如何制作基于Arduino的激光數(shù)控木雕刻機和薄紙切割機

步驟1：所需的零件和材料

Arduino Nano（帶USB線）

2x DVD驅動步進機構

2x A4988步進電機驅動模塊（或GRBL屏蔽）

250mW帶可調(diào)透鏡（或以上）的激光器

最小12v 2Amps電源

1x IRFZ44N N-CHANNEL Mosfet

1x 10k電阻

li》

1x 47歐姆電阻器

1x LM7805穩(wěn)壓器（帶散熱器）

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

跳線電纜

8x小釹磁鐵（我從DVD鏡頭機構打撈出來） ）

1x 2pin插頭螺釘接線端子連接器

拉鏈（100mm）

超級膠水

環(huán)氧膠

木質(zhì)plyboard

亞克力板

一些M4螺釘，螺栓和螺母

激光安全眼鏡

本項目必須使用激光安全眼鏡。

大部分被中國人通過名為BANGGOOD的網(wǎng)站搶救或帶來的部分。

第2步：拆開DVD驅動器步進機制

兩個DVD驅動程序機械是必需的，一個用于X軸，第二個用于Y軸。

使用小型十字頭螺絲刀我拆下所有螺釘和分離的步進電機，滑軌和從動件。

步進電機是4針雙極步進電機。

DVD電機體積小，成本低，意味著您不能期望電機具有高分辨率。這是由導螺桿提供的。另外，并非所有這些電機都能達到20步/轉。 24也是一個常見的規(guī)范。您只需要測試電機以查看其功能。

計算CD驅動器步進電機分辨率的步驟：

為了測量分辨率在CD/DVD驅動步進電機中，使用數(shù)字測微計。測量沿螺桿的距離。使用千分尺的螺釘?shù)目傞L度，結果為51.56mm。確定導程值，即螺釘上兩個相鄰螺紋之間的距離。線程被計為在該距離內(nèi)的12個線程。導程=相鄰螺紋之間的距離=（總長度/螺紋數(shù)= 51.56 mm）/12 = 4.29mm/rev。

步進角為18度，相當于20步/轉。現(xiàn)在所需的所有信息都可用，步進電機的分辨率可以如下計算：

分辨率=（相鄰螺紋之間的距離）/（N步/轉）=（4.29mm/rev）/（20步驟/轉）= 0.214毫米/步。這是所需分辨率的3倍，即0.68mm/步。

步驟3：為X和Y軸組裝滑軌

對于滑軌，我使用了2個額外的桿，以獲得更好和更順暢的性能?；瑝K的主要功能是自由滑動桿，桿與滑塊之間的摩擦最小。

我花了一些時間讓滑塊在桿上自由滑動。

步驟4：步進器X和Y的主框架

使用我制作的一些亞克力板兩個主要框架為步進和滑軌。步進電機在主機架和底座之間有間隔，軸必須是。

步驟5：用主機架安裝滑軌

首先使用超級膠水我試過調(diào)整適當?shù)膶к壍奈恢?，應使從動件與步進螺紋正確接觸。接觸應適當不要太緊或不要太渣。如果從動件和螺紋之間的接觸不正確，則在運行狀態(tài)下，步驟將跳過或電動機將吸取比平常更多的電流。調(diào)整需要一些時間。

調(diào)整好后，使用環(huán)氧膠將其固定。

步驟6：步進電機接線

對于步進電機，我使用舊的usb電纜，因為它內(nèi)部有4根電線，上面有一個蓋子，它是更靈活，更易于使用。

在萬用表中使用連續(xù)性模式確定2線圈，線圈A和線圈B。

我通過選擇顏色制作2對線，一對用于線圈A和第二個用于線圈B.焊接它們并在其上使用熱縮管。

步驟7：梳理X軸和Y軸

X和Y協(xié)調(diào)運動。

我將X和Y軸的滑塊相互垂直地連接在一起，在它們之間使用了一些墊片。并在其上方附上一個薄金屬烤架作為工作床。釹磁鐵用作工件支架。

步驟8：電子設備

用于驅動程序的部件是：

Arduino Nano。

2x A4988步進電機驅動器。

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軸和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USB線獲得電力。 A4988驅動器通過外部電源供電。所有地面共享共同連接。 A4988的VDD連接到5V的Arduino。

