חרט לייזר מיני CNC DIY: 19 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:15

זהו מדריך כיצד שידרגתי מחדש את חריטת הלייזר CNC שלי ויצרתי גרסה יציבה של חרט CNC לייזר מבוסס Arduino וחותך נייר דק באמצעות כונני DVD ישנים ושימוש בלייזר 250mW.

גרסה ישנה של ה- CNC שלי:

הגרסה הישנה לא הייתה יציבה במיוחד והיתה לה התנודדות בגלל חלקים לא אחידים, אז החלטתי ליצור גרסה יציבה שלה באמצעות חלקים מודפסים בתלת מימד. מה שנתן לי תוצאות מצוינות בחריטת לייזר אפילו בפרטים זעירים ביותר, המכונה הזו היא כבל לביצוע העבודה היטב. אתה יכול לראות את הפרטים בעין התמונה החקוקה.

שטח המשחק הוא 40 מ"מ על 40 מ"מ לכל היותר.

שלב 1: דרושים חלקים וחומרים

• Arduino Nano (עם כבל USB)
• 2x מנגנון צעד כונן DVD
• 2x A4988 מודולי נהג מנוע צעד (או מגן GRBL)
• לייזר 250mW עם עדשה מתכווננת (או מעל)
• 12 v 2 אמפר מינימום אספקת חשמל
• 1x IRFZ44N N-CHANNEL Mosfet
• נגד 10k
• נגד 47 אוהם
• ווסת מתח 1x LM7805 (עם גוף קירור)
• לוח PCB ריק
• כותרות זכרים ונקבות
• 2.5 מ"מ JST XH-Style
• מחבר זכר 2 פינים
• 1x 1000uf 16v כבלים מגשר קבלים
• 8x מגנטים קטנים של ניאודימיום (אותם הצילתי ממנגנון עדשת DVD)
• מחבר 1x 2pin במחבר בלוק מסוף בורג
• עניבות רוכסן (100 מ"מ)
• דבק מגע
• 6x ברגים M3x12
• 8x ברגים M2x5
• משקפי בטיחות בלייזר

"יש צורך במשקפי בטיחות לייזר בפרויקט זה".

שלב 2: חלקים מודפסים

קבצי STL, עיין בקובץ המצורף או עבור אל:

כל החלקים מודפסים בחומר ABS.

הגדרות הדפסה: גובה שכבה: 0.2 מ מ

מילוי: <25%

תומך: לא

שלב 3: הפרדת מנגנון צעד הכונן DVD

נדרשים שני מנגנוני נהג DVD, אחד לציר ה- X והשני לציר Y. בעזרת מברג פיליפס קטן הסרתי את כל הברגים ומנוע הצעד המנותק, מסילות הזזה והעקוב. מנועי הצעד הם מנוע צעד דו קוטבי בעל 4 פינים.

הגודל הקטן והעלות הנמוכה של מנוע DVD אומרים שאי אפשר לצפות לרזולוציה גבוהה מהמנוע. זה מסופק על ידי בורג העופרת. כמו כן, לא כל המנועים כאלה עושים 20 צעדים/סיבוב. 24 הוא גם מפרט נפוץ. אתה רק צריך לבדוק את המנוע שלך כדי לראות מה הוא עושה.

נוהל לחישוב הרזולוציה של מנוע צעד הכונן CD:

