Mini CNC -laserpuun kaivertaja ja laserpaperileikkuri: 18 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Tämä on Instructables siitä, miten tein Arduino -pohjaisen Laser CNC -kaiverruksen ja ohuen paperileikkurin käyttämällä vanhoja DVD -asemia, 250 mW: n laseria. Leikkialue on enintään 40 mm x 40 mm.

Eikö ole hauskaa tehdä oma kone vanhoista tavaroista?

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 kondensaattori
• Käynnistyskaapelit
• 8x pienet neodyymimagneetit (jotka olen pelastanut DVD -objektiivimekanismista)
• 1x 2 -napainen pistoke ruuviliittimen liittimessä
• Vetoketjut (100mm)
• Pikaliima
• Epoksi liima
• Puinen plyboard
• Akryylilevy
• Jotkut M4 -ruuvit, pultit ja mutterit
• Lasersuojalasit

Tässä projektissa tarvitaan LASER -TURVALASIA

Suurin osa osista pelastettiin tai tuodaan Kiinasta BANGGOOD -sivuston kautta.

Vaihe 2: DVD -aseman askelmekanismin purkaminen

Tarvitaan kaksi DVD-ohjainmekanismia, yksi X-akselille ja toinen Y-akselille.

Irrotin kaikki ruuvit ja irrotin askelmoottorin, liukukiskot ja seuraajan pienellä ristipääruuvimeisselillä.

Askelmoottorit ovat 4-napainen bipolaarinen askelmoottori.

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

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 3: Liukukiskojen kokoaminen X- ja Y-akselille

Liukukiskoille olen käyttänyt 2 ylimääräistä tankoa paremman ja tasaisemman suorituskyvyn saavuttamiseksi. Liukusäätimen päätehtävä on liukua tangolla vapaasti ja kitka tangon ja liukusäätimen välillä on minimaalinen.

Kesti jonkin aikaa saada liukusäädin vapaasti tangolle.

Vaihe 4: Stepperin X ja Y pääkehys

Käyttämällä joitakin akryylilevyjä olin tehnyt kaksi pääkehystä askelmalle ja liukukiskoille. Askelmoottorissa on välikkeet päärungon ja sen alustan välillä, ja se on välttämätön akselille.

Vaihe 5: Liukukiskon kiinnittäminen pääkehykseen

Ensin superliimalla olen yrittänyt säätää kiskojen oikeaa asentoa, missä niiden pitäisi olla niin, että seuraaja saa oikean kosketuksen askelkierteeseen. Koskettimen tulee olla kunnollinen, ei liian tiukka tai ei liian kuona. Jos kosketin ei ole kunnolla seuraajan ja langan välillä, vaiheet ohitetaan tai moottori kuluttaa tavallista enemmän virtaa käynnissä. Sopeutuminen kestää jonkin aikaa.

Kun se oli säädetty, kiinnitin ne epoksiliimalla.

Vaihe 6: 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, yhden parin kelalle A ja toisen kelalle B. Juotin ne ja käytin siihen kutisteputkea.

Vaihe 7: X- ja Y -akselin yhdistäminen

X ja Y koordinoivat liikettä

Olen liittänyt X- ja Y-akselin liukusäätimen yhteen kohtisuorassa toisiinsa käyttäen välikappaletta niiden välissä. Ja myös kiinnitetty ohut metalliritilä sen yläpuolelle työvuodeksi. Neodyymimagneetteja käytetään työkappaleen pidikkeenä.

Vaihe 8: 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 Täysi askel.

Korkea Matala Puolivaihe.

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 9: Kokoa kaikki yhteen

Olen tehnyt laserjalustan pitkästä ohuesta metallinauhasta ja joistakin muovisista L -kiinnikkeistä, joissa on joitain tukia. Kaikki asennetaan sitten puulevyyn käyttämällä M4 -ruuvia, muttereita ja pultteja.

Myös askelmoottorit liitetään kuljettajaan.

Vaihe 10: Laser -kokoonpano

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

Kahdella vetoketjulla olen asentanut laserin jalustan kanssa. Laserin jäähdytyselementtiä voidaan myös käyttää, mutta laserini ei ylikuumentunut, joten en käyttänyt sitä. Liitä laserjohtimen liitin ohjainkortin laserpistorasiaan.

Voit saada yhden täältä

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: 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.

TURVALLISUUS ENNEN KAIKKEA

LASER -TURVALASIA TARVITAAN

Vaihe 13: GRBL -laiteohjelmisto

1. Lataa GRBL 1.1 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 14: 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 sen COM -portin, johon ohjauskorttisi on kytketty.

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 15: 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=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 siirtonopeuden 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 16: 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 kohti ja laatulinjat millimetriä kohden

Video Attached on koko prosessin aika.

Vaihe 17: 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 18: 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.

♥ Erityiset kiitokset GRBL -kehittäjille:)

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

Kiitos!! tuestasi.

Mikroprojektikilpailun ensimmäinen palkinto