Все эти команды могут или должны быть адаптированы к нашему станку с ЧПУ. Например, с помощью первой команды, $100 = 250 000 (x, шаг/мм), мы можем задать количество шагов на мм станка или указать, сколько шагов должен сделать двигатель, чтобы переместить ось x на 1 мм.
Станок с ЧПУ на Ардуино
«Что такое Arduino?» — это вопрос, который рано или поздно задает каждый новый специалист по станкам с ЧПУ. В этой статье мы подробно расскажем о природе и назначении Arduino, а также о том, как собрать станок на базе этой платформы.
Прочитайте нашу статью и узнайте больше о том, как собрать станок с ЧПУ на базе Arduino своими руками.
Раздел программного обеспечения состоит из среды свободного программного обеспечения (IDE) для написания программ, компиляции и программирования оборудования.
Аппаратное обеспечение представляет собой набор собранных печатных плат, продаваемых как официальным производителем, так и сторонними поставщиками. Полностью открытая архитектура системы позволяет свободно копировать или дополнять линейку продуктов Arduino.
Термин «Arduino» обычно используется для обозначения контроллера с собственным процессором и памятью. Arduino популярен как среди новичков, так и среди опытных энтузиастов, поскольку он недорог и прост в настройке.
Открытая архитектура плат Arduino позволяет людям с минимальными знаниями в области электротехники разрабатывать микроконтроллеры. Большим преимуществом также являются доступные в Интернете дизайны и коды для различных типов машин.
Одними из самых популярных контроллеров Arduino для инженеров являются UNI, R3, Mega 2560 и Nano.
Подбор электроники
После приобретения Arduino на устройство необходимо установить программное обеспечение, написанное на языке C++. Именно здесь проявляется главное преимущество платформы — наличие готовых решений в интернете. Есть готовые библиотеки и функции, классы и операторы описаны многократно, так что вы сразу сможете научиться программировать для Arduino.
Что такое GRBL?
GRBL — это программное обеспечение с открытым исходным кодом или микропрограмма, которая обеспечивает управление движением для станков с ЧПУ. Мы можем легко установить прошивку GRBL на Arduino и сразу же получить недорогой и мощный контроллер ЧПУ. GRBL использует G-код в качестве входного сигнала и выводит управление движением через Arduino.
Для лучшего понимания мы можем посмотреть на следующую диаграмму:
На рисунке показано положение GRBL в начале работы станка с ЧПУ. Это микропрограмма, которую нам нужно установить или загрузить в Arduino, чтобы она могла управлять шаговыми двигателями станка с ЧПУ. Другими словами, функция микропрограммы GRBL заключается в преобразовании G-кода в движение двигателя.
Требуемое оборудование
- Arduino — Как мы уже говорили, нам понадобится Arduino для установки GRBL. В частности, нам нужна плата Arduino на базе Atmega 328, а это означает, что мы можем использовать либо Arduino UNO, либо Nano.
- Шаговые двигатели. Очевидно, что шаговые двигатели обеспечивают движение машины.
- Драйверы — для управления шаговыми двигателями нам нужны драйверы, и распространенный выбор, когда дело доходит до небольших станков с ЧПУ DIY (использующих шаговые двигатели NEMA 14 или 17), — это драйверы A4988 или DRV8825.
- Arduino CNC Shield — для подключения шаговых драйверов к Arduino самый простой способ — использовать Arduino CNC Shield. Он использует все контакты Arduino и обеспечивает простой способ подключения всего, шаговых двигателей, шпинделя / лазера, концевых выключателей, охлаждающего вентилятора и т. д.
Обратите внимание, что это только базовая электроника, необходимая для понимания работы станка с ЧПУ.
В качестве примера того, как все должно держаться вместе, мы можем взглянуть на один из станков для резки пенопласта с ЧПУ, которые изготавливаются вручную.
