Изготовление станка CNC из дерева на базе Arduino

Содержание

CNC станок из дерева на Arduino

Создаем CNC (ЧПУ) станок с использованием Arduino UNO R3, GCode Sender и GRBL.

Станок сделан из дерева. Готовьтесь к тому, что больше всего времени займет изготовление механической составляющей. С электроникой все несколько проще, но не менее интересно.

Фотографий будет много, текстовых пояснений – необходимый минимум. Фотографии приведены в конце каждого раздела проекта.

Необходимы материалы и компоненты

Из собственного опыта рекомендую приобрести все необходимые материалы перед началом любого проекта.

Список материалов и компонентов, которые вам понадобятся:

Фанера
Резьбовые валы
Стальные стержни
Шариковые подшипники
Гайки
Болты
Шаговые двигатели (в данном проекте использовались Nema 23)
Драйвера шаговых двигателей TB6560
Источник питания 24 В 15 А
Arduino UNO R3
Провода
Втулки из нейлона (капролона, фторопласта) и металлические втулки

Ссылки для заказа необходимого электронного оборудования, которое использовалось в проекте из Китая

Ось X

Для того, чтобы сделать основание, используется несколько деревянных брусков, в которых сделаны глухие и сквозные отверстия. После этого устанавливаются стальные резьбовой вал. Он выполняют роль привода для оси Х.

Глухие отверстия служат упором для стальных валов, которые выполняют роль направляющих для оси Х. Резьбовой вал устанавливается по центру. При его вращении каретка (стол), перемещается вдоль оси Х. На толщине фанеры или деревянного бруска экономить не надо.

Чем больше она весит, тем меньше наш станок будет вибрировать, соответственно, возрастает точность позиционирования.

Ось Y

Портальная конструкция оси Y очень схожа с конструкцией основания (ось Х). Портал (ось Y) устанавливается на подвижном столе, который перемещается по оси Х благодаря зафиксированной гайке под столом. Все это видно на рисунках, которые приведены ниже.

Ось Z

Ну и ось Z! Конструкция и сборка по принципу очень схожи с осями Х и Y. Эта ось обеспечивает вертикальное перемещение рабочего органа для подачи инструмента.

Сборка CNC станка

Собрать все это вместе несложно. Понадобится лишь несколько болтов-гаек. Размеры конструкции, которые приведены на рисунке приблизительные.

Вы можете сделать ваш станок с управлением от Arduino больше или меньше

Единственное, на что стоит обратить внимание: не используйте клей, если какие-то детали поломались

Просто изготовьте новую деталь, иначе о жесткости вашего CNC станка говорить не придется.

Электроника

Теперь настало время подключить Arduino, драйвера и шаговые двигатели . Используйте по одному драйверу на отдельный шаговый мотор. Каждому драйверу надо питание для работы. Я использовал источник питания 24 В 15 А.

Драйвера выбираются в зависимости от силы тока (А), которая требуется для шаговых двигателей. A+, A-, B+, B- соответствуют каждой из двух катушек моторов и их полюсам.

CLK+ (Clock) подключается к пину step (шаг) на Arduino, CW+ (Clock Wise) подключается к пину direction (направление), CLK- и CW подключается к пину GND. EN+ EN- подключать не надо.

Подключение Grbl.

Загрузка и настройка GRBL на Arduino Uno R3

githubusercontent.com/grbl/grbl-builds/master/builds/grbl_v0_8c_atmega328p_16mhz_9600.hex ) на вашу плату Arduino. После этого откройте GCodeSender, чтобы подключить ваш Arduino к персональному компьютеру.

Все! Ваша плата Arduino готова к использованию для управления CNC станком.

