Arduino CNC-plotter (tekenmachine)

Over dit project

Hallo jongens! Ik hoop dat je al genoten hebt van mijn vorige instructable "Hoe maak je je eigen Arduino-trainingsplatform" en je bent klaar voor een nieuwe, zoals gewoonlijk heb ik deze tutorial gemaakt om je stap voor stap te begeleiden terwijl je dit soort super verbazingwekkende goedkope elektronische projecten maakt wat de "CNC-plottermachine" is, ook wel bekend als "CNC-tekening" of gewoon "Arduino CNC-machine". ^_^

Ik vond veel tutorials op internet die uitlegt hoe je een CNC-plotter maakt, maar door het gebrek aan informatie was het een beetje moeilijk om zo'n machine te maken, dat is de reden waarom ik heb besloten om deze instructable te starten, waar ik je zal laten zien in details hoe je gemakkelijk je eigen tekenmachine kunt maken .

Dit project is zo handig om speciaal te maken nadat we de aangepaste PCB hebben gekregen die we bij JLCPCB hebben besteld.

om het uiterlijk van onze machine te verbeteren en er zijn ook voldoende documenten en codes in deze handleiding om uw machine gemakkelijk te maken. We hebben dit project in slechts 5 dagen gemaakt, slechts drie dagen om alle benodigde onderdelen te krijgen en de hardware te maken en te monteren, en vervolgens 2 dagen om de code voor te bereiden en wat aanpassingen te starten. Laten we eerst kijken voordat we beginnen.

Wat je van deze zelfstudie leert:

• De juiste hardwarekeuze maken voor uw project, afhankelijk van de functionaliteiten
• Bereid het schakelschema voor om alle gekozen componenten aan te sluiten
• Monteer alle projectonderdelen (mechanische en elektronische assemblage)
• Schalen van de machinebalans
• Begin met het manipuleren van het systeem

Stap 1:Wat is een plottermachine?

Omdat ik dit instructable voor beginners heb gemaakt, moet ik eerst in detail uitleggen wat de tekenmachine is en hoe deze werkt!

Zoals het is gedefinieerd in wikipedia, staat CNC voor Computer numerieke besturing, een machine die een computergestuurde structuur is die instructies ontvangt via een seriële poort die vanaf een computer wordt verzonden en de actuatoren beweegt afhankelijk van de ontvangen instructies. De meeste van deze machines zijn op stappenmotoren gebaseerde machines met stappenmotoren in de thema-as.

Een ander woord voor de genoemde "as", ja, elke CNC-machine heeft een bepaald aantal assen die door het computerprogramma worden bestuurd.

Een ander woord voor de genoemde "as", ja, elke CNC-machine heeft een bepaald aantal assen die door het computerprogramma worden bestuurd.

In ons geval is de CNC-plotter die we hebben gemaakt een dubbelassige machine "details in afbeelding 1" met een kleine stappenmotor in zijn as "stepper in afbeelding 2" deze steppers zullen een actieve lade verplaatsen en deze in een dubbele as laten bewegen plan om het tekenontwerp te maken met een tekenpen. De pen wordt vastgehouden en losgelaten met behulp van een derde motor in onze structuur die een servomotor zal zijn.

Stap 2:Stappenmotor is de belangrijkste actuator

Een stappenmotor of stappenmotor of stappenmotor is een borstelloze gelijkstroom-elektromotor die een volledige rotatie in een aantal gelijke stappen verdeelt. De positie van de motor kan dan worden bevolen om bij een van deze stappen te bewegen en vast te houden zonder enige positiesensor voor feedback (een open-luscontroller), zolang de motor nauwkeurig is aangepast aan de toepassing met betrekking tot koppel en snelheid. Eerste vers , waar je de stappenmotoren voor ons project kunt krijgen, nou ja, eenvoudig, pak gewoon een oude dvd-lezer zoals die in volgende foto.

Ik heb er twee voor 2 dollar, dan hoef je ze alleen maar uit elkaar te halen om de stappenmotor en zijn steun eruit te halen, zoals op de volgende foto's te zien is, hebben we er twee nodig.

Zodra u uw motoren van de dvd-lezer hebt gehaald, moet u ze gebruiksklaar maken door de motorspoelen te identificeren loopt af. Elke stappenmotor heeft twee spoelen en met behulp van een multimeter kun je de spoeluiteinden identificeren door de weerstand tussen de motorpin-connector te meten "zoals getoond in de volgende afbeelding " en voor elke spoel moet het ongeveer 10 Ohm gemeten zijn.