Здесь вы можете проверить и купить основные электронные компоненты, необходимые для сборки этого станка с ЧПУ:
Основным инструментом этого станка с ЧПУ является горячая проволока, которая может легко расплавить или разрезать пенополистирол и придать ему любую желаемую форму.
Как установить GRBL
Чтобы иметь возможность установить или загрузить GRBL на Arduino, нам сначала понадобится Arduino IDE.
Загрузите ZIP-файл и выполните следующие действия:
- Откройте файл grbl-master.zip и извлеките файлы
- Откройте IDE Arduino, перейдите в Sketch>Включить библиотеку>Добавить библиотеку.ZIP…
Перейдите в папку «grbl-master», которую вы экспортировали, выберите папку «grbl» и нажмите Открыть файл. Теперь нам нужно использовать GRBL в качестве библиотеки Arduino.
- Затем перейдите в Файл>Примеры>grbl>grblUpload. Откроется новый скетч, и нам нужно загрузить его на плату Arduino. Код может выглядеть странно, так как это всего лишь одна строка, но не беспокойтесь, все происходит в фоновом режиме в библиотеке. Итак, нам просто нужно выбрать плату Arduino, COM-порт и нажать эту кнопку загрузки, и все готово.
Установка и настройка grbl.
Как загрузить прошивку grbl в Arduino UNO, уже неоднократно объяснялось, например, в этой статье: Установка и настройка программного обеспечения LaserGRBL». «Однако здесь мы будем использовать слегка модифицированную прошивку, разработанную специально для этого проекта. Поэтому я повторяю все необходимые действия.
1. Установка Arduino IDE.
Сначала необходимо установить среду программирования Arduino IDE. Если вы уже установили его, этот шаг можно пропустить.
Я уже объяснял, как установить и настроить программу Arduino IDE в своей статье: «Программное обеспечение Arduino IDE, бесплатное для Windows, Mac OS, Linux. Прошивка Arduino». Поэтому я вкратце объясню вам основные шаги по установке и настройке в Windows.
Установка драйвера ch340.
- Скачайте драйвер внизу статьи в разделе «файлы для скачивания»;
- Распакуйте архив;
- Запустите исполнительный файл «CH341SER.EXE»;
- В открывшемся окне нажмите кнопку Install;
- На этом установка завершена.
Теперь вы можете перейти непосредственно к загрузке библиотеки GRBL.
2. Установка библиотеки grbl.
Как я уже писал, мы будем использовать нестандартную библиотеку GRBL. Найдите нужную вам библиотеку по поиску «Grbl Pen Servo» или скачайте ее из «Download Files» внизу страницы.
Предупреждение. Необходимо удалить библиотеку GRBL, если она была установлена ранее. Для этого перейдите в папку Documents/Aduino/Alibraries, найдите папку «grbl» и удалите ее.
Затем необходимо установить библиотеку grbl. Это можно сделать двумя способами:
- Скопировать папку grbl, из архива, в папку с библиотеками Arduino, которая располагается по следующему пути: Документы\Arduino\libraries.
- Установить через менеджер библиотек:
Заходим в Arduino IDE и выбираем в меню: Скетч –>Подключить библиотеку –>Добавьте библиотеку .ZIP…
Выберите загруженный файл grbl.zip и нажмите кнопку «Открыть». После установки вы увидите, что библиотека была успешно добавлена.
3. Загрузка grbl в Arduino UNO.
После установки библиотеки grbl, заходим в меню Файлы –>Примеры, и в списке ищем пример «grbl». Открываем пример «grblUpload».
В примере ничего менять не нужно, его нужно загрузить в Arduino UNO. Для этого, в пункте меню «Инструменты», выбираем плату « Arduino UNO » и порт, к которому подключена плата. В моем случае это «COM9».
Настройка электроники ЧПУ плоттера на Arduino.
Сначала мы должны решить, какой шаг мы хотим использовать для нашего двигателя, а затем рассчитать, сколько шагов шагового двигателя необходимо для перемещения на 1 мм по осям X и Y.
