DIY Mini CNC -laserkaiverrus: 19 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Tämä on Instructables siitä, kuinka Remixin vanhan CNC -laserkaivertajani ja tein vakaan version Arduino -pohjaisesta laser -CNC -kaivertajasta ja ohuesta paperileikkurista käyttämällä vanhoja DVD -asemia ja käyttämällä 250 mW: n laseria.

CNC: n vanha versio:

Vanha versio ei ollut kovin vakaa ja siinä oli jonkin verran heilumista epätasaisten osien vuoksi, joten päätin tehdä siitä vakaan version 3D -tulostetuilla osilla. Tämä antoi minulle erinomaisia tuloksia laserkaiverruksessa jopa hyvin pienissä yksityiskohdissa, tämä kone on kaapeli tekemään työtä hyvin. Voit nähdä yksityiskohdat kaiverretun kuvan silmässä.

Leikkialue on enintään 40 mm x 40 mm.

Vaihe 1: Tarvittavat osat ja materiaalit

• Arduino Nano (USB -kaapelilla)
• 2x DVD -askelin askelmekanismi
• 2x A4988 -askelmoottorin ohjainmoduuli (tai GRBL -suoja)
• 250 mW laser säädettävällä objektiivilla (tai yli)
• 12v 2Amps virtalähde vähintään
• 1x IRFZ44N N-KANAVA Mosfet
• 1x 10k vastus
• 1x 47ohmin vastus
• 1x LM7805 jännitesäädin (jäähdytyselementillä)
• Tyhjä piirilevy
• Uros- ja naarasotsikot
• 2,5 mm JST XH-tyyli
• 2 -napainen urosliitin
• 1x 1000uf 16v kondensaattorin hyppykaapelit
• 8x pienet neodyymimagneetit (jotka olen pelastanut DVD -objektiivimekanismista)
• 1x 2 -napainen pistoke ruuviliittimen liittimessä
• Vetoketjut (100mm)
• Pikaliima
• 6x M3x12 ruuvia
• 8x M2x5 ruuvia
• Lasersuojalasit

"Tässä projektissa tarvitaan LASER -TURVALASIA".

Vaihe 2: Tulostetut osat

STL -tiedostot, katso liitteenä oleva tiedosto tai siirry osoitteeseen

Kaikki osat on painettu ABS -materiaalista.

Tulostusasetukset: Kerroksen korkeus: 0,2 mm

Täyte: <25%

Tukee: Ei

Vaihe 3: DVD -aseman askelmekanismin purkaminen

Tarvitaan kaksi DVD-ajomekanismia, yksi X-akselille ja toinen Y-akselille. Pienellä ristipääruuvimeisselillä irrotin kaikki ruuvit ja irrotin askelmoottorin, liukukiskot ja seuraajan. Askelmoottorit ovat 4-napainen bipolaarinen askelmoottori.

DVD -moottorin pieni koko ja alhaiset kustannukset tarkoittavat, että et voi odottaa korkeaa resoluutiota moottorilta. Sen tarjoaa johtoruuvi. Lisäksi kaikki tällaiset moottorit eivät tee 20 askelta/kierros. 24 on myös yleinen spec. Sinun on vain testattava moottoria nähdäksesi, mitä se tekee.

Menettely CD -askelmoottorin resoluution laskemiseksi:

CD/DVD -askelmoottorin resoluution mittaamiseksi käytettiin digitaalista mikrometriä. Etäisyys ruuvia pitkin mitattiin. Ruuvin kokonaispituus mikrometrillä, joka osoittautui 51,56 mm: ksi. Johtoarvon määrittäminen, joka on kahden vierekkäisen ruuvin kierteiden välinen etäisyys. Lankojen laskettiin olevan 12 lankaa tämän etäisyyden sisällä. Johto = vierekkäisten kierteiden välinen etäisyys = (kokonaispituus / kierteiden lukumäärä = 51,56 mm) / 12 = 4,29 mm / kierros. Askelkulma on 18 astetta, mikä vastaa 20 askelta/kierros. Nyt kun kaikki tarvittavat tiedot ovat saatavilla, askelmoottorin resoluutio voidaan laskea alla esitetyllä tavalla: Resoluutio = (vierekkäisten kierteiden välinen etäisyys)/(N askelta/kierros) = (4,29 mm/kierros)/(20 vaihetta/kierros)) = 0,214 mm/askel. Mikä on 3 kertaa parempi vaadittu resoluutio, joka on 0,68 mm/askel.

