Ploter CNC oparty na Arduino

Maszyny CNC to skomputeryzowane maszyny sterowane numerycznie, które są używane do rysowania czegokolwiek lub projektowania dowolnej części mechanicznej zgodnie z programem projektowym wprowadzonym do ich jednostki sterującej. Jednostką sterującą może być komputer lub mikrokontroler. Maszyny CNC mają silniki krokowe i serwo do rysowania projektu zgodnie z podawanym programem.

Po badaniach nad maszynami CNC zdecydowałem się zbudować własną maszynę CNC, korzystając z lokalnie dostępnych materiałów. Na świecie jest tak wiele maszyn CNC, z których niektóre są bardzo techniczne i skomplikowane, aby je prawidłowo wykonać lub nawet obsługiwać. Z tego powodu zdecydowałem się na wykonanie prostego plotera CNC opartego na Arduino, który jest zdecydowanie najprostszy w wykonaniu. Możesz również użyć tego jako maszyny do rysowania Arduino CNC z niewielkimi modyfikacjami.

Ta maszyna CNC Arduino DIY może narysować większość podstawowych kształtów, tekstów, a nawet kreskówek. Działa podobnie, jak pisze ludzka ręka. Jest szybszy i dokładniejszy w porównaniu ze sposobem, w jaki człowiek może pisać lub rysować. Obejrzyj film demonstracyjny na końcu tego samouczka.

Budowa maszyny CNC Arduino:

Do działania plotera CNC potrzebne są 3 osie (oś x, oś y i oś z. Oś X i oś Y współpracują ze sobą, tworząc obraz 2D na zwykłym papierze). osie są umieszczone pod kątem 90 stopni względem siebie w taki sposób, że każdy punkt na gładkiej powierzchni jest określony przez daną wartość x i y. Oś Z służy do podnoszenia i opuszczania pióra na zwykły papier.

W zależności od rysowanego obrazu komputer wygeneruje odpowiednie współrzędne i prześle je do mikrokontrolera przez port USB. Mikrokontroler interpretuje te współrzędne, a następnie steruje położeniami silników, aby utworzyć obraz. Tutaj użyliśmy Arduino jako mikrokontrolera do zbudowania tej maszyny CNC. Ruchy w trzech osiach zapewniają silniki krokowe, które będą obsługiwane przez płytkę Arduino. Możesz sprawdzić, jak połączyć silnik krokowy z Arduino, jeśli jesteś nowy w tym.

Zacznijmy więc krok po kroku budować nasze urządzenie Arduino CNC.

Czego potrzebujesz:

Uwaga: mój projekt różni się sprzętem pod względem rozmiaru i użytych materiałów. Nie mogłem znaleźć starych napędów DVD, więc zdecydowałem się na części do drukarki. Cokolwiek używasz, upewnij się, że ma silnik krokowy.

Wymagania sprzętowe:

1. Blacha aluminiowa (710 mm x 710 mm)
2. Stara drukarka HP / Epson. Możesz użyć starych napędów DVD komputera
3. Śruby i nakrętki
4. Szkło pleksi
5. Arduino UNO
6. Osłona sterownika silnika L293D lub tarcza Arduino CNC
7. Mini silnik serwo
8. Długopis

Wcześniejsze

Przybory:

1. Śrubokręt
2. Wiercić
3. Narzędzie tnące (piła do metalu)
4. Klej
5. Urządzenie stołowe

Oprogramowania:

Aby zapewnić wydajną pracę tej maszyny, używane są następujące programy. Przejdź do różnych witryn internetowych i pobierz je.

1. Arduino IDE w wersji 1.6.6 lub nowszej wersji stąd
2. Przetwarzanie środowiska IDE w wersji 3.1.1 lub nowszej stąd
3. Inkscape w wersji 0.48.5. Pobierz go stąd.
4. Kontroler GRBL (opcjonalnie)

Podstawa do plotera CNC:

Głównym korpusem tego urządzenia jest podstawa, która podpiera wszystkie główne części maszyny razem, dzięki czemu maszyna jest stabilna i jest również przenośna. W tym projekcie do budowy podstawy użyjemy aluminium, ponieważ jest ono lekkie, łatwe do zginania i cięcia, a także zapewnia dobry błyszczący wygląd, ponieważ nie rdzewieje.

