DIYミニCNCレーザー彫刻機。
これは、古いCNCドライブと250mWレーザーを使用して、古いCNCレーザー彫刻機をリミックスし、ArduinoベースのレーザーCNC彫刻機と薄紙カッターの安定バージョンを作成した方法に関する説明です。
私のCNCの古いバージョン：//www.instructables.com/id/Mini-CNC-Laser-Wood-Engraver-and-Paper-Cutter/
古いバージョンはあまり安定しておらず、不均一な部品のために多少のぐらつきがあったため、3Dプリントパーツを使用して安定したバージョンを作成することにしました。 これは非常に小さな細部でもレーザー彫刻で優れた結果をもたらしました。このマシンは作業をうまく行うケーブルです。 刻まれた写真の目で詳細を見ることができます。
プレイエリアは最大40mm x 40mmです。
ステップ1：必要な部品と材料
- Arduino Nano（USBケーブル付き）
- 2x DVDドライブステッパーメカニズム
- 2x A4988ステッピングモータードライバーモジュール（またはGRBLシールド）
- 調整可能なレンズを備えた250mWレーザー（またはそれ以上）
- 12v 2Ampsの最小電源
- 1x IRFZ44N N-チャンネルMosfet
- 1x 10k抵抗器
- 1x 47ohm抵抗器
- 1個のLM7805電圧レギュレーター（ヒートシンク付き）
- ブランクPCBボード
- オスとメスのヘッダー
- 2.5mm JST XHスタイル
- 2ピンオスコネクタ
- 1x 1000uf 16vコンデンサジャンパーケーブル
- 8個の小さなネオジム磁石（DVDレンズ機構から回収しました）
- ネジ留め式端子台コネクタの1x 2ピンプラグ
- ジップタイ（100mm）
- 強力接着剤
- 6x M3x12ネジ
- 8x M2x5ネジ
- レーザー保護メガネ
ステップ2：印刷部品
STLファイルは、添付ファイルを参照するか、/// www.thingiverse.com/thing:3521286にアクセスしてください。
すべての部品はABS素材で印刷されています。
印刷設定：
層の高さ：0.2mm
インフィル：<25％
サポート：いいえ
添付ファイル
ステップ3：DVDドライブのステッパーメカニズムを分解する
2つのDVDドライバーメカニズムが必要です。1つはX軸用で、もう1つはY軸用です。
小さなプラスドライバーを使用して、すべてのネジを取り外し、ステッピングモーター、スライドレール、フォロワーを取り外しました。
ステッピングモーターは4ピンバイポーラステッピングモーターです。
DVDモーターは小型で低コストなので、期待することはできません。
モーターからの高解像度。 それは親ねじによって提供されます。 また、そのようなすべてのモーターが20ステップ/回転するわけではありません。 24も一般的な仕様です。 モーターをテストして、それが何をするのかを確認するだけです。
CDドライブステッピングモーターの解像度を計算する手順：
CD / DVDドライブのステッピングモーターの解像度を測定するには、
デジタルマイクロメーターが使用されました。 ネジに沿った距離を測定しました。 マイクロメータを使用したネジの全長は、51.56 mmでした。 ねじの隣接する2つのねじ山間の距離であるリード値を決定します。 スレッドは、この距離内で12スレッドとカウントされました。 リード=隣接するスレッド間の距離=（全長/スレッド数= 51.56 mm）/ 12 = 4.29mm / rev。 ステップ角は18度で、これは20ステップ/回転に相当します。 必要なすべての情報が利用できるようになったので、ステッピングモーターの解像度は次のように計算できます。 ）= 0.214 mm /ステップ。 これは、0.68mm /ステップである必要な解像度の3倍です。
ステップ4：スライダーの準備。
Super Glueを使用して、スライダーとガイドを1つの部分に接着しました。 ガイドと親ねじの間の張力を維持するために、スプリングが取り付けられており、ブラックラッシュを防ぎます。
ステップ5：Y軸用のスライダーレールの組み立て
スライダーをベースに組み込む前に、4枚の小さなネオジム磁石（DVDレンズ機構から回収したもの）をXプレートに接着しました。 この磁石は、ワークピースを作業領域に保持するのに役立ちます。
滑らかなロッドは、スライド機構をベースに対して無傷に保ちます。
ステップ6：X軸用のスライダーレールの組み立て
ここでは、スーパーグルーとネジを使用して、レーザーハウジングにガイド機構を取り付けました。
ネジを使用してステッピングモーターを所定の場所に取り付け、その後、スライダーが硬すぎず自由に移動することを念頭に置いて、滑らかなロッドとガイド部分を所定の穴に挿入しました。 そして、サイドフレームの柱をそれに取り付けました。
ステップ7：ステッピングモーターの配線