Nadat je de motorspoelen hebt geïdentificeerd, soldeer je gewoon wat draden om de motor erdoorheen te besturen "zie volgende afbeelding"

Stap 3:Het schakelschema

Het hart van onze machine is een arduino Nano Ontwikkelaarsbord dat de beweging van elke actuator regelt, afhankelijk van de instructie die van de computer is ontvangen. Om deze stappenmotoren te besturen, hebben we een stappenmotorstuurprogramma nodig om de snelheid en richting van elke actuator te regelen.

In ons geval gebruiken we een L293D H-brugmotordriver "zie afbeelding 3" die het motorcommando ontvangt dat door arduino is verzonden via de ingangen en de stappenmotoren bestuurt met behulp van de uitgangen.

om alle benodigde onderdelen samen met ons Arduino-bord te verbinden, heb ik het schakelschema gemaakt dat de eerste afbeelding laat zien waar je dezelfde aansluiting moet volgen voor zowel stappenmotoren als de servomotor.

De volgende afbeelding legt in detail door middel van een schema het schakelschema uit en hoe het de koppelingen tussen de Arduino en de andere componenten moet zijn, u kunt deze koppelingen zeker aanpassen aan uw behoeften.

Stap 4:Het maken van PCB's (geproduceerd door JLCPCB)

Over JLCPCB

JLCPCB (Shenzhen JIALICHUANG Electronic Technology Development Co., Ltd.), is de grootste onderneming voor PCB-prototypes in China en een hightechfabrikant die gespecialiseerd is in snelle PCB-prototypes en PCB-productie in kleine batches. Met meer dan 10 jaar ervaring in de productie van PCB's, heeft JLCPCB meer dan 200.000 klanten in binnen- en buitenland, met meer dan 8.000 online bestellingen van PCB-prototyping en PCB-productie in kleine hoeveelheden per dag. De jaarlijkse productiecapaciteit is 200, 000 m². voor diverse 1-laags, 2-laags of meerlaags PCB's. JLC is een professionele PCB-fabrikant die wordt gekenmerkt door grootschalige, bronapparatuur, strikt beheer en superieure kwaliteit.

Pratende elektronica

Na het maken van het schakelschema heb ik het omgezet in een PCB-ontwerp om het te produceren "zie de volgende foto's", om de PCB te produceren, heb ik JLCPCB de beste PCB-leveranciers en de goedkoopste PCB-leveranciers gekozen om mijn circuit te bestellen. met hun betrouwbare platform hoef ik alleen maar een paar simpele klikken te doen om het gerber-bestand te uploaden en een aantal parameters in te stellen, zoals de kleur en hoeveelheid van de PCB-dikte, dan heb ik slechts 2 dollar betaald om mijn PCB pas na vijf dagen te krijgen.

Gerelateerde downloadbestanden

U kunt het Circuit-bestand (PDF) hier downloaden. Zoals je kunt zien op de foto's hierboven, is de print zeer goed vervaardigd, omdat het "de volgende foto" van het gerelateerde schema laat zien.

en ik heb hetzelfde PCB-ontwerp dat we hebben gemaakt voor ons moederbord en alle labels en logo's zijn er om me te begeleiden tijdens de soldeerstappen. U kunt hier ook het Gerber-bestand voor dit circuit downloaden voor het geval u een bestelling wilt plaatsen voor hetzelfde circuitontwerp.

Stap 5:Ontwerp een ondersteuning voor uw machine!

Om onze machine er beter uit te laten zien, heb ik besloten om deze drie delen "zie afbeelding 1" te ontwerpen met behulp van Solidworks-software , deze onderdelen zullen ons helpen om de dvd-lezers samen te stellen, ik heb de DXF-bestanden van deze onderdelen en met de hulp van mijn vrienden in FabLab Tunesië Ik heb de ontworpen onderdelen geproduceerd met behulp van een CNC-lasersnijmachine, we hebben een 5 mm MDF-houtmateriaal gebruikt om deze onderdelen te produceren.

Nog een ander ontwerp, namelijk de tekenpenhouder, ik heb het door middel van een 3D-afdrukproces gekregen. En u kunt alle gerelateerde bestanden downloaden via de onderstaande links.

