Mini CNC Laser Trægraver og Laser Papirskærer .: 18 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Dette er en instruktion om, hvordan jeg lavede en Arduino -baseret laser CNC -trægraver og tyndt papirskærer ved hjælp af gamle DVD -drev, 250mW laser. Afspilningsområdet er max 40 mm x 40 mm.

Er det ikke sjovt at lave en egen maskine af gamle ting?

Trin 1: Påkrævede dele og materialer

• Arduino Nano (med usb -kabel)
• 2x DVD -drev stepper mekanisme
• 2x A4988 stepper motor driver moduler (eller GRBL skjold)
• 250mW Laser med justerbart objektiv (eller derover)
• 12v 2Amps strømforsyning minimum
• 1x IRFZ44N N-KANAL Mosfet
• 1x 10k modstand
• 1x 47ohm modstand
• 1x LM7805 spændingsregulator (med kølelegeme)
• Tomt printkort
• Mandlige og kvindelige overskrifter
• 2,5 mm JST XH-Style 2-polet hanstik
• 1x 1000uf 16v kondensator
• Jumper kabler
• 8x små neodymmagneter (som jeg har reddet fra DVD -objektivmekanisme)
• 1x 2pin stik i skrueklemmer
• Lynlås slips (100 mm)
• Super lim
• Epoxy lim
• Træplade
• Akrylplade
• Nogle M4 skruer, bolte og møtrikker
• Laser sikkerhedsbriller

LASER SIKKERHEDSBRIL er nødvendige i dette projekt

De fleste af alle dele bjærges eller bringes fra Kina via et websted kaldet BANGGOOD.

Trin 2: Adskillelse af DVD -drevs trinmekanisme

To DVD-drivermekanismer er påkrævet, en til X-aksen og den anden til Y-aksen.

Ved hjælp af en lille stjerneskruetrækker fjernede jeg alle skruerne og den afmonterede trinmotor, glideskinnerne og tilhængeren.

Steppermotorerne er 4-benet bipolær trinmotor.

Den lille størrelse og de lave omkostninger ved en DVD -motor betyder, at du ikke kan forvente høj opløsning fra motoren. Det leveres af blyskruen. Det er også ikke alle sådanne motorer, der gør 20 trin/omdrejninger. 24 er også en almindelig spec. Du skal bare teste din motor for at se, hvad den gør. Fremgangsmåde til beregning af opløsningen på cd -drev -trinmotor:

For at måle opløsningen af CD/DVD -drev stepper motor, blev der brugt et digitalt mikrometer. Afstanden langs skruen blev målt. Den samlede længde af skruen ved hjælp af et mikrometer, som viste sig at være 51,56 mm. For at bestemme blyværdien, som er afstanden mellem to tilstødende gevind på skruen. Trådene blev talt til at være 12 tråde inden for denne afstand. Bly = afstand mellem tilstødende tråde = (samlet længde / antal tråde = 51,56 mm) / 12 = 4,29 mm / omdr.

Trinvinklen er 18 grader, hvilket svarer til 20 trin/omdrejning. Nu hvor alle nødvendige oplysninger er tilgængelige, kan trinmotorens opløsning beregnes som vist herunder: Opløsning = (Afstand mellem tilstødende tråde)/(N trin/omdrejning) = (4,29 mm/omdrejning)/(20 trin/omdrejninger)) = 0,214 mm/trin. Hvilket er 3 gange bedre den krævede opløsning, som er 0,68 mm/trin.

Trin 3: Montering af skyderskinnerne til X- og Y-aksen

Til glideskinnerne har jeg brugt 2 ekstra stænger til den bedre og glatte ydeevne. Gliderens hovedfunktion er at glide frit på stangen med minimal friktion mellem stangen og skyderen.

Det tog mig noget tid at få skyderen til at glide frit på stangen.

Trin 4: Hovedrammen til Stepper X og Y

Ved hjælp af nogle akrylplader havde jeg lavet to af hovedrammen til stepper og glideskinner. Steppermotoren har afstandsstykker mellem hovedrammen og dens base, og det er nødvendigt for aksen.

