迷你數(shù)控激光雕刻機(jī)DIY圖解

步驟1：所需的零件和材料

Arduino Nano（帶USB線）

2x DVD驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)機(jī)構(gòu)

2x A4988步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器模塊（或GRBL屏蔽）

250mW激光器可調(diào)透鏡（或以上）

最小12v 2Amps電源

1x IRFZ44N N-CHANNEL Mosfet

1x 10k電阻器

1x 47ohm電阻

1x LM7805穩(wěn)壓器（帶散熱片）

空白PCB板

公母接頭

2.5mm JST XH型

2針公連接器

1x 1000uf 16v電容器跳線

8x小釹磁鐵（我從DVD鏡頭機(jī)構(gòu)打撈出來(lái)）

1x 2針插頭螺釘接線端子連接器

拉鏈（100mm）

超級(jí)膠水

6x M3x12螺絲

8x M2x5螺絲

激光防護(hù)眼鏡

“此專業(yè)人士必須使用激光安全眼鏡ject“。

第2步：打印部件

所有零件均采用ABS材料印刷。

打印設(shè)置：

圖層高度：0.2mm

填充：《25 ％

支持：否

步驟3：拆分DVD驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)機(jī)制

需要兩個(gè)DVD驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，一個(gè)用于X軸，第二個(gè)用于Y軸。

使用小型十字頭螺絲刀我拆下了所有螺絲和分離的步進(jìn)電機(jī)，滑軌和追隨者。

步進(jìn)電機(jī)是4針雙極步進(jìn)電機(jī)。

DVD電機(jī)的小尺寸和低成本意味著您無(wú)法從電機(jī)獲得高分辨率。這是由導(dǎo)螺桿提供的。而且，并非所有這些電動(dòng)機(jī)都執(zhí)行20步/轉(zhuǎn)。 24也是一個(gè)常見(jiàn)的規(guī)范。您只需測(cè)試電機(jī)即可查看它的作用。

計(jì)算CD驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)分辨率的步驟：

為了測(cè)量CD/DVD驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)的分辨率，使用了數(shù)字千分尺。測(cè)量沿螺桿的距離。使用千分尺的螺釘?shù)目傞L(zhǎng)度，結(jié)果為51.56mm。確定導(dǎo)程值，即螺釘上兩個(gè)相鄰螺紋之間的距離。線程被計(jì)為在該距離內(nèi)的12個(gè)線程。導(dǎo)程=相鄰螺紋之間的距離=（總長(zhǎng)度/螺紋數(shù)= 51.56 mm）/12 = 4.29mm/rev。步進(jìn)角為18度，相當(dāng)于20步/轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在所需的所有信息都可用，步進(jìn)電機(jī)的分辨率可以如下計(jì)算：分辨率=（相鄰螺紋之間的距離）/（N步/轉(zhuǎn)）=（4.29毫米/轉(zhuǎn)）/（20步/轉(zhuǎn)） ）= 0.214毫米/步。這是所需分辨率的3倍，即0.68mm/步。

步驟4：準(zhǔn)備滑塊。

使用超級(jí)膠水我將滑塊和指南膠合成一個(gè)部分。彈簧連接以保持導(dǎo)向器和導(dǎo)螺桿之間的張力，以避免黑睫毛。

步驟5：為Y軸組裝滑塊軌道

在將滑塊組裝到底座之前我已經(jīng)粘合了4x小釹磁鐵（我從DVD鏡頭機(jī)構(gòu)打撈出來(lái)）進(jìn)入X板。這種磁鐵有助于將工件固定在工作區(qū)域。

光滑的桿將滑動(dòng)機(jī)構(gòu)保持完整的底座。

步驟6：為X軸組裝滑塊軌道

在這里，使用超級(jí)膠水和螺絲我將引導(dǎo)機(jī)構(gòu)連接到激光器外殼。

使用螺絲將步進(jìn)電機(jī)安裝到位置上，然后將光滑桿和導(dǎo)向部件插入孔中，同時(shí)牢記滑塊可以自由移動(dòng)而不是太硬。并將側(cè)架支柱連接到它上面。

步驟7：步進(jìn)電機(jī)的接線

對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，我使用舊的usb電纜，因?yàn)樗鼉?nèi)部有4根電線，并且有一個(gè)蓋子，它更靈活，更易于使用。

在萬(wàn)用表中使用連續(xù)性模式確定2線圈，線圈A和線圈B。

我通過(guò)選擇顏色制作2對(duì)電線，一對(duì)用于線圈A，第二對(duì)用于線圈B.