Konstrukcja i wymiary mojego bazie znajduje się poniżej:

Uwaga: wszystkie wymiary podano w milimetrach.

Po całym gięciu i cięciu udało mi się wykonać bardzo mocną podstawę, jak pokazano poniżej:

Montaż osi X, Y i Z:

Aby utworzyć osie X i Y, używane są dwie podstawki drukarki. Każda z tych części zawiera silnik krokowy i mechanizm napędowy paska, zwykle używany do przesuwania wkładu tam iz powrotem.

W przypadku osi z mini serwomotor jest mocowany na osi y za pomocą kleju. Ten silnik serwo służy do przesuwania pióra w górę iw dół. Należy skonstruować dobry mechanizm podtrzymujący, który umożliwi swobodny ruch pióra w górę iw dół.

Platforma rysunkowa do maszyny CNC:

Ze względu na ogromne rozmiary tej maszyny urządzenie jest w stanie rysować na papierze formatu A5. Dlatego wycinamy platformę o rozmiarze A5 (148 mm x 210 mm) ze szkła Perspex, a następnie przyklejamy ją do ruchomej części osi X za pomocą kleju.

Okablowanie i obwód maszyny CNC:

Włóż osłonę sterownika silnika L293D na płytkę Arduino UNO. Tarcza ta może napędzać jednocześnie dwa silniki krokowe i dwa serwomotory. Podłącz dwa silniki krokowe, jak pokazano poniżej. Uziemienie powinno pozostać niepodłączone, ponieważ silniki są typu bipoplarowego. Będzie to działać jako nasz kontroler Arduino CNC dla naszego plotera.

Przymocuj również mini silnik serwo do servo1. Podłącz zasilacz 7,5 V - 9 V do portu zasilania osłony sterownika silnika. Maszyna jest teraz gotowa do testów.

Kod maszyny CNC Arduino i testy:

Najpierw musimy przetestować silniki krokowe i sprawdzić, czy są prawidłowo podłączone.

Ponieważ używamy osłony sterownika silnika L293D, musimy pobrać stąd bibliotekę AFmotor. Następnie dodaj go do folderu biblioteki Arduino IDE. Upewnij się, że zmieniasz jego nazwę na AFMotor . Jeśli Arduino IDE było otwarte, zamknij je i otwórz ponownie i kliknij plik -> przykłady -> Adafruit Motor Shield Library -> stepper . Upewnij się, że wybrałeś właściwy port i płytkę w narzędziach, a następnie prześlij kod do płyty Arduino. Pewne ruchy należy obserwować na silniku krokowym.

Aby przetestować silnik drugi, zmień port silnika z 2 na 1 w następnym wierszu, a następnie ponownie załaduj kod.

#include // Podłącz silnik krokowy z 48 krokami na obrót (7,5 stopnia) // do portu silnika # 2 (M3 i M4) AF_Stepper motor (48, 2);

Kod Arduino dla maszyny CNC:

Gdy silniki krokowe odpowiednio zareagują, skopiuj kod Arduino dla maszyny CNC z sekcji Kod poniżej i prześlij go na płytkę Arduino. Możesz pobrać kod z poniższego linku.

Pobieranie kodu Arduino CNC

Kod G dla maszyny CNC:

G - CODE to język, w którym mówimy komputerowym maszynom (CNC), aby coś zrobiły. Zasadniczo jest to plik zawierający współrzędne X, Y i Z.

Na przykład:

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 Y0. I0. J-0.5 X0. Y-0,5 I-0,5 J0. X-0,5 Y0. I0. J0,5 G01 Z0,1 F5. G00 X0. Y0. Z0,25

Pisanie G-Code dla prostego kwadratu może być naprawdę trudne, ale na szczęście mamy oprogramowanie, które pomoże nam wygenerować G-Code. To oprogramowanie nazywa się „ Inkscape ”, pobierz je stąd.

Możesz wygenerować swój własny kod G za pomocą Inkscape, co wyjaśniliśmy w następnej sekcji, lub możesz użyć łatwo dostępnych kodów G w Internecie.

Zanim pokażę, jak generować kody G za pomocą Inkscape, omówimy, jak wysłać te kody G do Arduino. Oprogramowanie, które umożliwi nam wysyłanie kodów G do Arduino, nazywa się Processing.