על מנת למדוד את הרזולוציה של מנוע הצעד של כונן CD/DVD, נעשה שימוש במיקרומטר דיגיטלי. המרחק לאורך הבורג נמדד. האורך הכולל של הבורג באמצעות מיקרומטר, שהתברר כ -51.56 מ"מ. כדי לקבוע את ערך ההובלה שהוא המרחק בין שני חוטים סמוכים על הבורג. החוטים נספרו כ -12 חוטים במרחק זה. עופרת = מרחק בין חוטים סמוכים = (אורך כולל / מספר חוטים = 51.56 מ"מ) / 12 = 4.29 מ"מ / סיבוב. זווית הצעד היא 18 מעלות התואמת 20 צעדים/סיבוב. כעת, כאשר כל המידע הדרוש זמין, ניתן לחשב את הרזולוציה של מנוע הצעד כפי שמוצג להלן: רזולוציה = (מרחק בין חוטים סמוכים)/(N צעדים/סיבובים) = (4.29 מ"מ/סיבוב)/(20 צעדים/סיבובים) = 0.214 מ"מ/שלב. וזה טוב פי 3 מהרזולוציה הנדרשת שהיא 0.68 מ"מ/שלב.

שלב 4: הכנת המחוון

באמצעות Super Glue הדבקתי את המחוון ואת המדריך לחלק אחד. קפיץ מחובר לשמירה על המתח בין המדריך לבורג העופרת כדי להימנע מלקק שחור.

שלב 5: הרכבת מסילות המחוון לציר ה- Y

לפני הרכבת המחוון לבסיס הדבקתי 4 מגנטים קטנים של ניאודימיום (אותם הצלתי ממנגנון עדשת DVD) לתוך לוחית ה- X. מגנטים אלה יסייעו בהחזקת פיסת העבודה לאזור העבודה.

המוט החלק ישמור על מנגנון הזזה שלם לבסיס.

שלב 6: הרכבת מסילות המחוון לציר ה- X

כאן, בעזרת דבק סופר ובורג חיברתי את מנגנון ההנחיה לבית הלייזר.

חיבר את מנוע הצעד למקום באמצעות הברגים ולאחר מכן הכנס את המוטות החלקים והחלק המנחה לתוך החורים שניתנו תוך זכור כי המחוון נע בחופשיות לא חזק מדי. וחיבר אליה את עמודי המסגרת הצדדית.

שלב 7: חיווט מנועי צעד

עבור מנועי הצעדים השתמשתי בכבל USB ישן, כי יש לו 4 חוטים בפנים וכיסוי עליו, והוא גמיש יותר וקל לעבודה.

שימוש במצב המשכיות במולטימטר לקבוע לקבוע 2 סליל, סליל A וסליל ב '.

עשיתי 2 זוגות תיל על ידי בחירת צבעים, זוג אחד לסליל A ושני לסליל ב '.

הלחמתי אותם והשתמשו בו בצינור כיווץ חום.

שלב 8: סירוק ציר X ו- Y

באמצעות ברגים 4x M3x12, שילבו את הבסיס ושתי מסגרות הצד למכלול אחד.

שלב 9: האלקטרוניקה

חלקים המשמשים את הנהג הם:

• ארדואינו ננו.
• 2x A4988 נהגי מנוע צעד.
• 1x IRFZ44N N-CHANNEL MOSFET.
• 1x LM7805 ווסת מתח עם כיור קירור.
• 1x 47ohm ונגד 10k.
• 1x 1000uf 16V קבלים.
• מחבר זכר מסוג JST XH בסגנון 2 מ"מ 2.5 מ"מ.
• סיכות כותרת של MALE ו- FEMALE.
• 1x (20mm x 80mm PCB ריק).

ב- GRBL הפינים הדיגיטליים והאנלוגיים של Arduino שמורים. סיכה 'שלב' לציר X ו- Y מחוברת לפינים הדיגיטליים 2 ו -3 בהתאמה. סיכת 'Dir' לציר X ו- Y מחוברת לפינים הדיגיטליים 5 ו -6 בהתאמה. D11 מיועד לאפשר לייזר. ה- Arduino מקבל חשמל באמצעות כבל ה- USB. מנהלי ההתקן A4988 באמצעות מקור חשמל חיצוני. כל הקרקע חולקת קשרים משותפים. VDD של A4988 מחובר ל- 5V של Arduino. הלייזר בו השתמשתי פועל על 5V ובנה מעגל זרם קבוע. עבור מקור ה -5 V הקבוע מאספקת החשמל החיצונית LM7805 נעשה שימוש בווסת המתח. כיור קירור הוא חובה. ה- IRFZ44N N-CHANNEL MOSFET פועל כמתג אלקטרוני כאשר הוא מקבל אות דיגיטלי גבוה מהסיכה D11 של Arduino. הערה: לא ניתן להשתמש ב- 5V מ- Arduino nano מכיוון שהלייזר מושך יותר מ- 250mA וה- Arduino Nano אינו מסוגל לספק כמות גדולה של זרם.

