Mini CNC Lazer Ahşap Oymacı ve Lazer Kağıt Kesici: 18 Adım (Resimli)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Bu, eski DVD sürücüleri, 250mW lazer kullanarak Arduino tabanlı bir Lazer CNC ahşap oymacısı ve İnce kağıt kesiciyi nasıl yaptığımla ilgili bir Talimattır. Oyun alanı maksimum 40mm x 40mm'dir.

Eski şeylerden kendi makineni yapmak eğlenceli değil mi?

Adım 1: Gerekli Parçalar ve Malzemeler

• Arduino Nano (usb kablosu ile)
• 2x DVD sürücü adım mekanizması
• 2x A4988 step motor sürücü modülleri (veya GRBL kalkanı)
• Ayarlanabilir lensli (veya üstü) 250mW Lazer
• 12v 2Amp güç kaynağı minimum
• 1x IRFZ44N N-KANAL Mosfet
• 1x 10k direnç
• 1x 47ohm direnç
• 1x LM7805 voltaj regülatörü (soğutucu ile)
• Boş PCB Kurulu
• Erkek ve Kadın Başlıkları
• 2,5 mm JST XH Stili 2 pinli erkek konnektör
• 1x 1000uf 16v kapasitör
• Atlama kabloları
• 8x küçük neodimyum mıknatıslar (DVD lens mekanizmasından kurtardığım)
• 1x 2 pinli fişli vidalı terminal bloğu konektörü
• Zip bağları (100mm)
• Süper yapıştırıcı
• epoksi yapıştırıcı
• Ahşap kontrplak
• Akrilik levha
• Bazı M4 vidalar, cıvatalar ve somunlar
• Lazer Güvenlik Gözlükleri

Bu projede mutlaka LAZER GÜVENLİK GÖZLÜĞÜ'ne ihtiyaç duyulmaktadır

Parçaların çoğu kurtarıldı veya Çin'den BANGGOOD adlı bir site aracılığıyla getirildi.

Adım 2: DVD Sürücü Adım Mekanizmasını Ayırmak

Biri X Ekseni, diğeri Y ekseni için olmak üzere iki DVD sürücü mekanizması gereklidir.

Küçük bir yıldız tornavida kullanarak tüm vidaları ve ayrılmış step motoru, kayar rayları ve takipçiyi çıkardım.

Step motorlar 4 pinli Bipolar Step Motor'dur.

Bir DVD motorunun küçük boyutu ve düşük maliyeti, motordan yüksek çözünürlük bekleyemeyeceğiniz anlamına gelir. Bu, kurşun vida tarafından sağlanır. Ayrıca, bu tür motorların tümü 20 adım/devir yapmaz. 24 aynı zamanda yaygın bir özelliktir. Ne yaptığını görmek için motorunuzu test etmeniz yeterli olacaktır. CD Sürücüsü Step motorunun çözünürlüğünü hesaplama prosedürü:

CD/DVD sürücülü step motorun çözünürlüğünü ölçmek için dijital mikrometre kullanılmıştır. Vida boyunca mesafe ölçüldü. Vidanın toplam uzunluğu, 51.56 mm olduğu ortaya çıkan bir mikrometre kullanarak. Vida üzerindeki iki bitişik diş arasındaki mesafe olan kurşun değerini belirlemek. İpler bu mesafe içinde 12 ip olarak sayılmıştır. Kurşun = bitişik dişler arasındaki mesafe = (toplam uzunluk / diş sayısı = 51,56 mm) / 12 = 4,29 mm/dev.

Adım açısı, 20 adım/devir'e karşılık gelen 18 derecedir. Artık gerekli tüm bilgiler mevcut olduğuna göre, step motorun çözünürlüğü aşağıda gösterildiği gibi hesaplanabilir: Çözünürlük = (Bitki dişler arasındaki mesafe) / (N Adım/dev) = (4.29mm/dev) / (20 adım/dev)) = 0,214 mm/adım. Bu da 0,68 mm/adım olan gereken çözünürlükten 3 kat daha iyi.

Adım 3: X ve Y Ekseni için Sürgü Raylarının Montajı

Kayar raylar için daha iyi ve pürüzsüz performans için 2 ekstra çubuk kullandım. Kaydırıcının ana işlevi, çubuk ve kaydırıcı arasında minimum sürtünme ile çubuk üzerinde serbestçe kaydırmaktır.

Kaydırıcıyı çubuk üzerinde serbestçe kaydırmam biraz zaman aldı.

