Mini gravador de fusta làser CNC i tallador de paper làser: 18 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Aquest és un manual d’instruccions sobre com vaig fabricar un gravador de fusta làser CNC basat en Arduino i un tallador de paper prim amb unitats de DVD antigues, làser de 250 mW. L'àrea de joc és de 40 mm x 40 mm com a màxim.

No és divertit fabricar una màquina pròpia amb coses antigues?

Pas 1: es requereixen peces i materials

• Arduino Nano (amb cable USB)
• 2x mecanisme pas a pas de la unitat de DVD
• 2 mòduls de controlador de motor pas a pas A4988 (o blindatge GRBL)
• Làser de 250 mW amb lent ajustable (o superior)
• Alimentació mínima de 12v 2Amps
• 1 Mosfet IRFZ44N N-CHANNEL
• 1x resistència de 10k
• 1x resistència de 47ohm
• 1x regulador de tensió LM7805 (amb dissipador de calor)
• Tauler de PCB en blanc
• Capçaleres masculines i femenines
• Connector mascle de 2 pins JST XH-Style de 2,5 mm
• 1x condensador de 1000uf 16v
• Cables de pont
• 8x petits imants de neodimi (que he recuperat del mecanisme de la lent DVD)
• 1x endoll de 2 pins al connector de la bornera de cargol
• Tirants amb cremallera (100 mm)
• Super Glue
• Cola epoxi
• Tauler de fusta
• Full acrílic
• Alguns cargols, cargols i femelles M4
• Ulleres de seguretat làser

Les ulleres de seguretat làser són necessàries en aquest projecte

La majoria de les peces recuperades o portades de la Xina a través d’un lloc anomenat BANGGOOD.

Pas 2: Desmuntar la unitat de DVD Mecanisme Stepper

Es necessiten dos mecanismes de controlador de DVD, un per a l'eix X i el segon per a l'eix Y.

Amb un petit tornavís de cap Phillips vaig treure tots els cargols i el motor pas a pas, els rails corredissos i el seguidor.

Els motors pas a pas són motor pas a pas bipolar de 4 pins.

La petita mida i el baix cost d’un motor de DVD fan que no pugueu esperar una alta resolució del motor. Això ho proporciona el cargol principal. A més, no tots aquests motors fan 20 passos / volta. 24 també és una especificació comuna. Només haureu de provar el motor per veure què fa. Procediment per calcular la resolució del motor pas a pas de la unitat de CD:

Per mesurar la resolució del motor pas a pas de la unitat de CD / DVD, es va utilitzar un micròmetre digital. Es va mesurar la distància al llarg del cargol. La longitud total del cargol amb un micròmetre, que va resultar ser de 51,56 mm. Per determinar el valor del cable que és la distància entre dos fils adjacents al cargol. Els fils es van comptar com a 12 fils dins d’aquesta distància. Conductor = distància entre fils adjacents = (longitud total / nombre de fils = 51,56 mm) / 12 = 4,29 mm / rev.

L'angle de pas és de 18 graus, que correspon a 20 passos / revolució. Ara que tota la informació necessària està disponible, la resolució del motor pas a pas es pot calcular com es mostra a continuació: Resolució = (Distància entre fils adjacents) / (N passos / rev) = (4,29 mm / rev) / (20 passos / rev) = 0,214 mm / pas. Que és 3 vegades millor que la resolució necessària, que és de 0,68 mm / pas.

Pas 3: Muntatge dels carrils lliscants per a l'eix X i Y

Per als rails corredissos he utilitzat 2 varetes addicionals per obtenir un rendiment millor i suau. La funció principal del control lliscant és lliscar sobre la barra lliurement amb una fricció mínima entre la barra i el control lliscant.

Vaig trigar una mica a fer lliscar la barra lliscant lliurement sobre la vareta.

Pas 4: el marc principal del Stepper X i Y

Amb algunes làmines d’acrílic, havia fet dos dels marcs principals del pas a pas i dels rails corredissos. El motor pas a pas té separadors entre el quadre principal i la seva base, i és necessari per a l’Eix.

