Машина для виготовлення плоских машин з ЧПУ на базі Arduino

Верстати з ЧПУ - це комп'ютеризовані цифрові машини управління, які використовуються для малювання будь-чого або проектування будь-якої механічної деталі відповідно до проектної програми, що подається в їх блок управління. Блоком контролера може бути як комп'ютер, так і мікроконтролер. Верстати з ЧПУ мають крокові та сервомотори, щоб намалювати конструкцію відповідно до поданої програми.

Після досліджень на верстатах з ЧПУ, я вирішив побудувати свою власну машину з ЧПУ з використанням місцевих матеріалів. У світі існує так багато верстатів з ЧПУ, деякі з яких набагато технічні та складні, щоб виготовити або навіть експлуатувати їх належним чином. З цієї причини я вирішив зробити просту плоттерну машину з ЧПУ на базі Arduino, яку на сьогоднішній день найпростіше зробити. Ви також можете використовувати це як малювальний верстат з ЧПУ Arduino з невеликими змінами.

Цей саморобний верстат з ЧПУ Arduino може намалювати більшість основних форм, текстів і навіть мультфільмів. Ця операція подібна до того, як пише людська рука. Це швидше і точніше порівняно з тим, як людина може писати або малювати. Перегляньте демонстраційне відео в кінці цього уроку.

Створення верстата з ЧПУ Arduino:

Для роботи ЧПУ-графічного верстата потрібні 3 осі (вісь x, вісь y та вісь z. Вісь x та вісь y працюють в унісон, щоб створити 2D-зображення на звичайному папері. Ці x та y осі розташовані на 90 градусів одна до одної так, що будь-яка точка на рівнинній поверхні визначається заданим значенням x та y. Вісь z використовується для підняття та опускання ручки на звичайний папір.

Залежно від зображення, яке потрібно намалювати, комп’ютер генерує відповідні координати та надсилає їх на мікроконтролер через порт USB. Мікроконтролер інтерпретує ці координати, а потім контролює положення двигунів для створення зображення. Тут ми використали Arduino як мікроконтролер для створення цієї машини з ЧПУ. Тривісні рухи забезпечуються кроковими двигунами, які будуть контролюватися платою Arduino. Ви можете дізнатися, як взаємодіяти кроковий двигун з Arduino, якщо ви новачок у цьому.

Тож давайте почнемо будувати наш пристрій Arduino з ЧПУ поетапно.

Що тобі потрібно:

Примітка: Мій дизайн апаратно сильно відрізняється за розмірами та використовуваними матеріалами. Мені не вдалося знайти старі DVD-накопичувачі, тому я обрав деталі принтера. Що б ви не використовували, переконайтеся, що він має кроковий двигун.

Вимога до обладнання:

1. Алюмінієвий лист (710 мм х 710 мм)
2. Старий принтер HP / Epson. Ви можете використовувати старі комп’ютерні DVD-накопичувачі
3. Болти і гайки
4. Перспексна склянка
5. Arduino UNO
6. Щит драйвера двигуна L293D або щит з ЧПУ Arduino
7. Міні сервомотор
8. Ручка

U

Інструменти:

1. Викрутка
2. Дриль
3. Ріжучий інструмент (ножівка)
4. Клей
5. Пристрій лавки

Програмне забезпечення:

Для ефективної роботи цієї машини використовуються такі програмні засоби. Зайдіть на різні веб-сайти та завантажте їх.

1. Arduino IDE версії 1.6.6 або пізнішої версії звідси
2. Обробка IDE версії 3.1.1 або пізнішої версії звідси
3. Версія Inkscape 0.48.5. Завантажте його звідси.
4. Контролер Grbl (додатково)

Основа для плоттерного верстата з ЧПУ:

Основним корпусом цього пристрою є основа, яка підтримує всі основні частини машини разом, завдяки чому машина є міцною та портативною. У цій конструкції ми будемо використовувати алюміній для побудови основи, оскільки вона легка, легко згинається та ріжеться, а також надає гарний блискучий вигляд, оскільки не іржавіє.

