Plotter Arduino CNC (MÁQUINA DE DESENHO): 10 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Ei pessoal! Espero que você já tenha gostado do meu instrutivo anterior "Como fazer sua própria plataforma de treinamento Arduino" e você esteja pronto para uma nova, como de costume fiz este tutorial para guiá-lo passo a passo enquanto faz esse tipo de projetos eletrônicos super incríveis de baixo custo que é a "máquina plotter CNC" conhecida também como "desenho CNC" ou simplesmente "máquina CNC Arduino". ^ _ ^

Encontrei muitos tutoriais na web que explicam como fazer uma plotadora CNC, mas com a falta de informações ficou um pouco difícil fazer tal máquina, por isso decidi iniciar este instrutível onde vou mostrar a vocês em detalhes como fazer facilmente sua própria máquina de desenho.

Este projeto é tão útil de fazer, especialmente depois de obter o PCB personalizado que pedimos do JLCPCB

para melhorar a aparência de nossa máquina e também há documentos e códigos suficientes neste guia para permitir que você crie sua máquina facilmente. Fizemos este projeto em apenas 5 dias, apenas três dias para obter todas as peças necessárias e terminar a fabricação do hardware e a montagem, então 2 dias para preparar o código e iniciar alguns ajustes. Antes de começar, vamos ver primeiro

O que você aprenderá com este instrutível:

1. Fazendo a seleção de hardware certa para o seu projeto, dependendo de suas funcionalidades
2. Prepare o diagrama de circuito para conectar todos os componentes escolhidos
3. Monte todas as peças do projeto (montagem mecânica e eletrônica)
4. Dimensionamento da balança da máquina
5. Comece a manipular o sistema

Etapa 1: O que é uma máquina de plotter

Já que tornei isso instrutível para iniciantes, devo explicar em detalhes primeiro o que é a máquina de desenho e como ela funciona!

Como é definido na wikipedia, CNC significa Computer numical control, uma máquina que é uma estrutura controlada por computador que recebe instruções através de uma porta serial enviada de um computador e movimenta seus atuadores de acordo com as instruções recebidas. A maioria dessas máquinas são máquinas baseadas em motores de passo que incluem motores de passo em eixos temáticos.

Outra palavra ao referido "eixo", sim, cada máquina CNC tem um número definido de eixos que serão controlados pelo programa de computador.

No nosso caso, o plotter CNC que fizemos é uma máquina de duplo eixo "detalhes na figura 1" que tem um pequeno motor de passo em seu eixo "passo na foto 2" esses steppers moverão uma bandeja ativa e a farão se mover em um eixo duplo plano para criar o design de desenho usando uma caneta de desenho. A caneta será segurada e liberada usando um terceiro motor em nossa estrutura que será um servo motor.

Etapa 2: Motor de passo é o atuador principal

Um motor de passo ou motor de passo ou motor de passo é um motor elétrico CC sem escova que divide uma rotação completa em várias etapas iguais. A posição do motor pode então ser comandada para se mover e se manter em uma dessas etapas sem nenhum sensor de posição para feedback (um controlador de malha aberta), desde que o motor seja cuidadosamente dimensionado para a aplicação em relação ao torque e à velocidade. Primeiro verso, de onde conseguir os motores de passo para o nosso projeto, bem fácil, basta pegar um leitor de DVD antigo como o da figura 1 acima, tenho dois por 2 dólares, então tudo o que você precisa fazer é desmontá-lo para extrair o motor de passo e seu suporte, como mostra a figura 3, vamos precisar de dois deles.

Depois de obter seus motores do leitor de DVD, você deve torná-los prontos para uso identificando as extremidades das bobinas do motor. Cada motor de passo possui duas bobinas e usando um multímetro você pode identificar as extremidades da bobina medindo a resistência entre o conector dos pinos do motor "como mostra a imagem 5" e para cada bobina deve ser medido cerca de 10Ohm. Após identificar as bobinas do motor basta soldar alguns fios para controlar o motor através deles "ver figura 6"

Etapa 3: O Diagrama do Circuito

O coração de nossa máquina é uma placa Arduino Nano Dev que controlará o movimento de cada atuador dependendo das instruções recebidas do computador, para controlar esses motores de passo precisamos de um driver de motor de passo para controlar a velocidade e direção de cada atuador.

Em nosso caso, usaremos um driver de motor em ponte L293D H "ver figura 3" que receberá o comando do motor enviado do Arduino por meio de suas entradas e controlará os motores de passo usando suas saídas.

para conectar todas as peças necessárias junto com nossa placa Arduino fiz o diagrama de circuito que mostra a figura 1 onde você deve seguir a mesma conexão para os motores de passo e o servo motor.

A figura 2 explica em detalhes através de um diagrama esquemático o circuito e como devem ser os links entre o Arduino e os outros componentes, com certeza você pode ajustar esses links dependendo de suas necessidades.

Etapa 4: A fabricação de PCB (produzida por JLCPCB)

Sobre JLCPCB

JLCPCB (Shenzhen JIALICHUANG Electronic Technology Development Co., Ltd.), é a maior empresa de protótipo de PCB na China e um fabricante de alta tecnologia especializado em protótipos de PCB rápidos e produção de pequenos lotes de PCB. Com mais de 10 anos de experiência na fabricação de PCB, a JLCPCB tem mais de 200.000 clientes em casa e no exterior, com mais de 8.000 pedidos online de prototipagem de PCB e produção de PCB em pequena quantidade por dia. A capacidade de produção anual é de 200, 000 m². para vários PCBs de 1, 2 ou multicamadas. JLC é um fabricante profissional de PCB caracterizado por grande escala, equipamentos de poço, gerenciamento rigoroso e qualidade superior.

