Лазерный ЧПУ станок из CD приводов на базе Arduino. Самодельный чпу лазерный гравер из камней и палок Самые надежные плоттеры


Здравствуйте, в этой статье я покажу и расскажу, как сделать лазерный ЧПУ станок, на котором вы сможете делать различные гравировки на дереве, пластике и кожи.

Для этого проекта нам понадобится:
Микроконтроллер Arduino nano
Два CD привода
Два драйвера для шаговых двигателей А4988
Лазер (в моей модели стоит на 200nm и 200МВт)
Модуль mosfet на IRF520
Соединительные провода
Макетная плата
Клеммы
Металлические уголки
Набор гаечек и винтиков

Из инструментов:
Паяльник
Шуруповерт

Для защиты глаз:
Защитные очки

Давайте быстренько пробежимся по комплектующим. Начнём с мозга – микроконтроллера. Помимо Arduino nano можно также использовать и другие модели данного микроконтроллера.

Немаловажным является драйвер шагового двигателя А4988. С помощью него мы сможем управлять двигателем, задавать микро шаги и их скорость. Также в драйвере А4988 можно настраивать микро шаг двигателя: 1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16.
Чтобы его настроить нужно подтянуть к плюсу пины ms1 ms2 ms3 в специальном порядке (представлено в таблице).

Рассмотрим основные характеристики.
Напряжения питания: 8-35 В
Режим микро шага: 1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16
Напряжение логики: 3-5.5 В
Защита от перегрева
Максимальный ток на фазу: - 1 А без радиатора; - 2 А с радиатором
Размер: 20 х 15 мм
Без радиатора: 2 г

Теперь рассмотрим схему подключения.
ENABLE – включение/выключение драйвера
MS1, MS2, MS3 – контакты для установки микро шага
RESET - сброс микросхемы
STEP - генерация импульсов для движения двигателей (каждый импульс – шаг), можно регулировать скорость двигателя
DIR – установка направление вращения
VMOT – питание для двигателя (8 – 35 В)
GND – общий
2B, 2A, 1A, 1B – для подключения обмоток двигателя
VDD – питание микросхемы (3.5 –5В)

Также нужно обговорить калибровку драйверов. Она осуществляется с помощью микро потенциометра на драйвере. Этот потенциометр регулирует ток, поступающий на двигатель. У разных двигателей разный ток потребления, поэтому и нам нужно определиться с нашими двигателями. Здесь есть два способа: быстрый и не очень правильный и долгий и правильный. Вы можете найти информацию о своём шаговом двигателе в интернете ориентируясь на модель своего CD дисковода. Есть большая вероятность, что этот метод не принесёт никакой информация. Или вы можете воспользоваться более простым способом. Проверните потенциометр против часовой стрелки да конца, подключите двигатель через простую программу на Arduino и постепенно поворачивайте потенциометр по часовой стрелки пока двигатель не заработает. Наша цель состоит в том, чтобы двигатель работал и не пропускал шаги. Не переживайте из- за того, что двигатель сильно греется. Это нормально, ведь рабочая температура шагового двигателя составляет 40 - 45 °C.

Код для калибровки:

//простое подключение A4988 //пины reset и sleep соединены вместе //подключите VDD к пину 3.3 В или 5 В на Arduino //подключите GND к Arduino GND (GND рядом с VDD) //подключите 1A и 1B к 1 катушке шагового двигателя //подключите 2A и 2B к 2 катушке шагового двигателя //подключите VMOT к источнику питания (9В источник питания + term) //подключите GRD к источнику питания (9В источник питания - term) int stp = 13; //подключите 13 пин к step int dir = 12; //подключите 12 пин к dir int a = 0; void setup() { pinMode(stp, OUTPUT); pinMode(dir, OUTPUT); } void loop() { if (a < 200) // вращение на 200 шагов в направлении 1 { a++; digitalWrite(stp, HIGH); delay(10); digitalWrite(stp, LOW); delay(10); } else { digitalWrite(dir, HIGH); a++; digitalWrite(stp, HIGH); delay(10); digitalWrite(stp, LOW); delay(10); if (a>400) // вращение на 200 шагов в направлении 2 { a = 0; digitalWrite(dir, LOW); } } }

Едем дальше. Обговорим лазер. Лазеры в первую очередь отличаются мощностью. Именно от неё зависит сможете ли вы выжигать на светлых породах дерева или же станок сможет обрабатывать только тёмные материалы. В своей модели я использовал не мощный лазер, но в таком же корпусе продаются лазеры более высокой мощности. Я бы не советовал вам брать большие лазеры с радиаторами, ведь их масса намного больше и шаговые двигатели, которые не рассчитаны на данную нагрузку могут перегреться и выйти из строя.

