DIY Arduino-baserad CNC-plottermaskin

CNC-maskiner är datoriserade numeriska styrmaskiner som används för att rita vad som helst eller utforma någon mekanisk del enligt designprogrammet som matas in i deras styrenhet. Styrenheten kan vara antingen dator eller mikrokontroller. CNC-maskiner har steg- och servomotorer för att rita designen enligt det matade programmet.

Efter att ha undersökt CNC-maskiner bestämde jag mig för att bygga min egen CNC-maskin med lokalt tillgängliga material. Det finns så många CNC-maskiner i världen, varav några är mycket tekniska och komplexa för att tillverka eller till och med använda dem ordentligt. Av den anledningen bestämde jag mig för att göra en enkel CNC-plottermaskin baserad på Arduino som är den överlägset enklaste att göra. Du kan också använda detta som en Arduino CNC-ritningsmaskin med små modifieringar.

Denna DIY Arduino CNC-maskin kan rita de flesta av de grundläggande formerna, texterna och till och med tecknat. Dess funktion liknar hur en mänsklig hand skriver. Det är snabbare och mer exakt jämfört med hur en människa kan skriva eller rita. Kolla demonstrationsvideon i slutet av denna handledning.

Bygga en Arduino CNC-maskin:

För att en CNC-plottningsmaskin ska fungera krävs 3 axlar (x-axel, y-axel och z-axel. X-axeln och y-axeln arbetar tillsammans för att skapa en 2D-bild på vanligt papper. Dessa x och y axlar placeras 90 grader i förhållande till varandra så att varje punkt på den vanliga ytan definieras av ett givet värde på x och y. Z-axeln används för att lyfta och sänka pennan på vanligt papper.

Beroende på vilken bild som ska ritas genererar datorn lämpliga koordinater och skickar dem till mikrokontrollern via USB-porten. Mikrokontrollern tolkar dessa koordinater och styr sedan motorernas positioner för att skapa bilden. Här har vi använt Arduino som mikrokontroller för att bygga denna CNC-maskin. De treaxliga rörelserna tillhandahålls av stegmotorer, som kommer att ocntrledas av Arduino-kortet. Du kan ta reda på hur du gränssnitt stegmotor med Arduino om du är ny på detta.

Så låt oss börja bygga vår Arduino CNC- enhet steg för steg.

Vad du behöver:

Obs: Min design är ganska annorlunda vad gäller hårdvara när det gäller storlek och material. Jag kunde inte hitta gamla DVD-enheter så jag valde skrivardelar. Oavsett vad du använder, se till att den har en stegmotor.

Hårdvarukrav:

Aluminiumplåt (710 mm x 710 mm)
Gammal HP / Epson-skrivare. Du kan använda gamla dator-DVD-enheter
Bultar och muttrar
Perspex-glas
Arduino UNO
L293D motorskydd eller en Arduino CNC-skärm
Mini servomotor
En penna

</s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s> </s>

Verktyg:

Skruvmejsel
Borra
Skärverktyg (hacksåg)
Lim
Bänkanordning

Mjukvaror:

För effektiv drift av denna maskin används följande programvaror. Gå till de olika webbplatserna och ladda ner dem.

Arduino IDE version 1.6.6 eller senare versioner härifrån
Bearbetar IDE version 3.1.1 eller senare version härifrån
Inkscape-version 0.48.5. Ladda ner det härifrån.
Grbl-styrenhet (tillval)

Basen för CNC-plottermaskin:

Huvuddelen av denna enhet är basen som stöder alla huvuddelar i maskinen tillsammans så att maskinen är fast och också är bärbar. I denna design kommer vi att använda aluminium för att konstruera basen eftersom den är lätt, enkel att böja och skära och dessutom ger den ett glänsande utseende eftersom den inte rostar.

Den utformning och dimensioner av min bas visas nedan:

Obs! Alla mått är i millimeter.

Efter all bockning och kapning kunde jag producera en mycket fast bas som visas nedan:

Montering av X-, Y- och Z-axlarna:

För att skapa x- och y-axlar används två skrivarhållare. Var och en av dessa delar innehåller en stegmotor och en remmekanism som vanligtvis används för att flytta patronen fram och tillbaka.

För z-axeln fästs en miniservomotor på y-axeln med lim. Denna servomotor används för att flytta pennan upp och ner. En bra stödmekanism bör konstrueras som möjliggör fri upp- och nedrörelse av pennan.

Ritningsplattform för CNC-maskin:

På grund av maskinens enorma storlek kan enheten rita på ett A5-papper. Därför kommer vi att klippa ut en A5-plattform (148mmx210mm) från Perspex-glaset och sedan klistra fast den på den rörliga delen av x-axeln med lim.

Kabeldragning och krets av CNC-maskin:

Sätt in motorskyddet L293D på Arduino UNO-kortet. Denna sköld kan driva två stegmotorer samtidigt och två servomotorer. Anslut de två stegmotorerna enligt bilden nedan. Jordanslutningen bör lämnas frikopplad eftersom motorerna är av bipoplar-typ. Detta fungerar som vår Arduino CNC-kontroller för vår Plotter-maskin.

Fäster också mini servomotor till servo1. Anslut en 7,5 V - 9 V strömförsörjning till motorportens skydd mot motorförare. Maskinen är nu redo för testning.

Arduino CNC-maskinkod och testning:

Först måste vi testa stegmotorerna och se om de är korrekt anslutna.

