آلة نقش الخشب بالليزر الصغيرة CNC وقاطع الورق بالليزر: 18 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

هذه تعليمات حول كيفية صنع آلة نقش الخشب بالليزر CNC القائمة على Arduino وقاطع الورق الرقيق باستخدام محركات أقراص DVD القديمة ، ليزر 250 ميجاوات. مساحة اللعب 40 مم × 40 مم كحد أقصى.

أليس من الممتع صنع آلة خاصة من الأشياء القديمة؟

الخطوة 1: الأجزاء والمواد المطلوبة

• اردوينو نانو (مع كابل يو اس بي)
• آلية محرك السائر 2x DVD
• 2x A4988 وحدات محرك متدرج (أو درع GRBL)
• 250 ميجا واط ليزر مع عدسة قابلة للتعديل (أو أعلى)
• 12 فولت 2 أمبير الحد الأدنى من إمدادات الطاقة
• 1x IRFZ44N N-CHANNEL Mosfet
• 1x 10 كيلو المقاوم
• 1x 47 أوم المقاوم
• 1x LM7805 منظم الجهد (مع غرفة التبريد)
• لوحة PCB فارغة
• رؤوس ذكور وإناث
• 2.5 مم JST XH-Style 2pin موصل ذكر
• 1x 1000 فائق التوهج 16 فولت مكثف
• كابلات توصيل
• 8x مغناطيس نيوديميوم صغير (قمت بإنقاذه من آلية عدسة DVD)
• 1x 2pin المكونات في موصل كتلة محطة المسمار
• العلاقات البريدي (100 مم)
• صمغ ممتاز
• الغراء الايبوكسي
• لوح خشبي
• الاكريليك ورقة
• بعض مسامير ومسامير وصواميل M4
• نظارات السلامة بالليزر

يجب استخدام نظارات السلامة بالليزر في هذا المشروع

معظم الأجزاء التي تم إنقاذها أو تم إحضارها من الصين عبر موقع يسمى BANGGOOD.

الخطوة 2: تفكيك آلية محرك أقراص DVD

يلزم وجود آليتين لبرنامج تشغيل DVD ، واحدة للمحور X والثانية للمحور Y.

باستخدام مفك براغي صغير برأس فيليبس ، قمت بإزالة جميع المسامير ومحرك السائر المنفصل والقضبان المنزلقة والتابع.

المحركات السائر هي 4-pin bipolar stepper Motor.

يعني الحجم الصغير والتكلفة المنخفضة لمحرك DVD أنه لا يمكنك توقع دقة عالية من المحرك. يتم توفير ذلك من خلال المسمار اللولبي. أيضًا ، لا تعمل كل هذه المحركات 20 خطوة / دورة. 24 هي أيضًا مواصفات شائعة. سيكون عليك فقط اختبار محرك سيارتك لمعرفة ما يفعله. إجراء لحساب دقة محرك CD Drive Stepper:

من أجل قياس دقة محرك السائر CD / DVD ، تم استخدام ميكرومتر رقمي. تم قياس المسافة على طول المسمار. الطول الإجمالي للمسمار باستخدام ميكرومتر ، والذي كان 51.56 ملم. لتحديد قيمة الرصاص وهي المسافة بين خيطين متجاورين على المسمار. تم حساب الخيوط لتكون 12 خيطًا ضمن هذه المسافة. الرصاص = المسافة بين الخيوط المجاورة = (الطول الإجمالي / عدد الخيوط = 51.56 مم) / 12 = 4.29 مم / المراجعة.

زاوية الخطوة 18 درجة وهي تقابل 20 خطوة / دورة. الآن بعد أن أصبحت جميع المعلومات المطلوبة متوفرة ، يمكن حساب دقة محرك السائر كما هو موضح أدناه: الدقة = (المسافة بين الخيوط المتجاورة) / (خطوات N / مراجعة) = (4.29 مم / مراجعة) / (20 خطوة / مراجعة) = 0.214 ملم / خطوة. وهو أفضل بثلاث مرات من الدقة المطلوبة وهي 0.68 مم / خطوة.