Trin 5: Montering af glideskinnen med hovedrammen

Først ved hjælp af superlim har jeg prøvet at justere skinnernes korrekte position, hvor de skulle være, så følgeren får korrekt kontakt med trintråden. Kontakten skal være korrekt, ikke for stram eller ikke for slagg. Hvis kontakten ikke er korrekt mellem følgeren og tråden, springer trinene over, eller motoren trækker mere strøm end normalt i driftstilstand. Det tager lidt tid at justere.

Når det var justeret, ved hjælp af Epoxy lim fikserede jeg dem.

Trin 6: Kabelføring af trinmotorer

Til steppermotorer har jeg brugt gammelt usb -kabel, fordi det har 4 ledninger indeni og har et dæksel på, og det er mere fleksibelt og let at arbejde med.

Brug kontinuitetstilstand i Multimeter til at bestemme bestemme 2 Coil, Coil A og Coil B.

Jeg lavede 2 par tråd ved at vælge farver, et par til Coil A og andet til Coil B. Loddet dem og brugte varmekrympeslange på det.

Trin 7: Kammning af X- og Y -aksen

X og Y koordinerer bevægelse

Jeg har vedhæftet skyderen af X og Y-aksen sammen vinkelret på hinanden ved hjælp af et afstandsstykke mellem dem. Og fastgjorde også en tynd metalgrill over den som en arbejdsseng. Neodymmagneter bruges som emneholder.

Trin 8: Elektronikken

DELE BRUGT TIL FØREREN ER:

• Arduino Nano.
• 2x A4988 trinmotordrivere.
• 1x IRFZ44N N-KANAL MOSFET.
• 1x LM7805 Spændingsregulator med kølelegeme.
• 1x 47ohm og 1x 10k modstand.
• 1x 1000uf 16V kondensator.
• 1x 2,5 mm JST XH-Style 2-polet hanstik.
• MALE og FEMALE Header Pins.
• 1x (20 mm x 80 mm blank PCB).

I GRBL er de digitale og analoge stifter af Arduino reserveret. 'Step' -tappen til X- og Y -akserne er fastgjort til henholdsvis digitale pins 2 og 3. 'Dir' -tappen til X- og Y -akserne er fastgjort til henholdsvis digitale stifter 5 og 6. D11 er til laser Aktiver.

Arduinoen får strøm via USB -kablet. A4988 -drivere via ekstern strømkilde. Alle jorden deler fælles forbindelser. VDD på A4988 er forbundet til 5V Arduino.

Laseren, jeg har brugt, kører på 5V og har indbygget et konstant strømkredsløb. Til den konstante 5V kilde fra den eksterne strømforsyning bruges LM7805 spændingsregulator. Kølelegeme er obligatorisk.

IRFZ44N N-CHANNEL MOSFET fungerer som en elektronisk switch, når den modtager digitalt højt signal fra pin D11 på Arduino.

BEMÆRK: 5V fra Arduino nano kan ikke bruges, da laseren trækker mere end 250mA, og Arduino Nano er ikke i stand til at levere så meget strøm.

Konfiguration af mikro -trin for hver akse

MS0 MS1 MS2 Microstep -opløsning

Lav Lav Lav Hele trin.

Høj Lav Lav Halv trin.

Lav høj Lav kvart trin.

Høj Høj Lav Ottende trin.

Høj Høj Høj Sekstende trin.

