В этой статье мастер-самодельщик расскажет нам, как он сделал ЧПУ из DVD-приводов для рисования. Сборка проста, дешева и не занимает много времени. Для изготовления станка мастер использовал следующие
Инструменты и материалы:
-Плата расширения CNC Shield V4;
-Arduino Nano;
-DVD приводы — 2 шт;
-Серводвигатель SG90;
-Провода;
-Алюминиевый уголок 20 x 20 x 1,4 мм — длина 120 мм;
-Степлер канцелярский;
-Блок питания 12 В;
-Алюминиевая муфта с гибким валом, размер внутреннего отверстия: 5 мм x 8 мм (или 8 мм x 8 мм);
-Латунная соединительная гайка L-10мм 2 шт;
-Латунная соединительная гайка L-5мм 2 шт;
-Болта + гайки + шайбы M4 x 50 мм 2 шт;
-Болта + гайки + шайбы M4 x 25 мм 3 шт;
-Болта + гайки + шайбы M4 x 20 мм 2 шт;
-Болты + гайки + шайбы M2 x 40 мм 1 шт;
-Болты + гайки + шайбы M2 x 5 мм 2 шт;
-Кабельные стяжки;
-Ножовка;
-Сверлильный станок;
-Ручная шлифовальная машина;
-Клеевой пистолет;
-Паяльное оборудование;
Программное обеспечение:
Прошивка MIGRBL .
INKSCAPE версия 0.48.5 .
Расширение INKSCAPE MI-GRBL .
Универсальный отправитель Gcode.
Шаг первый: шаговые двигатели DVD / CD привода
В интернете мастер нашел характеристики шагового двигателя DVD / CD -привода.
Параметр двигателя: Угол шага: 18 °
Напряжение: 5 В
Сопротивление: 14 Ом
Фаза: 2-2
Режим привода: биполярный
Макс. Частота пуска: 900pps
Макс. Скорость вращения: 1200pps
Удерживающий момент; 40
Диаметр ходового винта: Φ3
Шаг ходового винта: 3
Размер внешнего диаметра двигателя: 15 мм
Так выглядит двигатель в разобранном виде.
Шаговый двигатель работает при напряжении 5 В постоянного тока. Нужно измерить сопротивление двух катушек с помощью мультиметра, чтобы проверить, в хорошем ли он состоянии.
В проекте использовалось два разных типа DVD / CD-плееров, один использовался для оси X с сопротивлением катушки шагового двигателя 14 Ом, а другой использовался для оси Y с сопротивлением катушки 10 Ом.
Шаг второй: плата расширения CNC Shield V4
CNC Shield V4.0 имеет 3 слота на печатной плате для модулей привода шаговых двигателей и один слот для Arduino Nano. Т.е он может управлять 3 шаговыми двигателями по команде Arduino Nano. CNC Shield V4.0 имеет несколько контактов GPIO, доступных для подключения к другим модулям, таким как концевой выключатель, а также к интерфейсу I2C или последовательной связи. Питание для 3 модулей привода шагового двигателя и платы Nano подается через разъем внешнего питания (12 В постоянного тока).
Плату нужно настроить для дальнейшей работы. Нужно настроить как аппаратное, так и программное обеспечение, чтобы использовать прошивку GRBL и настроить режим микрошагов для A4988. Как это сделать, можно посмотреть здесь.
Нужно установить перемычки.
Контакты, подключенные к входам «STEP» и «DIRECTION» драйверов шагового двигателя, неверны по сравнению с исходными определениями GRBL. CNC Shield V4.0 работает Arduino Nano, поэтому можно исправить определения контактов «STEP» и «DIRECTION» в файле «cpu_map_atmega328p.h», расположенном в папке grbl , следующим образом:
#define X_STEP_BIT 5 // Uno Digital Pin 2
#define Y_STEP_BIT 6 // Uno Digital Pin 3
#define Z_STEP_BIT 7 // Uno Digital Pin 4
#define X_DIRECTION_BIT 2 // Uno Digital Pin 5
#define Y_DIRECTION_BIT 3 // Uno Digital Pin 6
#define Z_DIRECTION_BIT 4 // Uno Digital Pin 7
Шаг третий: драйвер A4988
A4988 — это микрошаговый драйвер двигателя со встроенным переводчиком для упрощения работы. Он предназначен для работы биполярных шаговых двигателей в полно-шаговых, полу-шаговых, четверть-шаговых, восьмых и шестнадцати-шаговых режимах с выходной мощностью до 35 В и ± 2 А.