الخطوة 3: تجميع قضبان التمرير للمحور X و Y

بالنسبة للقضبان المنزلقة ، استخدمت قضيبين إضافيين للحصول على أداء أفضل وسلس. تتمثل الوظيفة الرئيسية للشريط المنزلق في الانزلاق على القضيب بحرية مع الحد الأدنى من الاحتكاك بين القضيب والمنزلق.

استغرق الأمر مني بعض الوقت لأجعل المنزلق ينزلق بحرية على القضيب.

الخطوة 4: الإطار الرئيسي لـ Stepper X و Y

باستخدام بعض ألواح الأكريليك ، صنعت اثنين من الإطار الرئيسي للخطوة والقضبان المنزلقة. يحتوي محرك السائر على فواصل بين الإطار الرئيسي وقاعدته ، وهو ضروري للمحور.

الخطوة 5: ربط السكة المنزلقة بالإطار الرئيسي

أولاً باستخدام الغراء الفائق ، حاولت ضبط الموضع المناسب للقضبان ، حيث يجب أن تكون بحيث يقوم المتابع بالاتصال المناسب بخيط السائر. يجب أن يكون التلامس مناسبًا وليس ضيقًا جدًا أو ليس خبثًا جدًا. إذا لم يكن الاتصال مناسبًا بين المتابع والخيط ، فستتخطى الخطوات أو سيرسم المحرك تيارًا أكثر من المعتاد في حالة التشغيل. يستغرق بعض الوقت في التكيف.

بمجرد تعديله ، باستخدام غراء الإيبوكسي ، قمت بإصلاحه.

الخطوة 6: توصيل أسلاك Stepper Motors

بالنسبة لمحركات السائر ، استخدمت كبل USB قديمًا ، لأنه يحتوي على 4 أسلاك بداخله وله غطاء ، وهو أكثر مرونة وسهولة في العمل معه.

باستخدام وضع الاستمرارية في Multimeter ، حدد 2 Coil و Coil A و Coil B.

لقد صنعت زوجًا من الأسلاك عن طريق اختيار الألوان ، زوج واحد للملف A والثاني للملف B. قمت بلحامهما واستخدام أنبوب الانكماش الحراري عليه.

الخطوة 7: تمشيط المحور X و Y

ينسق X و Y الحركة

لقد قمت بربط شريط التمرير للمحور X و Y معًا بشكل عمودي على بعضهما البعض ، باستخدام بعض الفواصل بينهما. وأيضًا إرفاق شواية معدنية رفيعة فوقه كسرير عمل. تستخدم مغناطيس النيوديميوم كحامل قطعة عمل.

الخطوة 8: الإلكترونيات

الأجزاء المستخدمة للسائق هي:

• اردوينو نانو.
• عدد 2 سائقي محركات متدرجة A4988.
• 1x IRFZ44N N-CHANNEL MOSFET.
• 1x LM7805 منظم الجهد مع غرفة التبريد.
• 1x 47ohm و 1x 10k المقاوم.
• 1x 1000 فائق التوهج 16 فولت مكثف.
• موصل ذكر 1x 2.5 مللي متر JST XH-Style 2pin.
• دبابيس رأس ذكر وأنثى.
• 1x (20 مم × 80 مم فارغ ثنائي الفينيل متعدد الكلور).

في GRBL ، يتم حجز دبابيس Arduino الرقمية والتناظرية. يتم توصيل دبوس "الخطوة" الخاص بالمحور X و Y بالمسامير الرقمية 2 و 3 على التوالي. يتم توصيل دبوس 'Dir' للمحور X و Y بالمسامير الرقمية 5 و 6 على التوالي. D11 مخصص لتمكين الليزر.

يحصل Arduino على الطاقة من خلال كابل USB. محركات A4988 من خلال مصدر طاقة خارجي. كل الأرض تشترك في اتصالات مشتركة. VDD الخاص بـ A4988 متصل بـ 5 فولت من Arduino.

يعمل الليزر الذي استخدمته بجهد 5 فولت وبنى في دائرة تيار مستمر. بالنسبة للمصدر الثابت 5V من مصدر الطاقة الخارجي ، يتم استخدام منظم الجهد الكهربائي LM7805. المبرد إلزامي.

