Mini CNC Laser Wood Engraver and Laser Paper Cutter.

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32.

介绍:迷你数控激光木雕刻机和激光切割机。

这是一个有关如何使用旧DVD驱动器,250MW激光器制作Arduino基于Arduino基于激光CNC木雕刻刀和薄纸刀具的令人责任。比赛面积为40毫米x 40mm。

Isn't it fun making a own machine out of old things?

步骤1:所需零件和材料

  • Arduino nano(带USB电缆)
  • 2x DVD驱动器步进机构
  • 2x A4988步进电机驱动器模块(或GRBL屏蔽)
  • 250MW激光可调镜头(或以上)
  • 12V 2AMPS电源最小
  • 1x IRFZ44N N沟道MOSFET
  • 1x 10k电阻
  • 1x 47OHM电阻
  • 1x LM7805电压调节器(带散热器)
  • 空白PCB板
  • 公头和母头
  • 2.5mm JST XH式2PIN阳连接器
  • 1x 1000UF 16V电容器
  • 跨接电缆
  • 8x小钕磁铁(我从DVD镜头机构销售)
  • 1x 2pin plug in screw terminal block connector
  • 拉链(100mm)
  • Super Glue
  • 环氧胶水
  • 木镀层板
  • Acrylic sheet
  • 一些M4螺钉、螺栓和螺母
  • 激光安全眼镜


该项目必须需要激光安全眼镜。

Most of all the parts salvaged or are brought from China through a site called BANGGOOD.

第二步:拆开DVD驱动器步进机构

需要两个DVD驱动器机制,一个用于X轴,第二个用于Y轴。

使用一个小十字头螺丝刀,我删除了所有的螺丝和分离步进电机,滑轨和追随者。

步进电机是4针双极步进电机。

小尺寸和低成本的DVD电机意味着你不能期望高分辨率的电机。这是由丝杠提供的。
此外,并非所有此类电机都执行20步/转。24也是普通规范。你只需要测试你的电机,看看它所做了什么。

计算CD驱动步进电机分辨率的步骤:

为了测量CD/DVD驱动步进电机的分辨率,采用了数字测微仪。测量沿螺钉的距离。用千分尺测量螺钉的总长度,结果是51.56毫米。确定导程值,即螺钉上两个相邻螺纹之间的距离。在这段距离内,螺纹数为12根。导程=相邻螺纹之间的距离=(总长度/螺纹数=51.56 mm)/12=4.29 mm/转。

步进角度是18度,其对应于20个步骤/旋转。现在所需的所有信息可用,可以计算步进电机的分辨率,如下所示:
分辨率=(相邻螺纹之间的距离)/(N步/转)=(4.29mm/转)/(20步/转)=0.214mm/步。这是所需分辨率(0.68mm/步)的3倍。

第3步:装配X轴和Y轴的滑轨

对于滑轨,我已经使用了2个额外的棒,以实​​现更好,平稳的性能。滑块的主要功能是在杆和滑块之间自由滑动杆上滑动。

It took me some time to make the slider glide freely on the rod.

步骤4:步进X和Y的主框架

使用一些丙烯酸片,我已经为步进和滑轨制成了两个主框架。步进电机在主框架和其基部之间具有隔离物,并且轴是必要的。

步骤5:将滑轨与主框架连接

First using super glue I've tried adjusting the proper position of the rails, where they should be so that the follower makes proper contact with the stepper thread. The contact should be proper not too tight or not too slag. If the contact is not proper between the follower and the thread, steps will skip or motor will draw more current than usual in running condition. It takes some time in adjusting.

Once its was adjusted, using Epoxy glue I fixed them.

Step 6: Wiring of Stepper Motors

对于我使用旧USB电缆的步进电机,因为它内部有4个电线并盖上盖子,它更灵活,易于使用。

在万用表中使用连续性模式确定确定2线圈,线圈A和线圈B.

我通过选择颜色,为线圈A对一对,对于线圈B.焊接它们并使用热收缩管。

步骤7:梳理x和y轴

X and Y co-ordinates movement.