De 3 ben (MS1, MS2 og MS3) er til valg af en af de fem trinopløsninger i henhold til ovenstående sandhedstabel. Disse ben har interne pull-down modstande, så hvis vi lader dem være afbrudt, fungerer tavlen i fuld trin-tilstand. Jeg har brugt konfigurationen i 16. trin til glat og støjfrit. De fleste (men bestemt ikke alle) trinmotorer gør 200 fulde trin pr. Omdrejning. Ved korrekt styring af strømmen i spolerne er det muligt at få motoren til at bevæge sig i mindre trin. Pololu A4988 kan få motoren til at bevæge sig i 1/16 trin - eller 3, 200 trin pr. Omdrejning. Den største fordel ved mikrostegning er at reducere bevægelsens ruhed. De eneste fuldstændigt præcise positioner er positionerne i fuld trin. Motoren vil ikke være i stand til at holde en stationær position på en af de mellemliggende positioner med samme positionsnøjagtighed eller med det samme holdemoment som ved fuldtrinnspositionerne. Generelt skal der anvendes høje trin ved at bruge høje hastigheder.

Trin 9: Saml alt sammen til en

Jeg har lavet en laserskilte af en lang tynd metalstrimmel og nogle plastik L -beslag med nogle understøtninger. Alt monteres derefter på et træplade ved hjælp af M4 skrue, møtrikker og bolte.

Tilslutning af trinmotorer til føreren udføres også.

Trin 10: Lasermontering

Laseren jeg har brugt er Focusable Laser Module 200-250mW 650nm. Det ydre metalhus fungerer som en varmelegeme til laserdioden. Det har fokuserbart objektiv til justering af laserprik.

Ved hjælp af to lynlåse har jeg monteret laseren med stativet. Kølelegeme til laser kan også bruges, men min laser var ikke overophedet, så jeg brugte den ikke. Tilslut lasertrådsterminalen til laserstikket på driverkortet.

Du kan få en her

Trin 11: Justering af trindriverens strøm

For at opnå høje trinhastigheder er motorforsyningen typisk meget højere, end det ville være tilladt uden aktiv strømbegrænsning. For eksempel kan en typisk trinmotor have en maksimal strømstyrke på 1A med en 5Ω spolemodstand, hvilket ville indikere en maksimal motortilførsel på 5 V. Brug af en sådan motor med 12 V ville muliggøre højere trinhastigheder, men strømmen skal aktivt begrænses til under 1A for at forhindre skader på motoren.

A4988 understøtter en sådan aktiv strømbegrænsning, og trimmerpotentiometeret på kortet kan bruges til at indstille strømgrænsen. En måde at indstille strømgrænsen på er at sætte driveren i fuldtrinsfunktion og måle strømmen, der løber gennem en enkelt motorspole uden at clocke STEP-indgangen. Den målte strøm vil være 0,7 gange strømgrænsen (da begge spoler altid er tændt og begrænset til 70% af den aktuelle grænseindstilling i fuldtrinsfunktion). Bemærk, at ændring af den logiske spænding, Vdd, til en anden værdi, ændrer den aktuelle grænseindstilling, da spændingen på "ref" -stiften er en funktion af Vdd. En anden måde at indstille strømgrænsen på er at måle spændingen direkte oven på potentiometeret og beregne den resulterende strømgrænse (strømfølermodstandene er 0,1Ω). Strømgrænsen vedrører referencespændingen som følger: Strømgrænse = VREF × 1,25 Så hvis f.eks. Referencespændingen er 0,6 V, er strømgrænsen 0,75A. Som nævnt ovenfor, i fuldtrinnstilstand, er strømmen gennem spolerne begrænset til 70% af strømgrænsen, så for at få en fuldtrins spolestrøm på 1A, bør strømgrænsen være 1A/0,7 = 1,4A, hvilket svarer til en VREF på 1,4A/1,25 = 1,12 V. Se A4988 -databladet for mere information. Bemærk: Spolestrømmen kan være meget forskellig fra strømforsyningsstrømmen, så du bør ikke bruge strømmen målt ved strømforsyningen til at indstille strømgrænsen. Det passende sted at placere din nuværende måler er i serie med en af dine stepper motor spoler.

Trin 12: Gør dig klar

Brug fire små Neodymium-magneter til at låse arbejdsemnet på arbejdssengen og indstille X- og Y-aksen til udgangsposition (hjem). Tænd driverkortet via ekstern strømkilde og Arduino Nano til computeren via et USB A til USB Mini B -kabel. Tænd også kortet via en ekstern strømkilde.