تعمل IRFZ44N N-CHANNEL MOSFET كمفتاح إلكتروني عند استقبال إشارة رقمية عالية من طرف D11 في Arduino.

ملاحظة: لا يمكن استخدام 5 فولت من Arduino nano لأن الليزر يسحب أكثر من 250 مللي أمبير ولا يستطيع Arduino Nano توصيل هذا القدر من التيار.

تكوين خطوة صغيرة لكل محور

MS0 MS1 MS2 دقة Microstep

خطوة منخفضة منخفضة منخفضة كاملة.

ارتفاع منخفض منخفض نصف خطوة.

خطوة منخفضة عالية منخفضة ربع.

عالية عالية منخفضة الخطوة الثامنة.

عالية عالية عالية ستة عشر خطوة.

الدبابيس الثلاثة (MS1 و MS2 و MS3) مخصصة لاختيار واحد من قرارات الخمس خطوات وفقًا لجدول الحقيقة أعلاه. تحتوي هذه المسامير على مقاومات داخلية منسدلة ، لذا إذا تركناها غير متصلة ، فستعمل اللوحة في وضع الخطوة الكاملة. لقد استخدمت تكوين الخطوة 16 للحصول على السلاسة وخالية من الضوضاء. تقوم معظم محركات السائر (ولكن ليس كلها) بعمل 200 خطوة كاملة لكل ثورة. من خلال الإدارة المناسبة للتيار في الملفات ، من الممكن جعل المحرك يتحرك في خطوات أصغر. يمكن أن تجعل Pololu A4988 المحرك يتحرك في خطوات 1/16 - أو 3200 خطوة في كل دورة ، والميزة الرئيسية للخطوات الدقيقة هي تقليل خشونة الحركة. المواقف الوحيدة الدقيقة تمامًا هي المواضع الكاملة. لن يكون المحرك قادرًا على الاحتفاظ بموضع ثابت في أحد المواضع الوسيطة بنفس دقة الموضع أو مع نفس عزم التثبيت كما هو الحال في مواضع الخطوة الكاملة. بشكل عام ، عند الحاجة إلى سرعات عالية ، يجب استخدام الخطوات الكاملة.

الخطوة 9: قم بتجميع كل شيء معًا في واحد

لقد صنعت الليزر من شريط معدني رفيع طويل وبعض الأقواس البلاستيكية L مع بعض الدعامات. ثم يتم تثبيت كل شيء على لوح خشبي باستخدام المسمار M4 والصواميل والمسامير.

يتم أيضًا توصيل محركات السائر بالسائق.

الخطوة 10: تجميع الليزر

الليزر الذي استخدمته هو وحدة الليزر المركزة 200-250mW 650nm. يعمل الغلاف المعدني الخارجي كمبدد حراري للديود الليزري. لديها عدسة قابلة للتركيز لتعديل نقطة الليزر.

باستخدام اثنين من الروابط المضغوطة ، قمت بتركيب الليزر مع الحامل. يمكن أيضًا استخدام المبرد الحراري لليزر ، لكن الليزر الخاص بي لم يكن محمومًا لذا لم أستخدمه. قم بتوصيل طرف سلك الليزر بمقبس الليزر الموجود على لوحة القيادة.

يمكنك اخذ واحد هنا

الخطوة 11: ضبط تيار سائق السائر

لتحقيق معدلات خطوة عالية ، يكون إمداد المحرك عادةً أعلى بكثير مما هو مسموح به بدون تحديد التيار النشط. على سبيل المثال ، قد يكون لمحرك متدرج نموذجي حد أقصى للتيار يبلغ 1A مع مقاومة ملف 5Ω ، مما يشير إلى أقصى إمداد للمحرك يبلغ 5 فولت. إن استخدام مثل هذا المحرك بجهد 12 فولت سيسمح بمعدلات خطوة أعلى ، ولكن يجب أن يكون التيار نشطًا يقتصر على أقل من 1A لمنع تلف المحرك.