我使用的激光器運行在5V并且內(nèi)置恒流電路。對于來自外部電源的恒定5V電源，使用LM7805穩(wěn)壓器。散熱器是強制性的。

當從Arduino引腳D11接收數(shù)字高信號時，IRFZ44N N-CHANNEL MOSFET作為電子開關工作。

注意：不能使用Arduino nano的5V電壓因為激光吸收的電流超過250mA，而Arduino Nano無法提供足夠的電流。

為每個軸配置微步進。

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。

高高第十六步。

3個引腳（MS1，MS2和MS3）用于根據(jù)上述真值表選擇五步分辨率中的一個。這些引腳具有內(nèi)部下拉電阻，因此如果我們將它們斷開，則電路板將以全步模式工作。我使用了第16步配置，平滑無噪音。大多數(shù)（但肯定不是全部）步進電機每轉完成200步。通過適當?shù)毓芾砭€圈中的電流，可以使電動機以較小的步長移動。 Pololu A4988可以使電機以1/16步進行 - 或每轉3，200步。微步進的主要優(yōu)點是減少運動的粗糙度。唯一完全準確的位置是全步位置。電機不能在一個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矩。一般來說，當需要高速時，應使用全步驟。

步驟9：將所有內(nèi)容組合成一個

我用一根細長的金屬條和一些帶有支撐的塑料L支架制作了一個激光支架。然后使用M4螺釘，螺母和螺栓將所有東西安裝在木質(zhì)鋪層板上。

也可以將步進電機連接到驅動器上。

步驟10：激光匯編

我使用的激光器是可聚焦激光模塊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。

使用兩個拉鏈我已將激光器安裝在支架上。也可以使用激光散熱器，但我的激光器沒有過熱，所以我沒有使用它。將激光線端子連接到驅動板上的激光插座。

您可以在此處獲得一個

步驟11：調(diào)整步進驅動器電流

為了實現(xiàn)高步進速率，電機電源通常比沒有有源電流限制時允許的電壓高得多。例如，典型的步進電機可能具有最大額定電流1A和5Ω線圈電阻，這表示最大電機電源為5 V.使用12 V電機可以實現(xiàn)更高的步進速率，但電流必須主動限制在1A以下，以防止損壞電機。

A4988支持這種有源電流限制，電路板上的微調(diào)電位器可用于設置電流限制。設置電流限制的一種方法是將驅動器置于全步模式，并測量通過單個電機線圈運行的電流，而無需為STEP輸入提供時鐘。測得的電流將是電流限值的0.7倍（因為兩個線圈始終處于開啟狀態(tài)，并且在全步模式下限制為電流限制設置的70％）。請注意，將邏輯電壓Vdd更改為不同的值將改變電流限制設置，因為“ref”引腳上的電壓是Vdd的函數(shù)。設置電流限制的另一種方法是直接測量電位器頂部的電壓并計算得到的電流限值（電流檢測電阻為0.1Ω）。電流限制與參考電壓有關，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，在全步進模式下，通過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，電流限制應為1A/0.7 = 1.4A，相當于VREF為1.4A/1.25 = 1.12 V.有關更多信息，請參見A4988數(shù)據(jù)手冊。注意：線圈電流可能與電源電流有很大差異，因此不應使用電源測量的電流來設置電流限制。放置電流表的適當位置與其中一個步進電機線圈串聯(lián)。

步驟12：準備就緒！

使用四個小的釹磁鐵將工件鎖定在工作臺上，并將X和Y軸設置到初始位置（原點）。通過外部電源為驅動器板供電，通過USB A到USB Mini B電纜將Arduino Nano連接到計算機。同時通過外部電源為電路板供電。

安全第一。

激光安全眼鏡必須

步驟13：GRBL固件

下載GRBL 1.1，在這里，

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

運行Arduino IDE

從應用程序欄菜單中選擇：草圖 - 》 #include庫 - 》從文件添加庫.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

現(xiàn)在已安裝庫，IDE軟件將顯示以下消息：已添加庫到你的圖書館。檢查“庫包含”菜單。

然后打開一個名為“grbl upload”的示例并將其上傳到您的arduino板

步驟14：軟件發(fā)送G-CODE

我們還需要一個軟件將G-Code發(fā)送到CNC，因為我使用的是LASER GRBL

LaserGRBL是DIY激光雕刻機最好的Windows GCode流光之一。 LaserGRBL能夠將GCode路徑加載并傳輸?shù)絘rduino，并使用內(nèi)部轉換工具雕刻圖像，圖片和徽標。

LASER GRBL下載。

LaserGRBL不斷檢查可用的COM端口在機器上。端口列表允許您選擇控制板所連接的COM端口。

請根據(jù)您的機器固件配置選擇正確的連接波特率（默認為115200）。

Grbl設置：

$$ - 查看Grbl設置

要查看設置，請鍵入$$并按Enter鍵連接到Grbl后。 Grbl應該響應當前系統(tǒng)設置的列表，如下面的示例所示。所有這些設置都是持久性的，并保存在EEPROM中，因此如果斷電，這些將在下次啟動Arduino時加載回來。