Не забывайте о защите своих глаз и приобретите защитные очки. Очки нужно выбирать ориентируясь на длину волны вашего лазера.

Также нам понадобится MOSFET IRF520. Вы можете приобрести просто мосфет и нужную обвязку к нему или купить уже готовый модуль.

Ну вот теперь, Когда основные моменты обговорены и все компоненты заготовлены можно приступить к сборке.

Первым делом рассмотрим схему устройства:


Эти схемы абсолютно идентичны. Обратите внимание на питание лазера. Ваш лазер может быть другого напряжения.

Очень советую начинать сборку на макетной плате. После сборки устанавливаем программное обеспечение. Заходим на сайт http://lasergrbl.com/en/ , проходим во вкалдку download и скачиваем программу laserGRBL.

После заходим на GitHub и скачиваем .

Из архива достаём папку grbl и архивируем её. Это и будет наша библиотека для Arduino. Добавляем эту библиотеку в Arduino IDE и открываем пример grblUpload. Подключаем Arduino к компьютеру и заливам этот код.

Программа laserGRBL проста в использование и пяти минут гугла хватает, чтобы в ней разобраться.

Если схема на макетной плате собрана, двигатели реагируют на команды и программа работает, можно приступать к финальной части проекта – сборка в корпус и пайка.

Часто моделистам и другим любителям ручной работы приходится сталкиваться с задачей оформления своих изделий. Для таких целей идеально подходит самоклеящаяся пленка различных цветов. Такое оформление значительно улучшает внешний вид самодельных моделей. Чтобы элементы оформления выглядели аккуратно, лучше всего вырезать их не вручную ножницами, а на специальном оборудовании с программным обеспечением - плоттере. С помощью данного устройства воспроизводят, например, на бумаге различные чертежи или рисунки. Приобретать такой аппарат в магазине дорого и не всегда целесообразно, поскольку можно легко изготовить плоттер своими руками.

Планшетный плоттер из старого принтера

Плоттер, в котором бумажный или другой носитель закрепляется неподвижно, называется планшетным . Это сравнительно простая конструкция, возможности которой ограничиваются работой в вертикальном и горизонтальном направлениях.

Нарисовать чертеж, рисунок или вырезать определенный узор для скрапбукинга – все это можно сделать с помощью планшетного плоттера. Он может быть как печатным, так и режущим – все зависит от закрепленного в аппарате рабочего инструмента. Для печатных устройств это может быть карандаш, перьевая ручка, маркер, а для режущих модификаций – нож или лазер.

Подобные устройства работают с различными рабочими поверхностями: картон, бумага, разные виды пленок .

Важно! Формат используемых материалов зависит исключительно от размеров изготовленного планшета, которые, в свою очередь, определяются длиной примененных при сборке валов.

Необходимые материалы и инструменты

Наличие в доме старого принтера обеспечивает почти всеми запчастями, необходимыми для изготовления плоттера своими руками. В первую очередь необходимо разобрать струйное или лазерное устройство и отобрать запчасти, необходимые для нового изделия:

  • шаговые двигатели (2 шт.);
  • направляющие валы;
  • каретки;
  • блок питания;
  • шестеренки;
  • ремень;
  • болты, шайбы, гайки, клей для сборки.

Помимо деталей, полученных из принтера, необходимо заготовить материал для корпуса изделия (органическое стекло или фанеру) и управляющую плату. В качестве последней подойдет Ардуино (Arduino) с возможностью подключения через USB. Также можно использовать другой микроконтроллер, например, ULN2003A или ATMEG16.

Ардуино имеет встроенный процессор и память , с помощью которых можно задавать алгоритм работы любых электрических приборов. Для любителей конструировать разнообразные электронные девайсы данная управляющая платформа является хорошей находкой.

На Ардуино находится порядка 20 контактов , к которым можно подсоединять различного рода датчики, роутеры, лампы и другую электротехнику. Также преимуществом Ардуино является возможность расширения за счет добавления дополнительных плат с новым функционалом.

Совет! Для переделки принтера в плоттер необходимо предварительно приготовить отвертку, нож, дрель и паяльник, чтобы не отвлекаться в процессе сборки. Нужна также небольшая пила с полотном по оргстеклу либо фанере.

