Mini CNC laserski graver za drvo i laserski rezač papira .: 18 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

Ovo je uputstvo o tome kako sam napravio laserski CNC graver za drvo i rezač tankog papira na bazi Arduina koristeći stare DVD pogone, laser od 250 mW. Površina za igru je 40 mm x 40 mm max.

Nije li zabavno napraviti vlastitu mašinu od starih stvari?

Korak 1: Potrebni dijelovi i materijali

• Arduino Nano (sa USB kablom)
• 2x mehanizam koračnog DVD pogona
• 2x A4988 upravljački modul koračnog motora (ili GRBL štit)
• Laser od 250mW sa podesivim objektivom (ili većim)
• 12v 2Amps napajanje minimalno
• 1x IRFZ44N N-KANAL Mosfet
• 1x 10k otpornik
• 1x 47ohm otpornik
• 1x regulator napona LM7805 (sa hladnjakom)
• Prazna ploča za PCB
• Muški i ženski zaglavlji
• 2,5 mm muški konektor JST XH-Style sa 2 pina
• 1x 1000uf 16v kondenzator
• Premosni kablovi
• 8x malih neodimijumskih magneta (koje sam spasio iz DVD mehanizma objektiva)
• 1x 2pin utični utikač priključne stezaljke
• Zip kravate (100 mm)
• Super ljepilo
• Epoksidni ljepilo
• Drvena ploča
• Akrilni lim
• Neki M4 vijci, vijci i matice
• Laserske zaštitne naočare

LASERSKE SIGURNOSNE NAOČALE su neophodne u ovom projektu

Većina dijelova je spašena ili je dovezena iz Kine putem web lokacije koja se zove BANGGOOD.

Korak 2: Odvajanje stepenastog mehanizama DVD pogona

Potrebna su dva DVD pogonska mehanizma, jedan za X-os, a drugi za Y-osu.

Pomoću malog odvijača sa Phillips glavom uklonio sam sve vijke i odvojio koračni motor, klizne šine i sljedivač.

Koračni motori su 4-pinski bipolarni koračni motor.

Mala veličina i niska cijena DVD motora znače da od motora ne možete očekivati visoku rezoluciju. To osigurava vodeći vijak. Također, ne rade svi takvi motori 20 koraka/okretaj. 24 je takođe uobičajena specifikacija. Morat ćete samo testirati svoj motor da vidite šta radi. Postupak za izračunavanje rezolucije koračnog motora CD pogona:

Za mjerenje rezolucije koračnog motora CD/DVD pogona korišten je digitalni mikrometar. Izmjereno je rastojanje duž vijka. Ukupna dužina vijka pomoću mikrometra pokazala se za 51,56 mm. Za određivanje vrijednosti olova koja je udaljenost između dva susjedna navoja na vijku. Niti su računati kao 12 niti unutar ove udaljenosti. Olovo = rastojanje između susednih niti = (ukupna dužina / broj niti = 51,56 mm) / 12 = 4,29 mm / okr.

Ugao koraka je 18 stepeni što odgovara 20 koraka/okretu. Sada kada su dostupne sve potrebne informacije, rezolucija koračnog motora može se izračunati kako je prikazano u nastavku: Rezolucija = (Rastojanje između susjednih niti)/(N koraka/okretaja) = (4,29 mm/okretaj)/(20 koraka/okretaj)) = 0,214 mm/korak. Što je 3 puta bolja potrebna rezolucija koja iznosi 0,68 mm/korak.

Korak 3: Sklapanje kliznih vodilica za os X i Y

Za klizne šine koristio sam 2 dodatne šipke za bolje i glatke performanse. Glavna funkcija klizača je da slobodno klizi po štapu uz minimalno trenje između štapa i klizača.

Trebalo mi je neko vrijeme da klizač slobodno klizi po štapu.

Korak 4: Glavni okvir za stepenice X i Y

Koristeći neke akrilne ploče napravio sam dva glavna okvira za stepenice i klizne šine. Koračni motor ima odstojnike između glavnog okvira i njegove baze, a to je potrebno za osovinu.

