DIY Mini CNC laserski graver: 19 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

To je navodilo o tem, kako sem predelal svoj stari CNC laserski graver in izdelal stabilno različico laserskega CNC graverja na osnovi Arduina in rezalnika tankega papirja s starimi pogoni DVD in z laserjem 250 mW.

Stara različica mojega CNC:

Stara različica ni bila zelo stabilna in se je zaradi neravnih delov nekoliko nihala, zato sem se odločil, da jo naredim stabilno z uporabo 3D tiskanih delov. Kar mi je dalo odlične rezultate pri laserskem graviranju tudi pri zelo majhnih podrobnostih, ta stroj je kabel za dobro delo. Podrobnosti si lahko ogledate v očesu vgravirane slike.

Največja igralna površina je 40 x 40 mm.

1. korak: potrebni deli in materiali

• Arduino Nano (s kablom USB)
• 2x koračni mehanizem DVD pogona
• 2x gonilniški modul koračnega motorja A4988 (ali ščitnik GRBL)
• Laser 250mW z nastavljivo lečo (ali več)
• 12v 2Amps napajanje najmanj
• 1x IRFZ44N N-KANAL Mosfet
• 1x 10k upor
• 1x 47 ohmski upor
• 1x regulator napetosti LM7805 (s hladilnikom)
• Prazna plošča PCB
• Moški in ženski voditelji
• 2,5 mm JST XH-Style
• 2pin moški konektor
• 1x 1000uf 16v kondenzatorski kabli
• 8x majhni neodim magneti (ki sem jih rešil iz mehanizma objektiva DVD)
• 1x 2 -polni vtični vtični priključek
• Zadrge (100 mm)
• Super lepilo
• 6x vijaki M3x12
• 8x vijaki M2x5
• Laserska zaščitna očala

"V tem projektu so potrebna LASERSKA VARNOSTNA OČALA".

2. korak: Natisnjeni deli

Datoteke STL si oglejte priloženo datoteko ali pojdite na:

Vsi deli so natisnjeni v ABS materialu.

Nastavitve tiskanja: Višina plasti: 0,2 mm

Izpolnitev: <25%

Podpora: Ne

3. korak: Odstranitev koračnega mehanizma DVD pogona

Potrebujete dva pogonska mehanizma DVD-ja, enega za os X in drugega za os Y. Z majhnim izvijačem z glavo Phillips sem odstranil vse vijake in ločil koračni motor, drsne tirnice in sledilnik. Koračni motorji so 4-polni bipolarni koračni motor.

Majhna velikost in nizki stroški DVD motorja pomenijo, da od motorja ne morete pričakovati visoke ločljivosti. To zagotavlja vodilni vijak. Prav tako vsi taki motorji ne naredijo 20 korakov/vrt. 24 je tudi pogosta specifikacija. Morali boste samo preizkusiti motor, da vidite, kaj dela.

Postopek za izračun ločljivosti koračnega motorja CD pogona:

Za merjenje ločljivosti koračnega motorja pogona CD/DVD smo uporabili digitalni mikrometer. Izmerjena je bila razdalja vzdolž vijaka. Skupna dolžina vijaka z uporabo mikrometra, ki se je izkazala za 51,56 mm. Za določitev vrednosti svinca, ki je razdalja med dvema sosednjima navojema na vijaku. Na tej razdalji je bilo niti 12 niti. Svinec = razdalja med sosednjima navojema = (skupna dolžina / število niti = 51,56 mm) / 12 = 4,29 mm / vrt. Kot koraka je 18 stopinj, kar ustreza 20 korakom/obratu. Zdaj, ko so na voljo vse potrebne informacije, je mogoče ločljivost koračnega motorja izračunati, kot je prikazano spodaj: Ločljivost = (Razdalja med sosednjimi nitmi)/(N korakov/vrt) = (4,29 mm/vrt/vrt)/(20 korakov/vrt) = 0,214 mm/korak. Kar je 3 -krat boljša ločljivost, ki je 0,68 mm/korak.

4. korak: Priprava drsnika

Z lepilom Super Glue sem lepil drsnik in vodilo v en del. Za vzdrževanje napetosti med vodilom in vodilnim vijakom je pritrjena vzmet, da se prepreči nastanek črnih trepalnic.