Adım 4: Step X ve Y için Ana Çerçeve

Bazı Akrilik levhalar kullanarak, basamak ve kayar raylar için iki ana çerçeve yaptım. Step motor, ana çerçeve ile tabanı arasında ara parçalara sahiptir ve Eksen için gereklidir.

Adım 5: Kayar Rayın Ana Çerçeveye Takılması

İlk önce süper yapıştırıcı kullanarak, rayların doğru pozisyonunu ayarlamayı denedim, böylece takipçiler kademeli diş ile uygun temas kuracak. Temas düzgün olmalı, çok sıkı veya çok cüruflu olmamalıdır. Takipçi ile diş arasındaki temas uygun değilse, adımlar atlar veya motor çalışır durumda normalden daha fazla akım çeker. Ayarlanması biraz zaman alır.

Ayarlandıktan sonra epoksi yapıştırıcı kullanarak sabitledim.

Adım 6: Step Motorların Kablolaması

Step motorlar için eski usb kablosu kullandım çünkü içinde 4 tel ve üzerinde bir kapak var ve daha esnek ve çalışması kolay.

Multimetrede süreklilik modunu kullanarak 2 Bobin, Bobin A ve Bobin B belirleyin.

Bir çift Bobin A ve ikincisi Bobin B için olmak üzere renk seçerek 2 çift tel yaptım. Bunları lehimledim ve üzerine ısıyla daralan makaron kullandım.

7. Adım: X ve Y Eksenini Tarama

X ve Y, hareketi koordine eder

X ve Y ekseninin kaydırıcısını aralarında biraz boşluk bırakarak birbirine dik olarak tutturdum. Ayrıca üstüne çalışma yatağı olarak ince bir metal ızgara taktı. İş parçası tutucusu olarak neodimiyum mıknatıslar kullanılmaktadır.

Adım 8: Elektronik

SÜRÜCÜ İÇİN KULLANILAN PARÇALAR:

• Arduino Nano.
• 2x A4988 Step motor sürücüleri.
• 1x IRFZ44N N-KANAL MOSFET.
• 1x LM7805 Soğutuculu Voltaj regülatörü.
• 1x 47ohm ve 1x 10k direnç.
• 1x 1000uf 16V kapasitör.
• 1x 2.5mm JST XH-Style 2pin erkek konnektör.
• ERKEK ve DİŞİ Başlık Pinleri.
• 1x (20mm x 80mm boş PCB).

GRBL'de Arduino'nun dijital ve analog Pinleri saklıdır. X ve Y eksenleri için 'Adım' pini sırasıyla 2 ve 3 numaralı dijital pinlere takılır. X ve Y eksenleri için 'Dir' pini sırasıyla dijital pin 5 ve 6'ya takılır. D11, lazer Etkinleştirme içindir.

Arduino, USB Kablosundan güç alır. A4988 Sürücüleri, harici güç kaynağı aracılığıyla. Tüm zemin ortak bağlantıları paylaşır. A4988'in VDD'si, 5V Arduino'ya bağlanır.

Kullandığım lazer 5V üzerinde çalışıyor ve sabit akım devresi kurdu. Harici güç kaynağından gelen sabit 5V kaynağı için LM7805 voltaj regülatörü kullanılır. Soğutucu zorunludur.

IRFZ44N N-CHANNEL MOSFET, Arduino'nun D11 pininden dijital yüksek sinyal aldığında elektronik bir anahtar olarak çalışır.

NOT: Arduino nano'dan 5V kullanılamaz çünkü lazer 250mA'dan fazla çeker ve Arduino Nano o kadar fazla akım veremez.

Her Eksen için Mikro Adımlamayı Yapılandırma

MS0 MS1 MS2 Mikro Adım Çözünürlüğü

Düşük Düşük Düşük Tam adım.

Yüksek Düşük Düşük Yarım adım.

Düşük Yüksek Düşük Çeyrek adım.

Yüksek Yüksek Düşük Sekizinci adım.

Yüksek Yüksek Yüksek On altıncı adım.