Stap 6:Ingrediënten

Laten we nu eens kijken naar de benodigde componenten die we nodig hebben voor dit project, ik gebruik een Arduino Nano zoals hierboven vermeld, het zal het hart van onze machine zijn. Het project omvat ook twee stappenmotoren met stuurprogramma's IC's en een servomotor. Hieronder vindt u enkele aanbevolen Amazon-links voor de juiste items

Om dit soort projecten te maken hebben we nodig:

• De PCB die we bij JLCPCB hebben besteld
• Een Arduino Nano:https://amzn.to/2SDSTgO
• 2 x L293D H bridge-stuurprogramma:https://amzn.to/2C6PWyb
• 2 x IC-sockets DIP 16-pins:https://amzn.to/2RAyCvu
• 1 x IC-socket DIP:https://amzn.to/2SPXMTW
• SIL- en schroefkopconnectoren:https://amzn.to/2Ril1JC
• 1 x servomotor SG90:https://amzn.to/2VEsAZF
• 2 x dvd-lezers :
• De 3D-geprinte onderdelen
• De lasergesneden delen
• Een of andere schroef voor de montage
• De pen die we cadeau hebben gekregen van JLCPCB of een andere tekenpen

Stap 7:Elektronische assemblage en test

We gaan nu over naar het soldeersamenstel van alle elektronische componenten. Zoals gewoonlijk vind je op de bovenste zijdelaag een label van elk onderdeel dat de plaatsing op het bord aangeeft en op deze manier ben je 100% zeker dat je geen soldeerfouten maakt.

Doe wat tests

Nadat ik de elektronische componenten "zie eerste foto" had gesoldeerd, schroefde ik de dvd-lezer op de X-asplaat en deed ik hetzelfde voor het moederbord dan dat ik de motordraden erin plaatste schroefkop om een ​​eenvoudige test uit te voeren met behulp van een stappenmotortest code "zie volgende afbeelding". Zoals je ziet beweegt de stepper prima en zijn we op de goede weg.

/******************************************* ********************************************** ********************************************** ************************* * - Auteur :BELKHIR Mohamed * * - Beroep :(Electrical Ingineer) MEGA DAS eigenaar * * - Hoofddoel :Industrieel Aanvraag * * - Copyright (c) houder :Alle rechten voorbehouden ** - Licentie :BSD 2-Clause Licentie * * - Datum :20/04/2017 ** *************** ********************************************** ********************************************** ********************************************** **//*********************************** NOTITIE ********** **************************/// Herdistributie en gebruik in bron- en binaire vorm, met of zonder// wijziging, is toegestaan ​​mits dat aan de volgende voorwaarden is voldaan:// * Herdistributies van de broncode moeten de bovenstaande copyrightvermelding, deze// lijst met voorwaarden en de volgende disclaimer bevatten.// * Herdistributies in binaire vorm moeten worden gereproduceerd de bovenstaande copyrightkennisgeving,// deze lijst met voorwaarden en de volgende disclaimer in de documentatie// en/of ander materiaal dat bij de distributie wordt geleverd.// DEZE SOFTWARE WORDT GELEVERD DOOR DE HOUDERS EN BIJDRAGERS VAN HET AUTEURSRECHT "AS IS"// EN EVENTUELE UITDRUKKELIJKE OF IMPLICIETE GARANTIES, INCLUSIEF, MAAR NIET BEPERKT TOT, DE// IMPLICIETE GARANTIES VAN VERKOOPBAARHEID EN GESCHIKTHEID VOOR EEN BEPAALD DOEL WORDEN AFGEWEZEN/* ─▄▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▄ █░▀▀█▀▀░▄▀░▄▀░░▀▀░▄▄░█ █░░░▀░ ░░▄▄▄▄▄░░██░▀▀░█ ─▀▄▄▄▄▄▀─────▀▄▄▄▄▄▄▀*/#include  // Include the stappenmotor bibliotheek const int stepPerRotation =20; // Aantal stappen per beurt. Standaardwaarde voor CD/DVD// Geeft X-as stappenmotor aan Pinnen Stepper myStepperX(stepPerRotation, 8,9,10,11); void setup() {myStepperX.setSpeed(100); // Stappenmotor speedmyStepperX.step (100); vertraging (1000); myStepperX.step (-100); delay(1000);}void loop() {} 

Stap 8:Montage van de mechanische onderdelen

We gaan verder met de montage van onze structuur door de tweede stappenmotor op de Y-asplaat te schroeven "zie volgende afbeelding".