Алгоритм сборки устройства

Сборку плоттера выполняют в такой последовательности.


Завершающим этапом запуска плоттера в работу является подключение электроники и установка программного обеспечения . Драйвера, на которых может работать Ардуино, имеются в свободном доступе в интернете.

Важно! Если домашний плоттер задумывался как режущий, необходимо опытным путем отрегулировать глубину погружения инструмента в материал заготовки.

Самодельный плоттер на основе dvd-приводов

Изготовить самодельный плоттер можно с использованием шаговых двигателей и направляющих из dvd-приводов . Если дома не осталось старых дисководов, то их можно очень дешево приобрести на любом радиорынке, потому что устройства для считывания компакт-дисков – это уже устаревший атрибут компьютерной техники. Рабочая площадь такого устройства будет сравнительно небольшой – 4*4 см.

Подготовка к сборке

Для работы понадобится приготовить следующие детали и материалы:

  • 2 dvd-привода;
  • серводвигатель;
  • 2 микросхемы L293D для управления шаговыми двигателями;
  • макетную беспаечную плату;
  • монтажные провода;
  • плату Ардуино;
  • болты, гайки, припой и другие крепежные материалы.

Чтобы сделать плоттер из dvd-привода, необходим такой же набор инструментов, что и для сборки изделия из принтера.

Последовательность изготовления плоттера

Сборочный процесс начинают с того, что старые приводы разбирают и отбирают необходимые составные элементы для изготавливаемого агрегата. Для создаваемого устройства понадобится шаговый двигатель и приводные панели, которые будут служить боковыми основаниями плоттера.


Совет! Сборку цепи следует осуществлять в соответствии со схемой, представленной выше. Особенно тщательно нужно подсоединять шаговые двигатели.

После сборки цепи необходимо провести тестирование собранного электроприбора – при загрузке тестового кода обязательно должны заработать двигатели. В противном случае следует сверить подсоединения с чертежом схемы, устранить ошибки и провести повторный тест.

Для окончательной подготовки к работе изделия с ЧПУ (CNC) загружают рабочий код для Ардуино и запускают программу для работы с ним. Затем производят установку и настройку совместимого с имеющимся программным обеспечением графического редактора.

Важно! Оптимальным вариантом графического редактора является широко распространенная, бесплатная и профессиональная программа Inkscape. Она успешно работает на Windows, Mac OS X и Linux.

Все необходимые программы доступны для скачивания в интернете . Если установка прошла корректно, сделанный своими руками cnc плоттер готов выполнять свои функции.

Заключение

Предложенные варианты изготовления домашних плоттеров при желании легко усовершенствовать за счет большей автоматизации. Благодаря этому при необходимости есть возможность достижения большей производительности. Можно также оснастить самодельный плоттер Bluetooth-модулем и обеспечить беспроводное соединение устройства с компьютером. Чтобы улучшить дизайн самодельного изделия, нужно использовать для корпуса вместо подручных средств, специально изготовленные на станке заготовки. Такие усовершенствования не будут оказывать большого влияния на себестоимость изготовления.

Самые надежные плоттеры

Режущий плоттер Brother ScanNCut CM900 на Яндекс Маркете

Режущий плоттер Silhouette Cameo 3 на Яндекс Маркете

Режущий плоттер Brother ScanNCut CM300 на Яндекс Маркете

Режущий плоттер Silhouette Portrait на Яндекс Маркете

Режущий плоттер GCC Puma IV 132LX (112900020G) на Яндекс Маркете

Сегодня я наконец таки доделал сам гравер и испытал его.

Теперь обо всем по порядку.

Изначально идея собрать лазерный гравер родилась когда я увидел на али экспрессе поделку NeJe - гравер из DVD приводов.

Цена 4-5 тысяч рублей, дорого. Но игрушка вроде интересная.

Посидел, покопал интернет, посмотрел ролики на ютубе. Вроде самому собрать не сложно.

Было у меня в наличие пара шаговых моторчиков от струйного принтера Epson (что-то типа 25 шагов на оборот), немного алюминиевого профиля из Леруа.

Решил попробовать из того что есть изобразить что-то типа . Только осей было бы 2.

Привод решил делать на ремнях, он проще.

Исходя из направляющих что оставались от принтеров прикинул размер и собрал основание. Закрепил моторчик, натяжитель ремня, направляющие, установил подвижный стол и закрепил ремень.

