrázku.

Je možné ho vyvolať z ponuky „Súbor, Otvoriť súbor“výberom obrázku typu jpg,-p.webp

Nastavenie gravírovania je pre všetky materiály odlišné.

Definujte rýchlosť gravírovania na mm a riadky kvality na mm Pripojené video predstavuje časové oneskorenie celého procesu.

Krok 18: Rezanie tenkého papiera

Tento 250 mW laser je tiež schopný rezať tenký papier, ale rýchlosť by mala byť veľmi nízka, tj. Nie viac ako 15 mm/min, a laserový lúč by mal byť správne nastavený.

Video Attached je časový odstup celého procesu.

Krok 19: Rezanie vinylu a výroba vlastných nálepiek

Vyrobil som vlastnú vinylovú nálepku. Rýchlosť hraníc sa mení s ohľadom na farbu použitého vinylu.

S tmavými farbami sa ľahko pracuje, zatiaľ čo so svetlejšími farbami sú zložité.

Vyššie uvedené obrázky ukazujú, ako používať vinylové nálepky vyrobené na CNC strojoch.

Majte však na pamäti, že pri horení vinylu sa uvoľňujú rakovinotvorné výpary. Naozaj vonia.

♥ Osobitné poďakovanie vývojárom GRBL:)

Dúfam, že sa vám tento projekt páčil, v prípade akýchkoľvek otázok mi dajte vedieť v komentároch, rád by som videl aj fotografie vašich CNC strojov!

Vďaka!! za vašu podporu.