Màquina plotter CNC basada en arduino

Les màquines CNC són màquines de control numèric informatitzades que s’utilitzen per dibuixar qualsevol cosa o dissenyar qualsevol part mecànica segons el programa de disseny introduït a la seva unitat de control. La unitat de control pot ser un ordinador o un microcontrolador. Les màquines CNC tenen motors pas a pas i servomotors per dibuixar el disseny segons el programa alimentat.

Després d’investigar sobre màquines CNC, vaig decidir construir la meva pròpia màquina CNC utilitzant materials disponibles localment. Hi ha tantes màquines CNC al món, algunes de les quals són molt tècniques i complexes per fabricar-les o fins i tot fer-les funcionar correctament. Per aquest motiu, vaig decidir fabricar una màquina CNC Plotter simple basada en Arduino, que és amb molt la més senzilla de fer. També podeu utilitzar-lo com a màquina de dibuix CNC Arduino amb petites modificacions.

Aquesta màquina CNC Arduino de bricolatge pot dibuixar la majoria de formes bàsiques, textos i fins i tot dibuixos animats. El seu funcionament és similar a la manera com escriu una mà humana. És més ràpid i precís en comparació amb la forma en què un ésser humà pot escriure o dibuixar. Consulteu el vídeo de demostració al final d’aquest tutorial.

Construir una màquina CNC Arduino:

Perquè una màquina de traçat CNC funcioni, es requereixen 3 eixos (eix x, eix y i eix z. L'eix x i l'eix y funcionen a l'uníson per crear una imatge 2D en un paper normal. Aquests x i y Els eixos es col·loquen 90 graus entre si de manera que qualsevol punt de la superfície plana estigui definit per un valor donat de x i y. L'eix z s'utilitza aixecant i baixant el llapis sobre el paper normal.

Depenent de la imatge que es dibuixi, l'ordinador generarà les coordenades adequades i les enviarà al microcontrolador a través del port USB. El microcontrolador interpreta aquestes coordenades i després controla les posicions dels motors per crear la imatge. Aquí hem utilitzat Arduino com a microcontrolador per construir aquesta màquina CNC. Els moviments de tres eixos són proporcionats per motors pas a pas, que seran controlats per la placa Arduino. Podeu escollir com interaccionar el motor pas a pas amb Arduino si no esteu al cas.

Comencem, doncs, a construir el nostre dispositiu CNC Arduino pas a pas.

Què necessites:

Nota: el meu disseny és bastant diferent pel que fa al maquinari pel que fa a la mida i als materials utilitzats. No vaig poder trobar unitats de DVD antigues, així que vaig optar per les parts de la impressora. Feu servir el que feu servir, assegureu-vos que tingui un motor pas a pas.

Requisit de maquinari:

1. Full d'alumini (710 mm x 710 mm)
2. Impressora HP / Epson antiga. Podeu utilitzar unitats de DVD d’ordinador antigues
3. Cargols i femelles
4. Vidre de perspex
5. Arduino UNO
6. Escut del controlador de motor L293D o un escut CNC Arduino
7. Mini servomotor
8. Una ploma

(…)

Eines:

1. Tornavís
2. Trepant
3. Eina de tall (serra mecànica)
4. Cola
5. Dispositiu de banc

Programes:

Per al funcionament eficient d'aquesta màquina, s'utilitzen els següents programes. Aneu als diversos llocs web i descarregueu-los.

1. Arduino IDE versió 1.6.6 o versions posteriors des d’aquí
2. S'està processant la versió 3.1.1 o posterior de l'IDE des d'aquí
3. Inkscape versió 0.48.5. Descarregueu-lo des d’aquí.
4. Controlador Grbl (opcional)

La base per a la màquina de traçat CNC:

El cos principal d'aquest dispositiu és la base que suporta totes les parts principals de la màquina de manera que la màquina sigui ferma i també sigui portàtil. En aquest disseny utilitzarem l’alumini per construir la base, ja que és lleugera, senzilla de doblegar i tallar i també dóna un bon aspecte brillant ja que no s’oxida.

