Diy Arduino-basierte CNC-Plottermaschine

CNC-Maschinen sind computergestützte numerische Steuerungsmaschinen, mit denen gemäß dem in ihre Steuereinheit eingespeisten Konstruktionsprogramm alles gezeichnet oder ein mechanisches Teil konstruiert wird. Die Steuereinheit kann entweder ein Computer oder ein Mikrocontroller sein. CNC-Maschinen verfügen über Schritt- und Servomotoren, um das Design gemäß dem zugeführten Programm zu zeichnen.

Nachdem ich an CNC-Maschinen geforscht hatte, beschloss ich , meine eigene CNC-Maschine aus lokal verfügbaren Materialien zu bauen. Es gibt so viele CNC-Maschinen auf der Welt, von denen einige sehr technisch und komplex sind, um sie richtig herzustellen oder sogar zu betreiben. Aus diesem Grund habe ich mich für eine einfache CNC-Plottermaschine auf Basis von Arduino entschieden, die bei weitem am einfachsten herzustellen ist. Sie können dies auch als Arduino CNC-Zeichenmaschine mit geringen Änderungen verwenden.

Diese DIY Arduino CNC-Maschine kann die meisten Grundformen, Texte und sogar Cartoons zeichnen. Die Funktionsweise ähnelt der Schreibweise einer menschlichen Hand. Es ist schneller und genauer als die Art und Weise, wie ein Mensch schreiben oder zeichnen kann. Überprüfen Sie das Demonstrationsvideo am Ende dieses Tutorials.

Bau einer Arduino CNC-Maschine:

Für den Betrieb einer CNC-Plotmaschine sind 3 Achsen erforderlich (x-Achse, y-Achse und z-Achse. Die x-Achse und die y-Achse arbeiten zusammen, um ein 2D-Bild auf Normalpapier zu erstellen. Diese x und y Die Achsen sind um 90 Grad zueinander angeordnet, sodass jeder Punkt auf der glatten Oberfläche durch einen bestimmten Wert von x und y definiert ist. Die z-Achse wird verwendet, um den Stift auf das glatte Papier anzuheben und abzusenken.

Abhängig vom zu zeichnenden Bild generiert der Computer die entsprechenden Koordinaten und sendet sie über den USB-Anschluss an den Mikrocontroller. Der Mikrocontroller interpretiert diese Koordinaten und steuert dann die Positionen der Motoren, um das Bild zu erstellen. Hier haben wir Arduino als Mikrocontroller verwendet, um diese CNC-Maschine zu bauen. Die dreiachsigen Bewegungen werden von Schrittmotoren bereitgestellt, die vom Arduino-Board gesteuert werden. Sie können herausfinden, wie Sie einen Schrittmotor mit Arduino verbinden können, wenn Sie neu in diesem Bereich sind.

Beginnen wir also Schritt für Schritt mit dem Bau unseres Arduino CNC- Geräts.

Was du brauchst:

Hinweis: Mein Design unterscheidet sich in Bezug auf Größe und verwendete Materialien in der Hardware erheblich. Ich konnte keine alten DVD-Laufwerke finden und entschied mich für Druckerteile. Was auch immer Sie verwenden, stellen Sie sicher, dass es einen Schrittmotor hat.

Hardwareanforderung:

1. Aluminiumblech (710 mm x 710 mm)
2. Alter HP / Epson-Drucker. Sie können alte Computer-DVD-Laufwerke verwenden
3. Schrauben und Muttern
4. Plexiglasglas
5. Arduino UNO
6. L293D Motortreiberschild oder Arduino CNC-Schild
7. Mini-Servomotor
8. Ein Stift

Werkzeuge:

1. Schraubenzieher
2. Bohren
3. Schneidwerkzeug (Bügelsäge)
4. Kleben
5. Bankgerät

Software:

Für den effizienten Betrieb dieser Maschine werden die folgenden Softwareprogramme verwendet. Gehen Sie zu den verschiedenen Websites und laden Sie sie herunter.

1. Arduino IDE Version 1.6.6 oder neuere Versionen von hier
2. Verarbeitung der IDE-Version 3.1.1 oder höher von hier aus
3. Inkscape Version 0.48.5. Laden Sie es hier herunter.
4. Grbl-Controller (optional)

Die Basis für CNC-Plottermaschinen:

Der Hauptteil dieses Geräts ist die Basis, die alle Hauptteile der Maschine zusammenhält, so dass die Maschine fest und auch tragbar ist. In diesem Design werden wir Aluminium verwenden, um die Basis zu konstruieren, da sie leicht, einfach zu biegen und zu schneiden ist und auch ein gutes glänzendes Aussehen ergibt, da sie nicht rostet.

Das Design und die Abmessungen meiner Basis sind unten gezeigt:

Hinweis: Alle Maße sind in Millimetern angegeben.