הגדרת מיקרו סטרינג לכל ציר.

רזולוציית Microstep MS0 MS1 MS2.

נמוך נמוך נמוך שלב מלא. גבוה נמוך נמוך חצי מדרגה.

שלב נמוך גבוה נמוך שלב רבע.

גבוה גבוה נמוך שלב שמיני.

שלב גבוה גבוה גבוה שלב שישה עשר.

3 הפינים (MS1, MS2 ו- MS3) מיועדים לבחירת אחת מחמש רזולוציות השלבים על פי טבלת האמת לעיל. לסיכות אלה יש נגדי משיכה פנימיים כך שאם נשאיר אותם מנותקים, הלוח יפעל במצב צעד מלא. השתמשתי בתצורת שלב 16 עבור חלק וללא רעשים. רוב מנועי הצעד (אך בוודאי שלא כולם) מבצעים 200 צעדים מלאים לכל מהפכה. על ידי ניהול נכון של הזרם בסלילים אפשר לגרום למנוע לנוע בצעדים קטנים יותר. Pololu A4988 יכול לגרום למנוע לנוע בצעדים 1/16 - או 3, 200 צעדים לכל סיבוב. היתרון העיקרי של מיקרוסטפ הוא להפחית את חספוס התנועה. המיקומים המדויקים במלואם הם העמדות בצעד מלא. המנוע לא יוכל להחזיק עמדה נייחת באחת ממצבי הביניים עם אותו דיוק מיקום או עם אותו מומנט החזקה כמו בתנוחות המדרגה המלאות. באופן כללי כאשר יש צורך במהירויות גבוהות יש להשתמש בצעדים מלאים.

שלב 10: הרכבת האלקטרוניקה למסגרת

הרכב את לוח הנהג בלוח האחורי באמצעות ברגים 2x M2 ולמסגרת המכונה באמצעות ברגי 2x M3x12. מחובר את החיבורים למנועי Stepper X, Y והלייזר.