Korak 5: Pričvršćivanje klizne šine na glavni okvir

Prvo sam pomoću super ljepila pokušao prilagoditi pravilan položaj tračnica, gdje bi trebali biti, tako da sljedbenik pravilno stupi u kontakt s koračnim navojem. Kontakt bi trebao biti pravilan, ne previše čvrst ili ne previše trošan. Ako kontakt između sljedbenika i niti nije ispravan, koraci će preskočiti ili će motor u stanju rada povući više struje nego inače. Prilagođavanje traje neko vrijeme.

Nakon što sam ga namjestio, pomoću epoksidnog ljepila popravio sam ih.

Korak 6: Ožičenje koračnih motora

Za koračne motore koristio sam stari USB kabel, jer ima 4 žice unutra i ima poklopac, te je fleksibilniji i lakši za rad.

Korištenjem načina kontinuiteta u multimetru odredite 2 zavojnice, zavojnicu A i zavojnicu B.

Napravio sam 2 para žice odabirom boja, jedan par za zavojnicu A, a drugi za zavojnicu B. Lemio ih je i na nju koristio termoskupljajuću cijev.

Korak 7: Češljanje osi X i Y

X i Y koordiniraju kretanje

Spojio sam klizač X i Y osi međusobno okomito, koristeći neki razmak između njih. I iznad njega je pričvršćen tanki metalni roštilj kao radni krevet. Neodimijski magneti koriste se kao držač za radne komade.

Korak 8: Elektronika

Dijelovi koji se koriste za VOZAČA SU:

• Arduino Nano.
• 2x A4988 pokretači koračnih motora.
• 1x IRFZ44N N-KANALNI MOSFET.
• 1x LM7805 Regulator napona sa hladnjakom.
• 1x 47ohm i 1x 10k otpornik.
• 1x 1000uf 16V kondenzator.
• 1x 2,5 mm muški konektor JST XH-Style sa 2 pina.
• Muške i ženske igle zaglavlja.
• 1x (20 mm x 80 mm prazna štampana ploča).

U GRBL -u su digitalni i analogni pinovi Arduina rezervirani. Pin 'Step' za osi X i Y pričvršćen je na digitalne pinove 2, odnosno 3. 'Dir' pin za osi X i Y pričvršćen je na digitalne pinove 5 i 6 respektivno. D11 je za lasersko omogućavanje.

Arduino se napaja putem USB kabela. A4988 Upravljački programi preko vanjskog izvora napajanja. Svi uzemljeni dijele zajedničke veze. VDD od A4988 spojeni su na 5V Arduina.

Laser koji sam koristio radi na 5V i ima ugrađen krug konstantne struje. Za stalni izvor od 5 V iz vanjskog napajanja koristi se regulator napona LM7805. Hladnjak je obavezan.

IRFZ44N N-KANALNI MOSFET radi kao elektronički prekidač kada prima digitalni visoki signal sa pina D11 Arduina.

NAPOMENA: 5V iz Arduino nano ne može se koristiti jer laser troši više od 250 mA, a Arduino Nano nije sposoban isporučiti toliko struje.

Konfiguriranje mikro koraka za svaku os

MS0 MS1 MS2 Microstep rezolucija

Nisko Nisko Nisko Puni korak.

Visoko Nisko Nisko Pola koraka.

Nisko Visoko Nisko Četvrtinski korak.

Visoko Visoko Nisko Osmi korak.

Visoko Visoko Visoko Šesnaesti korak.

Tri pina (MS1, MS2 i MS3) služe za odabir jedne od rezolucija u pet koraka prema gornjoj tablici istinitosti. Ovi pinovi imaju unutrašnje pull-down otpornike pa ako ih ostavimo isključenima, ploča će raditi u potpunom načinu rada. Koristio sam konfiguraciju iz 16. koraka za glatko i bez buke. Većina (ali svakako ne svi) koračni motori rade 200 punih koraka po okretu. Odgovarajućim upravljanjem strujom u zavojnicama moguće je pokrenuti motor u manjim koracima. Pololu A4988 može pokrenuti motor u 1/16 koraka - ili 3, 200 koraka po okretu. Glavna prednost mikrokoraka je smanjenje grubosti pokreta. Jedine potpuno tačne pozicije su pozicije u punom koraku. Motor neće moći držati nepomičan položaj na jednom od srednjih položaja s istom točnošću položaja ili s istim momentom držanja kao u položajima punih koraka. Uopšteno govoreći, kada su potrebne velike brzine, treba koristiti pune korake.