5. korak: Sestavljanje drsnih tirnic za os Y

Preden sem drsnik sestavil v podnožje, sem v X-ploščo prilepil 4x majhne neodimske magnete (ki sem jih rešil iz mehanizma objektiva DVD). Ti magneti bodo pomagali držati obdelovanec na delovnem območju.

Gladka palica bo ohranila drsni mehanizem nedotaknjen do podlage.

6. korak: Sestavljanje drsnih tirnic za os X

Tukaj sem s super lepilom in vijakom pritrdil vodilni mehanizem na ohišje laserja.

Koračni motor pritrdite na mesto z vijaki in nato vstavite gladke palice in vodilni del v luknje, pri čemer upoštevajte, da se drsnik prosto premika in ne preveč močno. Nanj so pritrdili stebre stranskega okvirja.

7. korak: Ožičenje koračnih motorjev

Za koračne motorje sem uporabil stari usb kabel, ker ima 4 žice v notranjosti in pokrov ter je bolj prilagodljiv in enostaven za uporabo.

Z uporabo načina neprekinjenosti v multimetru določite 2 tuljave, tuljave A in tuljave B.

Naredil sem 2 para žice z izbiro barv, en par za tuljavo A in drugi za tuljavo B.

Spajkali smo jih in na njih uporabili toplotno skrčljivo cev.

8. korak: Česanje osi X in Y

S pomočjo 4x vijakov M3x12 združite podnožje in dva stranska okvirja v en sklop.

9. korak: Elektronika

DELI, KI SE UPORABLJAJO ZA VOZNIKA SO:

• Arduino Nano.
• 2x gonilnika koračnih motorjev A4988.
• 1x N-KANALNI MOSFET IRFZ44N.
• 1x regulator napetosti LM7805 s hladilnikom.
• 1x 47ohm in 1x 10k upor.
• 1x 1000uf 16V kondenzator.
• 1x 2,5-milimetrski 2-polni moški konektor JST XH-Style.
• MOŠKI in ŽENSKI zatiči za glavo.
• 1x (20 mm x 80 mm prazno tiskano vezje).

V GRBL so digitalni in analogni zatiči Arduino rezervirani. Pin "Step" za osi X in Y je pritrjen na digitalne nožice 2 oziroma 3. Pin 'Dir' za osi X in Y je pritrjen na digitalne nožice 5 oziroma 6. D11 je za lasersko omogočanje. Arduino se napaja prek kabla USB. Gonilniki A4988 preko zunanjega vira napajanja. Vsa tla imajo skupne povezave. VDD A4988 so priključeni na 5V Arduina. Laser, ki sem ga uporabil, deluje na 5V in ima vgrajeno vezje s konstantnim tokom. Za stalen vir 5V iz zunanjega napajalnika se uporablja regulator napetosti LM7805. Hladilnik je obvezen. N-KANALNI MOSFET IRFZ44N deluje kot elektronsko stikalo, ko sprejema digitalni visoki signal z zatiča D11 Arduina. OPOMBA: 5V iz Arduino nano ni mogoče uporabiti, ker laser črpa več kot 250 mA in Arduino Nano ne more oddati toliko toka.

Konfiguriranje mikro korakanja za vsako os.

MS0 MS1 MS2 Microstep Ločljivost.

Nizko Nizko Nizko Polno stopnjo. Visoko Nizko Nizko Pol koraka.

Nizko Visoko Nizko Četrtinski korak.

Visoka Visoka Nizka Osmi korak.

Visoka Visoka Visoka Šestnajsti korak.

Trije zatiči (MS1, MS2 in MS3) so za izbiro ene od petih stopenjskih ločljivosti v skladu z zgornjo tabelo resničnosti. Ti zatiči imajo notranje izvlečne upore, zato, če jih pustimo odklopljene, bo plošča delovala v polnem koraku. Za nemoteno in brez hrupa sem uporabil konfiguracijo 16. koraka. Večina (vendar zagotovo ne vsi) koračnih motorjev naredi 200 polnih korakov na vrtljaj. Z ustreznim upravljanjem toka v tuljavah je možno, da se motor premika v manjših korakih. Pololu A4988 lahko motor premika v 1/16 korakih - ali 3, 200 korakov na vrtljaj. Glavna prednost mikrokoraka je zmanjšanje hrapavosti gibanja. Edini popolnoma natančni položaji so položaji v celotnem koraku. Motor ne bo mogel držati mirujočega položaja na enem od vmesnih položajev z enako natančnostjo položaja ali z enakim zadrževalnim navorom kot pri položajih v celotnem koraku. Na splošno velja, da je pri visokih hitrostih treba uporabiti polne korake.

10. korak: Sestavljanje elektronike na okvir

Voznikovo ploščo sestavite na zadnji plošči z vijaki 2x M2 in na okvir stroja z 2x vijakoma M3x12. Priključeni priključki za koračne motorje X, Y in laser.

11. korak: Nastavitev toka gonilnika koraka

Za dosego visokih stopenj je napajanje motorja običajno veliko večje, kot bi bilo dovoljeno brez omejevanja aktivnega toka. Na primer, tipičen koračni motor ima lahko največji tok 1A z uporom tuljave 5Ω, kar kaže na največjo moč motorja 5 V. Uporaba takega motorja z 12 V bi omogočila višje stopnje, vendar mora tok aktivno omejiti na manj kot 1A, da preprečite poškodbe motorja. A4988 podpira tako omejevanje aktivnega toka, potenciometer za obrezovanje na plošči pa lahko uporabite za nastavitev trenutne omejitve. Eden od načinov za nastavitev omejitve toka je, da preklopite gonilnik v način celotnega koraka in izmerite tok, ki teče skozi eno tuljavo motorja, ne da bi pri tem blokiral vhod STEP. Izmerjeni tok bo 0,7-kratnik omejitve toka (ker sta obe tuljavi vedno vklopljeni in omejeni na 70% trenutne mejne nastavitve v načinu s polnim korakom). Upoštevajte, da bo sprememba logične napetosti Vdd na drugo vrednost spremenila nastavitev trenutne meje, saj je napetost na "ref" zatiču funkcija Vdd. Drug način za nastavitev trenutne meje je merjenje napetosti neposredno na potenciometru in izračun nastale omejitve toka (trenutni upori so 0,1 Ω). Omejitev toka se nanaša na referenčno napetost, kot sledi: Tokovna meja = VREF × 1,25 Torej, na primer, če je referenčna napetost 0,6 V, je tokovna meja 0,75A. Kot je bilo omenjeno zgoraj, je v načinu s polnim korakom tok skozi tuljave omejen na 70% trenutne meje, zato mora biti za polnostopenjski tok tuljave 1A omejitev toka 1A/0,7 = 1,4A, kar ustreza do VREF 1,4A/1,25 = 1,12 V. Za več informacij glejte podatkovni list A4988. Opomba: Tok tuljave se lahko zelo razlikuje od toka napajalnika, zato za nastavitev meje toka ne uporabljajte toka, izmerjenega pri napajanju. Primerno mesto za namestitev trenutnega števca je v seriji z eno od vaših tuljav koračnega motorja.

Korak: Laserska montaža

Laser, ki sem ga uporabil, je laserski modul za fokusiranje 200-250mW 650nm. Zunanje kovinsko ohišje deluje kot hladilnik za lasersko diodo. Ima fokusno lečo za nastavitev laserske pike. Terminal laserske žice priključite v lasersko vtičnico na voznikovi plošči.

Tukaj ga lahko dobite.

Korak: Pripravite se

S štirimi majhnimi neodimskimi magneti zaklenite obdelovanec na delovno posteljo in osi X in Y nastavite v začetni položaj (doma). Vklopite gonilniško ploščo prek zunanjega vira napajanja in Arduino Nano v računalnik prek kabla USB A do USB Mini B.

Napajajte ploščo tudi prek zunanjega vira napajanja.