Фотографии с установленным ремнем не осталось.

Все бы ничего, но стол от края до края пробегал всего за 2,5 оборота шагового двигателя. Точности позиционирование такая схема не дала бы.

Ременной привод разобрал, начал думать как переделать схему на ходовой винт м5 и забросил.

Навалилось работы, стало некогда.

В это время товарищ подарил мне несколько DVD приводов на разбор. Пишущий DVD RW Sony и пару CD-RW DVD-ROM LG.

На пробу решил собрать гравер на кусках DVD привода. От чего ушел, к тому и пришел. Для того чтоб понять заинтересует меня это или нет вполне хватит.

Собирать гравер на кожухе от CD привода мне показалось не эстетичным. Решил собрать раму граверу из разного алюминиевого профиля. Был у меня квадрат 20х20х1.5, уголок 20х20х1.5, шинка 60х2 и П образный профиль 12х15х2. Еще одной задачей ставил себе набить руку в работе с профилем. Алюминий материал противный, то сверло при сверлении уведет, то рука при распиле дрогнет, то полотно закусит. В общем в качестве тренировки и отточки скиллов не лишнее. В дальнейшем планирую собрать принтер на профиле из Леруа.

Раму скреплял заклепочником. Быстро и надежно.

Если стоит цель сделать дешево и сердито, можно и нужно собирать на корпусе от привода.

На ось X использовал кусок от LG, на Y кусок от Sony. С подвижных кареток обоих приводов снял все что только можно. Это нам не потребуется.

Для обоих осей спроектировал и распечатал разные проставки на принтере. На ось Y с резьбой.

На ось X короткие проставки

Для оси Y спроектировал и напечатал подставку для стола. К каретке приклеил ее суперклеем.

В качестве стола использовал кусочек 6мм оргстекла. Оргстекло после сборки гравера приклеил к печатному столику так же, суперклеем.

Вместо всяких гаек, подкладок и прокладок, мне было удобно распечатать разные крепежные элементы на принтере. Никаких клеевых пистолетов и соплей:)

Из квадратного профиля 20х20 нарезал 4 куска на основание и стойки.

Сначала собрал основу крепления каретки по оси X

Кусочек уголка 20х20х1.5 нужен был чтоб разнести стойки, чтоб между стойками вошел кусок с кареткой, привод по оси Y.

Собрал основание для оси Y. Два куска квадратного профиля и алюминиевая полоса. Скрепил заклепочником.

По месту приклепал стальные уголки для крепления портала оси Х.

В качестве держателей стоек оси X использовал стальные уголки из Леруа. Рублей по 14 за штуку.

И собрал все воедино.

На заднюю часть портала Х приклепал 2 уголка, для крепления электроники.

Почти готово по механике. Сзади через напечатанные на принтере проставки прикрутил самодельные мозги.

К шаговым моторчикам припаял провода и разъемы мама

Покупать готовый лазер с контроллером на Али дорого, в итоге купил только TTL контроллер для лазера.

Вот такой:

За 250 с копейками рублей.

Лазерный диод взял из привода Sony. Линзу взял от привода LG. Лазерный диод в квадратном корпусе вставил в П образный профиль, модуль с лазером встал очень плотно, а перед ним разместил линзу в сборе от LG, с катушками фокусировки и прочей требухой. Идеально кстати подошла по ширине и высоте. В таком варианте появляется возможность регулировать фокусное расстояние от лазера до линзы.

На фото частично видно конструкцию самого лазерного модуля.

Лазерный диод с припаянными проводами, а перед ним линза.

Ничего не придумал лучше и проще, чем притянуть лазерный модуль к каретке X кабельными стяжками. Достаточно надежно и можно регулировать расстояние от лазера до заготовки.

Электронику граверу паял на работе. После сборки показал свою игрушку коллегам. И началось: а бумагу порежет, а черную изоленту, а синий скотч, а если кусок припоя черным покрасить расплавит? :)

Рассказываю, на картоне лазер оставляет след, черную изоленту и черный полиэтилен режет. Синий скотч на картоне режет.

В общем игрушка получилась забавная.

Уже дома. Подпилил по длине лазерный излучатель. Платку TTL спрятал внутри профиля.

Программа для перевода картинки в г-код называется CHPU.

Управляет фрезером GRBLController.

Гравирует картинку. Первый так сказать блин. Сравните с моей аватаркой:)

Естественно, надо подбирать режим гравировки. И небольшой вентилятор для обдува не помешал бы, дым от резки сдувать. Гравировал на куске картона.