ステッピングモーターには、内部に4本のワイヤーがあり、その上にカバーがあり、より柔軟で扱いやすいため、古いUSBケーブルを使用しました。
マルチメーターで連続モードを使用して、2つのコイル、コイルA、コイルBを決定します。
色を選択して2組のワイヤを作成しました。1組はコイルAに、2組はコイルBに
それらをはんだ付けし、熱収縮チューブを使用しました。
ステップ8：X軸とY軸を組み合わせる
4x M3x12ネジを使用して、ベースと2つのサイドフレームを1つのアセンブリに結合しました。
ステップ9：エレクトロニクス
ドライバーに使用される部品は次のとおりです。
Arduino Nano。
2x A4988ステッピングモータードライバー。
1x IRFZ44N NチャネルMOSFET。
1個のLM7805ヒートシンク付き電圧レギュレータ。
1x 47ohmおよび1x 10k抵抗器。
1x 1000uf 16Vコンデンサ。
1x 2.5mm JST XH-Style 2pinオスコネクタ。
MALEおよびFEMALEヘッダーピン。
1x（20mm x 80mmのブランクPCB）。
GRBLでは、Arduinoのデジタルピンとアナログピンは予約されています。 の
X軸とY軸の「ステップ」ピンは、それぞれデジタルピン2と3に接続されています。 X軸とY軸の「Dir」ピンは、それぞれデジタルピン5と6に接続されています。 D11はレーザーイネーブル用です。 Arduinoは、USBケーブルを介して電力を供給します。 外部電源を介したA4988ドライバー。 すべてのグランドは共通接続を共有します。 A4988のVDDは5VのArduinoに接続されています。 私が使用したレーザーは5Vで動作し、定電流回路を内蔵しています。 外部電源からの5Vの定電圧源には、LM7805電圧レギュレータが使用されます。 ヒートシンクは必須です。 IRFZ44N NチャネルMOSFETは、ArduinoのピンD11からデジタルHigh信号を受信すると電子スイッチとして機能します。 注：レーザーが250mAを超える電流を流すため、Arduino nanoの5Vは使用できません。また、Arduino Nanoはそれほど多くの電流を供給できません。
各軸のマイクロステッピングの構成。
MS0 MS1 MS2マイクロステップ解像度。
低低低全ステップ。
高低低ハーフステップ。
低高低クォーターステップ。
高高低8番目のステップ。
高高高16段目。
3つのピン（MS1、MS2、MS3）は、5つのステップのいずれかを選択するためのものです
上記の真理値表による解像度。 これらのピンにはプルダウン抵抗が内蔵されているため、接続しない場合、ボードはフルステップモードで動作します。 スムーズでノイズのない16番目のステップ構成を使用しました。 ほとんどの（しかしすべてではない）ステッピングモーターは、1回転あたり200フルステップを実行します。 コイルの電流を適切に管理することにより、モーターをより小さなステップで動かすことができます。 Pololu A4988は、モーターを1/16ステップ、つまり1回転あたり3, 200ステップで動かすことができます。マイクロステップの主な利点は、動きの粗さを減らすことです。 完全に正確な位置のみがフルステップ位置です。 モーターは、中間位置の1つで、フルステップ位置と同じ位置精度または同じ保持トルクで静止位置を保持することはできません。一般的に、高速が必要な場合はフルステップを使用する必要があります。
ステップ10：エレクトロニクスをフレームに組み立てます。
2x M2ネジを使用してバックプレートに、2x M3x12ネジを使用してマシンのフレームにドライバーボードを組み立てます。 ステッピングモーターX、Yおよびレーザーの接続に差し込まれています。
ステップ11：ステッパードライバー電流の調整
高いステップレートを達成するために、モーターの供給は通常、アクティブな電流制限なしで許容されるよりもはるかに高くなります。 たとえば、一般的なステッピングモーターの最大電流定格は1Aで、コイル抵抗が5Ωであり、最大5Vのモーター電源を示します。このようなモーターを12Vで使用すると、より高いステップレートが可能になりますが、電流は能動的に動作する必要がありますモーターへの損傷を防ぐために1A未満に制限してください。 A4988はこのようなアクティブな電流制限をサポートしており、ボード上のトリマーポテンショメーターを使用して電流制限を設定できます。 電流制限を設定する1つの方法は、ドライバーをフルステップモードにし、STEP入力をクロックせずに単一のモーターコイルを流れる電流を測定することです。 測定された電流は、電流制限の0.7倍になります（両方のコイルが常にオンであり、フルステップモードでの電流制限設定の70％に制限されているため）。 「ref」ピンの電圧はVddの関数であるため、ロジック電圧Vddを異なる値に変更すると、電流制限設定が変更されることに注意してください。 電流制限を設定する別の方法は、ポテンショメータの上で電圧を直接測定し、結果の電流制限を計算することです（電流検出抵抗は0.1Ωです）。 