Деление шага.
Перед установкой драйверов необходимо установить скачки шага. О том, что это такое и зачем нужен делитель шага, вы можете прочитать в статье о драйвере шагового двигателя A4988: «Драйвер шагового двигателя A4988». Я установил делитель шага на ½, потому что если увеличить делитель шага, мощность двигателя уменьшится. Я получаю 400 шагов на мм, что достаточно хорошо для моего плоттера.
Расчет деления шага.
Как же рассчитать деление шага и сколько шагов нужно для перемещения на 1 мм деления? Количество шагов, которое делает шаговый двигатель для 1 мм перемещения машины, зависит от характеристик шагового двигателя, передачи (винтовой или ременной) и настройки шага (для разных драйверов шаг шага устанавливается по-разному, и число его различно). В моем случае у вас есть следующие параметры:
- Шаговый двигатель 17HS4401 совершает 200 шагов на 1 оборот вала. (Из характеристик двигателя).
- Шпилька, с метрической резьбой М6, перемещается на 1 мм. за оборот (табличное значение).
- Деление шага установил ½.
Количество шагов на 1 мм рассчитывается по следующей формуле:
H = Sh*M/D, где:
H — количество шагов для перемещения на 1 мм.
Sh — количество шагов шагового двигателя для совершения 1 оборота.
M — движение при повороте ведущего винта на 1 оборот.
D — Установить шаг шага.
H = 200*1/0,5 = 400 шагов для хода 1 мм.
Эти параметры нужны нам при настройке GRBL.
Установка драйверов A4988 и настройка ограничивающего тока.
После установки деления шага, устанавливаем драйвер A4988 в разъёмы с надписью X и Y.
Дальше, нам нужно рассчитать ограничение тока драйвера A4988, для этого нужно знать параметры двигателя и номинал резисторов, установленных на драйвер A4988. Это два черных прямоугольника на плате драйвера, обычно подписаны R050 или R100.
В моем случае, номинал резисторов R100, что означает 100 Ом. Ток двигателя 17HS4401 — 1,7А.
Рассчитайте предельный ток для драйвера шагового двигателя A4988:
Vref = Imax * 8 * (RS)
Imax — ток двигателя,
RS — сопротивление. В моем случае RS = 0,100.
Для 17HS4401, Vref = 1,7 * 8 * 0,100 = 1,36 В.
Поскольку рабочий ток двигателя составляет 70% от тока удержания, мы должны умножить это значение на 0,7. В противном случае двигатели будут сильно нагреваться в режиме ожидания.
Программа для создания G-Code и управляющая программа.
У меня возникла проблема при выборе программы для генерации кода G. Но об этом я расскажу в следующий раз, а пока напишу список программ, которые я использовал. В следующей статье я расскажу вам, почему я выбрал именно эти программы.
Inkscape.
Программа для работы с векторной графикой. В программе есть надстройка для генерации G-кода, но она не подходит для нашей работы. Это двойной удар. Я уже сообщал об этой программе в статье: «Inkscape, где скачать русскую версию». Как получить русскую версию Inkscape Как получить русскую версию Inkscape?
Carbide Create V5.
Carbide Create — это бесплатное программное обеспечение CAD/CAM, разработанное небольшим производителем станков с ЧПУ «Carbide 3D». Его можно использовать для создания небольших рисунков и для генерации G-кода из векторных рисунков .svg. Это неплохая программа, но у нее есть и некоторые недостатки. О них мы поговорим в следующей статье.
Candle.
Candle — это программа управления для станков с ЧПУ. Он полностью на русском языке. Он достаточно функционален и не слишком сложен. Но простой конфигурации GRBL не существует.
Universal G-codeSender.
Это отличная программа контроля. Русский язык можно выбрать в настройках. Но, к сожалению, на компьютере с Windows всегда возникают проблемы. Я попробовал его на Linux, он отлично работает. Я использую эту программу, чтобы показать, как легко настроить GRBL.