我把X轴和Y轴的滑块垂直地连接在一起,在它们之间使用一些间隔物。上面还附加了一个薄金属烤架作为工作床。钕磁铁用作工件夹持器。

第8步:电子产品

用于驱动程序的零件是:

  • Arduino Nano.
  • 2 x A4988 Stepper motor drivers.
  • 1x IRFZ44N N沟道MOSFET。
  • 具有散热器的1x LM7805电压稳压器。
  • 1x 47ohm and 1x 10k resistor.
  • 1x 1000uf 16V电容器。
  • 1x 2.5mm JST XH-Style 2pin male connector.
  • 男性和女性标头别针。
  • 1x (20mm x 80mm blank PCB).

在GLBL中,Arduino的数字和模拟销是保留的。X和Y轴的“步骤”引脚分别连接到数字引脚2和3。X和Y轴的“Dir”引脚分别连接到数字销5和6。D11用于激光使能。

Arduino通过USB电缆获得电力。A4988驱动程序通过外部电源。所有地面都股票共同连接。A4988的VDD连接到Arduino的5V。

我用的激光器运行在5V电压下,内置了恒流电路。对于来自外部电源的恒定5V电源,使用LM7805电压调节器。散热器是强制性的。

当从Arduino的PIN D11接收数字高信号时,IRFZ44N N沟道MOSFET作为ELELCTRONIC开关。

注意:5V从Arduino Nano无法使用Mavuse激光绘制超过250mA,并且Arduino Nano无法提供大部分电流。

为每个轴配置微步进。

MS0 MS1 MS2微步分辨率。

低矮的完整步骤。

High Low Low Half step.

Low High Low Quarter step.

高低八步。

High High High Sixteenth step .

3个引脚(MS1、MS2和MS3)用于根据上述真值表选择五个阶跃分辨率中的一个。这些引脚有内部下拉电阻,所以如果我们让它们断开,电路板将在全步模式下运行。我已经使用了第16步的配置平滑和无噪音。大多数(但肯定不是所有)步进电机每转200步。通过适当管理线圈中的电流,可以使电机以较小的步幅移动。Pololu A4988可以使马达每转1/16步,即3200步,微步的主要优点是减少了运动的粗糙度。唯一完全准确的位置是全步位置。电机将不能以与全步位置相同的位置精度或相同的保持扭矩在中间位置之一保持静止位置。一般来说,当需要高速时,应使用全步。

第九步:把所有的东西组装成一个整体

我用一些塑料L脱离了一些塑料L脱落,带有一些支撑。然后使用M4螺丝,螺母和螺栓安装在木层板上。

步进电机与驱动器的连接也完成了。

Step 10: Laser Assembly

我使用的激光器是200-250MW 650nm的聚焦激光模块。外金属壳体作为激光二极管的散热器。它具有可聚焦的镜片,用于调节激光点。

使用两个拉链,我用架子安装了激光。激光器的散热器也可以使用,但我的激光没有过热,所以我没有用它。将激光线端子连接到驱动板上的激光插座。

你可以得到一个这里

步骤11:调整步进驱动器电流

为了实现高步进速率,电动机电源通常远高于不受电流限制的情况下允许的高得多。例如,典型的步进电机可能具有1A的最大电流额定值,其中5Ω线圈电阻,这表示5 V的最大电动机电源。使用具有12 V的这种电动机将允许更高的步骤速率,但电流必须主动限于1A以下,以防止损坏电机。

A4988支持此类有源电流限制,并且板上的修剪器电位器可用于设置电流限制。设置电流限制的一种方法是将驱动器放入全步骤模式,并测量通过单个电机线圈运行的电流而无需计时步进输入。测量的电流将是电流限制的0.7倍(因为两个线圈始终打开并限制在全步骤模式下的电流限制设置的70%)。请注意,更改逻辑电压VDD到不同的值将改变电流限制设置,因为“REF”引脚上的电压是VDD的功能。设置电流限制的另一种方法是直接测量电位计顶部的电压,并计算所得到的电流限制(电流检测电阻为0.1Ω)。电流限制涉及参考电压,如下所示:当前限制= VREF×1.25因此,例如,如果参考电压为0.6V,则电流限制为0.75A。如上所述,在完整的步骤模式中,通过线圈的电流限制在电流限制的70%,因此得到的全步线圈电流为1A,电流限制应为1A / 0.7 = 1.4A,其对应对于1.4A / 1.25 = 1.12 V的VREF。有关更多信息,请参阅A4988数据表。注意:线圈电流与电源电流非常不同,因此您不应使用电源下测量的电流设置电流限制。将当前仪表的适当位置与一个步进电机线圈串联串联。

第12步:准备好!