Прошивку в плату я залил GRBL 1.1f, это есть в записи про плату.

Что касается настройки прошивки:

Шаговый двигатель DVD привода чаще всего имеет 20 шагов на оборот.

Шаг винта 3мм.

20/3=6,6666666666667 шага на 1мм

На драйверах a4988 установлен микрошаг 16.

Соответственно 6,6666666666667*16=106,67

Напряжение на драйверах a4988 (для сопротивлений в 100Ом в драйвере) выставил 0,24 В

Для включения режима лазерный гравер в прошивке надо ввести

Лазер (через контроллер) у меня подключен к 11 ноге ардуино, с ШИМом.

Т.е. мощность лазера можно регулировать, и можно включать-отключать лазер программно.

Для включения лазера даем команду

Лазер не включится до того, пока каретка не поедет.

Для отключения лазера команда

Если о чем-то забыл рассказать - спрашивайте.

Повторюсь, игрушка получилась интересная, игрушкой я доволен.

Когда-нибудь дойдут руки и доделаю большой гравер.

БЕРЕГИТЕ ГЛАЗА! Не допускайте прямого и отраженного попадания луча лазера в глаза. Не смотрите на работающий лазер без специальных очков. Не допускайте домашних животных к работающему граверу!

Вроде предупредил.

Всем привет.

Концепция

Трудно представить, но в некоторых вузах вам всё равно придётся рисовать графики от руки (компьютер – это дело рук дьявола, конечно…). Это настолько меня раздражало, что я решил собрать машину для рисования графиков, которой я и буду пользоваться. Мой плоттер может вывести на бумагу любые чертежи формата HPGL.

Ещё я нуждался в особом виде программного обеспечения. Оно должно не только управлять устройством, но и иметь возможность разработки и сохранения графиков. Вот почему я решил написать своё приложение вместо использования существующего программного обеспечения ЧПУ.

Я использовал микроконтроллер ATMEG16 для управления устройством. Он получает данные через USB-RS232 преобразователь(FT232), подключенного к USB-порту компьютера. Данные передаются потоками, используя мой собственные протокол связи, который будет рассмотрен позже. Для Xи Yоси, я нашёл два шаговых двигателя от старых сканеров. Они имеют встроенный механизм, так что крутящий момент увеличивается без усложнения управления. Z ось представляет собой простой электромагнит (из старого принтера, я полагаю). Всё это добро питается блоком питания от принтера HP.

Необходимые запчасти и инструменты.

На проект я потратил примерно 25$ (я покупал всё в Польшу, цены могут отличаться в других странах).

Вот список:


Ещё вам понадобится:

  • Паяльник
  • Ножницы
  • Наждачная бумага (120-150)
  • Клеевой пистолет
  • Немного клея (суперклей, клей для дерева, горячий клей)

Шаг 1: Проектирование и подготовка

Проект был смоделирован в Blender’e (это программа для 3D моделирования).

Зелёная “коробка” – питание. Желтая “коробка”- контроллер. Синяя “коробка”- ЖК-дисплей.

Детали янтарного цвета были изготовлены из ламината. Голубые детали – оргстекло.

Шаговые двигатели, электромагнит – детали тёмно-серого цвета.

Шаговые двигатели, электромагнит и концевые выключатели темно-серого цвета.

В PDFфайле вы найдёте чертежи деталей из оргстекла. Резка очень дешёвая даже в Польше. Нужно заказать детали из 3мм оргстекла.

Несколько слов о ползунках Xи Yоси — это просто рельсы для мебели.

Шаг 2: Пайка

Как я уже говорил, устройство контролируется ATmega16. Он контролирует шаговые двигатели и электромагнит. Он также отправляется данные на ЖК-дисплей.

Для связи с ПК, я использовал чип FT232RL (USB-UART преобразователь). Мною был использован свой собственный протокол связи. Это два TCMT1109 оптрона, которые используются для электрической изоляции ПК от контроллера. USB-UART преобразователь должен быть перепрограммирован с помощью FTProg(XML-файл прикреплён ниже).

Ещё есть 4-переключатели на плате. Один нужен для сброса процессора (это было полезно во время тестирования), но остальные были установлены для использования в будущем. Сейчас средний переключатель («OK») используется для приема стартовый команду (я напишу об этом позже).

Поделиться с друзьями:
Похожие публикации