Продолжение в следующей статье.
Понравился ли вам проект плоттера с ЧПУ Arduino своими руками? Не забудьте поделиться им со своими друзьями в социальных сетях.
Также подписывайтесь на наш канал на YouTube и присоединяйтесь к нашей группе на Facebook.
Спасибо за внимание!
Технология начинается с простой вещи!
Основание для ЧПУ плоттера
База нашего плоттера — это основание, к которому крепятся все элементы конструкции, что делает устройство жестким и портативным одновременно. Основание изготовлено из алюминия. Он легкий, прочный, легко гнется и режется, а также устойчив к ржавчине (ваши внуки, возможно, будут рисовать на плоттере через много-много лет).
Конструкция и размеры показаны на рисунке ниже (все размеры в мм):
После выполнения необходимых операций складывания и разрезания деталь выглядит следующим образом:
Сборка X, Y и Z осей
Для сборки осей x и y мы использовали два кронштейна (основания) из принтера. Каждый из них содержит шаговый двигатель, а для перемещения кассеты вперед и назад используется ременная передача.
Для оси z мы использовали мини-серводвигатель, который соединили с осью y путем склеивания. Этот серводвигатель используется для подъема и опускания штифта. Нам также необходимо разработать хороший опорный механизм, позволяющий свободно поднимать и опускать рукоятку.
Платформа рисования для плоттера
Благодаря размеру нашей машины, она может рисовать на листах бумаги формата А5. Поэтому мы вырезаем из оргстекла платформу формата А5 (148 ммx210 мм) и приклеиваем ее к подвижной части оси x нашего плоттера.
Контроллер GRBL
После того как вы создали G-код в Inkscape, необходимо проверить, вписывается ли он в заданные ограничения (с точки зрения возможности рисования).
Ограничения рисунка определены в следующих строках кода нашей программы для Arduino:
В следующем окне контроллера GRBL можно проверить, превышает ли изображение в сгенерированном G-коде пределы символов, заданные в программе Arduino. Если какая-либо часть изображения выходит за эти пределы, она не будет нарисована.
В нашем примере значения x и y находятся в диапазоне от 0 до 40 мм. Однако, поскольку мы разработали плоттер с большей областью рисования, мы изменили верхний предел с 40 мм на 60 мм.
Поэтому, нарисовав G-код в Inkscape, перед загрузкой на плату Arduino проверьте его с помощью GRBL, не выходит ли он за пределы области рисования. Если это так, просто измените размер в Inkscape.
Как сделать ЧПУ-станок для выжигания на различных материалах?
Коррозионная машина использует лазер для фокусировки луча на поверхности материала. Фокус обычно составляет не более 0,001 дюйма.
Принцип изготовления и сверления такой же, как и у фрезера. Только вместо фрезера используется лазер мощностью 5,5 Вт и более.
При правильной настройке скорость лазерной выжигательной машины составляет 10 метров в минуту. Его можно увеличить, управляя машиной с ноутбука, отсоединив кабель LPT.
А как насчет взаимодействия
Удивительно, что некоторые мастера говорят, что mach3 arduino не подходит для станков с ЧПУ, а тем более, что симбиоз mach3 arduino невозможен — мол, они не хотят сотрудничать.
Другие, однако, убеждены в обратном: Arduino можно использовать в трех вариантах для ЧПУ:
- Полностью автономный контроллер.
- Плата-интерпретатор отвечает за движения, но они рассчитываются на компьютере.
- Плата-транслятор (переходник) – выполняет роль виртуального ЛПТ-порта.
Многие пользователи Интернета, имеющие проблемы с электроникой, просят посоветовать программу, чтобы заставить использующие ее машины работать плавно и точно. Фрезерные станки предназначены для равномерной обработки заготовки, следуя сигналам от программного модуля.
Читайте также: Печь для полимеризации порошковой краски своими руками
Лазерный резак, даже если он сделан вручную, будет соблюдать все параметры перемещения.
