Máquina de plotter cnc baseada em Arduino Diy

As máquinas CNC são máquinas de controle numérico computadorizado que são usadas para desenhar qualquer coisa ou projetar qualquer parte mecânica de acordo com o programa de design alimentado em sua unidade de controlador. A unidade controladora pode ser um computador ou microcontrolador. As máquinas CNC têm motores de passo e servo motores para desenhar o projeto de acordo com o programa alimentado.

Depois de pesquisar em máquinas CNC, decidi construir minha própria máquina CNC usando materiais disponíveis localmente. Existem tantas máquinas CNC no mundo, algumas das quais são muito técnicas e complexas para serem fabricadas ou mesmo operadas corretamente. Por esse motivo, decidi fazer uma Plotter CNC simples baseada no Arduino que é de longe a mais simples de fazer. Você também pode usar isso como uma máquina de desenho CNC Arduino com pequenas modificações.

Esta máquina CNC Arduino DIY pode desenhar a maioria das formas básicas, textos e até desenhos animados. Sua operação é semelhante à forma como uma mão humana escreve. É mais rápido e preciso em comparação com a maneira como um ser humano pode escrever ou desenhar. Confira o vídeo de demonstração no final deste tutorial.

Construindo uma Máquina Arduino CNC:

Para que uma máquina de plotagem CNC funcione, são necessários 3 eixos (eixo x, eixo y e eixo z. Os eixos xey trabalham em uníssono para criar uma imagem 2D em um papel comum. Esses eixos x e y os eixos são colocados a 90 graus um do outro de modo que qualquer ponto na superfície plana seja definido por um determinado valor de xey. O eixo z é usado para levantar e abaixar a caneta sobre o papel comum.

Dependendo da imagem a ser desenhada, o computador irá gerar as coordenadas apropriadas e enviá-las ao microcontrolador através da porta USB. O microcontrolador interpreta essas coordenadas e controla as posições dos motores para criar a imagem. Aqui, usamos o Arduino como microcontrolador para construir esta máquina CNC. Os movimentos de três eixos são fornecidos por motores de passo, que serão controlados pela placa Arduino. Você pode verificar como fazer a interface do motor de passo com o Arduino se for novo nisso.

Portanto, vamos começar a construir nosso dispositivo Arduino CNC passo a passo.

O que você precisa:

Nota: Meu projeto é bastante diferente no hardware em termos de tamanho e materiais usados. Não consegui encontrar unidades de DVD antigas, então optei por peças de impressora. Independentemente do que você usar, certifique-se de que possui um motor de passo.

Requisito de hardware:

Folha de alumínio (710 mm x 710 mm)
Impressora HP / Epson antiga. Você pode usar unidades de DVD de computador antigas
Parafusos e porcas
Vidro perspex
Arduino UNO
Blindagem do driver do motor L293D ou blindagem do Arduino CNC
Mini servo motor
Uma caneta

Ferramentas:

Chave de fenda
Broca
Ferramenta de corte (serra)
Cola
Dispositivo de bancada

Programas:

Para o funcionamento eficiente desta máquina, são utilizados os seguintes softwares. Acesse os vários sites e baixe-os.

Arduino IDE versão 1.6.6 ou versões posteriores daqui
Processando IDE versão 3.1.1 ou versão posterior a partir daqui
Inkscape versão 0.48.5. Baixe aqui.
Controlador Grbl (opcional)

A base para máquina de plotter CNC:

O corpo principal deste dispositivo é a base que sustenta todas as partes principais da máquina juntas para que a máquina seja firme e também portátil. Neste projeto usaremos alumínio para construir a base por ser leve, simples de dobrar e cortar e também apresentar um bom aspecto brilhante por não enferrujar.

O design e as dimensões da minha base são mostrados abaixo:

Observação: todas as dimensões estão em milímetros.

Depois de todas as dobras e cortes, consegui produzir uma base muito firme, conforme mostrado abaixo:

Montagem dos eixos X, Y e Z:

Para fazer os eixos xey, são usados dois berços de impressora. Cada uma dessas peças contém um motor de passo e um mecanismo de acionamento por correia geralmente usado para mover o cartucho para frente e para trás.

Para o eixo z, um minisservo motor é fixado no eixo y usando cola. Este servo motor é usado para mover a caneta para cima e para baixo. Um bom mecanismo de suporte deve ser construído para permitir o movimento livre para cima e para baixo da caneta.

Plataforma de desenho para máquina CNC:

Devido ao imenso tamanho desta máquina, o dispositivo é capaz de desenhar em um papel A5. Portanto, iremos cortar uma plataforma de tamanho A5 (148 mm x 210 mm) do vidro Perspex e, em seguida, colá-la na parte móvel do eixo x usando cola.

Fiação e circuito da máquina CNC:

Insira a proteção do driver do motor L293D na placa Arduino UNO. Esta blindagem pode acionar dois motores de passo ao mesmo tempo e dois servo motores. Conecte os dois motores de passo conforme mostrado abaixo. A ligação à terra deve ser deixada desligada uma vez que os motores são do tipo bipoplar. Ele atuará como nosso controlador CNC Arduino para nossa máquina Plotter.

Anexe também o mini servo motor ao servo1. Conecte uma fonte de alimentação de 7,5 V - 9 V à porta de alimentação da blindagem do acionador do motor. A máquina agora está pronta para teste.

Código e teste da máquina Arduino CNC:

Primeiro, precisamos testar os motores de passo e ver se eles estão conectados corretamente.

Como estamos usando o escudo do driver do motor L293D, precisamos fazer o download da Biblioteca do AFmotor aqui. Em seguida, adicione-o à pasta da biblioteca do Arduino IDE. Certifique-se de renomeá-lo para AFMotor . Se o IDE do Arduino foi aberto, feche-o e abra-o novamente e clique em arquivo -> exemplos -> Adafruit Motor Shield Library -> stepper . Certifique-se de escolher a porta e a placa corretas nas ferramentas e, em seguida, carregue o código na placa Arduino. Alguns movimentos devem ser observados no motor de passo um.

Para testar o motor dois, altere a porta do motor de 2 para 1 na linha a seguir e carregue o código novamente.

#include // Conecte um motor de passo com 48 etapas por revolução (7,5 graus) // à porta do motor # 2 (M3 e M4) AF_Stepper motor (48, 2);

Código Arduino para máquina CNC:

Depois que os motores de passo estiverem respondendo de maneira adequada, copie o código do Arduino para a máquina CNC da seção Código abaixo e faça o upload para a placa do Arduino. Você pode baixar o código no link abaixo.

Download do código do Arduino CNC

Código G para Máquina CNC:

G - CODE é a linguagem em que dizemos às máquinas computadorizadas (CNC) o que fazer. É basicamente um arquivo que contém as coordenadas X, Y e Z.

Por exemplo:

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

Escrever um G-Code para apenas um quadrado simples pode ser realmente desafiador, mas felizmente temos um software que pode nos ajudar a gerar um G-Code. Este software é denominado " Inkscape ", baixe-o aqui.

Você pode gerar seu próprio G-Code usando o Inkscape, que explicamos na próxima seção, ou mas você pode usar os G-Codes disponíveis na Internet.

Antes de mostrar como gerar G-Codes usando o Inkscape, vamos discutir como enviar esses G-Codes para o Arduino. O software que nos permitirá enviar G-Codes para o Arduino é chamado de Processing.

Processando IDE para carregar o G-Code:

Essa plataforma nos ajudará a enviar os códigos G para a placa Arduino. Para fazer isso, você terá que baixar o arquivo GCTRL.PDE.

Baixe o arquivo GCTRL.pde aqui e abra-o usando o IDE de processamento

Depois de abri-lo no IDE de processamento, clique em executar. Uma janela aparece com todas as instruções. Pressione p no teclado. O sistema solicitará que você escolha uma porta. Portanto, selecione a porta na qual sua placa Arduino está conectada. No meu caso, é a porta 6.

Agora pressione ge navegue até a pasta onde salvou seu G-CODE. Selecione o G-CODE correto e pressione Enter. Se tudo estiver conectado corretamente, você deverá ver seu dispositivo começando a traçar no papel.

Se você quiser encerrar o processo, basta pressionar x e o dispositivo irá parar o que estava fazendo.

Como gerar seu próprio código G:

Mencionamos que o Inkscape é o software que usaremos para gerar nossos G-CODES. Neste exemplo, criaremos um texto simples (HELLO WORLD) conforme mostrado abaixo.

Nota : O Inkscape não possui uma forma integrada de salvar arquivos como G-CODE . Portanto, você precisa instalar um add-on que permite a exportação de imagens para arquivos G-CODE. Baixe este plugin MakerBot Unicorn aqui com notas de instalação.

Se a instalação foi bem-sucedida, abra o Inkscape, vá ao menu Arquivo e clique em "Propriedades do documento". Primeiro altere as dimensões de px para mm. Reduza também a largura e a altura para 90 mm. Agora feche esta janela. Um quadrado aparece como a área de desenho. Esta é a área que usaremos para escrever nosso texto.

Agora, na barra lateral esquerda, clique na guia criar e editar objeto de texto. Digite o texto " OLÁ, MUNDO " e posicione-o no canto superior direito do quadrado conforme mostrado abaixo.

Clique no texto e escolha o tipo de estilo de fonte de sua preferência. Clique em aplicar e em fechar.

Agora clique no caminho e selecione " objeto para caminho "

Seu texto agora está pronto para ser salvo como G-CODE. Clique em arquivo -> salvar como e digite o nome do arquivo como "hello world"

Mude o tipo de arquivo para "MakerBot Unicon G-Code" conforme mostrado na foto abaixo. Isso só aparecerá se a instalação do complemento for bem-sucedida. Por fim, clique em salvar e clique em ok na janela pop-up.

Você gerou um Código G e pode ser plotado usando os procedimentos anteriores.

O controlador GRBL:

Depois de gerar um Código G usando o Inkscape, pode ser necessário visualizar o Código G para garantir que esteja dentro dos limites do desenho.

Os limites do desenho são definidos no CÓDIGO CNC do Arduino nas linhas mostradas abaixo:

A imagem mostrada acima no controlador GRBL não deve ir além dos limites mostrados no código CNC Arduino acima. Se ultrapassar esses limites, por exemplo, para o lado negativo do eixo x, a parte do lado negativo não será plotada.

Neste exemplo, os valores de xey variam de 0 mm a 40 mm.

Como estou usando peças de impressora que podem ser plotadas em uma área maior, altero os valores máximos de 40 mm para 60 mm.

Sempre que você gerar um Código G usando o Inkscape, você pode primeiro abrir esse Código G no programa GRBL para ver se ele está dentro desses limites. Se não estiver dentro, você precisa redimensionar sua imagem no Inkscape até que esteja dentro de seus limites.

Portanto, este é o método mais barato e simples de construir uma máquina CNC Plotter usando o arduino uno em casa. Experimente e deixe-nos saber nos comentários também confira o Vídeo abaixo.