$ 0 = 10（步進脈沖，usec）

$ 1 = 25（步進空閑延遲，毫秒）

$ 2 = 0（步進端口反轉掩碼：00000000 ）

$ 3 = 6（方向端口反轉掩碼：00000110）

$ 4 = 0（步進使能反轉，布爾）

$ 5 = 0（限制引腳反轉，bool）

$ 6 = 0（探針反轉，布爾）

$ 10 = 3（狀態(tài)報告掩碼：00000011）

$ 11 = 0.020（結點偏差） ，mm）

$ 12 = 0.002（弧度公差，mm）

$ 13 = 0（報告英寸，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反轉掩碼：00000001 ）

24美元= 50.000（歸位進給，毫米/分鐘）

25美元= 635.000（尋找尋找，毫米/分鐘）

26美元= 250美元（歸巢反彈） ，msec）

$ 27 = 1.000（歸位拉脫，mm）

$ 100 = 314.961（x，步長/mm）

$ 101 = 314.961（y ，step/mm）

$ 102 = 314.961（z，步長/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 max travel ，mm）

$ 131 = 125.000（最大行程，mm）

$ 132 = 170.000（z最大行程，mm）

步驟15 ：調(diào)整系統(tǒng)

這是項目中最困難的部分

- 將激光束調(diào)整到工件上可能的最小點。這是最棘手的部分，需要使用跟蹤和錯誤方法的時間和耐心。

- 以100美元，101美元，130美元和131美元

我對GRBL的設置是，

$ 100 = 110.000

$ 101 = 110.000

$ 130 = 40.000

$ 131 = 40.000

我嘗試雕刻一個40mm邊的正方形，經(jīng)過這么多的誤差和調(diào)整grbl的設置后，我從X軸和Y軸刻出了正確的40mm線。如果X軸和Y軸的分辨率不同，則圖像將向任一方向縮放。

請記住，并非所有步進電機都與DVD驅動器相同

它很長這個過程非常耗時，但調(diào)整結果非常令人滿意。

LaserGRBL用戶界面

連接控制：在這里你可以選擇串口和根據(jù)grbl固件配置，適當?shù)倪B接波特率。

文件控制：顯示加載的文件名和雕刻過程進度。綠色的“播放”按鈕將開始執(zhí)行程序。

手動命令：您可以在此處鍵入任何G代碼行，然后按“輸入”。命令將排入命令隊列。

命令日志和命令返回碼：顯示入隊命令及其執(zhí)行狀態(tài)和錯誤。

點動控制：允許手動定位激光。左側垂直滑塊控制移動速度，右側滑塊控制步長。

雕刻預覽：此區(qū)域顯示最終工作預覽。在雕刻過程中，一個小的藍色十字將在運行時顯示當前的激光位置。

Grbl復位/歸位/解鎖：此按鈕向grbl板提交軟復位，歸位和解鎖命令。在解鎖按鈕的右側，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程序執(zhí)行，將Feed Hold或Resume命令發(fā)送到grbl board。

行數(shù)和時間投影：LaserGRBL可根據(jù)實際速度和作業(yè)進度估算程序執(zhí)行時間。

覆蓋控件的狀態(tài)：顯示并更改實際速度和功率覆蓋。覆蓋是grbl v1.1的新功能，舊版本不支持。

步驟16：木雕

光柵導入允許您在LaserGRBL中加載任何類型的圖像并將其轉換為GCode指令無需其他軟件。 LaserGRBL支持照片，剪貼畫，鉛筆畫，徽標，圖標，并嘗試使用任何類型的圖像。

可以通過選擇類型的圖像從“文件，打開文件”菜單中調(diào)用它jpg，png或bmp

所有材料的雕刻設置都不同。

定義每毫米雕刻速度和質(zhì)量 - 線mm

視頻附加是整個過程的延時。

步驟17：薄紙切割

這款250mW激光還能夠切割薄紙，但速度應該非常低，即不超過15mm/最佳和激光束應該適當調(diào)整。

視頻附加是整個過程的延時。

步驟18：乙烯基剪切和制作自定義貼紙

我做了一些定制乙烯基貼紙。相對于所用乙烯基的顏色，邊界速度會發(fā)生變化。

深色可以輕松使用，而較淺的顏色則有些棘手。

以上圖片演示了如何使用CNC制作的乙烯基貼紙。

責任編輯：wv