Vaihe 4: Liukusäätimen valmistelu

Super Liimaa käyttämällä olen liimaillut liukusäätimen ja ohjaimen yhteen osaan. Jousi on kiinnitetty ohjaimen ja johtoruuvin välisen kireyden ylläpitämiseksi mustan ripsen välttämiseksi.

Vaihe 5: Liukukiskojen kokoaminen Y-akselia varten

Ennen kuin asennat liukusäätimen pohjaan, olen liimautunut 4x pieniin neodyymimagneetteihin (jotka olen pelastanut DVD-objektiivimekanismista) X-levyyn. Tämä magneetti auttaa pitämään työkappaleen työalueella.

Sileä sauva pitää liukumekanismin ehjänä pohjaan nähden.

Vaihe 6: Liukukiskojen kokoaminen X-akselia varten

Tässä olen liimalla ja ruuvilla kiinnittänyt ohjausmekanismin laserkoteloon.

Kiinnitti askelmoottorin paikkaan ruuveilla ja työnsi sen jälkeen sileät tangot ja ohjainosan annettuihin reikiin pitäen mielessä, että liukusäädin liikkuu vapaasti eikä liian kovaa. Ja kiinnitti siihen sivukehyksen pilarit.

Vaihe 7: Askelmoottorien johdotus

Askelmoottoreissa olen käyttänyt vanhaa USB -kaapelia, koska siinä on 4 -johdin sisällä ja siinä on kansi, ja se on joustavampi ja helpompi työskennellä.

Määritä 2 kela, kela A ja kela B käyttämällä yleismittarin jatkuvuustilaa.

Tein 2 paria lankaa valitsemalla värit, yksi pari kelalle A ja toinen kelalle B.

Juotettiin ne ja käytettiin siihen kutisteputkea.

Vaihe 8: X- ja Y -akselin yhdistäminen

Yhdistä pohja ja kaksi sivukehystä yhdeksi kokonaisuudeksi käyttämällä 4x M3x12 -ruuvia.

Vaihe 9: Elektroniikka

KULJETTAJALLE KÄYTETYT OSAT OVAT:

• Arduino Nano.
• 2x A4988 askelmoottorin ohjaimet.
• 1x IRFZ44N N-KANAVA MOSFET.
• 1x LM7805 Jännitesäädin jäähdytyselementillä.
• 1x 47ohm ja 1x 10k vastus.
• 1x 1000uf 16V kondensaattori.
• 1x 2,5 mm JST XH-Style 2-napainen urosliitin.
• MIESTEN ja NAISTEN otsikkotapit.
• 1x (20 mm x 80 mm tyhjä piirilevy).

GRBL: ssä Arduinon digitaaliset ja analogiset nastat on varattu. X- ja Y -akselin askeltappi on kiinnitetty digitaalisiin nastoihin 2 ja 3. X- ja Y -akselin 'Dir' -tappi on kiinnitetty digitaalisiin nastoihin 5 ja 6. D11 on tarkoitettu laser -käyttöön. Arduino saa virtaa USB -kaapelin kautta. A4988 ohjaa ulkoisen virtalähteen kautta. Kaikilla mailla on yhteiset yhteydet. A4988: n VDD on kytketty 5 V: n Arduinoon. Käyttämäni laser toimii 5V jännitteellä ja siinä on sisäänrakennettu vakiovirtapiiri. Ulkoisen virtalähteen jatkuvaan 5 V: n lähteeseen käytetään LM7805 -jännitesäädintä. Jäähdytyselementti on pakollinen. IRFZ44N N-CHANNEL MOSFET toimii sähköisenä kytkimenä, kun se vastaanottaa digitaalisen korkean signaalin Arduinon nastasta D11. HUOMAUTUS: Arduino nanon 5 V: n virtaa ei voida käyttää, koska laser kuluttaa yli 250 mA ja Arduino Nano ei kykene toimittamaan niin paljon virtaa.

Mikroaskelman määrittäminen kullekin akselille.

MS0 MS1 MS2 Microstep -resoluutio.

Matala Matala Matala Koko askel.

Matala korkea matala neljänneksen askel.

Korkea Korkea Matala Kahdeksas askel.

Korkea Korkea Kuudestoista askel.