Конструкція і розміри моєї бази показані нижче:

Примітка: Усі розміри вказані в міліметрах.

Після всього згинання та різання я зміг створити дуже міцну основу, як показано нижче:

Збірка осей X, Y та Z:

Для виготовлення осей x та y використовуються дві підставки для принтера. Кожна з цих частин містить кроковий двигун та ремінний механізм, який зазвичай використовується для переміщення картриджа туди-сюди.

Для осі z міні-сервомотор прикріплений до осі y за допомогою клею. Цей сервомотор використовується для переміщення ручки вгору та вниз. Слід створити хороший опорний механізм, який дозволить вільно рухатись вгору та вниз ручки.

Платформа для креслення верстата з ЧПУ:

Завдяки величезним розмірам цієї машини пристрій здатний малювати на папері формату А5. Тому ми вирізаємо зі скла Perspex платформу розміром A5 (148 мм x 210 мм), а потім приклеюємо її до рухомої частини осі х за допомогою клею.

Проводка та ланцюг верстата з ЧПУ:

Вставте щит драйвера двигуна L293D на плату Arduino UNO. Цей щит може одночасно керувати двома кроковими двигунами та двома серводвигунами. Підключіть два крокові двигуни, як показано нижче. Заземлення не слід підключати, оскільки двигуни мають двополярний тип. Це буде діяти як наш контролер Arduino з ЧПУ для нашої машини плоттера.

Також приєднайте міні сервомотор до сервоприводу1. Підключіть джерело живлення 7,5 - 9 В до порту живлення екрану драйвера двигуна. Тепер машина готова до тестування.

Arduino CNC Machine Code і тестування:

Спочатку нам потрібно протестувати крокові двигуни та перевірити, чи правильно вони підключені.

Оскільки ми використовуємо щит драйвера двигуна L293D, нам потрібно завантажити бібліотеку AFmotor звідси. Потім додайте його у свою папку бібліотеки Arduino IDE. Переконайтеся, що ви перейменували його на AFMotor . Якщо Arduino IDE був відкритий, закрийте його та відкрийте ще раз і натисніть на файл -> приклади -> Бібліотека Adafruit Motor Shield -> степпер . Переконайтеся, що ви вибрали правильний порт та плату в інструментах, а потім завантажте код на плату Arduino. Деякі рухи слід спостерігати на кроковому двигуні.

Для того, щоб перевірити двигун два, змініть порт двигуна з 2 на 1 у наступному рядку, а потім знову завантажте код.

#include // Підключіть кроковий двигун з 48 кроками за оберт (7,5 градусів) // до порту двигуна №2 (M3 та M4) AF_Stepper motor (48, 2);

Код Arduino для верстата з ЧПУ:

Як тільки крокові двигуни реагують належним чином, скопіюйте код Arduino для верстата з ЧПУ з розділу Код нижче і завантажте його на плату Arduino. Завантажити код можна за посиланням нижче.

Завантажити код Arduino з ЧПУ

G-код для верстата з ЧПУ:

G - CODE - це мова, якою ми просимо комп'ютеризовані машини (ЧПУ) щось робити. В основному це файл, який містить координати X, Y та Z.

Наприклад:

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. Х-0,5 Y0. I0. J0,5 G01 Z0,1 F5. G00 X0. Y0. Z0.25

Написання G-коду для простого квадрата може бути справді складним завданням, але, на щастя, у нас є програмне забезпечення, яке може допомогти нам створити G-код. Це програмне забезпечення називається " Inkscape ", завантажте його звідси.

Ви можете створити свій власний G-код за допомогою Inkscape, про що ми пояснили в наступному розділі, але ви можете використовувати легко доступні G-коди в Інтернеті.

Перш ніж я покажу вам, як створювати G-коди за допомогою Inkscape, давайте обговоримо, як надсилати ці G-коди в Arduino. Програмне забезпечення, яке дозволить нам надсилати G-коди в Arduino, називається Processing.

