Mini CNC -lasergraver och laserskrivare: 18 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Detta är en instruktion om hur jag gjorde en Arduino -baserad laser -CNC -trägraver och tunn pappersskärare med gamla DVD -enheter, 250mW laser. Lekområdet är max 40 mm x 40 mm.

Är det inte kul att göra en egen maskin av gamla saker?

Steg 1: Delar och material krävs

• Arduino Nano (med usb -kabel)
• 2x DVD -enhet stegmekanism
• 2x A4988 stegmotor förarmoduler (eller GRBL -sköld)
• 250mW Laser med justerbart objektiv (eller högre)
• 12v 2Amps strömförsörjning minimum
• 1x IRFZ44N N-KANAL Mosfet
• 1x 10k motstånd
• 1x 47ohm motstånd
• 1x LM7805 spänningsregulator (med kylfläns)
• Tomt kretskort
• Manliga och kvinnliga rubriker
• 2,5 mm JST XH-Style 2-stifts hankontakt
• 1x 1000uf 16v kondensator
• Startkablar
• 8x små neodymmagneter (som jag har räddat från DVD -objektivmekanism)
• 1x 2 -polig kontakt i skruvplintanslutning
• Dragkedjor (100 mm)
• Superlim
• Epoxilim
• Träplatta
• Akrylark
• Några M4 skruvar, bultar och muttrar
• Lasersäkerhetsglasögon

LASER SÄKERHETSglasögon är nödvändiga i detta projekt

De flesta av alla delar bärgades eller förs från Kina via en webbplats som heter BANGGOOD.

Steg 2: Ta bort DVD -enhetens stegmekanism

Två DVD-drivrutiner krävs, en för X-axeln och den andra för Y-axeln.

Med en liten Phillips -skruvmejsel tog jag bort alla skruvar och lossad stegmotor, glidskenorna och följaren.

Stegmotorerna är 4-polig bipolär stegmotor.

Den lilla storleken och låga kostnaden för en DVD -motor gör att du inte kan förvänta dig hög upplösning från motorn. Det tillhandahålls av ledningsskruven. Dessutom gör inte alla sådana motorer 20 steg/varv. 24 är också en vanlig specifikation. Du måste bara testa din motor för att se vad den gör. Procedur för att beräkna upplösningen för CD -driven stegmotor:

För att mäta stegmotorns CD/DVD -driven upplösning användes en digital mikrometer. Avståndet längs skruven mättes. Skruvens totala längd med en mikrometer, som visade sig vara 51,56 mm. För att bestämma blyvärdet som är avståndet mellan två intilliggande gängor på skruven. Trådarna räknades till 12 trådar inom detta avstånd. Bly = avståndet mellan intilliggande trådar = (total längd / antal trådar = 51,56 mm) / 12 = 4,29 mm / varv.

Stegvinkeln är 18 grader vilket motsvarar 20 steg/varv. Nu när all nödvändig information är tillgänglig kan stegmotorns upplösning beräknas enligt nedan: Upplösning = (Avstånd mellan angränsande trådar)/(N Steg/varv) = (4,29 mm/varv)/(20 steg/varv) = 0,214 mm/steg. Vilket är 3 gånger bättre upplösningen som krävs, vilket är 0,68 mm/steg.

Steg 3: Montering av skjutreglagen för X- och Y-axeln

För glidskenorna har jag använt 2 extra stavar för bättre och smidigare prestanda. Reglagets huvudfunktion är att glida på stången fritt med minimal friktion mellan stången och reglaget.

Det tog mig lite tid att få reglaget att glida fritt på spöet.

Steg 4: Huvudramen för Stepper X och Y

Med några akrylark hade jag gjort två av huvudramen för steget och glidskenorna. Stegmotorn har distanser mellan huvudramen och dess bas, och det är nödvändigt för axeln.

Steg 5: Montera glidskenan med huvudramen

Först med hjälp av superlim har jag försökt justera skenornas rätta läge, där de ska vara så att följaren får korrekt kontakt med steggängan. Kontakten ska vara korrekt, inte för tät eller inte för slagg. Om kontakten inte är korrekt mellan följaren och tråden hoppar stegen över eller så drar motorn mer ström än vanligt under körning. Det tar lite tid att justera.

När det hade justerats med Epoxylim fixade jag dem.

Steg 6: Anslutning av stegmotorer

För stegmotorerna har jag använt gammal usb -kabel, eftersom den har 4 trådar inuti och har ett lock på den, och den är mer flexibel och lätt att arbeta med.

Använd kontinuitetsläge i Multimeter bestämma bestäm 2 Coil, Coil A och Coil B.