焊接它們并使用熱縮管。

步驟8：梳理X軸和Y軸

使用4x M3x12螺釘，將底座和兩個(gè)側(cè)架組合成一個(gè)組件。

步驟9：電子設(shè)備

使用的部件對(duì)于驅(qū)動(dòng)程序：

Arduino Nano。

2x A4988步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

1x IRFZ44N N-CHANNEL MOSFET。

1x LM7805帶散熱器的穩(wěn)壓器。

1x 47ohm和1x 10k電阻。

1x 1000uf 16V電容。

1x 2.5mm JST XH型2pin公連接器。

男性和女性頭部針腳。

1x（20mm x 80mm空白PCB）。

在GRBL中，保留了Arduino的數(shù)字和模擬引腳。 X和Y軸的‘’Step‘引腳分別連接到數(shù)字引腳2和3。 X軸和Y軸的“Dir”引腳分別連接到數(shù)字引腳5和6。 D11用于激光啟用。 Arduino通過(guò)USB線獲得電力。 A4988驅(qū)動(dòng)器通過(guò)外部電源供電。所有地面共享共同連接。 A4988的VDD連接到5V的Arduino。我使用的激光器運(yùn)行在5V上并內(nèi)置恒流電路。對(duì)于來(lái)自外部電源的恒定5V電源，使用LM7805穩(wěn)壓器。散熱器是強(qiáng)制性的。當(dāng)從Arduino引腳D11接收數(shù)字高信號(hào)時(shí)，IRFZ44N N-CHANNEL MOSFET用作電子開(kāi)關(guān)。注意：Arduino nano的5V不能使用，因?yàn)榧す馄魑盏?a href="http://wenjunhu.com/tags/電流/" target="_blank">電流超過(guò)250mA，Arduino Nano不能提供足夠的電流。

為每個(gè)軸配置微步進(jìn)。

MS0 MS1 MS2微步分辨率。

低低低全步。

高低低半步。

低高低四分之一步。

高高低八步。

高高十六步。

3個(gè)引腳（MS1，MS2和MS3）用于根據(jù)上述真值表選擇五個(gè)步驟

中的一個(gè)。這些引腳具有內(nèi)部下拉電阻，因此如果我們將它們斷開(kāi)，則電路板將以全步模式工作。我使用了第16步配置，平滑無(wú)噪音。大多數(shù)（但肯定不是全部）步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)完成200步。通過(guò)適當(dāng)?shù)毓芾砭€圈中的電流，可以使電動(dòng)機(jī)以較小的步長(zhǎng)移動(dòng)。 Pololu A4988可以使電機(jī)以1/16步進(jìn)行 - 或每轉(zhuǎn)3，200步。微步進(jìn)的主要優(yōu)點(diǎn)是減少運(yùn)動(dòng)的粗糙度。唯一完全準(zhǔn)確的位置是全步位置。電機(jī)不能在一個(gè)中間位置保持靜止位置，具有相同的位置精度或與全步位置相同的保持轉(zhuǎn)矩。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)需要高速時(shí)，應(yīng)使用全步驟。

步驟10：將電子設(shè)備組裝到框架上。

使用2x組裝背板上的驅(qū)動(dòng)板M2螺釘和使用2x M3x12螺釘?shù)臋C(jī)器框架。插入步進(jìn)電機(jī)X，Y和激光器的連接。

步驟11：調(diào)整步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器電流

為實(shí)現(xiàn)高步進(jìn)率，電機(jī)供電通常比沒(méi)有有源電流限制時(shí)允許的高得多。例如，典型的步進(jìn)電機(jī)可能具有最大額定電流1A和5Ω線圈電阻，這表示最大電機(jī)電源為5 V.使用12 V電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)更高的步進(jìn)速率，但電流必須主動(dòng)限制在1A以下，以防止損壞電機(jī)。 A4988支持這種有源電流限制，電路板上的微調(diào)電位器可用于設(shè)置電流限制。設(shè)置電流限制的一種方法是將驅(qū)動(dòng)器置于全步模式，并測(cè)量通過(guò)單個(gè)電機(jī)線圈運(yùn)行的電流，而無(wú)需為STEP輸入提供時(shí)鐘。測(cè)得的電流將是電流限值的0.7倍（因?yàn)閮蓚€(gè)線圈始終處于開(kāi)啟狀態(tài)，并且在全步模式下限制為電流限制設(shè)置的70％）。請(qǐng)注意，將邏輯電壓Vdd更改為不同的值將改變電流限制設(shè)置，因?yàn)椤皉ef”引腳上的電壓是Vdd的函數(shù)。設(shè)置電流限制的另一種方法是直接測(cè)量電位器頂部的電壓并計(jì)算得到的電流限值（電流檢測(cè)電阻為0.1Ω）。電流限制與參考電壓有關(guān)，如下所示：電流限制= VREF×1.25 因此，例如，如果參考電壓為0.6 V，則電流限制為0.75A。如上所述，在全步進(jìn)模式下，通過(guò)線圈的電流限制在電流限制的70％，因此要獲得1A的全步線圈電流，電流限制應(yīng)為1A/0.7 = 1.4A，相當(dāng)于VREF為1.4A/1.25 = 1.12 V.有關(guān)更多信息，請(qǐng)參見(jiàn)A4988數(shù)據(jù)手冊(cè)。注意：線圈電流可能與電源電流有很大差異，因此不應(yīng)使用電源測(cè)量的電流來(lái)設(shè)置電流限制。放置電流表的適當(dāng)位置與其中一個(gè)步進(jìn)電機(jī)線圈串聯(lián)。