Korak 9: Sastavite sve zajedno u jedno

Napravio sam laserski stalak od dugačke tanke metalne trake i nekih plastičnih L držača s nekim nosačima. Zatim se sve montira na drvenu ploču pomoću vijka M4, matica i vijaka.

Takođe se vrši povezivanje koračnih motora sa vozačem.

Korak 10: Sklapanje lasera

Laser koji sam koristio je laserski modul za fokusiranje 200-250mW 650nm. Vanjsko metalno kućište radi kao hladnjak za lasersku diodu. Ima fokusno sočivo za podešavanje laserske tačke.

Pomoću dvije Zip-veze sam montirao laser na postolje. Hladnjak za laser također se može koristiti, ali moj laser se nije pregrijavao pa ga nisam koristio. Priključite terminal laserske žice u lasersku utičnicu na upravljačkoj ploči.

Ovdje ga možete nabaviti

Korak 11: Podešavanje struje upravljača koraka

Da bi se postigli visoki koraci, napajanje motora je obično mnogo veće nego što bi bilo dopušteno bez ograničenja aktivne struje. Na primjer, tipični koračni motor mogao bi imati maksimalnu struju od 1A sa otporom zavojnice od 5Ω, što bi značilo maksimalno napajanje motora od 5 V. Korištenje takvog motora s 12 V omogućilo bi veće korake, ali struja mora aktivno ograničite na manje od 1A kako biste spriječili oštećenje motora.

A4988 podržava takvo ograničavanje aktivne struje, a potenciometar trimera na ploči može se koristiti za postavljanje ograničenja struje. Jedan od načina za postavljanje ograničenja struje je prebacivanje upravljačkog programa u način rada u cijelom koraku i mjerenje struje koja prolazi kroz jednu zavojnicu motora bez blokiranja ulaza STEP. Izmjerena struja bit će 0,7 puta veća od granice struje (budući da su obje zavojnice uvijek uključene i ograničene na 70% postavljene granice struje u načinu rada u cijelom koraku). Imajte na umu da će promjena logičkog napona, Vdd, na drugu vrijednost promijeniti postavku ograničenja struje budući da je napon na “ref” pinu funkcija Vdd -a. Drugi način postavljanja ograničenja struje je mjerenje napona direktno na potenciometru i izračunavanje rezultirajuće granice struje (otpornici osjetnika struje su 0,1 Ω). Ograničenje struje odnosi se na referentni napon kako slijedi: Ograničenje struje = VREF × 1,25 Dakle, na primjer, ako je referentni napon 0,6 V, granica struje je 0,75A. Kao što je gore spomenuto, u načinu rada s punim korakom, struja kroz zavojnice ograničena je na 70% ograničenja struje, tako da za dobivanje struje zavojnice u punom koraku od 1A, granica struje treba biti 1A/0,7 = 1,4A, što odgovara na VREF od 1,4A/1,25 = 1,12 V. Za više informacija pogledajte tehnički list A4988. Napomena: Struja zavojnice može se jako razlikovati od struje napajanja, stoga ne biste trebali koristiti struju izmjerenu na izvoru napajanja za postavljanje granice struje. Odgovarajuće mjesto za postavljanje trenutnog mjerača je u nizu s jednim od vaših zavojnica koračnih motora.

Korak 12: Pripremite se

Pomoću četiri mala neodimijumska magneta zaključajte radni komad na radnom krevetu i postavite osi X i Y u početni položaj (kod kuće). Uključite upravljačku ploču putem vanjskog izvora napajanja, a Arduino Nano na računalo putem USB A do USB Mini B kabela. Također napajajte ploču putem vanjskog izvora napajanja.

SIGURNOST NA PRVOM MJESTU

MORAJU SE POTREBITI LASERSKE SIGURNOSNE ČAŠE

Korak 13: GRBL firmver

1. Preuzmite GRBL 1.1, ovdje,
2. Izvucite na radnu površinu fasciklu grbl-master, koju ćete pronaći u datoteci master.zip
3. Pokrenite Arduino IDE
4. Iz izbornika programske trake odaberite: Sketch -> #include Library -> Add Library from file. ZIP
5. Odaberite mapu grbl koju možete pronaći unutar mape grlb-master i kliknite Otvori
6. Biblioteka je sada instalirana i IDE softver će vam prikazati ovu poruku: Biblioteka je dodana u vašu biblioteku. Provjerite izbornik "Uključivanje biblioteka".
7. Zatim otvorite primjer pod nazivom "grbl upload" i postavite ga na svoju arduino ploču

Korak 14: Softver za slanje G-KODE

Također nam je potreban softver za slanje G-koda CNC-u za koji sam koristio LASER GRBL

LaserGRBL je jedan od najboljih Windows GCode streamera za DIY laserski graver. LaserGRBL je u mogućnosti učitati i strujati GCode putanju do arduina, kao i ugravirati slike, slike i logo pomoću internog alata za konverziju.

LASER GRBL Preuzimanje.

LaserGRBL stalno provjerava postoje li COM priključci dostupni na stroju. Spisak portova vam omogućava da izaberete COM port na koji je priključena vaša kontrolna ploča. Molimo vas da izaberete odgovarajuću brzinu prenosa za vezu u skladu sa konfiguracijom firmvera vašeg uređaja (podrazumevano 115200).

Grbl postavke:

$$ - Pogledajte Grbl postavke

Za pregled postavki upišite $$ i pritisnite enter nakon povezivanja na Grbl. Grbl bi trebao odgovoriti sa listom trenutnih postavki sistema, kao što je prikazano u donjem primjeru. Sve su ove postavke trajne i čuvaju se u EEPROM -u, pa ako isključite napajanje, one će se ponovo učitati pri sljedećem uključivanju vašeg Arduina.

$ 0 = 10 (koračni impuls, usec)

$ 1 = 25 (kašnjenje u praznom hodu, ms)

$ 2 = 0 (maska obrnutog porta za promjenu: 00000000)

3 USD = 6 (invertna maska dir porta: 00000110)

4 USD = 0 (korak omogućavanje inverzije, bool)

$ 5 = 0 (invertiranje graničnih pinova, bool)

$ 6 = 0 (invertiranje pinova sonde, bool)

10 USD = 3 (maska izvještaja o statusu: 00000011)

11 USD = 0,020 (odstupanje spoja, mm)

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

13 USD = 0 (inči izvještaja, bool)

20 USD = 0 (meka ograničenja, bool)

21 USD = 0 (tvrda ograničenja, bool)

22 USD = 0 (ciklus navođenja, bool)

$ 23 = 1 (invertna maska za navođenje u početnom smjeru: 00000001)

24 USD = 50.000 (hod usmeravanja, mm/min)

25 USD = 635.000 (traženje navođenja, mm/min)

26 USD = 250 (navođenje početne stranice, ms)

27 USD = 1.000 (izvlačenje za navođenje, mm)

100 USD = 314.961 (x, korak/mm)

$ 101 = 314.961 (y, korak/mm)

102 USD = 314.961 (z, korak/mm)

110 USD = 635.000 (x maksimalna brzina, mm/min)

$ 111 = 635.000 (y max stopa, mm/min)

112 USD = 635.000 (z maksimalna brzina, mm/min)

120 USD = 50.000 (x ubrzanje, mm/sek^2)

121 USD = 50.000 (y ubrzanju, mm/sek^2)

122 USD = 50.000 (z ubrzanje, mm/sek^2)

130 USD = 225.000 (x maks. Hod, mm)

131 USD = 125.000 (y max hod, mm)

132 USD = 170.000 (z max hod, mm)

Korak 15: Podešavanje sistema

Ovdje dolazi najteži dio projekta

Podešavanje laserskog zraka u najmanju moguću tačku na radnom komadu. Ovo je najteži dio koji zahtijeva vrijeme i strpljenje koristeći metodu traga i greške

Podešavanje GRBL postavki za 100, 101, 130 i 131 USD

moja postavka za GRBL je, $100=110.000

$101=110.000

$130=40.000

$131=40.000

Pokušao sam gravirati kvadrat sa stranicama od 40 mm i nakon toliko grešaka i prilagodbe postavke grbl, dobio sam odgovarajuću liniju od 40 mm ugraviranu s X i Y osi. Ako rezolucije osi X i Y-ose nisu iste, slika će se skalirati u oba smjera.