VARNOSTNA PRVA. LASERSKA VARNOSTNA OČALA MORATE POTREBITI

14. korak: Vdelana programska oprema GRBL

1. Prenesite GRBL, tukaj
2. Na namizju izvlecite mapo grbl-master, ki jo najdete v datoteki master.zip
3. Zaženite Arduino IDE
4. V meniju vrstice aplikacij izberite: Sketch -> #include Library -> Add Library from file. ZIP
5. Izberite mapo grbl, ki jo najdete v mapi grlb-master, in kliknite Odpri
6. Knjižnica je zdaj nameščena in programska oprema IDE vam bo prikazala to sporočilo: Knjižnica je dodana v vašo knjižnico. Preverite meni »Vključitev knjižnic«.
7. Nato odprite primer, imenovan "grbl upload" in ga naložite na svojo arduino ploščo.

Korak 15: Programska oprema za pošiljanje G-KODE

Potrebujemo tudi programsko opremo za pošiljanje kode G na CNC, za kar sem uporabil LASER GRBL

LaserGRBL je eden najboljših strežnikov Windows GCode za laserski graver DIY. LaserGRBL lahko naloži in pretoči pot GCode do arduina ter vgravira slike, slike in logotip z notranjim orodjem za pretvorbo.

LASER GRBL Prenos.

LaserGRBL nenehno preverja, ali so na stroju na voljo vrata COM. Seznam vrat vam omogoča, da izberete vrata COM, na katera je priključena vaša nadzorna plošča.

Prosimo, izberite ustrezno hitrost prenosa za povezavo glede na konfiguracijo vdelane programske opreme stroja (privzeto 115200).

Nastavitve Grbl:

$$ - Ogled nastavitev Grbl

Če si želite ogledati nastavitve, po povezavi z Grbl pritisnite tipko $$ in pritisnite enter. Grbl bi se moral odzvati s seznamom trenutnih sistemskih nastavitev, kot je prikazano v spodnjem primeru. Vse te nastavitve so obstojne in se hranijo v EEPROM -u, zato se bodo, ko izklopite napajanje, znova naložile, ko boste naslednjič vklopili Arduino.

$ 0 = 10 (koračni impulz, usec)

$ 1 = 25 (zakasnitev koraka v prostem teku, ms)

$ 2 = 0 (obrnjena maska koračnih vrat: 00000000)

3 USD = 6 (obrnjena maska vrat dir: 00000110)

4 USD = 0 (korak omogoči obračanje, bool)

$ 5 = 0 (mejni zatiči obrnjeni, bool)

$ 6 = 0 (obrat sonde, bool)

10 USD = 3 (maska poročila o stanju: 00000011)

11 USD = 0,020 (odklon križišča, mm)

12 USD = 0,002 (toleranca loka, mm)

13 USD = 0 (palec poročila, bool)

20 USD = 0 (mehke meje, bool)

21 USD = 0 (trde omejitve, bool)

22 USD = 0 (cikel samonaravnavanja, bool)

23 USD = 1 (obračalna maska za homing dir: 00000001)

24 USD = 50.000 (krmiljenje pri usmerjanju, mm/min)

25 USD = 635.000 (iskanje po usmerjanju, mm/min)

26 USD = 250 (odkritje, samosekundacija, ms)

27 USD = 1.000 (izvlečni okvir, mm)

100 USD = 314.961 (x, korak/mm)

101 USD = 314,961 (y, korak/mm)

102 USD = 314,961 (z, korak/mm)

110 USD = 635.000 (x največja hitrost, mm/min)

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

112 USD = 635.000 (največja hitrost z, mm/min)

120 USD = 50.000 (x pospešek, mm/s^2)

121 = 50.000 (y pospešek, mm/s^2)

122 USD = 50.000 (z akcelerom, mm/s^2)

130 USD = 225.000 (x največji hod, mm)

131 USD = 125.000 (y max hod, mm)

132 USD = 170.000 (z največja pot, mm)

Korak: Prilagodite sistem

Prihaja najtežji del projekta.

-Nastavljanje laserskega žarka na najmanjšo možno piko na obdelovancu. To je najtežji del, ki zahteva čas in potrpljenje z uporabo metode sledi in napak.