На еще одном видео ниже приведена инструкция по настроке GRBL под ваши шаговые двигатели (хоть и тоже на итальянском, но по видеоматериалу можно спокойно сориентироваться):

CAD/CAM рекомендации и видео рабочего CNC станка с управлением от Arduino

Для задания траектории обработки (профиля вашей будущей детали) используются чертежи из любой CAD программы. После этого используется CAM программа для формирования G кода. Я, например, использую MasterCam X7, которая одновременно выполняет задачи и CAD и CAM программы.

На видео ниже представлен конечный результат. Надеюсь, вам понравится и это даст вам дополнительную мотивацию для создания собственного CNC станка под управлением Arduino.

Оставляйте Ваши комментарии, вопросы и делитесь личным опытом ниже. В дискуссии часто рождаются новые идеи и проекты!

Написание программы управления плоттером для Arduino и тестирование проекта

Перед началом написания программы необходимо удостовериться в том, подключены ли шаговые двигатели и работают ли они корректно.

Поскольку в нашем проекте мы используем шилд драйвера двигателей L293D нам необходимо скачать библиотеку AFmotor Library. Затем добавьте ее в каталог библиотек Arduino IDE. Переименуйте его в AFMotor. Если у вас открыта Arduino IDE, то закройте ее и снова откройте (то есть перезапустите), кликните на пункт меню file -> examples -> Adafruit Motor Shield Library -> stepper. Убедитесь в том, что вы выбрали правильный COM порт и плату Arduino и затем загрузите код этого примера в вашу плату Arduino. После этого на шаговом двигателе 1 вы должны наблюдать некоторые движения.

Для того чтобы протестировать работу шагового двигателя 2 измените порт двигателя с 2 на 1 в следующем фрагменте кода и снова загрузите код примера в плату Arduino.

Arduino

#include <AFMotor.h>
// Connect a stepper motor with 48 steps per revolution (7.5 degree)
// to motor port #2 (M3 and M4)
AF_Stepper motor(48, 2);

1
2
3
4

#include <AFMotor.h>
// Connect a stepper motor with 48 steps per revolution (7.5 degree)
// to motor port #2 (M3 and M4)

AF_Steppermotor(48,2);

Код программы для Arduino

Теперь, когда вы убедились в том, что шаговые двигатели функционируют, скопируйте код Arduino для нашего плоттера (приведен в конце статьи, также его можно скачать по этой ссылке) и загрузите его в плату Arduino.

G-код (G-Code) для плоттера с ЧПУ

G-код представляет собой язык, на которым мы говорим машине с числовым программным управлением (ЧПУ) что она должна делать. В основном он содержит координаты X, Y и Z.

Пример этого кода:

Arduino

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
X0. Y-0.5 I-0.5 J0.
X-0.5 Y0. I0. J0.5
G01 Z0.1 F5.
G00 X0. Y0. Z0.25

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

G17G20G90G94G54

G0Z0.25X-0.5Y0.

Z0.1

G01Z0.F5.

G02X0.Y0.5I0.5J0.F2.5

X0.5Y0.I0.J-0.5

X0.Y-0.5I-0.5J0.

X-0.5Y0.I0.J0.5

G01Z0.1F5.

G00X0.Y0.Z0.25

Написание G-кода вручную даже для простых геометрических фигур достаточно утомительно, поэтому мы воспользуемся специальным программным обеспечением которое позволит нам генерировать G-код. В нашем проекте мы для этой цели использовали программное обеспечение «Inkscape», которое можно скачать по этой ссылке. Также вы можете скачивать уже готовые G-коды в интернете.

Программная среда Processing IDE для загрузки G-кода в Arduino

Программная среда с открытым исходным кодом Processing IDE поможет нам в загрузке G-кодов в плату Arduino. Для этого вам сначала необходимо скачать GCTRL.PDE file. После скачивания откройте этот файл в Processing IDE.

После этого нажмите “run” (запуск программы). На экране появится окно со всеми необходимыми инструкциями. Нажмите “p” на клавиатуре. Система попросит вас выбрать порт. Выберите порт, к которому подключена ваша плата Arduino. В нашем случае это порт 6.