Jag gjorde 2 par tråd genom att välja färger, ett par för Coil A och andra för Coil B. Lödde dem och använde värmekrymprör på det.

Steg 7: Kamma X- och Y -axeln

X och Y koordinerar rörelse

Jag har fäst skjutreglaget för X och Y-axeln tillsammans vinkelrätt mot varandra med hjälp av en distans mellan dem. Och fäst också en tunn metallgrill ovanför den som en arbetssäng. Neodymmagneter används som arbetsstyckehållare.

Steg 8: Elektroniken

Delar som används för föraren är:

• Arduino Nano.
• 2x A4988 Stegmotordrivrutiner.
• 1x IRFZ44N N-KANALMOSFET.
• 1x LM7805 Spänningsregulator med kylfläns.
• 1x 47ohm och 1x 10k motstånd.
• 1x 1000uf 16V kondensator.
• 1x 2,5 mm JST XH-Style 2-stifts hankontakt.
• MALE och FEMALE Header Pins.
• 1x (20 mm x 80 mm tom PCB).

I GRBL är de digitala och analoga stiften av Arduino reserverade. "Steg" -stiftet för X- och Y -axlarna är fästa på digitala stift 2 respektive 3. "Dir" -stiftet för X- och Y -axlarna är fästa på digitala stift 5 respektive 6. D11 är för laser Enable.

Arduino får ström via USB -kabeln. A4988 -drivrutinerna via extern strömkälla. Alla mark delar gemensamma anslutningar. VDD på A4988 är ansluten till 5V i Arduino.

Lasern jag har använt körs på 5V och har inbyggd konstant strömkrets. För den konstanta 5V -källan från den externa strömförsörjningen används LM7805 spänningsregulator. Kylfläns är obligatorisk.

IRFZ44N N-CHANNEL MOSFET fungerar som en elektronisk omkopplare när den tar emot digital hög signal från stift D11 på Arduino.

OBS: 5V från Arduino nano kan inte användas eftersom lasern drar mer än 250mA och Arduino Nano kan inte leverera så mycket ström.

Konfigurera mikrosteg för varje axel

MS0 MS1 MS2 Microstep -upplösning

Låg Låg Låg Hel steg.

Hög Låg Låg Halvsteg.

Låg Hög Låg Kvartalssteg.

Hög Hög Låg Åttonde steget.

Hög Hög Hög Sextonde steg.

De tre stiften (MS1, MS2 och MS3) är för att välja en av de fem stegs upplösningarna enligt sanningsbordet ovan. Dessa stift har interna neddragningsmotstånd, så om vi lämnar dem frånkopplade fungerar kortet i fullstegsläge. Jag har använt den 16: e stegskonfigurationen för smidig och brusfri. De flesta (men absolut inte alla) stegmotorer gör 200 hela steg per varv. Genom att korrekt hantera strömmen i spolarna är det möjligt att få motorn att röra sig i mindre steg. Pololu A4988 kan få motorn att röra sig i 1/16 steg - eller 3, 200 steg per varv. Den största fördelen med mikrosteg är att minska rörelsens grovhet. De enda helt exakta positionerna är fullstegspositionerna. Motorn kommer inte att kunna hålla ett stillastående läge vid ett av mellanlägena med samma lägesnoggrannhet eller med samma hållmoment som vid fullstegspositionerna. Generellt sett bör höga steg användas när höga hastigheter krävs.

Steg 9: Montera allt tillsammans till en

Jag har gjort ett laserstativ av en lång tunn metallremsa och några plast L -fästen med några stöd. Allt monteras sedan på en träskiva med M4 -skruv, muttrar och bultar.

Anslutning av stegmotorer till föraren görs också.

Steg 10: Lasermontering

Lasern jag har använt är Focusable Laser Module 200-250mW 650nm. Det yttre metallhuset fungerar som en kylfläns för laserdioden. Den har fokuserbart objektiv för justering av laserpunkten.

Med två dragkedjor har jag monterat lasern med stativet. Kylfläns för laser kan också användas, men min laser var inte överhettad så jag använde den inte. Anslut lasertrådsterminalen till laseruttaget på förarkortet.

Du kan få en här

Steg 11: Justera Stepper Driver Current

För att uppnå höga steghastigheter är motorförsörjningen vanligtvis mycket högre än vad som skulle vara tillåtet utan begränsning av aktiv ström. Till exempel kan en typisk stegmotor ha en maximal strömstyrka på 1A med ett 5Ω spolmotstånd, vilket skulle indikera en maximal motorförsörjning på 5 V. Att använda en sådan motor med 12 V skulle möjliggöra högre steghastigheter, men strömmen måste aktivt begränsas till under 1A för att förhindra skador på motorn.

A4988 stöder sådan aktiv strömbegränsning, och trimmerpotentiometern på kortet kan användas för att ställa in strömgränsen. Ett sätt att ställa in strömgränsen är att sätta föraren i fullstegsläge och mäta strömmen som går genom en enda motorspole utan att klocka på STEP-ingången. Den uppmätta strömmen kommer att vara 0,7 gånger strömgränsen (eftersom båda spolarna alltid är på och begränsade till 70% av den aktuella gränsinställningen i fullstegsläge). Observera att ändring av logikspänningen, Vdd, till ett annat värde kommer att ändra den aktuella gränsinställningen eftersom spänningen på "ref" -stiftet är en funktion av Vdd. Ett annat sätt att ställa in strömgränsen är att mäta spänningen direkt ovanpå potentiometern och beräkna den resulterande strömgränsen (strömavkänningsmotstånden är 0,1Ω). Strömgränsen avser referensspänningen enligt följande: Strömgräns = VREF × 1,25 Så, till exempel, om referensspänningen är 0,6 V, är strömgränsen 0,75A. Som nämnts ovan, i fullstegsläge, är strömmen genom spolarna begränsad till 70% av strömgränsen, så för att få en helstegsspolström på 1A bör strömgränsen vara 1A/0,7 = 1,4A, vilket motsvarar till en VREF på 1,4A/1,25 = 1,12 V. Se A4988 -databladet för mer information. Obs: Spolströmmen kan skilja sig mycket från strömförsörjningsströmmen, så du bör inte använda den ström som mäts vid strömförsörjningen för att ställa in strömgränsen. Lämplig plats att placera din nuvarande mätare är i serie med en av dina stegmotorspolar.

Steg 12: Förbered dig

Lås arbetsstycket på arbetsbädden med fyra små neodymmagneter och ställ in X- och Y-axeln till utgångsläge (hem). Slå på drivrutinen via extern strömkälla och Arduino Nano till datorn via en USB A till USB Mini B -kabel. Driv också kortet genom en extern strömkälla.

SÄKERHETEN FÖRST

LASER SÄKERHETSglasögon MÅSTE BEHÖVAS

Steg 13: GRBL -firmware

1. Ladda ner GRBL 1.1, här,
2. Extrahera mappen grbl-master på skrivbordet, du hittar den i filen master.zip
3. Kör Arduino IDE
4. På menyn i programfältet väljer du: Sketch -> #include Library -> Add Library from file. ZIP
5. Välj mappen grbl som du hittar i mappen grlb-master och klicka på Öppna
6. Biblioteket är nu installerat och IDE -programvaran visar dig detta meddelande: Biblioteket läggs till i ditt bibliotek. Kontrollera menyn "Bibliotek Inkludering".
7. Öppna sedan ett exempel som heter "grbl upload" och ladda upp det till ditt arduino -kort

Steg 14: Programvara för att skicka G-KOD

Vi behöver också en programvara för att skicka G-kod till CNC för att jag har använt LASER GRBL

LaserGRBL är en av de bästa Windows GCode -streamerna för DIY lasergraverare. LaserGRBL kan ladda och strömma GCode -vägen till arduino, samt gravera bilder, bilder och logotyp med internt konverteringsverktyg.

LASER GRBL Ladda ner.

LaserGRBL söker ständigt efter COM -portar som finns på maskinen. I listan över portar kan du välja den COM -port som ditt styrkort är ansluten till. Välj rätt överföringshastighet för anslutningen enligt din maskinvarukonfiguration (standard 115200).

Grbl -inställningar:

$$ - Visa Grbl -inställningar

För att se inställningarna, skriv $$ och tryck på enter när du har anslutit till Grbl. Grbl ska svara med en lista över de aktuella systeminställningarna, som visas i exemplet nedan. Alla dessa inställningar är ihållande och förvaras i EEPROM, så om du stänger av laddas dessa upp igen nästa gång du startar din Arduino.

$ 0 = 10 (stegpuls, usec)

$ 1 = 25 (steg inaktiv fördröjning, msek)

$ 2 = 0 (stegport -inverteringsmask: 00000000)

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

$ 4 = 0 (stegaktivera invertera, bool)

$ 5 = 0 (gränspinnar invertera, bool)

$ 6 = 0 (sondstift invertera, bool)

$ 10 = 3 (statusrapportmask: 00000011)

$ 11 = 0,020 (korsningsavvikelse, mm)

$ 12 = 0,002 (bågtolerans, mm)

$ 13 = 0 (rapportera tum, bool)

$ 20 = 0 (mjuka gränser, bool)

$ 21 = 0 (hårda gränser, bool)

$ 22 = 0 (homingcykel, bool)

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

$ 24 = 50.000 (matningsfoder, 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, steg/mm)

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

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

$ 110 = 635.000 (x maxhastighet, mm/min)

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

$ 112 = 635.000 (z max hastighet, 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 max resa, mm)

$ 131 = 125.000 (y max resa, mm)

$ 132 = 170.000 (z max resa, mm)

Steg 15: Justera systemet

Här kommer den svåraste delen av projektet

Justera laserstrålen till den minsta möjliga pricken på arbetsstycket. Detta är den svåraste delen som kräver tid och tålamod med hjälp av spår- och felmetod

Tweaking GRBL -inställningarna för $ 100, $ 101, $ 130 och $ 131

min inställning för GRBL är, $100=110.000

$101=110.000

$130=40.000

$131=40.000

Jag försökte gravera en kvadrat med 40 mm sidor och efter så många fel och justering av inställningen för grbl får jag rätt 40 mm linje graverad från både X- och Y-axeln. Om upplösningen för X och Y-Axis inte är densamma kommer bilden att skala åt båda hållen.

Tänk på att inte alla stegmotorer från DVD -enheter är desamma

Det är en lång och tidskrävande process men resultaten är så tillfredsställande när de justeras.

LaserGRBL användargränssnitt

• Anslutningskontroll: här kan du välja seriell port och korrekt överföringshastighet för anslutning, enligt grbl -firmware -konfiguration.
• Filkontroll: den här showen laddade filnamnet och graveringsprocessens framsteg. Den gröna “Play” -knappen startar programkörningen.
• Manuella kommandon: du kan skriva vilken G-kodrad som helst och trycka på "enter". Kommandon skickas till kommandokön.
• Kommandologg och kommando -returkoder: visa kommandon som är kontrollerade och deras körstatus och fel.
• Joggningskontroll: möjliggör manuell positionering av lasern. Vänster vertikal skjutreglage för rörelsehastighet, höger reglage för stegreglage.
• Graveringsförhandsvisning: detta område visar förhandsgranskning av det sista arbetet. Under graveringen visar ett litet blått kryss aktuell laserposition vid körning.
• Grbl reset/homing/unlock: de här knapparna skickar kommandot soft-reset, homing och unlock till grbl board. Till höger om upplåsningsknappen kan du lägga till några användardefinierade knappar.
• Feed hold and resume: de här knapparna kan avbryta och återuppta programkörning genom att skicka Feed Hold eller Resume -kommandot till grbl board.
• Linjeantal och tidsprojektion: LaserGRBL kan uppskatta programmets körtid baserat på verklig hastighet och jobbframsteg.
• Åsidosätter status och kontroll: visa och ändra faktisk hastighet och effektöverträdelse. Åsidosättningar är en ny funktion i grbl v1.1 och stöds inte i äldre version.

Steg 16: Trästick

Rasterimport låter dig ladda en bild av något slag i LaserGRBL och vrida den GCode -instruktioner utan att behöva annan programvara. LaserGRBL stöder foton, clipart, blyertsteckningar, logotyper, ikoner och försök att göra det bästa med någon form av bild.

Det kan återkallas från "Arkiv, Öppna fil" -menyn genom att välja en bild av typen jpg,-p.webp

Inställningen för gravering är annorlunda för alla material.

Definiera graveringshastigheten per mm och kvalitetslinjer per mm

Video bifogad är tidsförloppet för hela processen.

Steg 17: Tunt pappersskär

Denna 250 mW laser kan också klippa tunna papper, men hastigheten bör vara mycket låg, dvs. inte mer än 15 mm/min och laserstrålen bör justeras ordentligt.

Video bifogad är tidsförloppet för hela processen.

Steg 18: Vinylklippning och tillverkning av egna klistermärken

Jag har gjort ett eget vinylklistermärke. Boarderhastigheten ändras med avseende på färgen på vinylen som används.

Mörka färger är lätta att arbeta med medan de ljusare färgerna är lite knepiga.

Bilderna ovan visar hur du använder vinylklistermärken som är gjorda med CNC.

♥ Särskilt tack till GRBL -utvecklarna:)

Jag hoppas att du gillade det här projektet, meddela mig i kommentarerna om du har några frågor, Jag skulle också vilja se bilder på dina CNC -maskiner!

Tack!! för ert stöd.

Första pris i Microcontroller Contest