使用四个小型钕磁体锁在工作床上的工作件并将X和Y轴设置为初始位置(主页)。通过外部电源,Arduino Nano通过USB A到USB Mini B电缆向计算机上加电。还通过外部电源为电路板供电。

安全第一。

必须需要激光安全眼镜

Step 13: GRBL Firmware

  1. 下载grbl 1.1,这里
  2. Extract on the desktop the grbl-master folder, you find it in the file master.zip
  3. 运行Arduino IDE
  4. 从“应用程序栏”菜单中,选择:素描 - > #include库 - >从file.zip添加库
  5. 选择您可以在GRLB-Master文件夹中找到的文件夹GLBL,然后单击“打开”
  6. 现在安装了库,并且IDE软件将向您显示此消息:库被添加到库中。检查“图书馆包含”菜单。
  7. 然后打开一个名为“grbl上载”的示例并将其上传到您的Arduino Board

第14步: Software to Send G-CODE

我们还需要一个软件向CNC发送G代码,因为我已经使用了激光GRBL

LaserGrbl是DIY激光雕报器的最佳Windows Gcode流拖缆之一。LaserGrbl能够加载和流传输到Arduino的GCode路径,以及雕刻图像,图片和具有内部转换工具的徽标。

激光GRBL下载

LaserGrbl不断检查机器上可用的COM端口。端口列表允许您选择控制板连接的COM端口。
请根据机器固件配置选择连接的正确波特率(默认为115200)。

GRBL设置:


$$ - 查看GRBL设置

要查看设置,请在连接到grbl后键入$$并按Enter。GRBL应使用当前系统设置列表进行响应,如下图所示。所有这些设置都是持久的并在EEPROM中保存,因此如果您关闭电源,则在下次启动Arduino时将备份这些。

$0=10 (step pulse, usec)

$ 1 = 25(步闲延迟,msec)

$2=0(阶跃端口反转)mask:00000000)

$3=6 (dir port invert mask:00000110)

$ 4 = 0(步骤启用反转,BOOL)

$ 5 = 0(限制引脚逆变,BOOL)

$ 6 = 0(探针逆转,BOOL)

$ 10 = 3(状态报告蒙版:00000011)

11美元= 0.020(结偏差,mm)

$12=0.002 (arc tolerance, mm)

$13=0(报告英寸,布尔)

$20=0 (soft limits, bool)

$21=0 (hard limits, bool)

$22=0(归位周期,布尔)

$ 23 = 1(归位DIR反转掩码:00000001)

$24=50.000 (homing feed, mm/min)

25美元= 635.000(归巢,mm / min)

$ 26 = 250(归位淘汰,毫秒)

$ 27 = 1.000(归位下拉,mm)

$100=314.961 (x, step/mm)

$101=314.961(y,步长/mm)

$ 102 = 314.961(z,步骤/ mm)

110美元= 635.000(x最大速率,mm / min)

$111=635.000 (y max rate, mm/min)

$ 112 = 635.000(z最大速率,mm / min)

$120=50.000(x加速度,毫米/秒^2)

$ 121 = 50.000(Y Accel,MM / SEC ^ 2)

$ 122 = 50.000(Z Accel,MM / SEC ^ 2)

$ 130 = 225.000(x最大旅行,mm)

$ 131 = 125.000(y最大旅行,mm)

$132=170.000 (z max travel, mm)

Step 15: Tweaking the System

这是项目中最困难的部分。

-Adjusting the laser beam into the smallest dot possible on the work piece. This is the Trickiest part which require time and patience using trail and error method.