Kolme nastaa (MS1, MS2 ja MS3) on tarkoitettu valitsemaan yksi viidestä vaiheen resoluutiosta yllä olevan totuustaulukon mukaisesti. Näissä nastoissa on sisäiset vetovastusvastukset, joten jos jätämme ne irrotettaviksi, levy toimii täydellä askelmoodilla. Olen käyttänyt 16. vaiheen kokoonpanoa tasaiseksi ja meluttomaksi. Useimmat (mutta eivät varmasti kaikki) askelmoottorit tekevät 200 täyttä askelta kierrosta kohden. Hallitsemalla kelojen virtaa asianmukaisesti on mahdollista saada moottori liikkumaan pienemmissä vaiheissa. Pololu A4988 voi saada moottorin liikkumaan 1/16 askeleella - tai 3 200 askelta kierrosta kohden. Ainoat täysin tarkat asennot ovat täyden askeleen asennot. Moottori ei pysty pitämään paikallaan jossakin väliasennossa samalla sijaintitarkkuudella tai samalla vääntömomentilla kuin täyden askeleen asennoissa.

Vaihe 10: Elektroniikan kokoaminen runkoon

Kiinnitä ohjainkortti takalevylle 2x M2 -ruuveilla ja koneen runkoon 2x M3x12 -ruuveilla. Kytketty askelmoottorien X, Y ja laserin liitännät.

Vaihe 11: Askelohjaimen virran säätäminen

Korkean askelnopeuden saavuttamiseksi moottorin syöttö on tyypillisesti paljon suurempi kuin se olisi sallittua ilman aktiivista virranrajoitusta. Esimerkiksi tyypillisellä askelmoottorilla voi olla maksimivirta 1A ja 5Ω kelaresistanssi, mikä merkitsisi moottorin enimmäissyöttöä 5 V. Käyttö tällaisella 12 V: n moottorilla mahdollistaisi korkeammat askelnopeudet, mutta virran on oltava aktiivinen saa rajoittaa alle 1A moottorin vaurioitumisen estämiseksi. A4988 tukee tällaista aktiivista virranrajoitusta, ja kortilla olevaa trimmeripotentiometriä voidaan käyttää virtarajan asettamiseen. Yksi tapa asettaa virtaraja on asettaa kuljettaja täysivaiheiseen tilaan ja mitata yhden moottorin kelan läpi kulkeva virta ilman STEP-tulon kellotusta. Mitattu virta on 0,7 kertaa nykyinen raja (koska molemmat kelat ovat aina päällä ja rajoitettu 70%: iin virtaraja-asetuksesta täysivaiheisessa tilassa). Huomaa, että logiikkajännitteen Vdd muuttaminen toiseen arvoon muuttaa virtaraja -asetusta, koska "ref" -tapin jännite on Vdd: n funktio. Toinen tapa asettaa virtaraja on mitata jännite suoraan potentiometrin päällä ja laskea tuloksena oleva virtaraja (virtamittausvastukset ovat 0,1Ω). Virtaraja liittyy vertailujännitteeseen seuraavasti: Virtaraja = VREF × 1,25 Joten esimerkiksi jos vertailujännite on 0,6 V, virtaraja on 0,75A. Kuten edellä mainittiin, täysvaiheisessa tilassa kelojen läpi kulkeva virta on rajoitettu 70%: iin virtarajasta, joten 1A: n täysivaiheisen kelan virran saamiseksi virtarajan tulisi olla 1A/0,7 = 1,4A, mikä vastaa VREF 1,4A/1,25 = 1,12 V. Katso lisätietoja A4988 -tuoteselosteesta. Huomautus: Kelan virta voi olla hyvin erilainen kuin virtalähde, joten älä käytä virtalähteestä mitattua virtaa virranrajan asettamiseen. Sopiva paikka nykyisen mittarin asettamiseen on sarjassa yhden askelmoottorikäämin kanssa.

Vaihe 12: Laser -kokoonpano

Käyttämäni laser on Focusable Laser Module 200-250mW 650nm. Ulompi metallikotelo toimii laserdiodin jäähdytyselementtinä. Siinä on fokusoitava linssi laserpisteen säätämistä varten. Liitä laserjohtimen liitin ohjainkortin laserpistorasiaan.

Voit saada yhden täältä.

Vaihe 13: Valmistautuminen

Lukitse työkappale työpöydällä neljällä pienellä neodyymimagneetilla ja aseta X- ja Y-akseli alkuasentoon (koti). Käynnistä ohjainkortti ulkoisen virtalähteen kautta ja Arduino Nano tietokoneeseen USB A - USB Mini B -kaapelin kautta.

Kytke kortti myös ulkoisen virtalähteen kautta.