Eftersom vi använder motorskyddet L293D måste vi ladda ner AFmotor Library härifrån. Lägg sedan till den i din Arduino IDE-biblioteksmapp. Se till att du byter namn till AFMotor . Om Arduino IDE var öppen stäng den och öppna den igen och klicka på filen -> exempel -> Adafruit Motor Shield Library -> stepper . Se till att du väljer rätt port och kort i verktyg och sedan ladda upp koden till Arduino-kortet. Vissa rörelser bör observeras på stegmotor en.

För att testa motor två, ändra motorporten från 2 till 1 på följande rad och ladda sedan upp koden igen.

#include // Anslut en stegmotor med 48 steg per varv (7,5 grader) // till motorport # 2 (M3 och M4) AF_Stepper motor (48, 2);

Arduino-kod för CNC-maskin:

När stegmotorerna svarar korrekt kopierar du Arduino-koden för CNC-maskin från kodavsnittet nedan och laddar upp den till Arduino-kortet. Du kan ladda ner koden från länken nedan.

Arduino CNC-nedladdning

G-kod för CNC-maskin:

G - CODE är det språk som vi ber datoriserade maskiner (CNC) att göra något. Det är i grunden en fil som innehåller X-, Y- och Z-koordinater.

Till exempel:

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

Att skriva en G-kod för bara en enkel kvadrat kan vara riktigt utmanande men lyckligtvis har vi en programvara som kan hjälpa oss att skapa en G-kod. Denna programvara heter " Inkscape ", ladda ner den härifrån.

Du kan skapa din egen G-kod med hjälp av Inkscape, vilket vi har förklarat i nästa avsnitt eller men du kan använda lätt tillgängliga G-koder på internet.

Innan jag visar dig hur du genererar G-koder med hjälp av Inkscape kan vi diskutera hur du skickar dessa G-koder till Arduino. Programvaran som gör det möjligt för oss att skicka G-koder till Arduino heter Processing.

Bearbetar IDE för att ladda upp G-koden:

Denna plattform hjälper oss att skicka G-koder till Arduino-kortet. För att göra det måste du ladda ner filen GCTRL.PDE.

Hämta filen GCTRL.pde härifrån och öppna den med Processing IDE

När du har öppnat den i Processing IDE klickar du på kör. Ett fönster visas med alla instruktioner. Tryck på p på tangentbordet. Systemet kommer att be dig välja en port. Så välj den port som Arduino-kortet är anslutet till. Jag mitt fall är port 6.

Tryck nu på g och bläddra till mappen där du sparade din G-CODE. Välj rätt G-KOD och tryck på Enter. Om allt var anslutet rätt bör du se att din enhet börjar rita på papperet.

Om du vill avsluta processen trycker du bara på x och enheten stoppar vad den än gjorde.

Så här skapar du din egen G-kod:

Vi nämnde att Inkscape är programvaran vi kommer att använda för att generera våra G-KODER. I det här exemplet skapar vi en enkel text (HELLO WORLD) som visas nedan.

Obs : Inkscape har ingen inbyggd sätt att spara filer som G-kod . Därför måste du installera ett tillägg som gör det möjligt att exportera bilder till G-CODE-filer. Ladda ner detta MakerBot Unicorn-plugin härifrån med installationsanmärkningar.

Om installationen lyckades, öppna Inkscape, gå till Arkiv-menyn och klicka på "Dokumentegenskaper". Först ändra mått från px till mm. Minska också bredden och höjden till 90 mm. Stäng nu det här fönstret. En kvadrat visas som ritningsområdet. Detta är det område som vi kommer att använda för att skriva vår text.

Klicka på fliken Skapa och redigera textobjekt på vänster sidofält. Skriv texten " HELLO WORLD " och placera den i det övre högra hörnet av rutan enligt bilden nedan.

Klicka på text och välj vilken typ av typsnitt du föredrar. Klicka på Apply och stäng.

Klicka nu på sökvägen och välj " objekt mot sökväg "

Din text är nu redo att sparas som G-CODE. Klicka på fil -> spara som och skriv sedan filnamnet som "hej världen"

Ändra filtypen till "MakerBot Unicon G-Code" enligt bilden nedan. Detta visas endast om tilläggsinstallationen lyckades. Klicka slutligen på spara och klicka på ok i popup-fönstret.

Du har genererat en G-kod och den kan plottas enligt tidigare procedurer.

GRBL-styrenheten:

När du väl har skapat en G-kod med Inkscape kan det vara nödvändigt att se G-koden för att säkerställa att den ligger inom ritningsgränserna.

De ritning gränser ställs in i Arduino CNC KOD i linjerna som visas nedan:

Bilden som visas ovan i GRBL-styrenheten bör inte gå utöver de gränser som visas i CNC Arduino-koden ovan. Om det går utöver dessa gränser till exempel mot den negativa sidan av x-axeln, kommer den delen på den negativa sidan inte att plottas.

I detta exempel varierar x- och y-värdena från 0mm till 40mm.

Eftersom jag använder skrivardelar som kan plottas på ett större område ändrar jag maxvärdena från 40 mm till 60 mm.

När du genererar en G-kod med Inkscape kan du först öppna den G-koden i GRBL-programmet för att se om den ligger inom dessa gränser. Om inte inom, måste du ändra storlek på bilden i Inkscape tills den är inom dina gränser.

Så det här är den billigaste och enklaste metoden att bygga en CNC-plottermaskin med arduino uno hemma. Testa det och låt oss veta det i kommentarer, kolla även videon nedan.