SIKKERHED FØRST

LASER SIKKERHEDSGLASSE SKAL BEHØVES

Trin 13: GRBL -firmware

1. Download GRBL 1.1, her,
2. Udpak mappen grbl-master på skrivebordet, du finder den i filen master.zip
3. Kør Arduino IDE
4. Vælg i menuen på programlinjen: Skitse -> #include Library -> Add Library from file. ZIP
5. Vælg den mappe grbl, du kan finde inde i mappen grlb-master, og klik på Åbn
6. Biblioteket er nu installeret, og IDE -softwaren viser dig denne meddelelse: Biblioteket føjes til dit bibliotek. Kontroller menuen "biblioteker inkludering".
7. Åbn derefter et eksempel kaldet "grbl upload" og upload det til dit arduino bord

Trin 14: Software til at sende G-KODE

Vi har også brug for en software til at sende G-kode til CNC, for at jeg har brugt LASER GRBL

LaserGRBL er en af de bedste Windows GCode streamer til DIY lasergraver. LaserGRBL er i stand til at indlæse og streame GCode -stien til arduino, samt indgravere billeder, billeder og logo med intern konverteringsværktøj.

LASER GRBL Download.

LaserGRBL kontrollerer konstant, om der er tilgængelige COM -porte på maskinen. Listen over porte giver dig mulighed for at vælge den COM -port, dit kontrolkort er tilsluttet. Vælg den korrekte baudhastighed for forbindelsen i henhold til din maskins firmware -konfiguration (standard 115200).

Grbl -indstillinger:

$$ - Se Grbl -indstillinger

For at se indstillingerne skal du skrive $$ og trykke på enter efter tilslutning til Grbl. Grbl bør svare med en liste over de aktuelle systemindstillinger, som vist i eksemplet herunder. Alle disse indstillinger er vedvarende og gemmes i EEPROM, så hvis du slukker, indlæses disse igen næste gang du tænder for din Arduino.

$ 0 = 10 (trinpuls, usec)

$ 1 = 25 (trinvis inaktiv forsinkelse, msek)

$ 2 = 0 (trinport -inverteringsmaske: 00000000)

$ 3 = 6 (dir port invert mask: 00000110)

$ 4 = 0 (trinaktivering inverter, bool)

$ 5 = 0 (limit pins invert, bool)

$ 6 = 0 (probe pin inverter, bool)

$ 10 = 3 (statusrapportmaske: 00000011)

$ 11 = 0,020 (krydsafvigelse, mm)

$ 12 = 0,002 (buetolerance, mm)

$ 13 = 0 (rapporter tommer, bool)

$ 20 = 0 (bløde grænser, bool)

$ 21 = 0 (hårde grænser, bool)

$ 22 = 0 (homing -cyklus, bool)

$ 23 = 1 (homing dir invert mask: 00000001)

$ 24 = 50.000 (homing feed, mm/min)

$ 25 = 635.000 (homing seek, mm/min)

$ 26 = 250 (homing debounce, msek)

$ 27 = 1.000 (homing pull-off, mm)

$ 100 = 314,961 (x, trin/mm)

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

$ 102 = 314,961 (z, trin/mm)

$ 110 = 635.000 (x maks. Hastighed, mm/min)

$ 111 = 635.000 (y maksimal hastighed, mm/min)

$ 112 = 635.000 (z maks. Hastighed, mm/min)

$ 120 = 50.000 (x accel, mm/sek^2)

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

$ 122 = 50.000 (z accel, mm/sek^2)

$ 130 = 225.000 (x maks. Rejse, mm)

$ 131 = 125.000 (y maks. Rejse, mm)

$ 132 = 170.000 (z maks. Rejse, mm)

Trin 15: Tilpasning af systemet

Her kommer den sværeste del af projektet

Justering af laserstrålen til den mindst mulige prik på emnet. Dette er den sværeste del, der kræver tid og tålmodighed ved hjælp af spor- og fejlmetode

Tilpasning af GRBL -indstillingerne til $ 100, $ 101, $ 130 og $ 131

min indstilling til GRBL er, $100=110.000

$101=110.000

$130=40.000

$131=40.000

Jeg prøvede at indgravere en firkant på 40 mm sider, og efter så mange fejl og justering af indstillingen af grbl, får jeg den rigtige 40 mm linje graveret fra både X- og Y-aksen. Hvis opløsningen for X og Y-akser ikke er den samme, skaleres billedet i begge retninger.