Теперь нажмите “g” на клавиатуре и выберите папку на компьютере, где у вас хранится ваш G-код. Выберите необходимый файл с G-кодом и нажмите enter. Если все соединения в схеме у вас сделаны правильно, то вы заметите как устройство (плоттер) начнет рисовать на бумаге.

Если вы хотите остановить процесс рисования, то просто нажмите “x” и плоттер остановит свою работу.

Для любителей выжигать на различных материалах

В сети можно увидеть многочисленные самодельные модели выжигателей, которые способны создавать рисунок на фанере, пластике, металле и даже на стекле. Причем достигается фотографическая схожесть и некоторая объемность изображения. Поверхность очищают, обезжиривают, грунтуют белым акрилом марки Kudo и, применяя лазерный ЧПУ выжигатель, его ещё называют пиропринтер, создают уникальные изображения. Иногда процесс длится 6 и больше часов.

Скорость работы выжигателя – стабильная 10 м/мин, и у программистов есть идеи, как ее поднять, не вмешиваясь в работу блока управления. Управлять выжигателем можно и с ноутбука (ОС Windows XP и 7), отказавшись от LPT кабеля. Это превратит выжигание в увлекательное занятие для детей и подростков с применением возможностей лазерных фрезеров.

ЧПУ станок из дерева

Для него нужна Аrduino uno R3, G-сode Sender и GRBL. Необходимо заранее подготовить материалы и компоненты: фанеру, гайки с болтами, резьбовой вал и стержни из стали, шарикоподшипники, ШД Nema 23 и драйвера к ним, источник питания 24 В, 15 А, втулки из капролона, фторопласта и металла, провода.

Многое, входящее в электронику, прислали из Китая.

Основанием служат бруски из древесины с глухими, сквозными отверстиями. Стальной резьбовой вал, установленный по центру станка, служит приводом для оси Х. В момент его вращения – каретка (рабочий стол) выполняет перемещение вдоль этой оси Х.

Портал (ось Y) устанавливают на подвижном столе, фиксируя гайкой под столом. Ось Z служит для перемещения рабочего органа (он подает инструмент в вертикальном положении).

Для сборки понадобятся болты и гайки. Не стоит склеивать поломанные делали, лучше их заменить новыми. Подключая Arduino, ШД и драйверы к каждому из них, надо предусмотреть и блоки питания для них. Загрузив и настроив код GRBL, можно открыть G-сode Sender и подключить Arduino к ПК. Плата готова участвовать в процессе управления чпу станком.

Чтобы задать траекторию обработки, используются чертежи любой CAD программы. Затем используется CAM программа, формирующая G-код.

Что такое Arduino

Прежде всего, стоит разобраться, что такое Arduino.

Ардуино это:

название торговой марки аппаратуры, средств программирования, при помощи которых реально построить модели станков (в том числе, трехосевого), несложные системы автоматики и робототехники;
линейка продукции, наличие открытой архитектуры у которой позволит скопировать или дополнить уже существующие конструкции;
небольшая плата с собственным процессором и памятью;
аппаратная вычислительная платформа или же контроллер;
язык программирования, позволяющий разбирать различный софт (условно бесплатное ПО, свежие новости в области IT);
так называемый электронный конструктор.

Создавая на Ардуино устройства электроники, способные принимать сигналы от разных цифровых и аналоговых датчиков, подключенных к нему, как к основе. Поэтому в контексте данной статьи, речь будет идти о платах.

Cборка станка

Построение оси Y

Сначала мастер измеряем двигатель, ремни и шкивы. На старом серводвигателе установлен шкив с 20 зубьями. Оптимален шкив с 60 зубьями + зубчатый ремень 200 мм для привода ходового винта.

В ящике сверлим отверстия. Установили опорные подшипники. Установили ходовой винт и стержни.

Монтаж рабочей поверхности по оси Y

В качестве рабочей поверхности использовуют ламинированную доску.