-Tweaking the GRBL settings for $100, $101, $130 and $131

my setting for the GRBL is,

$100=110.000

$ 101 = 110.000

$ 130 = 40.000

$ 131 = 40.000

I tried engraving a square of 40mm sides and after so many error and tweaking the setting of grbl, I get the proper 40mm line engraved from the both X and Y-axis. If the resolution of X and Y-Axis are not same the image will scale in either direction.

Keep in mind not all Stepper motor From DVD Drives are the same

这是一个漫长和耗时的过程,但结果是如此令人满意时调整。

LaserGRBL user interface

  • Connection control: here you can select serial port and proper baud rate for connection, according to grbl firmware configuration.
  • 文件控制:显示加载的文件名和雕刻过程的进度。绿色的“播放”按钮将开始程序执行。
  • 手动命令:您可以在此处键入任何G代码行,然后按“Enter”。命令将被熄灭为命令队列。
  • 命令日志和命令返回代码:显示延期的命令及其执行状态和错误。
  • 慢跑控制:允许手动定位激光。左侧垂直滑块控制移动速度,右滑块控制步长。
  • 雕刻预览:此区域显示最终作品预览。在雕刻过程中,一个蓝色的小十字将在运行时显示当前的激光位置。
  • GRBL RESET / HOMING / UNLOCK:此按钮将软复位,归位和解锁命令提交给GRBL板。在解锁按钮的右侧,您可以添加一些用户定义的按钮。
  • Feed Hold和Resume:此按钮可以暂停和恢复程序执行向GRBL板将Feed Hold或Resume命令恢复。

  • 线路计数和时间投影:LaserGrbl可以根据实际速度和作业进度估算程序执行时间。

  • 覆盖状态控制:显示和更改实际速度和功率覆盖。覆盖是GRBL V1.1的一个新功能,旧版本不受支持。

第16步:木雕雕刻

Raster import allows you to load an image of any kind in LaserGRBL and turn it GCode instructions without the need of other software. LaserGRBL supports photos, clip art, pencil drawings, logos, icons and try to do the best with any kind of image.

通过选择jpg,png或bmp类型的图像,可以从“文件,打开文件”菜单中回忆起来

所有材料的雕刻设置都不同。

定义每毫米雕刻速度和质量-lines per mm

Video Attached is the time-lapse of the whole process.

步骤17:薄纸切割

该250MW激光器也能够切割薄纸,但速度应非常低,即应对15mm / min,激光束应适当调整。

Video Attached is the time-lapse of the whole process.

Step 18: Vinyl Cutting and Making Custom Stickers

我制作了一些自定义乙烯基贴纸。寄宿机速度相对于所用乙烯基的颜色变化。

暗色是易于使用的,而较浅的颜色是一些棘手的。

上面的图像演示了如何使用使用CNC制造的乙烯基贴纸。

♥特别感谢GRBL开发者:)

I hope you liked this project, let me know in the comments if any queries,

I would like to see photos of your CNC machines too!

谢谢!! for Your support.

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    32讨论

    0.
    1月587606

    问题7个月前

    嗨,我是非常新的这种类型的项目,我做这个是因为学校。
    我已经完成了,我必须说一切,但我有一个问题。当我测试激光时,它没有切割或刻录,但它与您使用的激光器。你能帮我帮助我如何让激光工作?谢谢

    0.
    玛姬·沙阿

    7个月前回答

    你试过重点激光吗?

    0.
    1月587606

    7个月前回复

    我仍然没有。接下来,我试图使您在一张照片中的一张照片从3000到12,000中获得更大的质量,我刚刚在墙上测试了它而不聚焦它,所做的圆圈就是更大的方式,所以我决定用今天的激光重点尝试它。如果它有效,我会给您信息。

    0.
    UserInstru.

    问题8个月前第14步

    Hi.
    Your instructable is interesting and it can be a good example for novices as me (into stepper and CNC). But I have this question: why you give 12 V. to the stepper motors that usually are to be supplied with 5 - 6 V. pulses?

    0.
    Dorcu.

    8 months ago

    当我用Lasergrbl振动很多并保持就位时,我的电机。什么可以?

    0.
    玛姬·沙阿

    8个月前回复

    It seems might be, the connection of the motor to the stepper driver is not correctly done. Both the coil should be in sequence to run forward or backward, and if they are not in sequence both the coils will generate two opposite magnetic force resulting the stator to alternate inbetween. Thats the cause why stepper motor vibrates at steady place.

