Diy arduino cnc plotter machine

Οι Μηχανές CNC είναι Μηχανογραφημένες Μηχανές Αριθμητικού Ελέγχου που χρησιμοποιούνται για να σχεδιάσουν οτιδήποτε ή να σχεδιάσουν οποιοδήποτε μηχανικό μέρος σύμφωνα με το πρόγραμμα σχεδιασμού που τροφοδοτείται στη μονάδα ελέγχου. Η μονάδα ελεγκτή μπορεί να είναι είτε υπολογιστής είτε μικροελεγκτής. Οι μηχανές CNC διαθέτουν κινητήρες stepper και servo για να σχεδιάσουν το σχέδιο σύμφωνα με το πρόγραμμα τροφοδοσίας.

Μετά από έρευνα σε μηχανήματα CNC, αποφάσισα να φτιάξω τη δική μου μηχανή CNC χρησιμοποιώντας τοπικά διαθέσιμα υλικά. Υπάρχουν τόσα πολλά μηχανήματα CNC στον κόσμο, μερικά από τα οποία είναι πολύ τεχνικά και πολύπλοκα για να τα κατασκευάσετε ή ακόμα και να τα χρησιμοποιήσετε σωστά. Για αυτόν τον λόγο, αποφάσισα να φτιάξω ένα απλό μηχάνημα Plotter CNC βασισμένο στο Arduino, το οποίο είναι μακράν το πιο απλό να φτιάξω. Μπορείτε επίσης να το χρησιμοποιήσετε ως μηχανή σχεδίασης Arduino CNC με μικρές τροποποιήσεις.

Αυτή η μηχανή DIY Arduino CNC μπορεί να σχεδιάσει τα περισσότερα από τα βασικά σχήματα, κείμενα και ακόμη και κινούμενα σχέδια. Η λειτουργία του είναι παρόμοια με τον τρόπο που γράφει ένα ανθρώπινο χέρι. Είναι γρηγορότερο και ακριβέστερο σε σύγκριση με τον τρόπο που ένας άνθρωπος μπορεί να γράψει ή να σχεδιάσει. Δείτε το βίντεο επίδειξης στο τέλος αυτού του σεμιναρίου.

Κατασκευή μιας μηχανής CNC Arduino:

Για να λειτουργεί μια μηχανή σχεδίασης CNC, απαιτούνται 3 άξονες (άξονας x, άξονας y και άξονας z. Ο άξονας x και ο άξονας y λειτουργούν ταυτόχρονα για τη δημιουργία μιας εικόνας 2D σε απλό χαρτί. Αυτά τα x και y ο άξονας τοποθετείται 90 μοίρες ο ένας στον άλλο έτσι ώστε οποιοδήποτε σημείο στην απλή επιφάνεια ορίζεται από μια δεδομένη τιμή x και y. Ο άξονας z χρησιμοποιείται ανυψώστε και κατεβάστε το στυλό πάνω στο απλό χαρτί.

Ανάλογα με την εικόνα που θα σχεδιαστεί, ο υπολογιστής θα δημιουργήσει τις κατάλληλες συντεταγμένες και θα τις στείλει στον μικροελεγκτή μέσω της θύρας USB. Ο μικροελεγκτής ερμηνεύει αυτές τις συντεταγμένες και στη συνέχεια ελέγχει τις θέσεις των κινητήρων για τη δημιουργία της εικόνας. Εδώ χρησιμοποιήσαμε το Arduino ως Μικροελεγκτή για την κατασκευή αυτού του Μηχανή CNC. Οι κινήσεις τριών αξόνων παρέχονται από κινητήρες stepper, οι οποίοι θα παρακολουθούνται από την πλακέτα Arduino. Μπορείτε να δείτε πώς να συνδέσετε το stepper motor με το Arduino εάν είστε νέοι σε αυτό.