Nach all dem Biegen und Schneiden konnte ich eine sehr feste Basis herstellen, wie unten gezeigt:

Montage der X-, Y- und Z-Achse:

Zur Herstellung der x- und y-Achse werden zwei Druckerhalterungen verwendet. Jedes dieser Teile enthält einen Schrittmotor und einen Riemenantriebsmechanismus, der normalerweise zum Hin- und Herbewegen der Patrone verwendet wird.

Für die Z-Achse wird auf der Y-Achse ein Mini-Servomotor mit Klebstoff angebracht. Dieser Servomotor dient zum Auf- und Abbewegen des Stifts. Es sollte ein guter Stützmechanismus konstruiert werden, der die freie Auf- und Abbewegung des Stifts ermöglicht.

Zeichenplattform für CNC-Maschine:

Aufgrund der immensen Größe dieses Geräts kann das Gerät auf Papier im Format A5 zeichnen. Aus diesem Grund schneiden wir eine Plattform der Größe A5 (148 mm x 210 mm) aus dem Plexiglasglas aus und kleben sie dann mit Klebstoff auf das bewegliche Teil der x-Achse.

Verkabelung und Schaltung der CNC-Maschine:

Setzen Sie das L293D-Motortreiberschild auf die Arduino UNO-Platine ein. Diese Abschirmung kann zwei Schrittmotoren gleichzeitig und zwei Servomotoren antreiben. Verbinden Sie die beiden Schrittmotoren wie unten gezeigt. Die Erdungsverbindung sollte nicht angeschlossen werden, da die Motoren vom Typ Bipoplar sind. Dies wird als unser Arduino CNC-Controller für unsere Plotter-Maschine fungieren.

Befestigen Sie auch den Mini-Servomotor an Servo1. Schließen Sie ein 7,5V - 9V-Netzteil an den Stromanschluss des Motortreiberschilds an. Die Maschine ist jetzt zum Testen bereit.

Code und Prüfung der Arduino CNC-Maschine:

Zuerst müssen wir die Schrittmotoren testen und prüfen, ob sie richtig angeschlossen sind.

Da wir das Motortreiberschild L293D verwenden, müssen wir die AFmotor Library von hier herunterladen. Fügen Sie es dann Ihrem Arduino IDE-Bibliotheksordner hinzu. Stellen Sie sicher, dass Sie es in AFMotor umbenennen. Wenn die Arduino IDE geöffnet war, schließen Sie sie und öffnen Sie sie erneut und klicken Sie auf Datei -> Beispiele -> Adafruit Motor Shield Library -> Stepper . Stellen Sie sicher, dass Sie den richtigen Port und die richtige Karte in den Tools auswählen, und laden Sie dann den Code auf die Arduino-Karte hoch. Einige Bewegungen sollten am Schrittmotor eins beobachtet werden.

Um Motor zwei zu testen, ändern Sie den Motoranschluss in der folgenden Zeile von 2 auf 1 und laden Sie den Code erneut hoch.

#include // Verbinden Sie einen Schrittmotor mit 48 Schritten pro Umdrehung (7,5 Grad) // mit Motoranschluss # 2 (M3 und M4) AF_Stepper Motor (48, 2);

Arduino Code für CNC-Maschine:

Wenn die Schrittmotoren angemessen reagieren, kopieren Sie den Arduino-Code für die CNC-Maschine aus dem folgenden Abschnitt Code und laden Sie ihn auf die Arduino-Platine hoch. Sie können den Code über den folgenden Link herunterladen.

Arduino CNC-Code herunterladen

G-Code für CNC-Maschine:

G - CODE ist die Sprache, in der wir computergesteuerten Maschinen (CNC) anweisen, etwas zu tun. Es ist im Grunde eine Datei, die X-, Y- und Z-Koordinaten enthält.

Zum Beispiel:

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 x 0. Y-0,5 I-0,5 J0. X-0,5 Y0. I0. J0.5 G01 Z0.1 F5. G00 X0. Y0. Z0,25

Das Schreiben eines G-Codes für nur ein einfaches Quadrat kann sehr schwierig sein, aber zum Glück haben wir eine Software, mit der wir einen G-Code erstellen können. Diese Software heißt " Inkscape ", laden Sie sie hier herunter.

Sie können Ihren eigenen G-Code mit Inkscape generieren, das wir im nächsten Abschnitt erläutert haben, oder Sie können leicht verfügbare G-Codes im Internet verwenden.

Bevor ich Ihnen zeige, wie Sie mit Inkscape G-Codes generieren, erfahren Sie, wie Sie diese G-Codes an das Arduino senden. Die Software, mit der wir G-Codes an das Arduino senden können, heißt Processing.

IDE zum Hochladen des G-Codes verarbeiten:

Diese Plattform hilft uns, die G-Codes an das Arduino-Board zu senden. Dazu müssen Sie die Datei GCTRL.PDE herunterladen.