Чтобы зажать медную гайку ходового винта, использовали опору шагового двигателя L и 2 акриловые пластины, как на картинке ниже. Диаметр отверстия L-образной опоры и медной гайки совмещены.

Затем платформу нужно закрепить на опорных подшипниках + ходовой винт.

Построение оси X

Маленькая коробка использовалась для того, чтобы построить структуру оси X. Как и ось Y, использовали дополнительный шкив с 60 зубьями и зубчатый ремень 200 мм для привода ходового винта.

Серводвигатель оси X спрятан внутри коробки. Один акриловый лист размером 100 x 230 мм был установлен на оси X, а позже на нем будет установлен CD-привод для оси Z.

Медная гайка ходового винта зажимается между опорой двигателя L-образной формы и двумя небольшими акриловыми листами, как и ось Y. Дальше собирает две оси вместе.

Построение оси Z

Для оси Z использовался старый CD-привод. Ручка / карандаш зажимается алюминиевой муфтой.

Далее раму укрепили шпильками. Установил рабочий стол.

Сверлильный станок ЧПУ для плат из палок и саморезов

Новые книги Шпионские штучки: Новое и лучшее схем для радиолюбителей: Шпионские штучки и не только 2-е издание Arduino для изобретателей. Обучение электронике на 10 занимательных проектах Конструируем роботов. Руководство для начинающих Компьютер в лаборатории радиолюбителя Радиоконструктор 3 и 4 Шпионские штучки и защита от них. Сборник 19 книг Занимательная электроника и электротехника для начинающих и не только Arduino для начинающих: самый простой пошаговый самоучитель Радиоконструктор 1 Обновления Подавитель сотовой связи большой мощности.

Самодельный сверлильный станок , Конструкции. Подписка на тему Сообщить другу Версия для печати. Решил озадачиться изготовлением мини сверлильного станка, начал гуглить, яндексить и тому подобное, нашел один станок про который не могу не написать. Станок из дисководов. Посмотрел видео Нашел вот несколько занятных конструкций. Эта сделана из станка пресса для формирования шильдиков Присоединённое изображение Нажмите для увеличения.

Эта конструкция видимо на базе микроскопа Присоединённое изображение Нажмите для увеличения. А я себе купил года 3 назад на радиорынке сверлильный станок на базе большого штангельциркуля — д сих пор отлично работает.

Цифрового фотика нет — потому такое качество фотографии. Присоединённое изображение. Во блин и правда на базе штанген циркуля!!! Че тока не придумають.

А как с люфтами дело обстоит??? А у меня вот такой с микроскопа уже много лет отлично работает. Патрон со сменными цангами 7 шт. Сделал подсветку для удобства. Присоединённое изображение Нажмите для увеличения. А у меня самый античный : : : Присоединённое изображение Нажмите для увеличения.

Хотя есть и менее античный : Вот этому в общей сложности более 30 лет : модернизации не в счет : Присоединённое изображение Нажмите для увеличения. Станочек работает больше лет!!!. Реально год. По мощности ватт не более. Рукой останавливается без особых усилий : Но если раскрутится то тогда уже куда не шло :. Вот мой аппарат. А кто нибудь может изготовить такую штуку под заказ с доставкой?

Я думаю, не мне одному было бы это интересно. По его мотивам слепил из подручных материалов вот такую конструкцию. Хочу тоже поделиться,хотя с микроскопом я далеко не первый. И еще одна деталь -я сверлю не платы,а заготовки из природного камня. В корытце наливается вода. Люфта никакого,отверстие 2,5 мм нужно идеальное. Мои самоделки сверлильных станков. Мои самоделки. Это электропривод движения шпинделя станка, «вверх-вниз» длина хода 10 см, состоит из маломощного электродвигателя, планетарного редуктора и механизма преобразования кругового движения в линейное перемещение.