3 pin (MS1, MS2 ve MS3), yukarıdaki doğruluk tablosuna göre beş adımlı çözünürlükten birini seçmek içindir. Bu pinlerin dahili pull-down dirençleri vardır, bu yüzden eğer onları devre dışı bırakırsak kart tam adım modunda çalışacaktır. Pürüzsüz ve gürültüsüz için 16. adım yapılandırmasını kullandım. Çoğu (ama kesinlikle hepsi değil) step motor, devir başına 200 tam adım yapar. Bobinlerdeki akımı uygun şekilde yöneterek motorun daha küçük adımlarla hareket etmesini sağlamak mümkündür. Pololu A4988, motoru 1/16. adımlarla veya devir başına 3.200 adımda hareket ettirebilir. Mikro adımlamanın ana avantajı, hareketin pürüzlülüğünü azaltmaktır. Yalnızca tam olarak doğru konumlar, tam adım konumlarıdır. Motor, ara konumlardan birinde, tam adım konumlarındakiyle aynı konum doğruluğu veya aynı tutma torku ile sabit bir konumu tutamayacaktır. Genel olarak konuşursak, yüksek hızlar gerektiğinde tam adımlar kullanılmalıdır.

9. Adım: Her Şeyi Bir Arada Birleştirin

Uzun ince bir metal şeritten ve bazı desteklere sahip bazı Plastik L braketlerden bir Lazer standı yaptım. Daha sonra her şey M4 vida, somun ve civatalar kullanılarak ahşap bir kat levha üzerine monte edilir.

Step motorların sürücüye bağlantısı da yapılır.

Adım 10: Lazer Montajı

Kullandığım lazer Odaklanabilir Lazer Modülü 200-250mW 650nm. Dış metal gövde, lazer diyot için bir Soğutucu görevi görür. Lazer nokta ayarı için odaklanabilir lense sahiptir.

İki Fermuar kullanarak lazeri standa monte ettim. Lazer için soğutucu da kullanılabilir, ancak lazerim aşırı ısınmadığı için kullanmadım. Lazer tel terminalini sürücü panosundaki lazer soketine bağlayın.

Buradan bir tane alabilirsin

Adım 11: Step Sürücü Akımını Ayarlama

Yüksek adım hızları elde etmek için, motor beslemesi tipik olarak aktif akım sınırlaması olmadan izin verilenden çok daha yüksektir. Örneğin, tipik bir step motor, 5Ω bobin direncine sahip maksimum 1A akım derecesine sahip olabilir, bu da maksimum motor beslemesinin 5 V olduğunu gösterir. Böyle bir motorun 12 V ile kullanılması daha yüksek adım hızlarına izin verir, ancak akımın aktif olarak motora zarar vermemek için 1A ile sınırlandırılmalıdır.

A4988, bu tür aktif akım sınırlamasını destekler ve kart üzerindeki düzeltici potansiyometre, akım sınırını ayarlamak için kullanılabilir. Akım limitini ayarlamanın bir yolu, sürücüyü tam adım moduna geçirmek ve STEP girişini zamanlamadan tek bir motor bobininden geçen akımı ölçmektir. Ölçülen akım, akım limitinin 0,7 katı olacaktır (çünkü her iki bobin de her zaman açıktır ve tam adım modunda mevcut limit ayarının %70'i ile sınırlıdır). Lütfen, “ref” pinindeki voltaj Vdd'nin bir fonksiyonu olduğundan, mantık voltajının (Vdd) farklı bir değere değiştirilmesinin akım limit ayarını değiştireceğini unutmayın. Akım sınırını ayarlamanın başka bir yolu, voltajı doğrudan potansiyometrenin üstünde ölçmek ve elde edilen akım sınırını hesaplamaktır (akım algılama dirençleri 0,1Ω'dir). Akım sınırı, referans voltajıyla aşağıdaki şekilde ilgilidir: Akım Sınırı = VREF × 1,25 Dolayısıyla, örneğin referans voltajı 0,6 V ise, akım sınırı 0,75A'dır. Yukarıda bahsedildiği gibi, tam adım modunda, bobinlerden geçen akım, akım limitinin %70'i ile sınırlıdır, bu nedenle 1A'lık bir tam adım bobin akımı elde etmek için akım limiti 1A/0.7=1.4A olmalıdır, bu da buna karşılık gelir. 1,4A/1,25=1,12 V VREF'e. Daha fazla bilgi için A4988 veri sayfasına bakın. Not: Bobin akımı, güç kaynağı akımından çok farklı olabilir, bu nedenle akım sınırını ayarlamak için güç kaynağında ölçülen akımı kullanmamalısınız. Akım ölçerinizi koymak için uygun yer, step motor bobinlerinizden biri ile seri halindedir.

Adım 12: Hazırlanmak

Dört küçük Neodimyum mıknatıs kullanarak çalışma parçasını çalışma yatağına kilitleyin ve X ve Y eksenini başlangıç konumuna (ev) ayarlayın. Sürücü kartını Harici güç kaynağı ile ve Arduino Nano'yu Bilgisayara bir USB A - USB Mini B Kablosu ile çalıştırın. Ayrıca kartı harici bir güç kaynağından da çalıştırın.