ENSIMMÄINEN TURVALLISUUS LASER -TURVALASIA TARVITAAN

Vaihe 14: GRBL -laiteohjelmisto

1. Lataa GRBL täältä
2. Pura työpöydältä grbl-master-kansio, joka löytyy tiedostosta master.zip
3. Suorita Arduino IDE
4. Valitse sovelluspalkin valikosta Sketch -> #include Library -> Add Library from file. ZIP
5. Valitse kansio grbl, joka löytyy grlb-master-kansiosta, ja napsauta Avaa
6. Kirjasto on nyt asennettu ja IDE -ohjelmisto näyttää sinulle seuraavan viestin: Kirjasto lisätään kirjastoosi. Tarkista kirjastojen sisällyttäminen -valikko.
7. Avaa sitten esimerkki nimeltä "grbl upload" ja lataa se arduino -kortillesi.

Vaihe 15: Ohjelmisto lähettää G-CODE

Tarvitsemme myös ohjelmiston G-koodin lähettämiseen CNC: hen, jota olen käyttänyt LASER GRBL: ää

LaserGRBL on yksi parhaista Windowsin GCode -suoratoistolaitteista DIY -laserkaivertajalle. LaserGRBL pystyy lataamaan ja suoratoistamaan GCode -polun arduinoon sekä kaivertamaan kuvia, kuvia ja logon sisäisellä muuntotyökalulla.

LASER GRBL Lataa.

LaserGRBL tarkistaa jatkuvasti koneessa olevia COM -portteja. Porttiluettelon avulla voit valita COM -portin, johon ohjauskorttisi on kytketty.

Valitse yhteysyhteydelle oikea siirtonopeus laitteen laiteohjelmiston määritysten mukaan (oletus 115200).

Grbl -asetukset:

$$ - Näytä Grbl -asetukset

Jos haluat tarkastella asetuksia, kirjoita $$ ja paina enter, kun olet muodostanut yhteyden Grbl -palveluun. Grbl: n pitäisi vastata luetteloon nykyisistä järjestelmäasetuksista alla olevan esimerkin mukaisesti. Kaikki nämä asetukset ovat pysyviä ja säilytetään EEPROMissa, joten jos katkaiset virran, ne ladataan takaisin, kun seuraavan kerran käynnistät Arduinon.

$ 0 = 10 (askelpulssi, käytäc)

$ 1 = 25 (askel idle -viive, ms)

$ 2 = 0 (askelportin kääntömaski: 00000000)

3 dollaria = 6 (johtoportin käänteismaski: 00000110)

$ 4 = 0 (askel käyttöön käänteinen, bool)

5 dollaria = 0 (raja -nastat ylösalaisin, bool)

6 dollaria = 0 (mittapään kääntö, bool)

10 dollaria = 3 (tilaraportin peite: 00000011)

11 dollaria = 0,020 (risteyksen poikkeama, mm)

12 dollaria = 0,002 (kaaren toleranssi, mm)

13 dollaria = 0 (raportin tuumaa, bool)

20 dollaria = 0 (pehmeät rajat, bool)

21 dollaria = 0 (kovat rajat, bool)

22 dollaria = 0 (kotiutusjakso, bool)

23 dollaria = 1 (johtava käänteismaski: 00000001)

24 dollaria = 50 000 (syöttösyöttö, mm/min)

25 dollaria = 635 000 (kotipaikka, mm/min)

26 dollaria = 250 (kotiutuspoisto, ms)

27 dollaria = 1000 (vetävä ulosveto, mm)

100 dollaria = 314,961 (x, askel/mm)

101 $ = 314,961 (y, askel/mm)

102 dollaria = 314,961 (z, askel/mm)

110 dollaria = 635 000 (x maksiminopeus, mm/min)

111 dollaria = 635 000 (y maksiminopeus, mm/min)

112 dollaria = 635 000 (z maksiminopeus, mm/min)

120 dollaria = 50 000 (x korostus, mm/s^2)

121 = 50.000 (y accel, mm/sec^2)

122 $ = 50 000 (z accel, mm/sec^2)

$ 130 = 225.000 (x suurin liike, mm)

131 dollaria = 125 000 (y maksimi liike, mm)

132 dollaria = 170 000 (z maksimi matka, mm)

Vaihe 16: Järjestelmän säätäminen

Tässä tulee hankkeen vaikein osa.

-Lasersäteen säätäminen pienimpään mahdolliseen pisteeseen työkappaleessa. Tämä on temppavin osa, joka vaatii aikaa ja kärsivällisyyttä polku- ja virhemenetelmän avulla.

-GRBL -asetusten säätäminen $ 100, $ 101, $ 130 ja $ 131

Asetukseni GRBL: lle on 100 dollaria = 110 000

$101=110.000

$130=40.000

$131=40.000

Yritin kaivertaa 40 mm: n sivun neliön ja niin monen virheen ja grbl-asetuksen säätämisen jälkeen saan oikean 40 mm: n viivan kaiverrettu sekä X- että Y-akselilta. Jos X- ja Y-akselin resoluutio eivät ole samat, kuva skaalautuu kumpaankin suuntaan.

Muista, että kaikki DVD -asemien askelmoottorit eivät ole samat.

Se on pitkä ja aikaa vievä prosessi, mutta tulokset ovat niin tyydyttäviä, kun niitä säädetään.

LaserGRBL -käyttöliittymä.

• Yhteydenhallinta: tässä voit valita sarjaportin ja oikean testausnopeuden yhteydelle grbl -laiteohjelmiston kokoonpanon mukaan.
• Tiedostonhallinta: tämä näyttää ladatun tiedostonimen ja kaiverrusprosessin edistymisen. Vihreä”Toista” -painike käynnistää ohjelman suorituksen.
• Manuaaliset komennot: voit kirjoittaa minkä tahansa G-koodirivin tähän ja painaa "enter". Komennot järjestetään komentojonoon.
• Komentoloki ja komentojen palautuskoodit: näytä järjestyksessä olevat komennot ja niiden suoritustila ja virheet.
• Jog -ohjaus: salli laserin manuaalinen paikannus. Vasen pystysuora liukusäädin ohjaa liikkeen nopeutta, oikean liukusäätimen askelkoko.
• Kaiverrus esikatselu: tällä alueella näkyy työn lopullinen esikatselu. Kaiverruksen aikana pieni sininen risti näyttää laserin nykyisen sijainnin ajon aikana.
• Grbl reset/homing/unlock: nämä painikkeet antavat pehmeän nollaus-, kotiutus- ja lukituksen avauskomennon grbl-levylle. Avauspainikkeen oikealle puolelle voit lisätä joitain käyttäjän määrittämiä painikkeita.
• Syötteen pito ja jatkaminen: nämä painikkeet voivat keskeyttää ja jatkaa ohjelman suorittamista lähettämällä Feed Hold- tai Resume -komennon grbl -levylle.
• Linjojen määrä ja aikaennuste: LaserGRBL voi arvioida ohjelman suoritusajan todellisen nopeuden ja työn edistymisen perusteella.
• Ohittaa tilanhallinnan: näyttää ja muuttaa todellisen nopeuden ja tehon ohituksen. Ohitukset on grbl v1.1: n uusi ominaisuus, eikä sitä tueta vanhemmassa versiossa.

Vaihe 17: Puun kaiverrus

Rasterituonnin avulla voit ladata minkä tahansa kuvan LaserGRBL: ään ja kääntää sen GCode -ohjeiksi ilman muita ohjelmistoja. LaserGRBL tukee valokuvia, leikekuvia, lyijykynäpiirroksia, logoja, kuvakkeita ja yrittää tehdä parhaansa kaikenlaisilla kuvilla.

Se voidaan palauttaa”Tiedosto, Avaa tiedosto” -valikosta valitsemalla kuva, jonka tyyppi on jpg,-p.webp

Kaiverrusasetus on erilainen kaikille materiaaleille.

Määrittele kaiverrusnopeus millimetriä kohden ja laatulinjat millimetriä kohden Video Liitetty on koko prosessin aika.

Vaihe 18: Ohut paperin leikkaus

Tämä 250 mW: n laser pystyy myös leikkaamaan ohuita papereita, mutta nopeuden tulisi olla hyvin alhainen eli enintään 15 mm/min ja lasersäde on säädettävä oikein.

Video Attached on koko prosessin aika.

Vaihe 19: Vinyylileikkaus ja mukautettujen tarrojen tekeminen

Olen tehnyt mukautetun vinyylitarran. Rajanylitysnopeus muuttuu käytetyn vinyylin värin mukaan.

Tummat värit ovat helppoja käsitellä, kun taas vaaleat värit ovat vaikeita.

Yllä olevat kuvat osoittavat, kuinka CNC: llä valmistettuja vinyylitarroja käytetään.

Muista kuitenkin, että vinyylin polttaminen vapauttaa syöpää aiheuttavia huuruja. Ne haisevat todella pahalle.

♥ Erityiset kiitokset GRBL -kehittäjille:)

Toivottavasti pidit tästä projektista, kerro minulle kommenteissa, jos sinulla on kysyttävää, haluaisin nähdä kuvia myös CNC -koneistasi!

Kiitos!! tuestasi.