電流制限は、次のように基準電圧に関連しています。 電流制限= VREF×1.25したがって、たとえば、基準電圧が0.6 Vの場合、電流制限は0.75Aです。 上記のように、フルステップモードでは、コイルを流れる電流は電流制限の70％に制限されるため、1Aのフルステップコイル電流を得るには、電流制限を1A / 0.7 = 1.4Aにする必要があります。 1.4A / 1.25 = 1.12 VのVREFへ。詳細については、A4988データシートを参照してください。 注：コイル電流は電源電流とは大きく異なる可能性があるため、電源で測定した電流を使用して電流制限を設定しないでください。 現在のメーターを配置する適切な場所は、ステッパーモーターコイルの1つと直列です。
ステップ12：レーザーアセンブリ
私が使用したレーザーは、Focusable Laser Module 200-250mW 650nmです。 外側の金属製ハウジングは、レーザーダイオードのヒートシンクとして機能します。 レーザードットの調整用のフォーカス可能なレンズを備えています。 レーザーワイヤ端子をドライバーボードのレーザーソケットに接続します。
こちらから入手できます。
ステップ13：準備をしましょう！
4つの小さなネオジム磁石を使用すると、作業台に作業片がロックされ、X軸とY軸が初期位置（ホーム）に設定されます。 外部電源からドライバーボードの電源を入れ、Arduino NanoをUSB A-USBミニBケーブルでコンピューターに接続します。
また、外部電源からボードに電力を供給します。
安全第一。 レーザー安全メガネが必要ですステップ14：GRBLファームウェア
- GRBLのダウンロードはこちら
- デスクトップでgrbl-masterフォルダーを抽出します。ファイルmaster.zipにあります。
- Arduino IDEを実行する
- アプリケーションバーメニューから、[スケッチ]-> [#includeライブラリ]-> [ファイルからライブラリを追加]を選択します。ZIP
- grlb-masterフォルダー内にあるフォルダーgrblを選択し、[開く]をクリックします。
- ライブラリがインストールされ、IDEソフトウェアが次のメッセージを表示します。ライブラリがライブラリに追加されます。 「ライブラリの包含」メニューを確認してください。
- 次に、「grbl upload」というサンプルを開き、arduinoボードにアップロードします。
ステップ15：G-CODEを送信するソフトウェア
また、LASER GRBLを使用したために、GコードをCNCに送信するソフトウェアが必要です。
LaserGRBLは、DIYレーザーに最適なWindows GCodeストリーマーの1つです。
彫刻家。 LaserGRBLは、GCodeパスを読み込んでarduinoにストリームするだけでなく、内部変換ツールを使用して画像、写真、ロゴを彫刻できます。
LASER GRBLダウンロード。
LaserGRBLは、マシンで使用可能なCOMポートを常にチェックします。 ポートのリストでは、コントロールボードが接続されているCOMポートを選択できます。
マシンのファームウェア構成（デフォルトは115200）に応じて、接続に適切なボーレートを選択してください。
Grbl設定：
$$-Grbl設定の表示
設定を表示するには、Grblに接続した後、$$と入力してEnterキーを押します。 次の例に示すように、Grblは現在のシステム設定のリストで応答する必要があります。 これらの設定はすべて永続的でEEPROMに保存されているため、電源を切った場合、次回Arduinoの電源を入れたときにこれらの設定がロードされます。
$ 0 = 10（ステップパルス、usec）
$ 1 = 25（ステップアイドル遅延、ミリ秒）
$ 2 = 0（ステップポート反転マスク：00000000）
$ 3 = 6（dir port invert mask：00000110）
$ 4 = 0（ステップ有効化反転、ブール）
$ 5 = 0（ピンの反転、ブールの制限）
6ドル= 0（プローブピン反転、ブール）
$ 10 = 3（ステータスレポートマスク：00000011）
$ 11 = 0.020（ジャンクション偏差、mm）
12ドル= 0.002（アーク許容差、mm）
13ドル= 0（レポートインチ、ブール値）
$ 20 = 0（ソフト制限、ブール）
$ 21 = 0（ハード制限、ブール）
$ 22 = 0（ホーミングサイクル、ブール）
$ 23 = 1（ホーミングdir反転マスク：00000001）
24ドル= 50.000（ホーミングフィード、mm /分）
$ 25 = 635.000（ホーミングシーク、mm /分）
$ 26 = 250（ホーミングデバウンス、ミリ秒）
27ドル= 1.000（ホーミングプルオフ、mm）
100ドル= 314.961（x、ステップ/ mm）