ÖNCE GÜVENLİK

LAZER GÜVENLİK GÖZLÜĞÜNE İHTİYAÇ VAR

Adım 13: GRBL Bellenimi

1. GRBL 1.1'i buradan indirin,
2. Masaüstünde grbl-master klasörünü çıkarın, master.zip dosyasında bulabilirsiniz.
3. Arduino IDE'yi çalıştırın
4. Uygulama çubuğu menüsünden şunları seçin: Sketch -> #include Library -> Dosyadan Kitaplık Ekle. ZIP
5. grlb-master klasörünün içinde bulabileceğiniz grbl klasörünü seçin ve Aç'a tıklayın.
6. Kitaplık şimdi kuruldu ve IDE yazılımı size şu mesajı gösterecek: Kitaplık kitaplığınıza eklendi. “Kütüphaneler Dahil Etme” menüsünü kontrol edin.
7. Ardından "grbl yükleme" adlı bir örnek açın ve arduino panonuza yükleyin

Adım 14: G-CODE Gönderecek Yazılım

Ayrıca LAZER GRBL kullandığım için G-Code'u CNC'ye gönderecek bir yazılıma ihtiyacımız var.

LaserGRBL, DIY Laser Engraver için en iyi Windows GCode yayıncılarından biridir. LaserGRBL, GCode yolunu arduino'ya yükleyebilir ve aktarabilir, ayrıca dahili dönüştürme aracıyla görüntüleri, resimleri ve logoyu kazıyabilir.

LAZER GRBL İndir.

LaserGRBL, makinede bulunan COM bağlantı noktalarını sürekli olarak kontrol eder. Bağlantı noktaları listesi, kontrol panonuzun bağlı olduğu COM bağlantı noktasını seçmenize olanak tanır. Lütfen bağlantı için uygun baud hızını makine donanım yazılımı yapılandırmanıza göre seçin (varsayılan 115200).

Grbl Ayarları:

$$ - Grbl ayarlarını görüntüle

Ayarları görüntülemek için $$ yazın ve Grbl'a bağlandıktan sonra enter tuşuna basın. Grbl, aşağıdaki örnekte gösterildiği gibi mevcut sistem ayarlarının bir listesiyle yanıt vermelidir. Tüm bu ayarlar kalıcıdır ve EEPROM'da tutulur, bu nedenle gücü kapatırsanız, Arduino'nuzu bir sonraki açışınızda bunlar tekrar yüklenecektir.

$0=10 (adım darbesi, usec)

$1=25 (adım boşta kalma gecikmesi, msn)

$2=0 (adım port ters çevirme maskesi:00000000)

$3=6 (dir port ters çevirme maskesi:00000110)

$4=0 (adım tersine çevirmeyi etkinleştir, bool)

$5=0 (limit pinleri ters, bool)

$6=0 (prob pini ters çevirme, bool)

$10=3 (durum raporu maskesi:00000011)

$11=0.020 (kavşak sapması, mm)

12$=0,002 (yay toleransı, mm)

13 = 0 $ (rapor inç, bool)

$20=0 (yumuşak limitler, bool)

$21=0 (zor limitler, bool)

$22=0 (yer bulma döngüsü, bool)

23 $=1 (homing dir invert mask:00000000)

$24=50.000 (hedef besleme, mm/dak)

$25=635.000 (hedef arama, mm/dak)

$26=250 (hedef geri dönme, msn)

27 $=1.000 (yerleştirme çekme, mm)

100$=314.961 (x, adım/mm)

101$=314.961 (y, adım/aa)

102$=314.961 (z, adım/mm)

110$=635.000 (x maksimum hız, mm/dak)

$111=635.000 (y maks hızı, mm/dak)

112$=635.000 (z maksimum hız, mm/dak)

120$=50.000 (x hızlanma, mm/sn^2)

121$=50.000 (y hızlanma, mm/sn^2)

122$=50.000 (z hızlanma, mm/sn^2)

130$=225.000 (x maksimum hareket, mm)

131$=125.000 (y maks. hareket, mm)

132$=170.000 (z maks. hareket, mm)

Adım 15: Sistemi Ayarlama

İşte Projenin En Zor kısmı geliyor

Lazer ışınını iş parçası üzerinde mümkün olan en küçük noktaya ayarlamak. Bu, iz ve hata yöntemini kullanarak zaman ve sabır gerektiren en zor kısımdır

100$, 101$, 130$ ve 131$ için GRBL ayarlarının ayarlanması

GRBL için ayarım, $100=110.000

$101=110.000

$130=40.000

$131=40.000

40 mm kenarlı bir kareyi oymaya çalıştım ve birçok hatadan ve grbl ayarını değiştirdikten sonra, hem X hem de Y ekseninden oyulmuş uygun 40 mm çizgiyi elde ettim. X ve Y Ekseninin çözünürlüğü aynı değilse, görüntü her iki yönde de ölçeklenir.