Можно управлять шаговым двигателем с помощью всего 2 контактов контроллера: один для управления направлением вращения, а другой — для управления шагами.
Во многих приложениях микрошаговый режим может повысить производительность системы, а также снизить сложность и стоимость системы по сравнению с полно-шаговыми и полу-шаговыми методами. Микрошаговый режим может использоваться для решения всех проблем с резонансом, вибрацией и шумом в системе шагового двигателя, а также для повышения точности и разрешения шага.
По правилам, чем больше микрошагов, тем плавней движения, но ниже крутящий момент, и наоборот. Мастер пробовал режим 1/16 микрошагов, но в конце концов выбрал 1/8 микрошагов, что является хорошим сочетанием плавного движения и крутящего момента.
Каждый поворот шагового двигателя DVD / CD изначально разделен на 20 шагов с углом 18 ° / шаг (1 поворот = 360 градусов | 360/20 = 18 °). При установке режима с разрешением 1/8 шага на A4988, каждое вращение шагового двигателя DVD / CD будет разделено на 160 шагов с углом 2,25 ° / шаг, что сделает вращение шагового двигателя намного более плавным.
ОГРАНИЧЕНИЕ ТОКА
Подстроечный потенциометр на плате A4988 можно использовать для установки ограничения тока шагового двигателя. Следует обратить внимание на следующее:
В платах шаговых драйверов A4988 используются различные резисторы RCS, в зависимости от производителя. Обычно RCS может быть 0,05 Ом (с маркировкой «R050»), 0,1 Ом (с маркировкой «R100») или 0,2 Ом (с маркировкой «R200»). RCS на данной плате управления A4988: 0,1 Ом.
Шаг четвертый: установка оси X И Y
В этом проекте мастер в основном использовал болты для соединения деталей.
Первый шаг к созданию этого мини-плоттера с ЧПУ — это разобрать два привода DVD / CD.
Далее мастер припаял 4-х проводные кабели к 2-м шаговым двигателям, определив их обмотки и клеммы.
Он измерил длину привода — ось X, которая будет расположена горизонтально, затем вырезал алюминиевый уголок 20 x 20 x 1,4 мм по длине. В данном случае — 120 мм.
Дальше просверлил в алюминиевом уголке 6 отверстий:
— Два отверстия для крепления оси Y с помощью M4x50.
— Два отверстия для крепления оси X с помощью M4x25.
— Два оставшихся отверстия для крепления CNC Shield V4.0 через латунные соединительные гайки L-10 мм.
Для оси Y — использовал одну пластину из нержавеющей стали размером 70 х 80 мм.
Шаг пятый: установка оси Z
Самая важная и самая сложная часть при создании мини-плоттера с ЧПУ — это изготовление механизма подъема ручки. Мастеру пришла в голову идея, что можно использовать канцелярские степлер как механическую часть для подъема ручки. И это оказалось действительно эффективно.
Сначала нужно разобрать степлер. Для дальнейшей работы пока нужна средняя часть.
В подвижной части механизма имеются два отверстия. С помощью соединительной гайки мастер прикручивает к детали муфту.
Поскольку шаг резьбы отверстия муфты отличается от шага резьбы соединительной гайки, ему пришлось использовать переходную гайку.
Нужно обратить внимание, чтобы пружина степлера не касалась головки винтов при движении подвижной части вверх и вниз. Если головки цепляют, то можно их сточить.
Сервопривод хорошо помещаются во внутреннюю U-образную рамку степлера. Он снял пластиковую часть, вырезал и оставил только U-образную часть для крепления сервопривода.
Соединяет сервопривод и среднюю часть степлера длинным винтом M2 x 40.
На обратной стороне механизма степлера есть одно большое отверстие. Оно будет использоваться для соединения держателя карандаша, включая сервопривод, с механизмом оси X с помощью болта M4x25 и 3 гаек.
Дальше нужно вставить карандаш в муфту и закрепить. Чтобы закрепить его, нужно затянуть 2 оставшихся маленьких винта на муфте. Для подъема ручки нужно вырезать резиновую или акриловую шайбу и просверлить в центре отверстие по диаметру карандаша. Затем установил в него карандаш и отрегулировал так, чтобы ручку можно было поднимать вверх с помощью сервопривода и плавно опускать пружиной степлера.
На фото вариант с карандашом и шариковой ручкой.
Дальше нужно закрепить механизм и плату.
Шаг шестой: прошивка
MIGRBL отличается от оригинального GRBL тем, что MIGRBL настроен для ЧПУ, у которых оси X и Y подключены к 2 шаговым двигателям, а ось Z подключена к серводвигателю RC для подъема / опускания инструмента.