    0.
    Dorcu.

    8个月前回复

    I've already gotten them moving both ways, but I feel like the movement isn't smooth. It is right? You can see this video that I have uploaded to my channel.

    https://www.youtube.com/watch?v=yefwikfa448

    0.
    玛姬·沙阿

    8个月前回复

    您正在使用哪些步骤配置来驱动步进电机?我已经使用第16步配置进行平滑和无噪音。驱动器A4988上的MS0 MS1 MS2应高于第16步配置。

    0.
    jaarden45

    问题11个月前第2步

    I have probably used 2 different stepper motors. Can it be set per axis?
    两者也只在一个方向上运行。

    0.
    杰兰托林

    11个月前

    How can i buy all items and materials?

    0.
    梅拉拉

    问题1 year ago


    What is the most powerful laser that can be placed in this system?

    0.
    Ianmcmill.

    2年前

    很好的指导。我自己制作了激光雕刻器,并使用了从DVD作家中使用的激光器,我认为已经调整到300MW。但我从不设法削减纸张。特别是白皮书。此外,我也可以雕刻像樱桃树制成的Balsa这样的特定木材,或者有时用于包装的廉价物品。我无法雕刻普通的popplar。黑色塑料没问题。还有乙烯基。但请记住,燃烧乙烯基释放致癌烟雾。他们闻起来很糟糕。

    0.
    FMDavid.

    回复1年前

    它发生在我身上。暗纸板没有问题。橡胶eva也变得完美。但它不适用于薄薄的白纸或轻木。尽管我试图调整激光器,没有办法。你能解决吗?

    0.
    玛姬·沙阿

    2年前回复

    首先感谢你。焦点激光是一项艰巨的任务,如果良好聚焦我能够用这种激光切割〜2mm黑色塑料,雕刻速度过低5mm / min,但边框太乱而不清晰。与白皮书相同,雕刻速度低,约为10mm / min。即使具有更高的速度,黑纸和乙烯基也不难以切割。

    Have you ever tried changing the laser housing?

    0.
    托马斯普143

    2年前

    超级漂亮的指导,我正在尝试在它之后建立同样的事情,同样在这个问题上也是如此://www.sledutah.com/id/Arduino-CNC-Laser...

    我是在聚焦的部分,我有几个问题。我从DVD燃烧器中检索了我的Alser二极管,并将自己从Aixiz击中了一些空白的房屋。在受控电流供应中,我将20mA集中在最小的点中,在此目的,看起来似乎在野兽时,我得到两个超级小点彼此靠近......然后加到0.5a(0.4a是通常足够)为了燃烧,这里有奇怪的部分:为了燃烧一些木头,我需要扭转激光一点或角度只是一个TAD找到直角,它不起作用。之后,权力足以“遵循”烧焦的线,在那里是黑色的,但我无法轻易启动一个新的。

    你能否证实一旦找到了正确的焦点参数,它就直接开始燃烧,你不必再触摸它了?
    What do you think about the super small two dots? Could that be coming from the fact that I pressed the diode myself and possibly damaged it or did not align it properly?

    如果我放0.5a(约3.3V)并且仍然燃烧仍有问题,那可能意味着我的焦点系统不是最好的..由于您使用250W,所以可能更少的力量,似乎开始直接燃烧。

    提前谢谢你的时间或你可能有的任何提示:)

    0.
    michael_boldt

    回复1年前

    嗨,托马斯,
    I ran into the same focusing problem: two dots instead of one. My solution was to get a new glass (not plastic!) lens specified for the laser‘s wave lenght.
    您的评论是10个月大,也许这提示将帮助他人,特别是在使用蓝色激光时。

    0.
    玛姬·沙阿

    回复1年前

    首先抱歉迟到的回复,在我的情况下,激光器很容易在新点开始燃烧。对于诚实的,这些DVD激光二极管与之合作很棘手,因为它没有任何部分名称,这使得在没有数据表的情况下与他们工作更加努力。

    0.
    po

    2年前

    The code you use to write the program Arduino Nano ?