DVD Sürücülerinden gelen tüm Step motorların aynı olmadığını unutmayın.

Uzun ve zaman alıcı bir süreçtir, ancak ince ayar yapıldığında sonuçlar çok tatmin edicidir.

LaserGRBL kullanıcı arayüzü

• Bağlantı kontrolü: burada grbl bellenim yapılandırmasına göre seri bağlantı noktasını ve bağlantı için uygun baud hızını seçebilirsiniz.
• Dosya kontrolü: Bu, yüklenen dosya adını ve gravür işleminin ilerlemesini gösterir. Yeşil “Oynat” düğmesi program yürütmeyi başlatacaktır.
• Manuel komutlar: Buraya herhangi bir G Kodu satırını yazıp “enter” tuşuna basabilirsiniz. Komutlar, komut kuyruğuna eklenecektir.
• Komut günlüğü ve komut dönüş kodları: sıraya alınmış komutları ve bunların yürütme durumunu ve hatalarını gösterir.
• Yavaş hareket kontrolü: lazerin manuel olarak konumlandırılmasına izin verir. Sol dikey kaydırıcı hareket hızını, sağ kaydırıcıyı kontrol adım boyutunu kontrol eder.
• Gravür önizlemesi: bu alan son çalışma önizlemesini gösterir. Gravür sırasında küçük bir mavi çarpı, çalışma zamanında mevcut lazer konumunu gösterecektir.
• Grbl reset/homing/unlock: bu düğmeler, grbl kartına yumuşak sıfırlama, hedef arama ve kilit açma komutları gönderir. Kilit açma düğmesinin sağ tarafında bazı kullanıcı tanımlı düğmeler ekleyebilirsiniz.
• Besleme beklet ve devam ettir: bu düğmeler, grbl panosuna Feed Hold veya Resume komutu göndererek program yürütmesini askıya alabilir ve sürdürebilir.
• Satır sayısı ve zaman projeksiyonu: LaserGRBL, gerçek hız ve işin ilerlemesine dayalı olarak program yürütme süresini tahmin edebilir.
• Durumu ve kontrolü geçersiz kılar: gerçek hızı ve gücü geçersiz kılmayı gösterir ve değiştirir. Geçersiz kılmalar, grbl v1.1'in yeni bir özelliğidir ve eski sürümde desteklenmez.

Adım 16: Ahşap Oyma

Raster içe aktarma, herhangi bir görüntüyü LaserGRBL'ye yüklemenize ve başka bir yazılıma ihtiyaç duymadan GCode komutlarını çevirmenize olanak tanır. LaserGRBL fotoğrafları, küçük resimleri, karakalem çizimleri, logoları, simgeleri destekler ve her türlü görüntüyle en iyisini yapmaya çalışır.

jpg,-p.webp

Gravür ayarı tüm malzemeler için farklıdır.

mm başına gravür hızını ve mm başına Kalite çizgilerini tanımlayın

Ekli Video, tüm sürecin hızlandırılmış halidir.

Adım 17: İnce Kağıt Kesme

Bu 250mW Lazer ayrıca ince kağıtları da kesebilir, ancak hız çok düşük olmalıdır, yani 15 mm/dk'dan fazla olmamalıdır ve lazer ışını uygun şekilde ayarlanmalıdır.

Ekli Video, tüm sürecin hızlandırılmış halidir.

Adım 18: Vinil Kesme ve Özel Çıkartmalar Yapma

Bazı Özel vinil çıkartmalar yaptım. Kullanılan vinilin rengine göre biniş hızı değişir.

Koyu renklerle çalışmak kolayken, Açık renkler biraz zor.

Yukarıdaki Resimler, CNC kullanılarak yapılan vinil çıkartmanın nasıl kullanılacağını göstermektedir.

♥ GRBL Geliştiricilerine özel teşekkürler:)

Umarım bu projeyi beğenmişsinizdir, herhangi bir sorunuz varsa yorumlarda bana bildirin, CNC makinelerinizin fotoğraflarını da görmek isterim!

Teşekkürler!! Desteğiniz için.

Mikrodenetleyici Yarışmasında Birincilik Ödülü