DIY Mini CNC laserski graver: 19 koraka (sa slikama)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2025-01-13 06:57

Ovo je Instructables o tome kako sam izmiješao svoj stari CNC laserski graver i napravio stabilnu verziju laserskog CNC gravera i rezača tankog papira na Arduinu koristeći stare DVD pogone i laser od 250 mW.

Stara verzija mog CNC-a:

Stara verzija nije bila puno stabilna i imala je neko kolebanje zbog neravnih dijelova, pa sam odlučio napraviti stabilnu verziju pomoću 3D ispisanih dijelova. Što mi je dalo izvrsne rezultate u laserskom graviranju čak i u vrlo sitnim detaljima, ovaj stroj je kabel koji dobro radi svoj posao. Detalje možete vidjeti u oku ugravirane slike.

Maksimalna površina za igru je 40 x 40 mm.

Korak 1: Potrebni dijelovi i materijali

• Arduino Nano (s USB kabelom)
• 2x mehanizam koračnog DVD pogona
• 2x A4988 upravljački modul koračnog motora (ili GRBL štit)
• Laser od 250mW s podesivim objektivom (ili većim)
• Minimalno napajanje 12v 2Amps
• 1x IRFZ44N N-KANAL Mosfet
• 1x 10k otpornik
• 1x 47ohm otpornik
• 1x regulator napona LM7805 (s hladnjakom)
• Prazna ploča PCB -a
• Muški i ženski zaglavlji
• 2,5 mm JST XH-stil
• 2 -pinski muški konektor
• 1x 1000uf 16v kondenzatorski kablovi
• 8x malih neodimijskih magneta (koje sam spasio iz DVD mehanizma objektiva)
• 1x 2 -pinski utični konektor s vijčanim priključnim blokom
• Zip kravate (100 mm)
• Super ljepilo
• 6 x vijci M3x12
• 8x vijci M2x5
• Laserske zaštitne naočale

"U ovom projektu moraju biti potrebna laserska zaštitna stakla".

Korak 2: Ispisani dijelovi

STL datoteke, pogledajte priloženu datoteku ili idite na:

Svi dijelovi su tiskani u ABS materijalu.

Postavke ispisa: Visina sloja: 0,2 mm

Ispuna: <25%

Podržava: Ne

Korak 3: Odvajanje stepenastog mehanizama DVD pogona

Potrebna su dva DVD pogonska mehanizma, jedan za os X, a drugi za os Y. Koristeći mali odvijač s Phillips glavom, uklonio sam sve vijke i odvojio koračni motor, klizne tračnice 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 razlučivost. To osigurava vodeći vijak. Također, ne rade svi takvi motori 20 koraka/okretaj. 24 je također uobičajena specifikacija. Morat ćete samo testirati svoj motor da vidite što radi.

Postupak za izračunavanje razlučivosti koračnog motora CD pogona:

Za mjerenje razlučivosti koračnog motora CD/DVD pogona korišten je digitalni mikrometar. Izmjerena je udaljenost uz vijak. Ukupna duljina vijka pomoću mikrometra pokazala se za 51,56 mm. Za određivanje vrijednosti olova koja je udaljenost između dva susjedna navoja na vijku. Niti su brojali 12 niti unutar ove udaljenosti. Olovo = udaljenost između susjednih niti = (ukupna duljina / broj niti = 51,56 mm) / 12 = 4,29 mm / okretaj. Kut koraka je 18 stupnjeva što odgovara 20 koraka/okretu. Sada kada su dostupne sve potrebne informacije, razlučivost koračnog motora mogla bi se izračunati kako je dolje prikazano: Razlučivost = (Udaljenost 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 4: Priprema klizača

Koristeći Super ljepilo zalijepio sam klizač i vodilicu u jedan dio. Opruga je pričvršćena kako bi se održala napetost između vodilice i vodećeg vijka kako bi se izbjeglo stvaranje trepavica.

Korak 5: Sklapanje kliznih vodilica za Y-os

Prije montaže klizača u podlogu zalijepio sam 4x male neodimijske magnete (koje sam spasio iz mehanizma DVD leće) u X-ploču. Ovi magneti pomažu u držanju radnog komada na radnom području.

Glatka šipka zadržat će klizni mehanizam netaknut do baze.

Korak 6: Sklapanje kliznih tračnica za os X

Ovdje sam pomoću super ljepila i vijka pričvrstio mehanizam za vođenje na kućište lasera.