يدعم A4988 مثل هذا الحد الحالي النشط ، ويمكن استخدام مقياس الجهد المتقلب الموجود على اللوحة لتعيين الحد الحالي. تتمثل إحدى طرق ضبط الحد الحالي في وضع السائق في وضع الخطوة الكاملة وقياس التيار الجاري عبر ملف محرك واحد دون تسجيل إدخال STEP. سيكون التيار المقاس 0.7 مرة من الحد الحالي (نظرًا لأن كلا الملفين يعملان دائمًا ويقتصران على 70 ٪ من إعداد الحد الحالي في وضع الخطوة الكاملة). يرجى ملاحظة أن تغيير الجهد المنطقي ، Vdd ، إلى قيمة مختلفة سيغير إعداد الحد الحالي لأن الجهد على دبوس "المرجع" هو وظيفة Vdd. هناك طريقة أخرى لضبط الحد الحالي وهي قياس الجهد مباشرة أعلى مقياس الجهد وحساب الحد الحالي الناتج (مقاومات الإحساس الحالية هي 0.1 درجة). يتعلق الحد الحالي بالجهد المرجعي على النحو التالي: حد التيار = VREF × 1.25 لذا ، على سبيل المثال ، إذا كان الجهد المرجعي 0.6 فولت ، فإن الحد الحالي هو 0.75 أمبير. كما هو مذكور أعلاه ، في وضع الخطوة الكاملة ، يقتصر التيار من خلال الملفات على 70 ٪ من الحد الحالي ، لذلك للحصول على تيار ملف كامل الخطوة 1A ، يجب أن يكون الحد الحالي 1A / 0.7 = 1.4A ، وهو ما يتوافق إلى VREF من 1.4A / 1.25 = 1.12 V. راجع ورقة بيانات A4988 لمزيد من المعلومات. ملحوظة: يمكن أن يكون تيار الملف مختلفًا تمامًا عن تيار مزود الطاقة ، لذلك يجب ألا تستخدم التيار المقاس عند مزود الطاقة لضبط الحد الحالي. المكان المناسب لوضع عدادك الحالي في سلسلة مع أحد ملفات محرك السائر.

الخطوة 12: الاستعداد

باستخدام أربعة مغناطيس نيوديميوم صغير لقفل قطعة العمل على سرير العمل واضبط المحور X و Y على الموضع الأولي (المنزل). قم بتشغيل لوحة القيادة من خلال مصدر طاقة خارجي ، و Arduino Nano إلى الكمبيوتر من خلال كابل USB A إلى USB Mini B. قم أيضًا بتشغيل اللوحة من خلال مصدر طاقة خارجي.

السلامة اولا

يجب أن تكون هناك حاجة إلى نظارات سلامة الليزر

الخطوة 13: البرنامج الثابت GRBL

1. قم بتنزيل GRBL 1.1 ، هنا ،
2. قم باستخراج مجلد grbl-master الموجود على سطح المكتب ، ستجده في ملف master.zip
3. قم بتشغيل Arduino IDE
4. من قائمة شريط التطبيق ، اختر: Sketch -> #include Library -> Add Library from file. ZIP
5. حدد المجلد grbl الذي يمكنك العثور عليه داخل مجلد grlb-master وانقر فوق فتح
6. تم تثبيت المكتبة الآن وسيظهر لك برنامج IDE هذه الرسالة: تمت إضافة المكتبة إلى مكتبتك. تحقق من قائمة "إدراج المكتبات".
7. ثم افتح مثالًا يسمى "تحميل grbl" وقم بتحميله على لوحة اردوينو الخاصة بك

الخطوة 14: برنامج لإرسال G-CODE

نحتاج أيضًا إلى برنامج لإرسال G-Code إلى CNC لذلك استخدمت LASER GRBL

يعد LaserGRBL أحد أفضل أجهزة بث Windows GCode لـ DIY Laser Engraver. LaserGRBL قادر على تحميل وتدفق مسار GCode إلى arduino ، وكذلك نقش الصور والصور والشعار باستخدام أداة التحويل الداخلية.

تحميل LASER GRBL.

يقوم LaserGRBL بالتحقق باستمرار من منافذ COM المتوفرة على الجهاز. تتيح لك قائمة المنافذ تحديد منفذ COM الذي تتصل به لوحة التحكم الخاصة بك. يرجى تحديد معدل البث بالباود المناسب للاتصال وفقًا لتكوين البرنامج الثابت لجهازك (الافتراضي 115200).