שלב 11: התאמת זרם נהג הצעדים

כדי להשיג קצבי מדרגות גבוהים, אספקת המנוע בדרך כלל גבוהה בהרבה ממה שמותר ללא הגבלת זרם פעיל. לדוגמה, מנוע צעד טיפוסי עשוי להיות בעל דירוג זרם מקסימלי של 1A עם התנגדות סליל של 5Ω, מה שיצביע על אספקת מנוע מרבית של 5 V. שימוש במנוע כזה עם 12 V יאפשר קצבי צעד גבוהים יותר, אך הזרם חייב להיות פעיל להיות מוגבל מתחת ל- 1A כדי למנוע נזק למנוע. ה- A4988 תומך בהגבלת זרם פעיל כזה, וניתן להשתמש בפוטנציומטר הגוזם על הלוח כדי להגדיר את מגבלת הזרם. אחת הדרכים לקבוע את הגבול הנוכחי היא להכניס את הנהג למצב צעד מלא ולמדוד את הזרם שעובר דרך סליל מנוע יחיד מבלי לשעון את כניסת ה- STEP. הזרם הנמדד יהיה פי 0.7 מהגבול הנוכחי (מכיוון ששני הסלילים תמיד מופעלים ומוגבלים ל -70% מהגדרת המגבלה הנוכחית במצב של צעד מלא). שים לב ששינוי המתח הלוגי, Vdd, לערך אחר ישנה את הגדרת הגבול הנוכחי מכיוון שהמתח בסיכה "ref" הוא פונקציה של Vdd. דרך נוספת לקבוע את גבול הזרם היא למדוד את המתח ישירות על גבי הפוטנציומטר ולחשב את גבול הזרם המתקבל (נגדי החושים הנוכחיים הם 0.1Ω). מגבלת הזרם מתייחסת למתח ההתייחסות כדלקמן: גבול זרם = VREF × 1.25 אז, למשל, אם מתח ההתייחסות הוא 0.6 וולט, גבול הזרם הוא 0.75A. כפי שצוין לעיל, במצב צעד מלא, הזרם דרך הסלילים מוגבל ל -70% מהגבול הנוכחי, כך שכדי לקבל זרם סליל מלא של 1A, הגבול הנוכחי צריך להיות 1A/0.7 = 1.4A, המקביל ל- VREF של 1.4A/1.25 = 1.12 V. עיין בגיליון הנתונים של A4988 למידע נוסף. הערה: זרם הסליל יכול להיות שונה מאוד מזרם אספקת החשמל, לכן אין להשתמש בזרם הנמדד באספקת החשמל כדי להגדיר את מגבלת הזרם. המקום המתאים לשים את המונה הנוכחי שלך הוא בסדרה עם אחד מסלילי מנוע הצעד שלך.

שלב 12: הרכבת לייזר

הלייזר בו השתמשתי הוא מודול לייזר מסוג Focusable 200-250mW 650nm. בית המתכת החיצוני פועל ככיור קירור עבור דיודת הלייזר. יש לו עדשה ניתנת למיקוד להתאמת נקודת הלייזר. חבר את מסוף חוט הלייזר לשקע הלייזר בלוח הנהג.

אתה יכול להשיג אחד כאן.

שלב 13: הכנה

באמצעות ארבעה מגנטים קטנים של ניאודימיום ננעל את פיסת העבודה על מיטת העבודה והנח את ציר X ו- Y למיקום ההתחלתי (בית). הפעל את לוח הנהג באמצעות מקור חשמל חיצוני, ו- Arduino Nano למחשב באמצעות כבל USB A ל- USB Mini B.

כמו כן, הפעל את הלוח באמצעות מקור מתח חיצוני.

יש צורך במשקפי בטיחות FIRST. LASER בטיחות

שלב 14: קושחה GRBL

1. הורד את GRBL, כאן
2. חלץ על שולחן העבודה את תיקיית grbl-master, אתה מוצא אותה בקובץ master.zip
3. הפעל את Arduino IDE
4. מתפריט סרגל היישומים, בחר: סקיצה -> #כלול ספרייה -> הוסף ספרייה מקובץ.זיפ
5. בחר את התיקייה grbl שתוכל למצוא בתוך תיקיית grlb-master ולחץ על פתח
6. הספרייה מותקנת כעת ותוכנת IDE תציג לך את ההודעה הבאה: הספרייה מתווספת לספרייה שלך. בדוק את התפריט "הכללת ספריות".
7. לאחר מכן פתח דוגמה בשם "העלאת grbl" והעלה אותה ללוח הארדואינו שלך.

שלב 15: תוכנה לשליחת G-CODE

כמו כן אנו זקוקים לתוכנה לשליחת קוד G ל- CNC לשם כך השתמשתי ב- LASER GRBL

LaserGRBL הוא אחד הזרמים הטובים ביותר של Windows GCode עבור חרט לייזר DIY. LaserGRBL מסוגל לטעון ולהזרים נתיב GCode ל- arduino, כמו גם לחרוט תמונות, תמונות ולוגו בעזרת כלי המרה פנימי.

הורדת LASER GRBL.