-Spreminjanje nastavitev GRBL za 100, 101, 130 in 131 USD

Moja nastavitev za GRBL je 100 USD = 110.000

$101=110.000

$130=40.000

$131=40.000

Poskusil sem gravirati kvadrat s stranicami 40 mm in po toliko napakah in prilagoditvi nastavitve grbl dobim ustrezno črto 40 mm, vgravirano z osi X in Y. Če ločljivosti osi X in Y nista enaki, se bo slika povečala v obe smeri.

Upoštevajte, da niso vsi koračni motorji iz pogonov DVD enaki.

To je dolgotrajen in dolgotrajen proces, vendar so rezultati tako zadovoljivi, če jih spremenite.

Uporabniški vmesnik LaserGRBL.

• Nadzor povezave: tukaj lahko izberete serijska vrata in pravilno hitrost prenosa za povezavo glede na konfiguracijo vdelane programske opreme grbl.
• Nadzor datotek: to prikazuje naloženo ime datoteke in postopek graviranja. Zeleni gumb »Predvajaj« bo začel izvajati program.
• Ročni ukazi: tukaj lahko vnesete katero koli vrstico G-Code in pritisnete “enter”. Ukazi bodo uvrščeni v čakalno vrsto ukazov.
• Dnevnik ukazov in povratne kode ukazov: prikažejo ukaze v vrstnem redu ter njihovo stanje izvajanja in napake.
• Joging control: omogočite ročno pozicioniranje laserja. Levi navpični drsnik nadzoruje hitrost premikanja, velikost koraka krmiljenja desnega drsnika.
• Predogled graviranja: na tem področju je prikazan zadnji predogled dela. Med graviranjem bo majhen modri križ med delovanjem pokazal trenutni položaj laserja.
• Grbl reset/homing/unlock: ti gumbi pošljejo ukaz za mehko ponastavitev, homing in odklepanje na ploščo grbl. Na desni strani gumba za odklepanje lahko dodate nekaj uporabniško določenih gumbov.
• Zadrževanje in nadaljevanje vira: s temi gumbi lahko začasno ustavite in nadaljujete izvajanje programa ter pošljete ukaz Zadrži krmo ali Nadaljuj na ploščo grbl.
• Število vrstic in projekcija časa: LaserGRBL bi lahko ocenil čas izvajanja programa glede na dejansko hitrost in napredek opravila.
• Preglasi status in nadzor: prikaže in spremeni dejansko hitrost in preglasitev moči. Overrides je nova funkcija grbl v1.1 in v starejši različici ni podprta.

Korak 17: Graviranje na les

Uvoz rastera vam omogoča, da v LaserGRBL naložite katero koli sliko in jo obrnete v navodila GCode brez potrebe po drugi programski opremi. LaserGRBL podpira fotografije, izrezke, risbe s svinčniki, logotipe, ikone in poskuša kar najbolje narediti s katero koli sliko.

Iz menija »Datoteka, Odpri datoteko« jo lahko prikličemo tako, da izberemo sliko vrste jpg,-p.webp

Nastavitev graviranja je pri vseh materialih drugačna.

Določite hitrost graviranja na mm in vrstice kakovosti na mm Video Priložen je časovni zamik celotnega procesa.

18. korak: Rezanje tankega papirja

Ta laser 250mW lahko tudi reže tanke papirje, vendar mora biti hitrost zelo nizka, to je največ 15 mm/min, laserski žarek pa je treba ustrezno prilagoditi.

Priloženi video je časovni zamik celotnega procesa.

19. korak: Rezanje vinila in izdelava nalepk po meri

Naredil sem nekaj vinilnih nalepk po meri. Hitrost meje se spreminja glede na barvo uporabljenega vinila.

S temnimi barvami je enostavno delati, svetlejše pa so nekoliko zapletene.

Zgornje slike prikazujejo uporabo vinilne nalepke, izdelane s CNC.

Vendar ne pozabite, da pri gorenju vinila nastajajo rakotvorni hlapi. Res dišijo.

♥ Posebna zahvala razvijalcem GRBL:)

Upam, da vam je bil ta projekt všeč. Če imate kakršna koli vprašanja, mi sporočite v komentarjih, rad bi videl tudi fotografije vaših CNC strojev!

Hvala !! za vašo podporo.