Pričvrstite koračni motor na mjesto pomoću vijaka, a zatim umetnite glatke šipke i dio za vođenje u rupe date imajući na umu da se klizač slobodno kreće, ne pretjerano. I pričvrstio stupove bočnog okvira na njega.

Korak 7: 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.

Pomoću 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 8: Češljanje osi X i Y

Pomoću 4x vijaka M3x12 kombinirali ste bazu i dva bočna okvira u jedan sklop.

Korak 9: Elektronika

Dijelovi koji se koriste za VOZAČA SU:

• Arduino Nano.
• 2x A4988 pokretači koračnih motora.
• 1x IRFZ44N N-KANALNI MOSFET.
• 1x LM7805 Regulator napona s 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 PCB).

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. Pin 'Dir' za osi X i Y pričvršćen je na digitalne pinove 5 odnosno 6. D11 je za lasersko uključivanje. Arduino se napaja putem USB kabela. A4988 Upravljački programi preko vanjskog izvora napajanja. Sva uzemljenja 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 obvezan. IRFZ44N N-KANALNI MOSFET radi kao elektronički prekidač kada prima digitalni visoki signal s 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 Rezolucija mikrokoraka.

Niska Niska Niska Puni korak. Visoka Niska Niska 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 pet koraka u skladu s gornjom tablicom istinitosti. Ove pinove imaju unutarnje pull-down otpornike pa ako ih ostavimo isključenima, ploča će raditi u potpunom načinu rada. Koristio sam konfiguraciju u 16. koraku za glatko i bez buke. Većina (ali zasigurno ne svi) koračni motori rade 200 punih koraka po okretu. Pravilnim 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. Jedini potpuno točni položaji su položaji u punom koraku. Motor neće moći zadržati nepomičan položaj na jednom od međupoložaja s istom točnošću položaja ili s istim momentom držanja kao u položajima punog koraka. Općenito govoreći, kada su potrebne velike brzine, potrebno je koristiti pune korake.

Korak 10: Sastavljanje elektronike na okvir

Montirajte upravljačku ploču na stražnju ploču pomoću 2x M2 vijaka i na okvir stroja pomoću 2x vijaka M3x12. Priključeni priključci za koračne motore X, Y i laser.

Korak 11: Podešavanje struje pokretača koraka

Da bi se postigle velike brzine koraka, napajanje motora je tipično mnogo veće nego što bi bilo dopušteno bez ograničenja aktivne struje. Na primjer, tipični koračni motor mogao bi imati maksimalnu struju od 1A s otporom zavojnice od 5Ω, što bi označavalo maksimalno napajanje motora od 5 V. Korištenje takvog motora s 12 V omogućilo bi veće korake, ali struja mora aktivno ograničiti na manje od 1A kako bi se spriječilo 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" pin -u funkcija Vdd -a. Drugi način postavljanja ograničenja struje je mjerenje napona izravno na potenciometru i izračunavanje rezultirajuće granice struje (otpornici osjetnika struje su 0,1 Ω). Ograničenje struje odnosi se na referentni napon na sljedeći način: 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 svitka 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 napajanju za postavljanje granice struje. Odgovarajuće mjesto za postavljanje trenutnog mjerača je u nizu s jednom od vaših zavojnica koračnog motora.

Korak 12: Montaža lasera

Laser koji sam koristio je laserski modul za fokusiranje 200-250mW 650nm. Vanjsko metalno kućište radi kao hladnjak za lasersku diodu. Ima fokusiranu leću za podešavanje laserske točke. Spojite terminal laserske žice u lasersku utičnicu na upravljačkoj ploči.

Ovdje ga možete nabaviti.

Korak 13: Pripremite se

Pomoću četiri mala neodimijska magneta zaključajte radni komad na radnom krevetu i postavite osi X i Y u početni položaj (domaći). 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 PRVE. LASERSKE ZAŠTITNE NAOČALE MORAJU POTREBNO

Korak 14: GRBL firmver

1. GRBL preuzmite ovdje
2. Izvucite mapu grbl-master na radnu površinu, pronaći ćete je u datoteci master.zip
3. Pokrenite Arduino IDE
4. Na izborniku 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. Knjižnica je sada instalirana i IDE softver će vam prikazati ovu poruku: Knjižnica je dodana u vašu knjižnicu. Provjerite izbornik "Uključivanje knjižnica".
7. Zatim otvorite primjer pod nazivom "grbl upload" i prenesite ga na svoju arduino ploču.