LaserGRBL בודק כל הזמן אם יש יציאות COM הזמינות במכונה. רשימת היציאות מאפשרת לך לבחור את יציאת ה- COM שבה לוח הבקרה שלך מחובר.

בחר את קצב השידור המתאים לחיבור בהתאם לתצורת הקושחה של המכונה שלך (ברירת מחדל 115200).

הגדרות Grbl:

$$ - צפה בהגדרות Grbl

כדי לצפות בהגדרות, הקלד $$ ולחץ Enter לאחר התחברות ל- Grbl. Grbl צריכה להגיב עם רשימה של הגדרות המערכת הנוכחיות, כפי שמוצג בדוגמה שלהלן. כל ההגדרות הללו מתמשכות ונשמרות ב- EEPROM, כך שאם אתה מכבה את ההגדרות האלה ייטענו בפעם הבאה שתפעיל את הארדואינו.

$ 0 = 10 (דופק צעד, usec)

$ 1 = 25 (עיכוב סרק של שלב, msec)

$ 2 = 0 (מסכת היפוך שלב יציאה: 00000000)

$ 3 = 6 (מסכת היפוך היציאה: 00000110)

$ 4 = 0 (שלב הפוך הפוך, בול)

$ 5 = 0 (הגבלת סיכות הפוך, בול)

$ 6 = 0 (היפוך סיכת בדיקה, בול)

$ 10 = 3 (מסכת דוח סטטוס: 00000011)

$ 11 = 0.020 (סטיית צומת, מ מ)

$ 12 = 0.002 (סובלנות קשת, מ מ)

$ 13 = 0 (דיווח סנטימטרים, בול)

$ 20 = 0 (גבולות רכים, בול)

$ 21 = 0 (גבולות קשים, בול)

$ 22 = 0 (מחזור דיור, בול)

$ 23 = 1 (מסכת היפוך של homing dir: 00000001)

$ 24 = 50.000 (הזנה ביתית, מ מ/דקה)

$ 25 = 635.000 (חיפוש דירה, מ מ/דקה)

$ 26 = 250 (ירידה בדירה, msec)

27 $ = 1.000 (משיכה ביתית, מ מ)

$ 100 = 314.961 (x, צעד/מ מ)

$ 101 = 314.961 (y, צעד/מ מ)

$ 102 = 314.961 (z, צעד/מ מ)

$ 110 = 635.000 (x שיעור מקסימלי, מ מ/דקה)

$ 111 = 635.000 (שיעור מקסימלי y, מ מ/דקה)

$ 112 = 635.000 (שיעור מקסימום z, מ מ/דקה)

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

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

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

$ 130 = 225.000 (x נסיעה מקסימלית, מ מ)

$ 131 = 125.000 (נסיעות מקסימום y, מ מ)

$ 132 = 170.000 (נסיעות מקסימום z, מ מ)

שלב 16: שיפור המערכת

כאן מגיע החלק הקשה ביותר בפרויקט.

התאמת קרן הלייזר לנקודה הכי קטנה שאפשר על פיסת העבודה. זהו החלק הכי מסובך שדורש זמן וסבלנות בשיטת שובל ושגיאה.

-שינוי הגדרות ה- GRBL תמורת 100 $, 101 $, 130 $ ו- 131 $

ההגדרה שלי ל- GRBL היא, $ 100 = 110.000

$101=110.000

$130=40.000

$131=40.000

ניסיתי לחרוט ריבוע של צלעות 40 מ"מ ואחרי כל כך הרבה שגיאות ושינוי ההגדרה של grbl, אני מקבל את הקו הנכון של 40 מ"מ שנחרת מציר ה- X וה- Y כאחד. אם הרזולוציה של X ו- Y-Axis אינה זהה התמונה תגדל לשני הכיוונים.

זכור שלא כל מנוע הצעדים מכונני DVD זהים.

זהו תהליך ממושך ודורש זמן אך התוצאות מספקות כל כך כשהן משופרות.

ממשק משתמש LaserGRBL.