Imajte na umu da svi koračni motori s DVD pogona nisu isti

To je dugotrajan i dugotrajan proces, ali rezultati su tako zadovoljavajući ako se dotjeraju.

Korisničko sučelje LaserGRBL

• Kontrola veze: ovdje možete odabrati serijski port i odgovarajuću brzinu prijenosa za povezivanje, prema konfiguraciji grbl firmvera.
• Kontrola datoteke: ovo prikazuje naziv učitane datoteke i napredak procesa graviranja. Zeleno dugme “Play” će pokrenuti izvršavanje programa.
• Ručne naredbe: ovdje možete upisati bilo koju liniju G-koda i pritisnuti “enter”. Naredbe će biti stavljene u red za naredbe.
• Dnevnik naredbi i kodovi za povratak naredbi: prikazuju naredbe u redu i njihov status izvršavanja i greške.
• Kontrola trzanjem: dozvoljava ručno pozicioniranje lasera. Lijevi okomiti klizač kontrolira brzinu kretanja, desni klizač kontrolira veličinu koraka.
• Pregled graviranja: ovo područje prikazuje konačni pregled rada. Tokom graviranja mali plavi križ će pokazati trenutnu poziciju lasera za vrijeme izvođenja.
• Grbl reset/homing/unlock: ovi tasteri šalju komandu za soft reset, homing i unlock na grbl ploču. S desne strane tipke za otključavanje možete dodati neke korisnički definirane tipke.
• Zadržavanje i nastavak feeda: ovo dugme može obustaviti i nastaviti izvršavanje programa slanjem naredbe Feed Hold ili Resume na grbl ploču.
• Broj linija i projekcija vremena: LaserGRBL bi mogao procijeniti vrijeme izvođenja programa na osnovu stvarne brzine i napretka posla.
• Nadjačava status i kontrolu: prikazuje i mijenja stvarnu brzinu i nadjačavanje snage. Overrides je nova značajka grbl v1.1 i nije podržana u starijoj verziji.

Korak 16: Graviranje drveta

Uvoz rastera omogućuje vam učitavanje bilo koje slike u LaserGRBL i pretvaranje u GCode upute bez potrebe za drugim softverom. LaserGRBL podržava fotografije, isječke, crteže olovkama, logotipe, ikone i trudi se učiniti najbolje sa bilo kojom slikom.

Može se pozvati iz menija „Datoteka, otvori datoteku“odabirom slike tipa jpg,-p.webp

Postavke graviranja su različite za sve materijale.

Odredite brzinu graviranja po mm i linije kvaliteta po mm

Video prilog predstavlja vremenski odmak cijelog procesa.

Korak 17: Rezanje tankog papira

Ovaj laser od 250 mW također može rezati tanke papire, ali brzina bi trebala biti vrlo mala, odnosno ne veća od 15 mm/min, a laserski snop bi trebao biti pravilno podešen.

Video prilog predstavlja vremenski odmak cijelog procesa.

Korak 18: Rezanje vinila i izrada prilagođenih naljepnica

Napravio sam prilagođenu vinil naljepnicu. Brzina graničenja se mijenja s obzirom na boju korištenog vinila.

S tamnim bojama je lako raditi, dok su svjetlije boje lukave.

Gore navedene slike pokazuju kako se koriste vinilne naljepnice izrađene pomoću CNC -a.

♥ Posebno hvala GRBL programerima:)

Nadam se da vam se svidio ovaj projekt, javite mi u komentarima ako imate pitanja, I ja bih volio vidjeti fotografije vaših CNC strojeva!

Hvala !! za vašu podršku.

Prva nagrada na takmičenju za mikrokontrolere