Pas 5: fixació del carril lliscant amb el marc principal

Primer utilitzant super cola he intentat ajustar la posició adequada dels rails, on haurien d’estar, de manera que el seguidor faci un contacte adequat amb el fil pas a pas. El contacte ha de ser adequat ni massa estret ni massa escòria. Si el contacte no és adequat entre el seguidor i el fil, es saltaran els passos o el motor atraurà més corrent de l'habitual en condicions de funcionament. Es triga un temps a ajustar-se.

Un cop ajustat, els vaig arreglar amb cola epoxi.

Pas 6: Cablatge de motors pas a pas

Per als motors pas a pas he utilitzat un cable USB antic, perquè té 4 cables a l'interior i té una tapa, i és més flexible i fàcil de treballar.

Utilitzant el mode de continuïtat al multímetre determinar 2 bobines, bobines A i bobines B.

Vaig fer 2 parells de filferro seleccionant colors, un parell per a la bobina A i un segon per a la bobina B. Els heu soldat i he utilitzat un tub de contracció de calor.

Pas 7: pentinar els eixos X i Y

X i Y coordina el moviment

He unit el control lliscant de l'eix X i de l'eix Y perpendicularment entre si, fent servir un espaiador entre ells. I també hi va col·locar una fina reixa metàl·lica per sobre com a llit de treball. Els imants de neodimi s’utilitzen com a suports de peces.

Pas 8: l'electrònica

LES PARTS QUE S'utilitzen per al conductor són:

• Arduino Nano.
• 2x conductors de motor A4988 pas a pas.
• 1 MOSFET IRFZ44N N-CANAL.
• 1x LM7805 Regulador de tensió amb dissipador de calor.
• 1x 47ohm i 1x 10k resistència.
• 1x condensador de 1000uf 16V.
• 1x connector macho de 2 pins JST XH-Style de 2,5 mm.
• Pins masculins i femenins.
• 1x (PCB en blanc de 20 mm x 80 mm).

A GRBL es reserven els pins digitals i analògics d’Arduino. El pin "Step" per als eixos X i Y s'uneix als pins digitals 2 i 3 respectivament. El pin "Dir" per als eixos X i Y s'uneix als pins digitals 5 i 6 respectivament. D11 és per a habilitació làser.

L'Arduino s'energia mitjançant el cable USB. Els controladors A4988 mitjançant una font d'alimentació externa. Totes les terres comparteixen connexions comunes. Els VDD de l'A4988 estan connectats a 5V d'Arduino.

El làser que he utilitzat funciona a 5V i té un circuit de corrent constant. Per a la font de 5V constant de la font d'alimentació externa s'utilitza un regulador de voltatge LM7805. El dissipador de calor és obligatori.

El MOSFET N-CHANNEL IRFZ44N funciona com a commutador elèctric quan rep un senyal digital alt des del pin D11 d'Arduino.

NOTA: 5 V d’Arduino nano no es poden utilitzar perquè el làser consumeix més de 250 mA i l’Arduino Nano no és capaç d’oferir tanta corrent.

Configuració de Micro Stepping per a cada eix

MS0 MS1 MS2 Resolució de microetapes

Baix Baix Baix Pas complet.

Alt Baix Baix Mitjà pas.

Baixa Alta Baixa Pas de quart.

Alta Alta Baixa Vuitè pas.

Alta Alta Alta Setzena etapa.

Els 3 pins (MS1, MS2 i MS3) serveixen per seleccionar una de les resolucions de cinc passos segons la taula de veritat anterior. Aquests pins tenen resistències desplegables internes, de manera que si els deixem desconnectats, la placa funcionarà en mode de pas complet. He utilitzat la configuració del 16è pas per obtenir un to suau i sense sorolls. La majoria dels motors pas a pas (però certament no tots) fan 200 passos complets per revolució. Mitjançant la gestió adequada del corrent a les bobines és possible fer moure el motor en passos més petits. El Pololu A4988 pot fer que el motor es mogui en 1/16 passos, o en 3 200 passos per revolució. El principal avantatge del pas de micro és reduir la rugositat del moviment. Les úniques posicions completament precises són les posicions de pas complet. El motor no podrà mantenir una posició estacionària en una de les posicions intermèdies amb la mateixa precisió de posició o amb el mateix parell de subjecció que en les posicions de pas complet.