$ 101 = 314.961（y、ステップ/ mm）
102ドル= 314.961（z、ステップ/ mm）
$ 110 = 635.000（x最大レート、mm /分）
$ 111 = 635.000（y最大レート、mm /分）
112ドル= 635.000（z最大レート、mm / min）
120ドル= 50.000（x加速、mm /秒^ 2）
121 = 50.000（y加速、mm / sec ^ 2）
122ドル= 50.000（z加速、mm / sec ^ 2）
$ 130 = 225.000（最大移動距離x、mm）
$ 131 = 125.000（最大移動距離、mm）
$ 132 = 170.000（最大移動距離、mm）
ステップ16：システムの調整
ここにプロジェクトの最も難しい部分があります。
-ワークピース上で可能な限り小さなドットにレーザービームを調整します。 これは、試行錯誤法を使用して時間と忍耐を必要とする最も難しい部分です。
-GRBL設定を100ドル、101ドル、130ドル、131ドルに調整
GRBLの設定は、
$ 100 = 110.000
$ 101 = 110.000
130ドル= 40.000
$ 131 = 40.000
40mmの正方形の正方形を彫刻してみましたが、非常に多くのエラーとgrblの設定を調整した後、X軸とY軸の両方から適切な40mmの線が彫刻されました。 X軸とY軸の解像度が同じでない場合、画像はどちらの方向にも拡大縮小されます。
DVDドライブからのすべてのステッピングモーターが同じではないことに注意してください。
時間がかかり、時間がかかるプロセスですが、微調整すると結果は非常に満足のいくものになります。
LaserGRBLユーザーインターフェイス。
- 接続制御：ここでは、grblファームウェアの構成に従って、接続用のシリアルポートと適切なボーレートを選択できます。
- ファイル制御：ロードされたファイル名と彫刻プロセスの進行状況を表示します。 緑色の「再生」ボタンはプログラムの実行を開始します。
- 手動コマンド：任意のGコード行をここに入力して、「Enter」を押すことができます。 コマンドはコマンドキューに入れられます。
- コマンドログとコマンドリターンコード：エンキューされたコマンドとその実行ステータスとエラーを表示します。
- ジョギング制御：レーザーの手動位置決めを許可します。 左の垂直スライダーは移動速度を制御し、右のスライダー制御はステップサイズを制御します。
- 彫刻プレビュー：このエリアには最終的な作品のプレビューが表示されます。 彫刻中、小さな青い十字が実行時の現在のレーザー位置を示します。
- Grblリセット/ホーミング/ロック解除：このボタンは、ソフトリセット、ホーミング、およびロック解除コマンドをgrblボードに送信します。 ロック解除ボタンの右側に、ユーザー定義のボタンを追加できます。
- フィードの保留と再開：このボタンは、プログラムの実行を一時停止および再開して、フィード保留または再開コマンドをgrblボードに送信できます。
- 行数と時間の予測：LaserGRBLは、実際の速度とジョブの進捗に基づいてプログラムの実行時間を推定できます。
- コントロールのステータスをオーバーライドします。実際の速度と電力のオーバーライドを表示および変更します。 オーバーライドはgrbl v1.1の新機能であり、古いバージョンではサポートされていません。
ステップ17：木彫り
ラスターインポートを使用すると、LaserGRBLにあらゆる種類のイメージをロードし、他のソフトウェアを必要とせずにGCode命令を有効にすることができます。 LaserGRBLは、写真、クリップアート、鉛筆画、ロゴ、アイコンをサポートし、あらゆる種類の画像を最大限に活用しようとします。
「ファイル、ファイルを開く」メニューから、jpg、png、またはbmpタイプの画像を選択して呼び出すことができます。
彫刻の設定は、すべての素材で異なります。
mmあたりの彫刻速度とmmあたりの品質ラインを定義します。ビデオ添付はプロセス全体の時間経過です。
ステップ18：薄紙カット
この250mWレーザーは薄い紙も切断できますが、速度は非常に低く、つまり15mm / min以下で、レーザービームを適切に調整する必要があります。
ビデオ添付は、プロセス全体のタイムラプスです。
ステップ19：ビニールの切断とカスタムステッカーの作成
カスタムビニールステッカーを作成しました。 ボーダーの速度は、使用するビニールの色によって変わります。
暗い色は扱いやすく、明るい色はややこしいです。
上記の画像は、CNCを使用して作成されたビニールステッカーの使用方法を示しています。
ただし、ビニールを燃やすと発ガン性の煙が放出されることに注意してください。 彼らは本当に悪臭がする。
♥GRBL開発者に感謝します:)
このプロジェクトが気に入っていただければ幸いです。質問があればコメントで教えてください。CNCマシンの写真も見たいです！
ありがとう!! あなたのサポートのために。