Przetwarzanie IDE w celu przesłania kodu G:

Ta platforma pomoże nam wysłać kody G do płyty Arduino. Aby to zrobić, musisz pobrać plik GCTRL.PDE.

Pobierz plik GCTRL.pde stąd i otwórz go za pomocą Processing IDE

Po otwarciu go w Processing IDE kliknij Uruchom. Pojawi się okno ze wszystkimi instrukcjami. Naciśnij p na klawiaturze. System poprosi o wybranie portu. Wybierz więc port, do którego podłączona jest Twoja płyta Arduino. W moim przypadku jest to port 6.

Teraz naciśnij g i przejdź do folderu, w którym zapisałeś swój G-CODE. Wybierz właściwy G-CODE i naciśnij enter. Jeśli wszystko było dobrze połączone, powinieneś zobaczyć, jak Twoje urządzenie zaczyna kreślić na papierze.

Jeśli chcesz zakończyć proces, po prostu naciśnij x, a urządzenie zatrzyma wszystko, co robiło.

Jak wygenerować własny kod G:

Wspomnieliśmy, że Inkscape to oprogramowanie, którego będziemy używać do generowania naszych G-CODES. W tym przykładzie utworzymy prosty tekst (HELLO WORLD), jak pokazano poniżej.

Uwaga : Inkscape nie ma wbudowanego sposobu zapisywania plików jako G-CODE . Dlatego musisz zainstalować dodatek, który umożliwia eksportowanie obrazów do plików G-CODE. Pobierz stąd wtyczkę MakerBot Unicorn z uwagami dotyczącymi instalacji.

Jeśli instalacja się powiodła, otwórz Inkscape, przejdź do menu Plik i kliknij „Właściwości dokumentu”. Najpierw zmień wymiary z px na mm. Zmniejsz również szerokość i wysokość do 90 mm. Teraz zamknij to okno. Kwadrat pojawia się jako obszar rysowania. To jest obszar, którego użyjemy do napisania naszego tekstu.

Teraz na lewym pasku kliknij zakładkę tworzenia i edycji obiektu tekstowego. Wpisz tekst „ HELLO WORLD ” i umieść go w prawym górnym rogu kwadratu, jak pokazano poniżej.

Kliknij tekst i wybierz preferowany styl czcionki. Kliknij zastosuj i zamknij.

Teraz kliknij ścieżkę i wybierz „ obiekt do ścieżki ”

Twój tekst jest teraz gotowy do zapisania jako G-CODE. Kliknij plik -> zapisz jako, a następnie wpisz nazwę pliku jako „witaj świecie”

Zmień typ pliku na „MakerBot Unicon G-Code”, jak pokazano na poniższym pic. Pojawi się tylko wtedy, gdy instalacja dodatku zakończyła się pomyślnie. Na koniec kliknij Zapisz i kliknij OK w wyskakującym okienku.

Wygenerowałeś kod G i można go wykreślić przy użyciu poprzednich procedur.

Kontroler GRBL:

Po wygenerowaniu kodu G za pomocą Inkscape może być konieczne wyświetlenie kodu G, aby upewnić się, że mieści się w granicach rysowania.

Te granice rysunku są ustawione w Arduino CNC KOD w linii przedstawiono poniżej:

Obraz pokazany powyżej w kontrolerze GRBL nie powinien przekraczać tych limitów, jak pokazano w powyższym kodzie CNC Arduino. Jeśli przekroczy te granice, na przykład w kierunku ujemnej strony osi X, ta część po stronie ujemnej nie zostanie wykreślona.

W tym przykładzie wartości xiy mieszczą się w zakresie od 0 mm do 40 mm.

Ponieważ używam części drukarki, które mogą drukować na większym obszarze, zmieniam wartości maksymalne z 40 mm na 60 mm.

Za każdym razem, gdy generujesz kod G za pomocą Inkscape, możesz najpierw otworzyć ten kod G w programie GRBL, aby sprawdzić, czy mieści się w tych granicach. Jeśli nie w środku, musisz zmienić rozmiar obrazu w Inkscape, aż będzie w twoich granicach.

Jest to więc tania i najprostsza metoda zbudowania plotera CNC przy użyciu arduino uno w domu. Wypróbuj i daj nam znać w komentarzach, sprawdź również wideo poniżej.