Nadat u de Y-as hebt voorbereid, hebt u beide assen gereed om het dubbele assenplan te maken waarover we in de eerste stap "zie volgende twee afbeeldingen" hebben gesproken. u hoeft alleen de twee assen in een hoek van 90° te plaatsen

Maken van de pennenhouder

We bereiden de pennenhouder voor door een kleine bijl in een veer te plaatsen om de 3D-geprinte pennenhouder vast te houden en vervolgens schroeven we de servomotor op zijn plaats "zie afbeelding 4", de pennenhouder is klaar, dus we plakken hem op de wagen van de Y-as met behulp van wat hete lijm of een ander middel om het op de Y-as te laten schuiven volgens de stappen van de stappenmotor "zie afbeelding 5", dan plakken we onze actieve plaat op de wagen van de X-as "zie afbeelding 6", en we eindigen met het vastschroeven van de motordraden aan de connectoren op het bord. Na wat overleg hebben we ons mechanisch ontwerp klaar voor de actie 'zie foto 7'.

Stap 9:Softwareonderdeel

Als we naar het softwaregedeelte gaan, zullen we drie software combineren om de machine levend te maken, ik heb een korte beschrijving gemaakt in de eerste afbeelding, we zullen ons ontwerp maken met behulp van Inkscape-software die een gcode-bestand produceert dat nodig is voor onze machine en voor om de gcode-instructies te begrijpen, moet de machine zijn eigen code hebben die we zullen uploaden met behulp van Arduino IDE-software, het laatste deel is hoe de code van de machine aan het gcode-bestand te koppelen, dit wordt uitgevoerd door verwerkingssoftware.

De eerste stap is het uploaden van de Arduino-board-scketch die je kunt downloaden via de link die op github is gepost en vergeet niet om de pin van de stappenmotoren bij te werken volgens je schema.

De Gcode 'Inkscape' voorbereiden

Daarna gaan we naar Inkscape en passen we enkele parameters aan 'zie volgende twee afbeeldingen', zoals de papieren kaders en eenheden.

we bereiden ons ontwerp voor en slaan het op in MakerBat unicon-formaat 'zie volgende twee afbeeldingen', als dit formaat niet beschikbaar is op uw Inkscape-versie, kunt u een add-on plaatsen om het te hebben, zodra u op (opslaan) een nieuw venster klikt zal verschijnen voor aanpassingen aan de Gcode-bestandsparameters.

het enige wat je hoeft te doen is dezelfde aanpassing te volgen als de onze en alles komt goed. Volg gewoon 'de volgende drie afbeeldingen', dan stel je deze parameters op deze manier in en je hebt je gCode-bestand.

De machine koppelen aan het Gcode-bestand 'Processing 3'

Verhuizen naar verwerkingssoftware, het is een beetje zoals de Arduino IDE 'zie volgende afbeelding'

dus je moet het bestand 'CNC-programma' openen dat je kunt downloaden van dezelfde repository op Github en het gewoon 'zie volgende twee afbeeldingen' uitvoeren.

er verschijnt een tweede venster, u moet op de laatste p drukken in je toetsenbord om de COM-poort van de machine te selecteren 'zie volgende afbeelding', en druk op de laatste g om het gewenste gcode-bestand te selecteren, zodra u het selecteert, begint de machine direct met tekenen.

Stap 10:Test en resultaten

En hier zijn we, de tijd is hier voor een test, zodra het Gcode-bestand is geüpload, begint de machine te tekenen en ik hield echt van het flikkeren van de LED die de reeksen toont die naar elke stappenmotor zijn gestuurd.

De ontwerpen zijn erg goed gedaan, en je kunt zien dat het project geweldig is en ook gemakkelijk te maken,

Vergeet niet ons vorige project te bekijken, namelijk "hoe maak je je eigen Arduino-trainingsplatform." En abonneer je op ons YouTube-kanaal voor meer geweldige video's.

Een laatste ding:zorg ervoor dat je elke dag met elektronica bezig bent.

Het was BEE MB van MEGA DAS. Tot de volgende keer!