Husk, at ikke alle trinmotor fra dvd -drev er ens

Det er en lang og tidskrævende proces, men resultaterne er så tilfredsstillende, når de justeres.

LaserGRBL brugergrænseflade

• Forbindelseskontrol: her kan du vælge seriel port og korrekt baudhastighed til tilslutning, afhængigt af grbl -firmwarekonfiguration.
• Filkontrol: dette show indlæste filnavn og graveringsprocesforløb. Den grønne "Afspil" -knap starter programkørsel.
• Manuelle kommandoer: du kan indtaste en hvilken som helst G-kode linje her og trykke på "enter". Kommandoer vil blive registreret i kommandokøen.
• Kommandolog og kommandoreturkoder: Vis kommandoer i kontrol, deres udførelsesstatus og fejl.
• Jogging -kontrol: Tillad manuel positionering af laseren. Venstre lodret skyderkontrolbevægelseshastighed, højre skyderkontrol trinstørrelse.
• Gravering preview: dette område viser den sidste forhåndsvisning af arbejdet. Under gravering viser et lille blåt kryds den aktuelle laserposition ved kørsel.
• Grbl reset/homing/unlock: disse knapper sender kommandoen soft-reset, homing og unlock til grbl board. Til højre for oplåsningsknappen kan du tilføje nogle brugerdefinerede knapper.
• Feed hold og resume: disse knapper kan suspendere og genoptage programkørsel ved at sende Feed Hold eller Resume kommando til grbl board.
• Linjetælling og tidsfremskrivning: LaserGRBL kunne estimere programmets udførelsestid baseret på faktisk hastighed og jobfremgang.
• Tilsidesætter status og kontrol: vis og rediger faktisk hastighed og effektoverstyring. Tilsidesættelser er en ny funktion i grbl v1.1 og understøttes ikke i ældre version.

Trin 16: Trægravering

Rasterimport giver dig mulighed for at indlæse et billede af enhver art i LaserGRBL og vende det GCode -instruktioner uden brug af anden software. LaserGRBL understøtter fotos, clipart, blyantstegninger, logoer, ikoner og prøv at gøre det bedste med enhver form for billede.

Det kan hentes tilbage fra menuen "Filer, Åbn fil" ved at vælge et billede af typen jpg,-p.webp

Indstillingen for gravering er forskellig for alle materialer.

Definer graveringshastigheden pr. Mm og Kvalitetslinjer pr. Mm

Video vedhæftet er time-lapse af hele processen.

Trin 17: Tyndt papirskæring

Denne 250mW laser er også i stand til at skære tynde papirer, men hastigheden skal være meget lav, dvs. ikke mere end 15 mm/min, og laserstrålen skal justeres korrekt.

Video vedhæftet er time-lapse af hele processen.

Trin 18: Vinylskæring og fremstilling af tilpassede klistermærker

Jeg har lavet et Custom Vinyl klistermærke. Boarderhastigheden ændres med hensyn til farven på den anvendte vinyl.

Mørke farver er lette at arbejde med, mens de lysere farver er nogle vanskelige.

Ovenstående billeder viser, hvordan du bruger vinylklistermærker, der er fremstillet ved hjælp af CNC.

♥ Særlig tak til GRBL -udviklerne:)

Jeg håber, at du kunne lide dette projekt, lad mig vide i kommentarerne, hvis der er spørgsmål, Jeg vil også gerne se billeder af dine CNC -maskiner!

Tak!! for din støtte.

Første præmie i Microcontroller -konkurrencen