Как сделать ЧПУ станок на «Ардуино» в домашних условиях?

«Ардуино» позволяет управлять различными шаговыми двигателями и периферийными устройствами, которые предназначены для создания ЧПУ-аппаратов. К таким относятся лазерные граверы, фрезерные и токарные станки и т. д.

• Что такое Arduino?
• Разработка электроники
• Что нужно для создания фрезерного станка на «Ардуино» своими руками?
• ​ЧПУ-станок своими руками на базе Arduino: пошаговая инструкция
• ​Для чего нужны шилды?
• Как сделать ЧПУ-станок для выжигания на различных материалах?
• Преимущества использования Arduino при создании ЧПУ-станков своими руками?

Что такое Arduino?

Arduino – это сочетание аппаратной и программной частей. Его используют для упрощения разработки электроники.

К аппаратной части относятся различные платы Arduino, в которых есть программируемые микроконтроллеры, и дополнительные модули. Программная часть включает в себя среду разработки на довольно простом языке программирования, а также большое количество уже готовых библиотек.

После создания «Ардуино» быстро получило успех. Открытая архитектура позволяет создавать микроконтроллеры и делать прошивки абсолютно всем заинтересованным людям. Схемы и код находятся в открытом доступе. После широкого распространения большое количество производителей электроники стали использовать Arduino и для своей продукции.

После попадания на китайский рынок платы стали намного дешевле и получили еще большее распространение. Сейчас в интернете Arduino продается по цене от 70 рублей.

Разработка электроники

Плату можно собрать самостоятельно или же приобрести готовый вариант, что намного практичнее и выгоднее. Программное обеспечение на нее устанавливается через компьютер.

Написание программ осуществляет упрощенной версии языка С++.

Но для создания ЧПУ необязательно его знать, так как есть уже готовые библиотеки в свободном доступе. Кроме того, для более простой работы существует множество функций, классов, операторов и методов.

К электронике ЧПУ относятся шаговые двигатели, драйверы для них, провода и непосредственно плата «Ардуино».

Что нужно для создания фрезерного станка на «Ардуино» своими руками?

Лучше всего приобрести готовый набор Arduino Uno и CNC Shield v3, предназначенный для ЧПУ. В него входит следующее:

1. Плата Arduino Uno.
2. USB-кабель для соединения с ПК.
3. Плата расширения CNC Shield v3.
4. Драйверы DRV8825 или A4988.
5. Шаговые двигатели с 4 контактами.
6. Компьютер. Он понадобится для загрузки прошивки.
7. Блок питания, предназначенные для работы двигателей. Чаще всего используют 12В и 3А.

ЧПУ-станок своими руками на базе Arduino: пошаговая инструкция

Первым делом припаивается CNC Shield к «Ардуино», как показано на картинке ниже.

Теперь нужно продублировать ось. С помощью CNC Shield можно для любой оси распараллеливать шаговые двигатели. Благодаря этому появляется возможность реализации проектов с 2 моторами на ось без дополнительных проблем.

Напротив нужной оси необходимо установить 2 джампера.

Теперь можно переходить к настройке тока драйверов для моторов. Самые распространенные и дешевые драйверы для двигателей – А4988. Но у них есть 2 больших минуса:

• максимальный микрошаг составляет 1/16;
• шумят во время работы.

С драйверами DRV8825 можно создать более точную систему. При этом они намного меньше шумят.

Во время использования драйверов нужно помнить, что они имеют разную ориентацию. Чтобы не запутаться, необходимо смотреть на подстроечный резистор.

Чтобы настроить ток, необходимо:

1. Установить драйверы на CNC Shield.
2. С помощью кабеля подключиться к компьютеру.

Основные моменты, которые следует учитывать при настройке:

1. Процедура важна для корректной работы шаговых двигателей, уменьшения вероятности пропуска шага, снижения нагрева.
2. Выполняется настройка только при полном шаге, микрошаг не учитывается.
3. Каждый драйвер настраивается отдельно и именно в том слоте, где он будет работать.

После окончания процедуры нужно убрать драйверы.

На следующем этапе производится настройка микрошага. Главные моменты, которые следует учитывать:

1. Если повышать значение микрошага, будет снижаться крутящий момент на двигателе.
2. Большие показатели микрошага не приводят к кратному повышению точности работы, так как на подвижных частях конструкции присутствует люфт.

После настройки микрошага нужно обратно установить драйверы.

Теперь необходимо подключить питание. Кроме соединения платы с компьютером, нужно подать напряжение в 12В.

На CNC Shield v3 это можно сделать одним из следующих способов:

• использовать DC-разъем для подсоединения блока питания;
• подключить блок питания непосредственно к колодке при помощи проводов.

Для небольших проектов лучше использовать первый вариант. Второй предназначен для более мощных станков.

Теперь переходят к подключению шаговых двигателей. Осуществляется это при помощи разъемов Dupont, которые имеют 4 контакта. Если у двигателей нет разъемов, придется их обжать самостоятельно.

Двигатель нужно подсоединять в слот, который расположен рядом с драйвером.

Далее необходимо загрузить прошивку GRBL для контроллера. Ее скачивают и загружают в «Ардуино».

После проверки вращения двигателей переходят к их установке на опорной раме. Лучше всего использовать раму с полной опорой. Такая конструкция применяется во многих профессиональных станках. Она достаточно жесткая, не прогибается под нагрузками.

Для чего нужны шилды?

Использование шилдов позволяет значительно расширить функционал фрезера. Чаще всего их делают под форм-фактор платы. Можно одновременно применять и несколько шилдов. Спектр применения весьма широк:

1. Обеспечение независимой работы от компьютера.
2. Подключение периферийных устройств.
3. Вывод информации на периферийные устройства непосредственно с «Ардуино».
4. Одновременное управление большим количеством двигателей.
5. Хранение и обработка объемной информации.
6. Подключение к Wi-Fi.
7. Подключение антенн мобильной сети.
8. Воспроизведение музыки на «Ардуино» и др.

 ВАЖНО . Во время подключения шилдов необходимо быть осторожным, чтобы не повредить плату «Ардуино».

Как сделать ЧПУ-станок для выжигания на различных материалах?

Станок для выжигания работает при помощи лазера, который фокусирует луч на поверхности материала. Обычно фокусная не более 0,001 дюйма.

Принцип изготовления и прошивки такой же, как и при создании фрезера. Только вместо фрезера используют лазер мощностью от 5,5 ватт.

При правильной настройке скорость работы лазерного станка для выжигания составляет 10 метров в минуту. Ее можно увеличить, если управлять работой устройства с ноутбука, убрав LPT-кабель.

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.