• בקרת חיבור: כאן אתה יכול לבחור יציאה טורית וקצב רווח מתאים לחיבור, בהתאם לתצורת הקושחה של grbl.
• בקרת קבצים: תכנית זו נטענת שם קובץ והתקדמות תהליך החריטה. כפתור "הפעל" הירוק יתחיל את ביצוע התוכנית.
• פקודות ידניות: תוכל להקליד כאן כל שורת קוד G ולחץ על "enter". פקודות יועברו לתור הפקודה.
• יומן פקודות וקודי החזרת פקודות: הצג פקודות שנכללו ומצב ביצוען ושגיאות.
• בקרת ריצה: אפשר מיקום ידני של הלייזר. מהירות תנועת המחוון האנכית השמאלית, גודל שלב המחוון הימני.
• תצוגה מקדימה של חריטה: אזור זה מציג תצוגה מקדימה של עבודות אחרונות. במהלך החריטה צלב כחול קטן יראה את מיקום הלייזר הנוכחי בזמן ריצה.
• איפוס/דיור/ביטול נעילה של Grbl: לחצנים אלה שולחים פקודה איפוס רך, דיור ונעילה ללוח לוח grbl. בצד ימין של לחצן הנעילה תוכל להוסיף כמה כפתורים שהוגדרו על ידי המשתמש.
• הזנה והחזקה של הזנה: לחצנים אלה יכולים להשעות ולחדש את ביצוע התוכנית ולשלוח את הפקודה Feed Hold או Resume ללוח grbl.
• ספירת קווים והקרנת זמן: LaserGRBL יכול להעריך את זמן ביצוע התוכנית על סמך המהירות האמיתית והתקדמות העבודה.
• דריסת סטטוס פקד: הצג ושנה את המהירות בפועל ואת דריסת הכוח. Overrides היא תכונה חדשה של grbl v1.1 ואינה נתמכת בגרסה ישנה יותר.

שלב 17: חריטה בעץ

ייבוא Raster מאפשר לך לטעון תמונה מכל סוג שהוא ב- LaserGRBL ולהפוך אותה להוראות GCode ללא צורך בתוכנות אחרות. LaserGRBL תומך בתמונות, קליפ ארט, ציורי עיפרון, לוגו, אייקונים ונסה לעשות את הטוב ביותר עם כל סוג של תמונה.

ניתן להיזכר בתפריט "קובץ, פתח קובץ" על ידי בחירת תמונה מסוג jpg,-p.webp

ההגדרה לחריטה שונה לכל החומרים.

הגדר את מהירות החריטה למ"מ ואת קווי האיכות למ"מ הווידאו מצורף חלוף הזמן של כל התהליך.

שלב 18: חיתוך נייר דק

לייזר זה מסוג 250mW מסוגל גם לחתוך ניירות דקים, אך המהירות צריכה להיות נמוכה מאוד כלומר לא יותר מ -15 מ מ לדקה וקרן הלייזר צריכה להיות מותאמת כראוי.

מצורף וידאו הוא חלוף הזמן של כל התהליך.

שלב 19: חיתוך ויניל והכנת מדבקות בהתאמה אישית

הכנתי מדבקת ויניל מותאמת אישית. מהירות הגבול משתנה ביחס לצבע הוויניל המשמש.

צבעים כהים הם קלים לעבודה בעוד הצבעים הבהירים יותר מסובכים.

התמונות לעיל מדגימות כיצד להשתמש במדבקת ויניל המיוצרות באמצעות ה- CNC.

אך זכור כי שריפת ויניל משחררת אדים מסרטנים. הם מריחים ממש רע.

♥ תודה מיוחדת למפתחי GRBL:)

אני מקווה שאהבת את הפרויקט הזה, הודע לי בתגובות אם יש שאלות, אשמח לראות תמונות של מכונות ה- CNC שלך גם!

תודה!! לתמיכתך.