Скачайте файлы прошивки MIGRBL.
Скопируйте MIGRBL в C: Users Administrator Documents Arduino libraries
Выполните исправление, следуя «шагу два».
Откройте Arduino IDE, в меню «File» выберите Examples —> MIGRBL —> grblUpload.
Выберите правильный порт и плату (Tools —> Processor —> ATmega328P (Old Bootloader) —> Board —> Arduino Nano.), скомпилируйте и загрузите код в Arduino Nano.
Мастер использовал программу INKSCAPE для создания G-кода.
Обычный G-CODE, созданный из INKSCAPE, не будет работать. Для того, чтобы он заработал, нужно выполнить следующие шаги:
Загрузить INKSCAPE MI-GRBL EXTENSION.
Разархивировать файл.
Скопируйте файлы в каталог INKSCAPE -> Share —> Extension folder.
Теперь у нас есть исполняемый файл G-кода из INKSCAPE. Для отправки файла G-CODE на Arduino Nano нужно использовать Universal Gcode Sender — UGS.
Загрузите программное обеспечение UGS по адресу: https://winder.github.io/ugs_website/download/,, и установить его на компьютер.
Открыть UGS, выбрать Port и установите скорость 115200.
Затем нажать «Connect», после чего на вкладке «Console» отобразится следующая информация.
Шаг седьмой: калибровка
Шаг / мм: Задает GRBL, сколько шагов необходимо, чтобы переместить ось на заданное расстояние.
Шаги / мм = (Шагов на оборот) * (Микрошаги) / (мм на оборот)
Шагов на оборот = 20 — это исходное количество шагов, необходимое для того, чтобы шаговый двигатель совершил 1 полный оборот.
Микрошаги — 1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 — это настройка драйвера шагового двигателя A4988. Более высокое значение означает меньший крутящий момент, но более высокую точность. Авторская настройка микрошагов: 1/8.
мм на оборот — это расстояние в мм, на которое винт перемещается за один оборот.
Общая длина винта: 51.56 мм
Рабочая длина: 40.00 мм
Количество витков: 13
Угол шага: 18°
Число шагов, необходимых для того, чтобы шаговый двигатель DVD совершил 1 полный оборот: 20
Настройка микрошагов A4988: 8
Шаг винта шагового привода DVD (мм / оборот): 3.0 мм / об
Шаг / мм: 53.333
Согласно таблице шаг винта шагового двигателя DVD / CD составляет 3 мм . Это можно проверить, измерив рабочую длину винта: 40 мм и посчитав количество витков резьбы в этом рабочем диапазоне: 14:
Шаг = 40/13 = 3 мм.
Калибровка:
X Максимальный ход (мм): 130 $ = 40 000
Y Max travel (mm): $131 = 40.000
X шагов / мм: 101 = 53,333
Шаг по оси Y / мм: 100 = 53,333
Чтобы проверить двигатели и CNC Shield, перейдите на вкладку «Управление станком» -> щелкните стрелки X +, X-, Y + и Y-.
После включения нужно проверить шаговые двигатели. При прикосновении они не должны быть горячие. Если они горячие, то нужно отрегулировать напряжение.
Далее нужно открыть INKSCAPE.
— Установить размер страницы 40 x 40 мм.
— Начертить квадрат размером 10 мм x 10 мм -> Select Image —> Convert to Path
— Перейти Extension Menu —> Click on MIGRBL Z-AXIS SERVO CONTROL, настроить значения во всплывающем окне.
Нажать Apply, G-код будет сохранен в выбранной папке.
— Откройте UGS, выберите Port и установите скорость 115200, нажмите «Connect».
— Выберите подходящую позицию, перемещая оси X влево — вправо, оси Y вперед — назад и установите исходные координаты кнопкой «Reset Zero».
— Нажмите «Open» -> Перейдите к файлу G-кода, созданному INKSCAPE.
— Нажмите «Send», и мини-ЧПУ нарисует 10×10 мм в соответствии с G-кодом.
— Наблюдайте за устройством в действии на вкладке «Visualizer».
— Измерьте фактическую длину по осям X и Y линейкой, чтобы проверить правильность настроек (10 мм).
— Нарисуйте еще несколько кругов разного диаметра, проверьте, совпадают ли начальная и конечная точки круга. Если они не совпадают, возможно, кончик пера перекошен или механические части не выровнены.
Все готово.
Источник (Source)
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.
Источник: