Как в домашних условиях сделать ЧПУ станок на Arduino

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.

Особенности регламентных работ

Чаще всего из строя выходит инструментальная плита, испытывающая значительные термические нагрузки. Это не является неисправностью стола. При выборе типа плиты принимают во внимание преобладающую толщину разрезаемого металла. Для резки толстого (свыше 40 — 50 мм) листа предпочтение отдаётся разновысоким пластинам, поскольку в этом случае контакт разогретого металла заготовки с поверхностью пластины происходит по ограниченной площади. Для плазменной резки более тонких заготовок можно использовать более технологичные в установке прямые пластины.

Разработка электроники с Arduino

Такая плата может быть самостоятельно собрана пользователем или покупается в сборе. Она способна принимать программное обеспечение компьютера. Arduino, упрощая работу с микроконтроллерами, имеет преимущества перед другими устройствами:

• низкую стоимость;
• кросс-платформенность (способность работать в нескольких ОС);
• простую, понятную среду программирования (подходит для новичка, а также опытного пользователя);
• в качестве основы Arduino применяются микроконтроллеры ATMEGA8 и ATMEGA168.

Один из умельцев по схеме создал первый самодельный станок с ЧПУ из доступных материалов себестоимостью в пределах 170$. Его предназначение – резка пластика и фанеры, раскрой деталей для создания любой самоделки. Электронную часть собрано на arduino с прошивкой GRBL. Для этого понадобились главные узлы:

• платы Ардуина R3, cnc shield v3 Update или новая версия v4;
• ШД (тип NEMA 17);
• блок питания (24 В, 15 А).

Заготовил механику для самодельного ЧПУ своими руками, включая станину из фанеры толщиной 10 мм, шурупы и болты 8 мм. Чтобы сделать линейные направляющие, взял металлический уголок 25х25х3 мм и подшипники 8х7х22 мм. Движение оси Z на шпильке M8, а оси X и Y – зубчатые полиуретановые ремни T2.5. Использован самодельный шпиндель.

Рабочее пространство станка 45 см по X, 33 см по Y, 4 см по Z. Что касается фрезера, в Китае приобретено несколько фрез (3 и 4 канавки). Они идеальны для металла, а для фанеры (надо было вырезать шестерёнки) понадобились другие.

Итог

Мастер, работающий со станком ЧПУ для плазменной резки металлических конструкций и изделий должен пройти в обязательном порядке инструктаж касательно безопасного использования данного оборудования, получить допуск к возможности проводить работы с ним.

Место, где планируются работы подобного типа, должны быть проверены пожарным инспектором. С некой периодичностью проводится повторная проверка, чтобы подтвердить соответствие требований согласно безопасности применения агрегата.

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;

ВАЖНО: надо соблюдать осторожность с контактами этого устройства, чтобы не повредить Arduino.

• 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.

Принцип действия

После нажатия на кнопку розжига происходит пуск источника электроэнергии, подающий в рабочий инструмент высокочастотный ток. Возникает дуга (дежурная) между расположенным в резаке (плазмотроне) наконечником и электродом. Температурный диапазон от 6 до 8 тысяч градусов. Стоит заметить, что рабочая дуга создается не моментально, существует определенная задержка.

Затем в полость плазмотрона поступает сжатый воздух. Для этого предназначается компрессор. Проходя сквозь камеру с дежурной дугой на электроде, он подвергается нагреву и увеличивается в объеме. Процесс сопровождается ионизацией воздуха, что переводит его в токопроводящее состояние.

Через узкое сопло плазмотрона полученный поток плазмы подается к обрабатываемой детали. Скорость потока составляет 2 – 3 м/с. Воздух в ионизированном состоянии способен нагреваться до 30 000°С. В этом состоянии значение электропроводимость воздуха близка к проводимости металлических элементов.

После контакта плазмы с разрезаемой поверхностью дежурная дуга отключается и действовать начинает рабочая. Далее осуществляется плавка в точках резки, из которых расплавленный металл продувается подаваемым воздухом.

Подробно про технологию плазменной резки и работу с оборудованием возможно почитать в соответствующей статье.

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.

Привод и системы управления

Вследствие специфики выполняемых операций, на агрегатах плазменной резки металла устанавливают преимущественно механические приводы перемещения. Это исключает тепловую деформацию деталей станка при раскрое металла, и повышает точность разрезаемого контура.

Для перемещения применяют:

1. Реечные передачи. Обеспечивают высокую скорость позиционирования, но имеют наименьшую точность, поскольку со временем интенсивно изнашиваются. Устанавливаются на бюджетных исполнениях станков плазменной резки;
2. Линейные приводы на основе шаговых двигателей. Они гарантируют наибольшую точность перемещения разрезаемого листа, но не отличаются большой мощностью и оперативностью отработки траектории;
3. Линейные приводы на основе синхронных двигателей постоянного тока, устанавливаемые на мощных агрегатах плазменной резки металла.
4. Приводы на основе обычных асинхронных двигателей, которые используются при небольших рабочих нагрузках.

В последнее время для перемещения начинают использовать прямые линейные приводы, действие которых основано на непосредственном преобразовании электрической энергии в механическую. Такие системы более долговечны, поскольку не имеют в схеме быстроизнашиваемых элементов, и отличаются наибольшей оперативностью. Их недостаток – высокая цена.

Управление производится от систем ЧПУ, подразделяемых на импульсные и цифровые (аналоговые системы, ввиду своей ограниченной производительности, применяются всё реже). Импульсные системы – более бюджетные, но отличаются сниженной помехоустойчивостью. Цифровые системы управления, действующие от специально разрабатываемых программ, являются наиболее функциональными.

А как насчет взаимодействия

Удивительно слушать заявления некоторых умельцев, что для ЧПУ Ардуино не подходит, тем более, невозможен симбиоз mach3 arduino, якобы они не желают взаимодействовать.

Другие же уверены в противном: ардуину можно реализовать для ЧПУ при помощи трёх вариантов:

1. Полностью автономный контроллер.
2. Плата-интерпретатор отвечает за движения, но они рассчитываются на компьютере.
3. Плата-транслятор (переходник) – выполняет роль виртуального ЛПТ-порта.

Многие пользователи в сети, у которых проблемная электроника, просят посоветовать им программу, чтобы станки под управлением таковой, могли работать чётко и бесперебойно. Фрезеры на станке призваны заготовку обрабатывать равномерно, выполняя сигналы программного блока.

Лазерный фрезер, даже сделанный своими руками, будет демонстрировать соблюдение всех параметров движения.

Инвертор

Данный узел можно взять из готового сварочного аппарата. Его стоимость относительно невелика, хотя это можно считать самым дорогим вложением в этот проект. Обычно специалисты при выборе этого устройства ориентируются на определенную мощность. Ее определяют, ориентируясь на объем работы и ее специфику.

Некоторые специалисты предпочитают создавать инвертор самостоятельно, подбирая детали под конкретные нужды или используя уже имеющиеся материалы. Однако, как показывает практика, намного проще использовать уже готовый агрегат, поскольку он более надежный, а при его изготовлении использовались определенные стандарты.

Преимущества использования Arduino при создании ЧПУ-станков своими руками?

Основные преимущества:

• небольшая стоимость платы;
• среда программирования простая и удобная, подходит и для новичков;
• кросс-платформенность.

Самостоятельно изготовить ЧПУ-станок можно. Это сэкономит довольно много средств, но полностью бесплатно сделать его не получится, так как некоторые части в домашних условиях изготовить невозможно. Но в сравнении с фабричными моделями экономия настолько большая, что это стоит потраченного времени.

• 06 сентября 2020
• 8745

Схемы

Сейчас можно найти множество схем, по которым можно собрать качественный аппарат. Подробно с условными обозначениями помогут разобраться видео. Подходящий принципиальный чертеж оборудования можно выбрать из представленных ниже.