Pas 9: Reuneix-ho tot en un

He creat un làser amb una tira metàl·lica fina i llarga i uns suports de plàstic L amb alguns suports. Tot seguit es munta sobre un tauler de capes de fusta mitjançant cargols M4, femelles i cargols.

També es fa la connexió dels motors pas a pas amb el controlador.

Pas 10: Muntatge làser

El làser que he utilitzat és el mòdul làser Focusable 200-250mW 650nm. La carcassa metàl·lica exterior funciona com a dissipador de calor per al díode làser. Disposa de lent enfocable per a l’ajust del punt làser.

Amb dos tirants amb cremallera he muntat el làser amb el suport. També es pot utilitzar dissipador de calor per làser, però el meu làser no es va escalfar de manera que no el vaig utilitzar. Connecteu el terminal de cable làser a la presa de làser de la placa del controlador.

Podeu obtenir-ne un aquí

Pas 11: Ajustar el corrent del controlador pas a pas

Per aconseguir velocitats de pas elevades, el subministrament del motor sol ser molt superior al permès sense limitació de corrent activa. Per exemple, un motor pas a pas típic pot tenir una intensitat màxima nominal de 1A amb una resistència de bobina de 5Ω, que indicaria un subministrament màxim del motor de 5 V. L’ús d’aquest motor amb 12 V permetria velocitats de pas més altes, però el corrent ha de limitar-se a menys de 1A per evitar danys al motor.

L’A4988 admet aquesta limitació de corrent activa i es pot utilitzar el potenciòmetre de tall a la placa per establir el límit de corrent. Una manera d’establir el límit actual és posar el controlador en mode de pas complet i mesurar el corrent que circula a través d’una única bobina del motor sense marcar l’entrada STEP. El corrent mesurat serà 0,7 vegades el límit de corrent (ja que les dues bobines estan sempre activades i limitades al 70% del límit de corrent en mode de pas complet). Tingueu en compte que el canvi de la tensió lògica, Vdd, a un valor diferent canviarà la configuració del límit de corrent, ja que la tensió del pin "ref" és una funció de Vdd. Una altra manera d’establir el límit de corrent és mesurar la tensió directament a sobre del potenciòmetre i calcular el límit de corrent resultant (les resistències de detecció de corrent són 0,1Ω). El límit de corrent es refereix a la tensió de referència de la següent manera: Límit de corrent = VREF × 1,25 Així, per exemple, si la tensió de referència és de 0,6 V, el límit de corrent és de 0,75A. Com s'ha esmentat anteriorment, en mode de pas complet, el corrent a través de les bobines està limitat al 70% del límit de corrent, de manera que per obtenir un corrent de bobina de pas complet d'1A, el límit de corrent ha de ser 1A / 0,7 = 1,4A, que correspon a un VREF de 1,4A / 1,25 = 1,12 V. Consulteu el full de dades A4988 per obtenir més informació. Nota: el corrent de la bobina pot ser molt diferent del corrent de subministrament elèctric, de manera que no heu d’utilitzar el corrent mesurat a la font d’alimentació per establir el límit de corrent. El lloc adequat per posar el comptador actual és en sèrie amb una de les bobines del motor pas a pas.

Pas 12: preparació

Mitjançant quatre petits imants de neodimi es bloqueja la peça de treball al llit de treball i es fixen els eixos X i Y a la posició inicial (casa). Enceneu la placa del controlador mitjançant una font d'alimentació externa i Arduino Nano a l'ordinador mitjançant un cable USB A a USB Mini B. També alimenteu la placa mitjançant una font d'alimentació externa.