Korak 15: Softver za slanje G-KODE

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

LaserGRBL jedan je od najboljih Windows GCode streamera za DIY laserski graver. LaserGRBL može učitavati i strujati GCode stazu do arduina, kao i ugravirati slike, slike i logotip s unutarnjim alatom za pretvorbu.

LASER GRBL Preuzimanje.

LaserGRBL stalno provjerava postoje li COM priključci dostupni na stroju. Popis priključaka omogućuje vam odabir COM priključka na koji je spojena vaša upravljačka ploča.

Molimo odaberite odgovarajuću brzinu prijenosa za vezu prema konfiguraciji firmvera vašeg uređaja (zadano 115200).

Grbl postavke:

$$ - Pregledajte Grbl postavke

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

$ 0 = 10 (koračni impuls, usec)

1 USD = 25 (odgoda koraka u mirovanju, ms)

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

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

4 USD = 0 (korak omogućavanje inverzije, bool)

5 USD = 0 (invertiranje graničnih pinova, bool)

6 USD = 0 (invertiranje pinova sonde, bool)

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

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

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

13 USD = 0 (inči izvješća, bool)

20 USD = 0 (meka ograničenja, bool)

21 USD = 0 (tvrda ograničenja, bool)

22 USD = 0 (ciklus navođenja, bool)

23 USD = 1 (invertna maska za navođenje u 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 USD = 314.961 (y, korak/mm)

102 USD = 314.961 (z, korak/mm)

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

111 USD = 635.000 (y max brzina, mm/min)

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

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

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

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

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

131 USD = 125.000 (y max hod, mm)

132 USD = 170.000 (z maks. Hod, mm)

Korak 16: Podešavanje sustava

Ovdje dolazi najteži dio projekta.

-Podešavanje laserske zrake u najmanju moguću točku na izratku. Ovo je najteži dio koji zahtijeva vrijeme i strpljenje korištenjem metode trag and error.

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

Moja postavka za GRBL je 100 USD = 110.000

$101=110.000

$130=40.000

$131=40.000

Pokušao sam gravirati kvadrat stranica od 40 mm i nakon toliko pogrešaka i podešavanja postavke grbl, dobivam odgovarajuću liniju od 40 mm ugraviranu s osi X i Y. Ako razlučivosti osi X i Y-osi 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.
• Upravljanje datotekama: ovo prikazuje učitani naziv datoteke i napredak procesa graviranja. Zeleni gumb "Reproduciraj" počet će izvođenje programa.
• Ručne naredbe: ovdje možete upisati bilo koju liniju G-koda i pritisnuti “enter”. Naredbe će biti stavljene u red za naredbe.
• Zapisnik naredbi i povratni kodovi naredbi: prikazuju naredbe u redu i njihovo stanje izvršenja i pogreške.
• Upravljanje trčanjem: dopustite ručno pozicioniranje lasera. Lijevi okomiti klizač kontrolira brzinu kretanja, desni klizač kontrolira veličinu koraka.
• Pregled graviranja: ovo područje prikazuje konačni pregled rada. Tijekom graviranja mali plavi križ prikazat će trenutni položaj lasera za vrijeme izvođenja.
• Grbl reset/homing/unlock: ovi gumbi šalju naredbu za meko resetiranje, navođenje i otključavanje na grbl ploču. S desne strane gumba za otključavanje možete dodati neke korisnički definirane gumbe.
• Zadržavanje i nastavak feeda: ovi gumbi mogu 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 temelju stvarne brzine i napretka posla.
• Nadjačava status i kontrolu: prikazuje i mijenja stvarnu brzinu i nadjačavanje snage. Nadjačavanja je nova značajka grbl v1.1 i nije podržana u starijoj verziji.

Korak 17: Graviranje drva

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 izbornika "Datoteka, otvori datoteku" odabirom slike tipa jpg,-p.webp

Postavke za graviranje su različite za sve materijale.

Definirajte brzinu graviranja po mm i Kvalitetne crte po mm Video prilog je vremenski odmak cijelog procesa.

Korak 18: Rezanje tankog papira

Ovaj laser snage 250 mW također može rezati tanke papire, ali brzina bi trebala biti vrlo mala, tj. Ne veća od 15 mm/min, a laserski snop treba pravilno podesiti.

Video prilog predstavlja vremenski odmak cijelog procesa.

Korak 19: Rezanje vinila i izrada prilagođenih naljepnica

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

No, imajte na umu da pri sagorijevanju vinila oslobađaju kancerogene pare. Jako loše mirišu.

♥ Posebno hvala GRBL programerima:)

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

Hvala!! za vašu podršku.