El disseny i les dimensions de la meva base es mostren a continuació:

Nota: totes les dimensions són en mil·límetres.

Després de tot el doblegat i el tall, vaig poder produir una base molt ferma com es mostra a continuació:

Muntatge dels eixos X, Y i Z:

Per fer eixos xy, s’utilitzen dos bressols de la impressora. Cadascuna d'aquestes parts conté un motor pas a pas i un mecanisme d'accionament per corretja que normalment s'utilitza per moure el cartutx cap endavant i cap enrere.

Per a l'eix z, un mini servomotor s'uneix a l'eix y mitjançant cola. Aquest servomotor s’utilitza per moure el bolígraf cap amunt i cap avall. S'hauria de construir un bon mecanisme de suport que permeti el moviment lliure amunt i avall de la ploma.

Plataforma de dibuix per a màquina CNC:

A causa de la immensa mida d'aquesta màquina, el dispositiu és capaç de dibuixar sobre un paper de mida A5. Per tant, retallarem una plataforma de mida A5 (148mmx210mm) del vidre de Perspex i, a continuació, l’enganxarem a la part mòbil de l’eix x amb cola.

Cablatge i circuit de la màquina CNC:

Inseriu el blindatge del controlador del motor L293D a la placa Arduino UNO. Aquest blindatge pot accionar dos motors pas a pas alhora i dos servomotors. Connecteu els dos motors pas a pas tal i com es mostra a continuació. La connexió a terra s'ha de deixar sense connectar, ja que els motors són de tipus bipoplar. Això actuarà com el nostre controlador CNC Arduino per a la nostra màquina Plotter.

Connecteu també el mini servomotor a servo1. Connecteu una font d'alimentació de 7,5 V a 9 V al port d'alimentació del blindatge del controlador del motor. La màquina ja està a punt per provar-la.

Codi i proves de màquina CNC Arduino:

Primer hem de provar els motors pas a pas i veure si estan connectats correctament.

Com que fem servir el blindatge del controlador del motor L293D, hem de descarregar la biblioteca AFmotor des d’aquí. A continuació, afegiu-lo a la carpeta de la biblioteca Arduino IDE. Assegureu-vos de canviar el nom a AFMotor . Si l'IDE d'Arduino estava obert, tanqueu-lo i obriu-lo de nou i feu clic a fitxer -> exemples -> Biblioteca Adafruit Motor Shield -> stepper . Assegureu-vos de triar el port i la placa correctes a les eines i, a continuació, pengeu el codi a la placa Arduino. Cal observar alguns moviments en el motor pas a pas.

Per provar el motor dos, canvieu el port del motor de 2 a 1 a la línia següent i torneu a carregar el codi.

#include // Connecta un motor pas a pas amb 48 passos per revolució (7,5 graus) // al port del motor # 2 (M3 i M4) Motor AF_Stepper (48, 2);

Codi Arduino per a màquina CNC:

Un cop els motors pas a pas responguin adequadament, copieu el codi Arduino per a la màquina CNC de la secció Codi següent i pengeu-lo a la placa Arduino. Podeu descarregar el codi des de l’enllaç següent.

Descàrrega de codi CNC Arduino

Codi G per a màquina CNC:

G-CODE és el llenguatge en què diem a les màquines computaritzades (CNC) que facin alguna cosa. Bàsicament és un fitxer que conté coordenades X, Y i Z.

Per exemple:

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

Escriure un codi G només per a un quadrat senzill pot ser molt difícil, però per sort tenim un programari que ens pot ajudar a generar un codi G. Aquest programari es diu " Inkscape ", descarregueu-lo des d'aquí.

Podeu generar el vostre propi codi G mitjançant Inkscape, que hem explicat a la secció següent, però podeu utilitzar codis G disponibles a Internet.

Abans de mostrar-vos com generar codis G mitjançant Inkscape, us podem parlar sobre com enviar aquests codis G a l'Arduino. El programari que ens permetrà enviar codis G a l’Arduino s’anomena Processament.