步驟12：激光裝配

我使用的激光是可聚焦激光模塊200-250mW 650nm。外部金屬外殼用作激光二極管的散熱器。它具有可聚焦鏡頭，用于調(diào)整激光點(diǎn)。將激光線端子連接到驅(qū)動(dòng)板上的激光插座。

你可以在這里找到一個(gè)。

步驟13：準(zhǔn)備好了！

使用四個(gè)小釹磁鐵將工件鎖定在工作臺(tái)上并設(shè)置X軸和Y軸到初始位置（原點(diǎn)）。通過(guò)外部電源為驅(qū)動(dòng)器板供電，通過(guò)USB A到USB Mini B電纜將Arduino Nano連接到計(jì)算機(jī)。

還通過(guò)外部電源為電路板供電。

安全第一。

必須使用激光安全眼鏡

步驟14 ：GRBL固件

下載GRBL，在這里

在桌面上提取grbl-master文件夾，你可以在文件master.zip中找到它。

運(yùn)行Arduino IDE

從應(yīng)用程序欄菜單中，選擇：草圖 - 》 #include庫(kù) - 》從文件添加庫(kù).ZIP

選擇您可以在grlb-master文件夾中找到的文件夾grbl，然后單擊打開(kāi)

現(xiàn)在安裝了庫(kù)，IDE軟件將顯示以下消息：庫(kù)已添加到庫(kù)中。檢查“庫(kù)包含”菜單。

然后打開(kāi)一個(gè)名為“grbl upload”的示例并將其上傳到您的arduino板。

步驟15：發(fā)送G-CODE的軟件

我們還需要一個(gè)軟件來(lái)將G-Code發(fā)送到CNC我已經(jīng)使用了LASER GRBL

LaserGRBL是DIY Laser

Engraver最好的Windows GCode流光之一。 LaserGRBL能夠?qū)Code路徑加載并傳輸?shù)絘rduino，并使用內(nèi)部轉(zhuǎn)換工具雕刻圖像，圖片和徽標(biāo)。

LASER GRBL下載。

LaserGRBL會(huì)不斷檢查機(jī)器上可用的COM端口。端口列表允許您選擇控制板所連接的COM端口。

請(qǐng)根據(jù)您的機(jī)器固件配置選擇正確的連接波特率（默認(rèn)值為115200）。

Grbl設(shè)置：

$$ - 查看Grbl設(shè)置

要查看設(shè)置，請(qǐng)鍵入$$并在連接到Grbl后按Enter鍵。 Grbl應(yīng)該響應(yīng)當(dāng)前系統(tǒng)設(shè)置的列表，如下面的示例所示。所有這些設(shè)置都是持久性的，并保存在EEPROM中，因此如果斷電，這些將在下次啟動(dòng)Arduino時(shí)加載回來(lái)。

$ 0 = 10（步進(jìn)脈沖，usec）

$ 1 = 25（步進(jìn)空閑延遲，毫秒）

$ 2 = 0（步進(jìn)端口反轉(zhuǎn)掩碼：00000000）

$ 3 = 6（目錄端口反轉(zhuǎn)掩碼：00000110）

$ 4 = 0（步驟啟用反轉(zhuǎn)，布爾）

$ 5 = 0（限制引腳反轉(zhuǎn)，布爾）

$ 6 = 0（探針?lè)崔D(zhuǎn)，布爾）

$ 10 = 3（狀態(tài)報(bào)告掩碼：00000011）

$ 11 = 0.020（結(jié)合偏差，mm）

$ 12 = 0.002（圓弧公差，mm）

$ 13 = 0（報(bào)告英寸，布爾）

$ 20 = 0（軟限制，布爾）

$ 21 = 0（硬限制，布爾）

$ 22 = 0（歸位周期，布爾）

$ 23 = 1（歸位dir反轉(zhuǎn)掩碼：00000001）

24美元= 50.000（歸位進(jìn)給，毫米/分鐘）

25美元= 635.000（尋找尋找，毫米/分鐘）

26美元= 250（歸位辯護(hù)，毫秒）

$ 27 = 1.000（歸位拉斷，mm）

$ 100 = 314.961（x，步長(zhǎng)/mm）

$ 101 = 314.961（年，步/mm）

$ 102 = 314.961（z，步長(zhǎng)/mm）

$ 110 = 635.000（x最大速率，mm/min）

$111=635.000（y最大速率，mm/min）

$ 112 = 635.000（z最大速率，mm/min）

$ 120 = 50.000（x accel，mm/sec ^ 2）

121 = 50.000（y accel，mm/sec ^ 2）

$ 122 = 50.000（z accel， mm/sec ^ 2）

$ 130 = 225.000（x最大行程，mm）

$ 131 = 125.000（y最大行程，mm）

$ 132 = 170.000（z max travel，mm）

步驟16：調(diào)整系統(tǒng)