Обробка IDE для завантаження G-коду:

Ця платформа допоможе нам надіслати G-коди на плату Arduino. Для цього вам доведеться завантажити файл GCTRL.PDE.

Завантажте файл GCTRL.pde звідси та відкрийте його за допомогою Processing IDE

Після того, як ви відкрили його в IDE для обробки, натисніть кнопку "Запустити". З'явиться вікно з усіма інструкціями. Натисніть клавішу p на клавіатурі. Система попросить вас вибрати порт. Тож виберіть порт, до якого підключена ваша плата Arduino. У моєму випадку це порт 6.

Тепер натисніть g та перейдіть до папки, де ви зберегли свій G-CODE. Виберіть правильний G-CODE та натисніть enter. Якщо все було підключено правильно, ви побачите, як ваш пристрій починає складати графік на папері.

Якщо ви хочете припинити процес, просто натисніть x, і пристрій зупинить все, що робив.

Як створити власний G-код:

Ми згадували, що Inkscape - це програмне забезпечення, яке ми використовуватимемо для створення наших G-КОДІВ. У цьому прикладі ми створимо простий текст (HELLO WORLD), як показано нижче.

Примітка : Inkscape не має вбудованого способу збереження файлів як G-CODE . Тому вам потрібно встановити надбудову, яка дозволяє експортувати зображення у файли G-CODE. Завантажте цей плагін MakerBot Unicorn звідси з примітками про встановлення.

Якщо установка була успішною, відкрийте Inkscape, перейдіть до меню Файл і натисніть «Властивості документа». Спочатку змініть розміри з px на mm. Також зменшіть ширину та висоту до 90 мм. Тепер закрийте це вікно. Квадрат з’являється як область малювання. Це область, яку ми будемо використовувати для написання тексту.

Тепер на лівій бічній панелі натисніть на вкладку створення та редагування текстових об'єктів. Введіть текст " ПРИВІТИ СВІТ " і розташуйте його у верхньому правому куті квадрата, як показано нижче.

Клацніть текст і виберіть бажаний тип шрифту. Клацніть Застосувати та закрийте.

Тепер натисніть на шлях і виберіть " об'єкт на шлях "

Тепер ваш текст готовий до збереження як G-CODE. Клацніть на файл -> зберегти як, а потім введіть ім'я файлу як "привіт світ"

Змініть тип файлу на "MakerBot Unicon G-Code", як показано на малюнку нижче. Це з’явиться, лише якщо встановлення надбудови пройшло успішно. Нарешті натисніть на зберегти та натисніть спливаюче вікно.

Ви створили G-код, і його можна скласти за допомогою попередніх процедур.

Контролер GRBL:

Після того, як вам вдалося створити G-код за допомогою Inkscape, може знадобитися переглянути G-код, щоб переконатися, що він знаходиться в межах креслення.

Обмеження креслення встановлюються в Arduino CNC CODE в рядках, показаних нижче:

Зображення, як показано вище на контролері GRBL, не повинно виходити за межі, як показано в коді Arduino з ЧПУ вище. Якщо він виходить за межі, наприклад, до негативної сторони осі х, ця частина на негативній стороні не буде побудована.

У цьому прикладі значення x та y коливаються від 0 мм до 40 мм.

Оскільки я використовую деталі принтера, які можуть робити графік на більшій площі, я змінюю максимальні значення від 40 мм до 60 мм.

Кожного разу, коли ви генеруєте G-код за допомогою Inkscape, ви можете спочатку відкрити цей G-код у програмі GRBL, щоб перевірити, чи він знаходиться в цих межах. Якщо не всередині, вам потрібно змінити розмір зображення в Inkscape, поки воно не буде в межах ваших обмежень.

Отже, це найдешевший і найпростіший спосіб побудови машини для плоттера з ЧПУ з використанням Arduino Uno вдома. Спробуйте і повідомте нам у коментарях, а також перегляньте відео нижче.