Ας αρχίσουμε λοιπόν να κατασκευάζουμε τη συσκευή μας Arduino CNC βήμα προς βήμα.

Ο, τι χρειάζεσαι:

Σημείωση: Ο σχεδιασμός μου είναι αρκετά διαφορετικός ως προς το μέγεθος και τα υλικά που χρησιμοποιούνται. Δεν μπόρεσα να βρω παλιές μονάδες DVD, γι 'αυτό επέλεξα εξαρτήματα εκτυπωτή. Ό, τι κι αν χρησιμοποιείτε, βεβαιωθείτε ότι διαθέτει κινητήρα stepper.

Απαίτηση υλικού:

1. Φύλλο αλουμινίου (710mm x 710mm)
2. Παλιός εκτυπωτής HP / Epson. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε παλιές μονάδες DVD υπολογιστή
3. Μπουλόνια και παξιμάδια
4. Γυαλί Perspex
5. Arduino UNO
6. L293D ασπίδα οδηγού κινητήρα ή ασπίδα Arduino CNC
7. Μίνι σερβο κινητήρας
8. Ενα στυλό

​

Εργαλεία:

1. Κατσαβίδι
2. Τρυπάνι
3. Εργαλείο κοπής (hacksaw)
4. Κόλλα
5. Συσκευή πάγκου

Λογισμικά:

Για την αποτελεσματική λειτουργία αυτού του μηχανήματος, χρησιμοποιούνται τα ακόλουθα λογισμικά. Μεταβείτε στους διάφορους ιστότοπους και κατεβάστε τους.

1. Arduino IDE έκδοση 1.6.6 ή νεότερες εκδόσεις από εδώ
2. Επεξεργασία IDE έκδοση 3.1.1 ή νεότερη έκδοση από εδώ
3. Έκδοση Inkscape 0.48.5. Κατεβάστε το από εδώ.
4. Ελεγκτής Grbl (προαιρετικό)

Η βάση για CNC Plotter Machine:

Το κύριο σώμα αυτής της συσκευής είναι η βάση που υποστηρίζει όλα τα κύρια μέρη του μηχανήματος μαζί έτσι ώστε το μηχάνημα να είναι σταθερό και επίσης φορητό. Σε αυτό το σχέδιο θα χρησιμοποιήσουμε αλουμίνιο για να κατασκευάσουμε τη βάση αφού είναι ελαφριά, απλή κάμψη και κοπή και επίσης δίνει μια καλή λαμπερή εμφάνιση αφού δεν σκουριάζει.

Ο σχεδιασμός και οι διαστάσεις της βάσης μου παρουσιάζονται παρακάτω:

Σημείωση: Όλες οι διαστάσεις είναι σε χιλιοστά.

Μετά από όλη την κάμψη και την κοπή, μπόρεσα να δημιουργήσω μια πολύ σταθερή βάση όπως φαίνεται παρακάτω:

Συναρμολόγηση των αξόνων X, Y και Z:

Για τη δημιουργία αξόνων x και y, χρησιμοποιούνται δύο βάσεις εκτυπωτή. Κάθε ένα από αυτά τα μέρη περιέχει έναν κινητήρα stepper και έναν μηχανισμό κίνησης ιμάντα που χρησιμοποιείται συνήθως για την κίνηση του φυσιγγίου από και πίσω.

Για τον άξονα z, ένας μίνι σέρβο κινητήρας είναι συνδεδεμένος στον άξονα y χρησιμοποιώντας κόλλα. Αυτός ο σερβοκινητήρας χρησιμοποιείται για την κίνηση της πένας πάνω και κάτω. Πρέπει να κατασκευαστεί ένας καλός μηχανισμός στήριξης που θα επιτρέπει την ελεύθερη κίνηση πάνω-κάτω της πένας.

Πλατφόρμα σχεδίασης για μηχανή CNC:

Λόγω του τεράστιου μεγέθους αυτού του μηχανήματος, η συσκευή είναι ικανή να σχεδιάζει σε χαρτί μεγέθους Α5. Επομένως, θα κόψουμε μια πλατφόρμα μεγέθους A5 (148mmx210mm) από το γυαλί Perspex και στη συνέχεια θα την κολλήσουμε στο κινούμενο μέρος του άξονα x χρησιμοποιώντας κόλλα.

Καλωδίωση και κύκλωμα της μηχανής CNC:

Τοποθετήστε την ασπίδα οδηγού L293D στον πίνακα Arduino UNO. Αυτή η ασπίδα μπορεί να οδηγήσει δύο βηματικούς κινητήρες ταυτόχρονα και δύο σέρβο κινητήρες. Συνδέστε τους δύο βηματικούς κινητήρες όπως φαίνεται παρακάτω. Η σύνδεση γείωσης πρέπει να παραμείνει αποσυνδεδεμένη αφού οι κινητήρες είναι διπλασιαστικού τύπου. Αυτό θα λειτουργήσει ως ελεγκτής Arduino CNC για το μηχάνημα Plotter.

Συνδέστε επίσης το mini servo motor στο servo1. Συνδέστε ένα τροφοδοτικό 7,5V - 9V στη θύρα τροφοδοσίας της ασπίδας οδηγού κινητήρα. Το μηχάνημα είναι τώρα έτοιμο για δοκιμή.

Κωδικός και δοκιμή μηχανής Arduino CNC:

Πρώτα πρέπει να δοκιμάσουμε τους κινητήρες stepper και να δούμε αν είναι σωστά συνδεδεμένοι.

Δεδομένου ότι χρησιμοποιούμε την ασπίδα οδηγού κινητήρα L293D, πρέπει να πραγματοποιήσουμε λήψη της βιβλιοθήκης AFmotor από εδώ. Στη συνέχεια, προσθέστε το στο φάκελο βιβλιοθήκης Arduino IDE. Βεβαιωθείτε ότι το μετονομάσατε σε AFMotor . Εάν το Arduino IDE ήταν ανοιχτό, κλείστε το και ανοίξτε το ξανά και κάντε κλικ στο αρχείο -> παραδείγματα -> Adafruit Motor Shield Library -> stepper . Βεβαιωθείτε ότι έχετε επιλέξει τη σωστή θύρα και πλακέτα στα εργαλεία και, στη συνέχεια, ανεβάστε τον κωδικό στην πλακέτα Arduino. Κάποιες κινήσεις πρέπει να παρατηρηθούν στον κινητήρα stepper.

Για να δοκιμάσετε τον κινητήρα δύο, αλλάξτε τη θύρα κινητήρα από 2 σε 1 στην ακόλουθη γραμμή και, στη συνέχεια, ανεβάστε ξανά τον κωδικό.

#include // Συνδέστε ένα βηματικό μοτέρ με 48 βήματα ανά περιστροφή (7,5 μοίρες) // στη θύρα κινητήρα # 2 (M3 και M4) AF_Stepper motor (48, 2);

Κωδικός Arduino για μηχανή CNC:

Μόλις οι κινητήρες stepper ανταποκρίνονται κατάλληλα, αντιγράψτε τον κωδικό Arduino για μηχανή CNC από την παρακάτω ενότητα Code και ανεβάστε τον στον πίνακα Arduino. Μπορείτε να κατεβάσετε τον κωδικό από τον παρακάτω σύνδεσμο.

Λήψη κώδικα Arduino CNC

G-Code για μηχανή CNC:

Το G - CODE είναι η γλώσσα στην οποία λέμε σε μηχανογραφημένα μηχανήματα (CNC) να κάνουν κάτι. Είναι βασικά ένα αρχείο που περιέχει συντεταγμένες X, Y και Z.

Για παράδειγμα:

G17 G20 G90 G94 G54 G0 Z0.25X-0.5 Y0. Z0.1 G01 Z0. F5. G02 X0. Y0.5 I0.5 J0. F2.5 X0.5 Υ0. Ι0. J-0,5 Χ0. Υ-0,5 I-0,5 J0. Χ-0,5 Υ0. Ι0. J0.5 G01 Z0.1 F5. G00 X0. Υ0. Ζ0.25

Η σύνταξη ενός G-Code για ένα απλό τετράγωνο μπορεί να είναι πολύ δύσκολη, αλλά ευτυχώς έχουμε ένα λογισμικό που μπορεί να μας βοηθήσει να δημιουργήσουμε έναν G-Code. Αυτό το λογισμικό ονομάζεται " Inkscape ", κατεβάστε το από εδώ.

Μπορείτε να δημιουργήσετε το δικό σας G-Code χρησιμοποιώντας το Inkscape, το οποίο έχουμε εξηγήσει στην επόμενη ενότητα ή, αλλά μπορείτε να χρησιμοποιήσετε άμεσα διαθέσιμους G-Codes στο Διαδίκτυο.

Πριν σας δείξω πώς να δημιουργήσετε G-Codes χρησιμοποιώντας το Inkscape ας συζητήσουμε για τον τρόπο αποστολής αυτών των G-Codes στο Arduino. Το λογισμικό που θα μας επιτρέψει να στείλουμε G-Codes στο Arduino ονομάζεται Processing.

Επεξεργασία IDE για μεταφόρτωση του G-Code:

Αυτή η πλατφόρμα θα μας βοηθήσει να στείλουμε τους G-Codes στον πίνακα Arduino. Για να το κάνετε αυτό, θα πρέπει να κάνετε λήψη του αρχείου GCTRL.PDE.

Κατεβάστε το αρχείο GCTRL.pde από εδώ και ανοίξτε το χρησιμοποιώντας το Processing IDE

Μόλις το ανοίξετε στο Processing IDE, κάντε κλικ στην εκτέλεση. Εμφανίζεται ένα παράθυρο με όλες τις οδηγίες. Πατήστε p στο πληκτρολόγιο. Το σύστημα θα σας ζητήσει να επιλέξετε μια θύρα. Επιλέξτε λοιπόν τη θύρα στην οποία είναι συνδεδεμένη η πλακέτα Arduino. Η περίπτωσή μου είναι η θύρα 6.

Τώρα πατήστε g και περιηγηθείτε στο φάκελο στον οποίο αποθηκεύσατε το G-CODE. Επιλέξτε το σωστό G-CODE και πατήστε enter. Εάν όλα ήταν σωστά συνδεδεμένα, θα πρέπει να δείτε τη συσκευή σας να αρχίζει να σχεδιάζει στο χαρτί.

Εάν θέλετε να τερματίσετε τη διαδικασία, απλώς πατήστε x και η συσκευή θα σταματήσει ό, τι έκανε.

Πώς να δημιουργήσετε τον δικό σας G-Code:

Αναφέραμε ότι το Inkscape είναι το λογισμικό που θα χρησιμοποιήσουμε για τη δημιουργία των G-CODES μας. Σε αυτό το παράδειγμα θα δημιουργήσουμε ένα απλό κείμενο (HELLO WORLD) όπως φαίνεται παρακάτω.

Σημείωση : Το Inkscape δεν έχει ενσωματωμένο τρόπο αποθήκευσης αρχείων ως G-CODE . Επομένως, πρέπει να εγκαταστήσετε ένα πρόσθετο που επιτρέπει την εξαγωγή εικόνων σε αρχεία G-CODE. Κατεβάστε αυτό το πρόσθετο MakerBot Unicorn από εδώ με σημειώσεις εγκατάστασης.

Εάν η εγκατάσταση ήταν επιτυχής, ανοίξτε το Inkscape, μεταβείτε στο μενού Αρχείο και κάντε κλικ στο "Ιδιότητες εγγράφου". Πρώτη αλλαγή διαστάσεων από px σε mm. Επίσης, μειώστε το πλάτος και το ύψος στα 90 mm. Τώρα κλείστε αυτό το παράθυρο. Ένα τετράγωνο εμφανίζεται ως περιοχή σχεδίασης. Αυτός είναι ο τομέας που θα χρησιμοποιήσουμε για να γράψουμε το κείμενό μας.

Τώρα στην αριστερή γραμμή, κάντε κλικ στην καρτέλα δημιουργία και επεξεργασία αντικειμένου κειμένου. Πληκτρολογήστε το κείμενο " HELLO WORLD " και τοποθετήστε το στην επάνω δεξιά γωνία του τετραγώνου όπως φαίνεται παρακάτω.

Κάντε κλικ στο κείμενο και επιλέξτε τον τύπο στυλ γραμματοσειράς που προτιμάτε. Κάντε κλικ στην εφαρμογή και στο κλείσιμο.

Τώρα κάντε κλικ στο μονοπάτι και επιλέξτε " αντικείμενο σε διαδρομή "

Το κείμενό σας είναι τώρα έτοιμο για αποθήκευση ως G-CODE. Κάντε κλικ στο αρχείο -> αποθήκευση ως και στη συνέχεια πληκτρολογήστε το όνομα του αρχείου ως "γειά σου κόσμος"

Αλλάξτε τον τύπο αρχείου σε "MakerBot Unicon G-Code" όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Αυτό θα εμφανιστεί μόνο εάν η εγκατάσταση του πρόσθετου ήταν επιτυχής. Τέλος, κάντε κλικ στο save και κάντε κλικ στο ok στο αναδυόμενο παράθυρο.

Έχετε δημιουργήσει έναν G-Code και μπορεί να σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας τις προηγούμενες διαδικασίες.

Ο ελεγκτής GRBL:

Μόλις καταφέρετε να δημιουργήσετε έναν G-Code χρησιμοποιώντας το Inkscape, ίσως χρειαστεί να προβάλετε τον G-Code για να βεβαιωθείτε ότι βρίσκεται εντός των ορίων σχεδίασης.

Τα όρια σχεδίασης ορίζονται στον Arduino CNC CODE στις παρακάτω γραμμές:

Η εικόνα όπως φαίνεται παραπάνω στον ελεγκτή GRBL δεν πρέπει να υπερβαίνει αυτά τα όρια, όπως φαίνεται στον παραπάνω κώδικα CNC Arduino. Εάν υπερβεί αυτό το όριο, για παράδειγμα προς την αρνητική πλευρά του άξονα Χ, αυτό το τμήμα στην αρνητική πλευρά δεν θα γραφεί.

Σε αυτό το παράδειγμα οι τιμές x και y κυμαίνονται από 0mm έως 40mm.

Εφόσον χρησιμοποιώ εξαρτήματα εκτυπωτή που μπορούν να σχεδιάσουν σε μεγαλύτερη περιοχή, αλλάζω τις μέγιστες τιμές από 40 mm σε 60 mm.

Κάθε φορά που δημιουργείτε έναν G-Code χρησιμοποιώντας το Inkscape, μπορείτε πρώτα να ανοίξετε αυτόν τον G-Code στο πρόγραμμα GRBL για να δείτε αν βρίσκεται εντός αυτών των ορίων. Εάν δεν είναι εντός, πρέπει να αλλάξετε το μέγεθος της εικόνας σας στο Inkscape έως ότου είναι εντός των ορίων σας.

Αυτή είναι λοιπόν η φθηνή και απλούστερη μέθοδος κατασκευής ενός μηχανήματος Plotter CNC χρησιμοποιώντας το arduino uno στο σπίτι. Δοκιμάστε το και ενημερώστε μας στα σχόλια, δείτε επίσης το παρακάτω βίντεο.