SEGURETAT PRIMER

S’HAN DE NECESSITAR ULLERES DE SEGURETAT LÀSER

Pas 13: Firmware GRBL

1. Descarregueu el GRBL 1.1, aquí,
2. Extraieu a l'escriptori la carpeta grbl-master, la trobareu al fitxer master.zip
3. Executeu l'IDE Arduino
4. Al menú de la barra d’aplicacions, trieu: Sketch -> #include Library -> Add Library from file. ZIP
5. Seleccioneu la carpeta grbl que podeu trobar a la carpeta grlb-master i feu clic a Obre
6. La biblioteca ja està instal·lada i el programari IDE us mostrarà aquest missatge: La biblioteca s'afegeix a la vostra biblioteca. Consulteu el menú "Inclusió de biblioteques".
7. A continuació, obriu un exemple anomenat "grbl upload" i pengeu-lo a la vostra placa arduino

Pas 14: programari per enviar G-CODE

També necessitem un programari per enviar G-Code a CNC perquè he utilitzat el LASER GRBL

LaserGRBL és un dels millors streamers GCode de Windows per a DIY Laser Gravador. LaserGRBL és capaç de carregar i transmetre el camí de GCode a arduino, a més de gravar imatges, imatges i logotips amb una eina de conversió interna.

Descàrrega GRAS LÀSER.

LaserGRBL comprova constantment si hi ha ports COM disponibles a la màquina. La llista de ports us permet seleccionar el port COM al qual està connectada la vostra placa de control. Seleccioneu la velocitat de transmissió adequada per a la connexió segons la configuració del firmware de la vostra màquina (per defecte 115200).

Configuració de Grbl:

$$ - Veure la configuració de Grbl

Per veure la configuració, escriviu $$ i premeu Retorn després de connectar-vos a Grbl. Grbl hauria de respondre amb una llista de la configuració actual del sistema, tal com es mostra a l'exemple següent. Tots aquests paràmetres són persistents i es mantenen a EEPROM, de manera que si apagueu, es carregaran la propera vegada que encengueu l'Arduino.

0 $ = 10 (pols de pas, usec)

$ 1 = 25 (retard al pas inactiu, msec)

$ 2 = 0 (màscara d'inversió del port de pas: 00000000)

$ 3 = 6 (màscara d'inversió del port de direcció: 00000110)

$ 4 = 0 (invertir habilitació de pas, bool)

5 $ = 0 (límits invertits, bool)

6 $ = 0 (invertir el pin de la sonda, bool)

10 $ = 3 (màscara d'informe d'estat: 00000011)

11 $ = 0,020 (desviació de la unió, mm)

12 $ = 0,002 (tolerància a l'arc, mm)

13 $ = 0 (polzades d'informe, bool)

20 $ = 0 (límits suaus, bool)

21 $ = 0 (límits durs, bool)

22 $ = 0 (cicle de tornada, bool)

23 dòlars = 1 (màscara d'invertir dir de referència: 00000001)

24 $ = 50.000 (alimentació inicial, mm / min)

25 $ = 635.000 (cerca de referència, mm / min)

26 $ = 250 (rebot de referència, msec)

27 dòlars = 1.000 (extracció inicial, mm)

100 $ = 314.961 (x, pas / mm)

101 $ = 314.961 (y, pas / mm)

102 $ = 314.961 (z, pas / mm)

110 $ = 635.000 (x taxa màxima, mm / min)

111 $ = 635.000 (taxa màxima en mm / min)

112 $ = 635.000 (taxa màxima z, mm / min)

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

121 $ = 50.000 (acceleració, mm / seg ^ 2)

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

130 $ = 225.000 (x recorregut màxim, mm)

131 $ = 125.000 (recorregut màxim en mm)

132 $ = 170.000 (z recorregut màxim, mm)

Pas 15: ajustar el sistema

Aquí ve la part més difícil del projecte

Adaptació del feix làser al punt més petit possible de la peça de treball. Aquesta és la part més complicada que requereix temps i paciència mitjançant el mètode de seguiment i error

Definir la configuració de GRBL per a $ 100, $ 101, $ 130 i $ 131

la meva configuració per al GRBL és, $100=110.000

$101=110.000

$130=40.000

$131=40.000

Vaig provar de gravar un quadrat de costats de 40 mm i, després de tants errors i modificar la configuració de grbl, em va gravar la línia de 40 mm adequada tant de l'eix X com de l'eix Y. Si la resolució de l'eix X i de l'eix Y no és la mateixa, la imatge escalarà en qualsevol direcció.