Развиваемое усилие кг скорость перемещения регулируется в широких пределах, имеет концевые выключатели крайних положений. В своей прежней жизни использовался в механизме выпуска закрылков одного из советских истребителей.

Здравствуйте Гость Вход Регистрация. Выслать повторно письмо для активации. Шпионские штучки: Новое и лучшее. Arduino для изобретателей. Обучение электронике на 10 занимательных проектах. Конструируем роботов. Руководство для начинающих. Компьютер в лаборатории радиолюбителя. Радиоконструктор 3 и 4 Шпионские штучки и защита от них. Сборник 19 книг. Занимательная электроника и электротехника для начинающих и не только.

Arduino для начинающих: самый простой пошаговый самоучитель. Радиоконструктор 1 Подавитель сотовой связи большой мощности. Переключатель на ATTiny Фото по теме «Клоны ттестера». Китайский модуль на MP Последним зарегистрирован: sv-matvej Ответить Новая тема Новый опрос. Станочек работает больше лет!!!

Юрий Ар. Ответить Шустрый ответ Новая тема Новый опрос.

Загрузка и настройка GRBL на Arduino Uno R3

Подробная инструкция по загрузке GRBL на Arduino Uno R3 приведена на видео ниже. В описании приведены ссылки на программы и файлы GRBL. По сути ничего сложного нет. Загрузите код GRBL с помощью XLoader ( grbl_v0_8c_atmega328p_16mhz_9600. hex — https://raw.githubusercontent.com/grbl/grbl-builds/master/builds/grbl_v0_8c_atmega328p_16mhz_9600.hex ) на вашу плату Arduino. После этого откройте GCodeSender, чтобы подключить ваш Arduino к персональному компьютеру. Все! Ваша плата Arduino готова к использованию для управления CNC станком.

CAD/CAM рекомендации и видео рабочего CNC станка с управлением от Arduino

Контроллер GRBL

После того как вы сгенерировали G-код с помощью Inkscape может возникнуть необходимость в проверке того, укладываются ли он в заданные ограничения (по возможности рисования).

Ограничения по рисованию определяются в следующих строчках кода нашей программы для Arduino:

В следующем окне GRBL контроллера можно проверить не выходит ли изображение на сгенерированном нами G-коде за пределы рисования, указанные в программе для Arduino. Если какая то часть изображения будет выходить за эти ограничения, то она не будет нарисована.

В нашем примере значения x и y изменяются в диапазоне от 0 до 40 мм. Но поскольку мы сконструировали плоттер с большей зоной рисования, то мы изменили максимальную границу с 40 до 60 мм.

Поэтому после того как вы нарисовали G-код в Inkscape желательно перед загрузкой его в плату Arduino проверять его с помощью программы GRBL не выходит ли он за пределы области рисования. Если выходит, то просто измените его размеры в Inkscape.

Зачем нужны шилды

Обладатели самодельных устройств наслышаны о платах расширения – Arduino cnc shield, применение которых расширяет функционал фрезерного оборудования.

Обычно шилду изготавливают под форм-фактор платы. Используют и несколько шилдов одновременно, устанавливая их на микроконтроллер (один на другой). Спектр их применения:

при помощи официального устройства Arduino – Ethernet cnc shield можно добиться независимости проекта от ПК, да и для хостинга веб-сервера его используют;
4 Relay Shield – возможность для того, чтобы подключать 4-х периферийные устройства;

Рrotoshield – весьма полезный шилд в момент, когда собирается схема;
LCD Shield позволяет информацию с Arduino выводить напрямую на периферийный экран;
еnergy Shield – расширенные возможности для питания на Arduino. Реальна подзарядка мобильников и гаджетов;
мotor shield обеспечивает управление большим числом моторов и их защиту;
SD Card Shield служит для обработки и хранения больших массивов информации;

Wi-fi Shield, подключенный к серийному порту, обеспечит дистанционное управление приводами роботизированных проектов;
GPRS Shield оснащается антеннами для использования сети GSM/GPRS;
E-Ink shield – путь для использования технологии электронных чернил, дисплею нужен для питания минимум энергии;
мusic Shield способен воспроизводить музыку через Arduino в отличном качестве.