這是項(xiàng)目中最困難的部分。

- 調(diào)整激光束進(jìn)入工件上可能的最小點(diǎn)。這是最棘手的部分，需要時(shí)間和耐心使用跟蹤和錯(cuò)誤方法。

- 使用$ 100，$ 101，$ 130和$ 131的GRBL設(shè)置？

我對(duì)GRBL的設(shè)置是，$ 100 = 110.000

$ 101 = 110.000

$ 130 = 40.000

$ 131 = 40.000

我嘗試雕刻一個(gè)40mm邊的正方形，經(jīng)過(guò)這么多錯(cuò)誤并調(diào)整設(shè)置對(duì)于grbl，我從X軸和Y軸刻出了合適的40mm線。如果X軸和Y軸的分辨率不同，圖像將向任一方向縮放。

請(qǐng)記住，并非所有步進(jìn)電機(jī)都與DVD驅(qū)動(dòng)器相同。

這是一個(gè)漫長(zhǎng)而耗時(shí)的過(guò)程，但調(diào)整結(jié)果非常令人滿意。

LaserGRBL用戶界面。

連接控制：根據(jù)grbl固件配置，您可以在此處選擇串行端口和正確的連接速率。

文件控制：顯示加載的文件名和雕刻過(guò)程進(jìn)度。綠色的“播放”按鈕將啟動(dòng)程序執(zhí)行。

手動(dòng)命令：您可以在此處鍵入任何G代碼行，然后按“輸入”。命令將排入命令隊(duì)列。

命令日志和命令返回碼：顯示入隊(duì)命令及其執(zhí)行狀態(tài)和錯(cuò)誤。

點(diǎn)動(dòng)控制：允許手動(dòng)定位激光。左側(cè)垂直滑塊控制移動(dòng)速度，右側(cè)滑塊控制步長(zhǎng)。

雕刻預(yù)覽：此區(qū)域顯示最終作品預(yù)覽。在雕刻期間，小的藍(lán)色十字將在運(yùn)行時(shí)顯示當(dāng)前的激光位置。

Grbl重置/歸位/解鎖：此按鈕向grbl板提交軟重置，歸位和解鎖命令。在解鎖按鈕右側(cè)，您可以添加一些用戶定義的按鈕。

Feed hold and resume：此按鈕可以暫停和恢復(fù)程序執(zhí)行，將Feed Hold或Resume命令發(fā)送到grbl board。

行數(shù)和時(shí)間投影：LaserGRBL可以根據(jù)實(shí)際速度和工作進(jìn)度估算程序執(zhí)行時(shí)間。

覆蓋狀態(tài)控件：顯示和更改實(shí)際速度和功率覆蓋。覆蓋是grbl v1.1的新功能，舊版本不支持。

步驟17：木刻

光柵導(dǎo)入允許您在LaserGRBL中加載任何類型的圖像，并在不需要其他軟件的情況下將其轉(zhuǎn)換為GCode指令。 LaserGRBL支持照片，剪貼畫(huà)，鉛筆畫(huà)，徽標(biāo)，圖標(biāo)，并嘗試使用任何類型的圖像。

可以通過(guò)選擇jpg，png或bmp類型的圖像從“文件，打開(kāi)文件”菜單中調(diào)用

所有材料的雕刻設(shè)置都不同。

定義每mm的雕刻速度和每mm的質(zhì)量線視頻附加是整個(gè)過(guò)程的延時(shí)。

步驟18：薄紙切割

這款250mW激光器還可以切割薄紙，但速度應(yīng)該非常低，即不超過(guò)15mm/min，應(yīng)該適當(dāng)調(diào)整激光束。

步驟19：乙烯切割和制作自定義貼紙

我制作了一些自定義乙烯基貼紙。相對(duì)于所用乙烯基的顏色，邊界速度會(huì)發(fā)生變化。

深色可以輕松使用，而較淺的顏色則有些棘手。

以上圖片展示了如何使用CNC制作的乙烯基貼紙。

但請(qǐng)記住，燃燒的乙烯基會(huì)釋放致癌煙霧。他們的味道非常糟糕。