Laden Sie die Datei GCTRL.pde von hier herunter und öffnen Sie sie mit Processing IDE

Sobald Sie es in der Verarbeitungs-IDE geöffnet haben, klicken Sie auf Ausführen. Ein Fenster mit allen Anweisungen wird angezeigt. Drücken Sie p auf der Tastatur. Das System fordert Sie auf, einen Port auszuwählen. Wählen Sie also den Port, an den Ihre Arduino-Karte angeschlossen ist. In meinem Fall ist es Port 6.

Drücken Sie nun g und navigieren Sie zu dem Ordner, in dem Sie Ihren G-CODE gespeichert haben. Wählen Sie den richtigen G-CODE und drücken Sie die Eingabetaste. Wenn alles richtig angeschlossen war, sollte Ihr Gerät beginnen, auf dem Papier zu zeichnen.

Wenn Sie den Vorgang beenden möchten, drücken Sie einfach x und das Gerät stoppt alles, was es getan hat.

So generieren Sie Ihren eigenen G-Code:

Wir haben erwähnt, dass Inkscape die Software ist, mit der wir unsere G-CODES generieren werden. In diesem Beispiel erstellen wir einen einfachen Text (HALLO WORLD) wie unten gezeigt.

Hinweis : Inkscape verfügt nicht über eine integrierte Methode zum Speichern von Dateien als G-CODE . Daher müssen Sie ein Add-On installieren, mit dem Bilder in G-CODE-Dateien exportiert werden können. Laden Sie dieses MakerBot Unicorn-Plugin mit Installationshinweisen von hier herunter.

Wenn die Installation erfolgreich war, öffnen Sie Inkscape, gehen Sie zum Menü Datei und klicken Sie auf "Dokumenteigenschaften". Ändern Sie zuerst die Abmessungen von px in mm. Reduzieren Sie auch die Breite und Höhe auf 90 mm. Schließen Sie nun dieses Fenster. Als Zeichenbereich wird ein Quadrat angezeigt. Dies ist der Bereich, in dem wir unseren Text schreiben werden.

Klicken Sie nun in der linken Leiste auf die Registerkarte Textobjekt erstellen und bearbeiten. Geben Sie den Text " HALLO WORLD " ein und positionieren Sie ihn wie unten gezeigt in der oberen rechten Ecke des Quadrats.

Klicken Sie auf Text und wählen Sie den gewünschten Schriftstil aus. Klicken Sie auf Übernehmen und dann auf Schließen.

Klicken Sie nun auf Pfad und wählen Sie " Objekt zu Pfad ".

Ihr Text kann jetzt als G-CODE gespeichert werden. Klicken Sie auf Datei -> Speichern unter und geben Sie den Dateinamen als "Hallo Welt" ein.

Ändern Sie den Dateityp in "MakerBot Unicon G-Code" (siehe Abbildung unten). Dies wird nur angezeigt, wenn die Add-On-Installation erfolgreich war. Klicken Sie abschließend auf Speichern und im Popup-Fenster auf OK.

Sie haben einen G-Code generiert, der mit den vorherigen Verfahren gezeichnet werden kann.

Der GRBL-Controller:

Sobald Sie es geschafft haben, einen G-Code mit Inkscape zu generieren, muss der G-Code möglicherweise angezeigt werden, um sicherzustellen, dass er innerhalb der Zeichnungsgrenzen liegt.

Die Zeichnungsgrenzen werden im Arduino CNC CODE in den folgenden Zeilen festgelegt:

Das Bild, wie oben in der GRBL-Steuerung gezeigt, sollte diese Grenze nicht überschreiten, wie im obigen CNC-Arduino-Code gezeigt. Wenn es diese Grenze beispielsweise in Richtung der negativen Seite der x-Achse überschreitet, wird dieser Teil auf der negativen Seite nicht dargestellt.

In diesem Beispiel reichen die x- und y-Werte von 0 mm bis 40 mm.

Da ich Druckerteile verwende, die auf einer größeren Fläche gezeichnet werden können, ändere ich die Maximalwerte von 40 mm auf 60 mm.

Wenn Sie mit Inkscape einen G-Code generieren, können Sie diesen G-Code zuerst im GRBL-Programm öffnen, um festzustellen, ob er innerhalb dieser Grenzen liegt. Wenn dies nicht der Fall ist, müssen Sie die Größe Ihres Bilds in Inkscape ändern, bis es innerhalb Ihrer Grenzen liegt.

Dies ist also die billigste und einfachste Methode, um eine CNC-Plottermaschine mit Arduino Uno zu Hause zu bauen. Probieren Sie es aus und lassen Sie es uns in den Kommentaren wissen. Schauen Sie sich auch das Video unten an.