إعدادات Grbl:

$$ - عرض إعدادات Grbl

لعرض الإعدادات ، اكتب $$ واضغط على إدخال بعد الاتصال بـ Grbl. يجب أن يستجيب Grbl بقائمة من إعدادات النظام الحالية ، كما هو موضح في المثال أدناه. كل هذه الإعدادات ثابتة ويتم الاحتفاظ بها في EEPROM ، لذلك إذا قمت بإيقاف تشغيلها ، فسيتم تحميلها احتياطيًا في المرة التالية التي تقوم فيها بتشغيل Arduino.

0 دولار = 10 (نبضة متدرجة ، usec)

1 دولار = 25 (تأخير الخطوة الخمول ، مللي ثانية)

2 دولار = 0 (قناع عكس المنفذ التدريجي: 00000000)

3 دولارات = 6 (قناع عكس منفذ dir: 00000110)

4 دولارات = 0 (انعكاس الخطوة ، منطقي)

5 دولارات = 0 (عكس دبابيس الحد ، منطقي)

6 دولارات = 0 (عكس دبوس المسبار ، منطقي)

10 دولارات = 3 (قناع تقرير الحالة: 00000011)

11 دولارًا = 0.020 (انحراف التقاطع ، مم)

12 دولارًا = 0.002 (تسامح القوس ، مم)

13 دولارًا = 0 (تقرير بالبوصة ، منطقي)

20 دولارًا = 0 (حدود ناعمة ، منطقي)

21 دولارًا = 0 (حدود صارمة ، منطقي)

22 دولارًا = 0 (دورة صاروخ موجه ، منطقي)

23 دولارًا = 1 (قناع انعكاس دير موجه: 00000001)

24 دولارًا = 50.000 (تغذية صاروخ موجه ، مم / دقيقة)

25 دولارًا = 635.000 (طلب صاروخ موجه ، مم / دقيقة)

26 دولارًا = 250 (خصم موجه ، ميللي ثانية)

27 دولارًا = 1.000 (صاروخ موجه ، مم)

100 دولار = 314.961 (س ، خطوة / مم)

101 دولار = 314.961 (ص ، خطوة / مم)

102 دولار = 314.961 (ض ، خطوة / مم)

110 دولارات أمريكية = 635.000 (× أقصى معدل ، مم / دقيقة)

111 دولارًا = 635.000 (أقصى معدل ص ، مم / دقيقة)

112 دولارًا = 635.000 (معدل z أقصى ، مم / دقيقة)

120 دولارًا = 50.000 (تسريع × ، مم / ثانية ^ 2)

121 دولارًا = 50.000 (تسارع ص ، مم / ثانية ^ 2)

122 دولارًا = 50.000 (تسريع z ، مم / ثانية ^ 2)

130 دولارًا = 225.000 (x أقصى سفر ، مم)

131 دولارًا = 125.000 (سفر كحد أقصى ، مم)

132 دولار = 170.000 (سفر ماكس z ، مم)

الخطوة 15: تعديل النظام

هنا يأتي الجزء الأكثر صعوبة في المشروع

ضبط شعاع الليزر على أصغر نقطة ممكنة على قطعة العمل. هذا هو الجزء الأصعب الذي يتطلب الوقت والصبر باستخدام طريقة التتبع والخطأ

تعديل إعدادات GRBL مقابل 100 دولار و 101 دولار و 130 دولار و 131 دولار

الإعداد الخاص بي لـ GRBL هو ،

$100=110.000

$101=110.000

$130=40.000

$131=40.000

حاولت نقش مربع من جوانب 40 مم وبعد الكثير من الأخطاء والتعديل في إعداد grbl ، حصلت على خط 40 مم مناسب محفور من كل من المحور X و Y. إذا كانت دقة X و Y-Axis غير متطابقة ، فسيتم تغيير حجم الصورة في أي اتجاه.

ضع في اعتبارك أنه ليس كل محرك Stepper من محركات أقراص DVD متماثل

إنها عملية طويلة وتستغرق وقتًا طويلاً ولكن النتائج مرضية للغاية عند تعديلها.