Tingueu en compte que no tots els motors pas a pas de les unitats de DVD són iguals

És un procés llarg i que requereix molt de temps, però els resultats són tan satisfactoris quan es modifiquen.

Interfície d'usuari LaserGRBL

• Control de connexió: aquí podeu seleccionar el port sèrie i la velocitat de transmissió adequada per a la connexió, segons la configuració del firmware de grbl.
• Control de fitxers: mostra el nom del fitxer carregat i el procés de gravat. El botó verd "Reprodueix" iniciarà l'execució del programa.
• Ordres manuals: podeu escriure qualsevol línia de codi G aquí i prémer "enter". Els ordres es posaran a la cua d'ordres.
• Registre d'ordres i codis de retorn d'ordres: mostren les ordres posades en cola i el seu estat d'execució i els errors.
• Control de trot: permet el posicionament manual del làser. El control lliscant vertical esquerre controla la velocitat del moviment, la mida del pas del control lliscant dret.
• Previsualització del gravat: aquesta zona mostra la previsualització final del treball. Durant el gravat, una petita creu blava mostrarà la posició actual del làser en temps d'execució.
• Grbl reset / homing / unlock: aquests botons envien l'ordre de restabliment suau, homing i unlock a la placa grbl. A la dreta del botó de desbloqueig podeu afegir alguns botons definits per l'usuari.
• Manteniment i reactivació del feed: aquests botons poden suspendre i reprendre l'execució del programa enviant l'ordre Feed Hold o Reprendre al tauler grbl.
• Recompte de línies i projecció de temps: LaserGRBL podria estimar el temps d'execució del programa en funció de la velocitat real i el progrés del treball.
• Substitueix l'estat i el control: mostra i canvia la velocitat real i la substitució de potència. Les substitucions són una nova característica de grbl v1.1 i no són compatibles amb les versions anteriors.

Pas 16: Gravat en fusta

La importació de ràsters us permet carregar una imatge de qualsevol tipus a LaserGRBL i convertir-la en instruccions GCode sense necessitat d’altres programes. LaserGRBL admet fotos, imatges predissenyades, dibuixos a llapis, logotips, icones i intenta fer el millor amb qualsevol tipus d’imatge.

Es pot recuperar des del menú "Fitxer, obre fitxer" seleccionant una imatge de tipus jpg,-p.webp

La configuració del gravat és diferent per a tots els materials.

Definiu la velocitat de gravat per mm i les línies de qualitat per mm

El vídeo adjunt és el lapse de temps de tot el procés.

Pas 17: tall de paper prim

Aquest làser de 250 mW també és capaç de tallar papers prims, però la velocitat ha de ser molt baixa, és a dir, no més de 15 mm / min i el feix làser s’ha d’ajustar correctament.

El vídeo adjunt és el lapse de temps de tot el procés.

Pas 18: tallar vinils i fabricar adhesius personalitzats

He fet alguns adhesius de vinil personalitzats. Canvia la velocitat de Boarder pel que fa al color del vinil utilitzat.

Els colors foscos són fàcils de treballar, mentre que els colors més clars són complicats.

Les imatges anteriors mostren com utilitzar adhesius de vinil fabricats amb el CNC.

♥ Un agraïment especial als desenvolupadors de GRBL:)

Espero que aquest projecte us hagi agradat, feu-m'ho saber als comentaris si teniu cap pregunta, També m'agradaria veure fotos de les vostres màquines CNC.

Gràcies !! pel vostre suport.

Primer premi del concurs de microcontroladors