Реально создать лазерный 3D принтер, ЧПУ станок, употребляя бюджетные платы Arduino. С платой расширения CNC Shield можно работать на станках с числовым программным управлением, в гравировальной или фрезерной машине. А шилд для управления тремя ШД (трехосевой станок) имеет три разъема, чтобы не было проблем с каждым драйвером при подключении.

Принцип работы координатной системы

Основа станка – мощная рама. За основу берется идеально ровная поверхность. Она же служит рабочим столом. Второй базовый элемент – это каретка, на которой закрепляется инструмент. Это может быть дремель, ручной фрезер, лазерная пушка – в общем, любое устройство, способное обрабатывать заготовку. Каретка должна двигаться строго в плоскости рамы.

Для начала рассмотрим двухмерную установку

В качестве рамы (основы) для станка ЧПУ, сделанного своими руками, можно использовать поверхность стола. Главное, после юстировки всех элементов, конструкция больше не перемещается, оставаясь жестко прикрученной к основе. Для перемещения в одном направлении (условно назовем его X), размещаются две направляющих. Они должны быть строго параллельны друг другу. Поперек устанавливается мостовая конструкция, также состоящая из параллельных направляющих. Вторая ось – Y.

Задавая вектора перемещения по осям X и Y, можно с высокой точностью установить каретку (а вместе с ней и режущий инструмент) в любую точку на плоскости рабочего стола. Выбирая соотношение скоростей перемещения по осям, программа заставляет инструмент двигаться непрерывно по любой, самой сложной траектории.

Рама станка из ЧПУ сделана руками умельца, видео

Существует еще одна концепция: каретка с инструментом закреплена неподвижно, перемещается рабочий стол с заготовкой. Принципиальной разницы нет. Разве что размеры основания (а стало быть, и заготовки) ограничены. Зато упрощается схема подачи питания на рабочий инструмент, не надо беспокоиться о гибких кабелях питания.

Популярное: Все о характеристиках строительного фена: рейтинг лучших моделей

Решение может быть комплексным: по одной оси движется стол, по второй оси – каретка с рабочей головкой.

С помощью такой системы можно обрабатывать изделия «непрерывной линией разреза». Что это означает? Режущая головка, расположенная в плоскости заготовки, начинает работу от края, и проходит всю фигуру непрерывным распилом. Это ограничивает возможности, но двухмерный станок ЧПУ по дереву проще сделать своими руками. Вертикальная позиция головки устанавливается вручную.

Важно! Режущий инструмент должен иметь свободу перемещения по вертикальной оси. Иначе невозможно будет работать с насадками разного размера

Step 7: Motordrivers and Wiring

With the motor drivers I used, the wiring should be as shown in figure 1. The ground on the left of the image, is the ground from the arduino (not from the 12v power supply).

The Phase A and Phase B can be found using a simple multimeter: The resistance over a phase (A+ and A- for example) is zero. For the wiring, it doesn’t matter which one is A+ or A-, as long as the resistance between both A wires, is zero. Same for the B phase.

The switches on the motor driver are not really clear to me yet, but with S3 and S4 switched in this way, the step size will be 1/8 of the normal step size, resulting is much more gentle and precise steps.

Заключение

Предложенные варианты изготовления домашних плоттеров при желании легко усовершенствовать за счет большей автоматизации. Благодаря этому при необходимости есть возможность достижения большей производительности. Можно также оснастить самодельный плоттер Bluetooth-модулем и обеспечить беспроводное соединение устройства с компьютером. Чтобы улучшить дизайн самодельного изделия, нужно использовать для корпуса вместо подручных средств, специально изготовленные на станке заготовки. Такие усовершенствования не будут оказывать большого влияния на себестоимость изготовления.