S'està processant l'IDE per penjar el codi G:

Aquesta plataforma ens ajudarà a enviar els codis G a la placa Arduino. Per fer-ho, haureu de descarregar el fitxer GCTRL.PDE.

Descarregueu el fitxer GCTRL.pde des d'aquí i obriu-lo amb l'IDE de processament

Un cop l’heu obert a l’IDE ​​de processament, feu clic a Executa. Apareix una finestra amb totes les instruccions. Premeu p al teclat. El sistema us demanarà que trieu un port. Seleccioneu, doncs, el port al qual està connectada la vostra placa Arduino. El meu cas és el port 6.

Ara premeu g i aneu a la carpeta on heu desat el G-CODE. Seleccioneu el Codi G adequat i premeu Retorn. Si tot estava connectat bé, hauríeu de veure com el vostre dispositiu començava a dibuixar-se al paper.

Si voleu finalitzar el procés, només heu de prémer x i el dispositiu deixarà de fer el que feia.

Com generar el vostre propi codi G:

Vam esmentar que Inkscape és el programari que farem servir per generar els nostres G-CODES. En aquest exemple, crearem un text senzill (HOLA MÓN) com es mostra a continuació.

Nota : Inkscape no té cap forma integrada de desar fitxers com a G-CODE . Per tant, heu d’ instal·lar un complement que permeti exportar imatges a fitxers G-CODE. Descarregueu aquest complement MakerBot Unicorn des d’aquí amb notes d’instal·lació.

Si la instal·lació ha estat correcta, obriu l'Inkscape, aneu al menú Fitxer i feu clic a "Propietats del document". Primer canvieu les dimensions de px a mm. Reduïu també l’amplada i l’alçada a 90 mm. Ara tanqueu aquesta finestra. Un quadrat apareix com a zona de dibuix. Aquesta és l’àrea que utilitzarem per escriure el nostre text.

Ara, a la barra lateral esquerra, feu clic a la pestanya d'objectes de text per crear i editar. Escriviu el text " HOLA MÓN " i col·loqueu-lo a l'extrem superior dret del quadrat tal com es mostra a continuació.

Feu clic al text i trieu el tipus d'estil de lletra que preferiu. Feu clic a Aplica i tanca.

Ara feu clic a ruta i seleccioneu " objecte a camí "

El vostre text ja està a punt per desar-se com a G-CODE. Feu clic al fitxer -> desa com i després escriviu el nom del fitxer com a "hola món"

Canvieu el tipus de fitxer a "MakerBot Unicon G-Code" tal com es mostra a la imatge següent. Això només apareixerà si la instal·lació del complement ha estat correcta. Finalment, feu clic a Desa i feu clic a D'acord a la finestra emergent.

Heu generat un codi G i es pot representar seguint els procediments anteriors.

El controlador GRBL:

Un cop hàgiu aconseguit generar un codi G mitjançant Inkscape, pot ser que sigui necessari visualitzar el codi G per assegurar-vos que es troba dins dels límits de dibuix.

Els límits de dibuix s’estableixen al CODI CNC d’Arduino a les línies que es mostren a continuació:

La imatge que es mostra a dalt al controlador GRBL no hauria de superar aquests límits tal com es mostra al codi CNC Arduino anterior. Si supera aquests límits, per exemple, cap al costat negatiu de l'eix x, aquesta part del costat negatiu no es traçarà.

En aquest exemple, els valors x i y oscil·len entre 0 mm i 40 mm.

Com que faig servir peces de la impressora que poden representar-se en una àrea més gran, canvio els valors màxims de 40 mm a 60 mm.

Sempre que es genera un G-Code mitjançant Inkscape, primer es pot obrir aquest G-Code al programa GRBL per veure si es troba dins d’aquests límits. Si no és dins, haureu de canviar la mida de la vostra imatge a Inkscape fins que estigui dins dels vostres límits.

Per tant, aquest és el mètode més senzill i econòmic per construir una màquina CNC Plotter amb arduino uno a casa. Proveu-ho i feu-nos-ho saber en els comentaris, també consulteu el vídeo següent.