واجهة مستخدم LaserGRBL

• التحكم في الاتصال: هنا يمكنك تحديد المنفذ التسلسلي ومعدل الباود المناسب للاتصال ، وفقًا لتكوين البرنامج الثابت grbl.
• التحكم في الملف: يعرض هذا اسم الملف الذي تم تحميله وتقدم عملية النقش. سيبدأ زر "تشغيل" الأخضر في تنفيذ البرنامج.
• الأوامر اليدوية: يمكنك كتابة أي سطر G-Code هنا والضغط على "إدخال". سيتم وضع الأوامر في قائمة انتظار الأوامر.
• سجل الأوامر ورموز إرجاع الأوامر: إظهار الأوامر المدرجة في قائمة الانتظار وحالة التنفيذ والأخطاء.
• التحكم في الركض: يسمح بوضع الليزر يدويًا. التحكم في سرعة حركة شريط التمرير العمودي الأيسر ، حجم خطوة التحكم في شريط التمرير الأيمن.
• معاينة النقش: تعرض هذه المنطقة معاينة العمل النهائية. أثناء النقش ، سيظهر صليب أزرق صغير موضع الليزر الحالي في وقت التشغيل.
• إعادة تعيين Grbl / homing / unlock: تقوم هذه الأزرار بإرسال أمر إعادة الضبط والتوجيه وإلغاء القفل إلى لوحة grbl. على يمين زر إلغاء القفل ، يمكنك إضافة بعض الأزرار التي يحددها المستخدم.
• تعليق التغذية واستئنافها: يمكن لهذه الأزرار تعليق واستئناف تنفيذ البرنامج بإرسال أمر تعليق أو استئناف إلى لوحة grbl.
• عدد الخطوط وإسقاط الوقت: يمكن لـ LaserGRBL تقدير وقت تنفيذ البرنامج بناءً على السرعة الفعلية والتقدم في العمل.
• يتجاوز حالة عنصر تحكم: إظهار وتغيير السرعة الفعلية وتجاوز السلطة. التجاوزات هي ميزة جديدة في grbl v1.1 وهي غير مدعومة في الإصدار الأقدم.

الخطوة 16: نقش الخشب

يتيح لك استيراد البيانات النقطية تحميل صورة من أي نوع في LaserGRBL وتحويلها إلى تعليمات GCode دون الحاجة إلى برامج أخرى. يدعم LaserGRBL الصور والقصاصات الفنية ورسومات القلم الرصاص والشعارات والأيقونات ويحاول أن يفعل أفضل ما في أي نوع من الصور.

يمكن استدعاؤها من قائمة "ملف ، فتح ملف" عن طريق اختيار صورة من النوع-j.webp

يختلف إعداد النقش باختلاف المواد.

تحديد سرعة النقش لكل مم و Quality- خطوط لكل مم

الفيديو المرفق هو الفاصل الزمني للعملية برمتها.

الخطوة 17: قص الورق الرقيق

هذا الليزر 250 ميجاوات قادر أيضًا على قطع الأوراق الرقيقة ، ولكن يجب أن تكون السرعة منخفضة جدًا ، أي لا تزيد عن 15 مم / دقيقة ويجب ضبط شعاع الليزر بشكل صحيح.

الفيديو المرفق هو الفاصل الزمني للعملية برمتها.

الخطوة 18: قطع الفينيل وصنع ملصقات مخصصة

لقد صنعت بعض ملصقات الفينيل المخصصة. تتغير سرعة Boarder فيما يتعلق بلون الفينيل المستخدم.

من السهل التعامل مع الألوان الداكنة في حين أن الألوان الفاتحة صعبة بعض الشيء.

توضح الصور أعلاه كيفية استخدام ملصق الفينيل المصنوع باستخدام CNC.

♥ شكر خاص لمطوري GRBL:)

أتمنى أن يعجبك هذا المشروع ، اسمحوا لي أن أعرف في التعليقات إذا كان هناك أي استفسار ،

أود أن أرى صورًا لآلات CNC الخاصة بك أيضًا!

شكرا!! لدعمكم.

الجائزة الأولى في مسابقة الميكروكونترولر