Eletrônica falante

Depois de fazer o diagrama de circuito, eu o transformei em um projeto de PCB para produzi-lo "veja a figura 5, 6, 7, 8", a fim de produzir o PCB, escolhi JLCPCB os melhores fornecedores de PCB e os fornecedores de PCB mais baratos para solicitar meu o circuito. com eles uma plataforma confiável, tudo o que eu preciso fazer é alguns cliques simples para fazer o upload do arquivo gerber e definir alguns parâmetros como a cor e quantidade da espessura do PCB, então eu paguei apenas 2 dólares para obter meu PCB depois de apenas cinco dias. Como mostra "a imagem 1, 2, 3, 4" do esquema relacionado.

Arquivos de download relacionados

Você pode obter o arquivo do circuito (PDF) aqui. Como você pode ver nas fotos acima, o PCB é muito bem fabricado e eu tenho o mesmo design de PCB que fizemos para nossa placa principal e todas as etiquetas e logotipos estão lá para me guiar durante as etapas de soldagem. Você também pode baixar o arquivo Gerber para este circuito aqui, caso deseje fazer um pedido para o mesmo projeto de circuito.

Etapa 5: Projete um suporte para sua máquina

A fim de trazer uma melhor aparência para nossa máquina eu decidi projetar essas três partes "veja a imagem 1" usando o software Solidworks, essas partes vão nos ajudar a montar os leitores de DVD juntos, eu tenho os arquivos DXF dessas partes e com com a ajuda dos meus amigos no FabLab Tunisia Eu tenho as peças projetadas produzidas usando uma máquina de corte a laser CNC, usamos um material de madeira MDF de 5 mm para obter essas peças produzidas. Ainda outro designe que é o porta-canetas de desenho, eu consegui através de um processo de impressão 3D. E você pode baixar todos os arquivos relacionados nos links abaixo.

Etapa 6: Ingredientes

Agora vamos revisar os componentes necessários que precisamos para este projeto, estou usando um Arduino Nano como mencionei acima, será o coração da nossa máquina. O projeto também inclui dois motores de passo com os drivers ICs e um servo motor. Você encontrará abaixo alguns links amazônicos recomendados para os itens apropriados

Para criar este tipo de projetos, precisaremos de:

• O PCB que pedimos do JLCPCB
• Um Arduino nano:
• 2 x driver de ponte L293D H:
• 2 x soquetes IC DIP 16 pinos:
• 1 x soquete IC DIP:
• Conectores de cabeçote de parafuso e SIL:
• 1 x servo motor SG90:
• 2 x leitores de DVD:
• As peças impressas em 3D
• As peças cortadas a laser
• Alguns parafusos para a montagem
• A caneta que recebemos de presente do JLCPCB ou qualquer outra caneta de desenho

Etapa 7: Montagem Eletrônica e Teste

Passamos agora para a montagem de soldagem de todos os componentes eletrônicos. Como de costume, você encontrará na camada superior de seda uma etiqueta de cada componente indicando sua colocação na placa e desta forma você terá 100% de certeza de que não cometerá nenhum erro de soldagem.

Faça alguns testes

Após soldar os componentes eletrônicos "ver figura 1", aparafusei o leitor de DVD na placa do eixo X e fiz o mesmo para a placa principal que coloquei os fios do motor no cabeçote do parafuso para fazer um teste simples usando um teste de motor de passo código "ver figura 2". Como você pode ver, o stepper se move bem e estamos no caminho certo.

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// * As redistribuições do código-fonte devem manter o aviso de direitos autorais acima, este

// lista de condições e a seguinte isenção de responsabilidade.

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// ESTE SOFTWARE É FORNECIDO PELOS PROPRIETÁRIOS DOS DIREITOS AUTORAIS E CONTRIBUIDORES "NO ESTADO EM QUE SE ENCONTRA"

// E QUAISQUER GARANTIAS EXPRESSAS OU IMPLÍCITAS, INCLUINDO, MAS NÃO SE LIMITANDO A, // AS GARANTIAS IMPLÍCITAS DE COMERCIALIZAÇÃO E ADEQUAÇÃO A UM DETERMINADO FIM SÃO REJEITADAS

/*

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*/

#include // Inclui a biblioteca de motor de passo const int stepPerRotation = 20; // Número de etapas por turno. Valor padrão para CD / DVD // Indica motor de passo do eixo X Pinos Stepper myStepperX (stepPerRotation, 8, 9, 10, 11); void setup () {myStepperX.setSpeed (100); // Velocidade do motor de passo myStepperX.step (100); atraso (1000); myStepperX.step (-100); atraso (1000); } void loop () {}

Etapa 8: Montagem das peças mecânicas

Continuamos a montagem da nossa estrutura aparafusando o segundo motor de passo à plataforma do eixo Y "ver figura 1". Depois de preparar o eixo Y, você terá ambos os eixos prontos para criar o plano de eixo duplo de que falamos na primeira etapa "veja a figura 2". tudo o que você precisa fazer é colocar os dois eixos em um ângulo de 90 ° "veja a figura 3".

Confecção do porta-canetas

Preparamos o porta-canetas colocando um pequeno machado em uma mola para segurar o porta-canetas impresso em 3D e então aparafusamos o servo motor em sua colocação "ver figura 4", o porta-canetas está pronto para que possamos colá-lo no carrinho do Eixo Y usando alguma cola quente ou qualquer outro meio para torná-lo capaz de deslizar no eixo Y seguindo os passos do motor de passo "veja a figura 5", então colamos nossa placa ativa no carro do eixo X "veja a figura 6", e finalizamos com o aparafusamento dos fios dos motores aos conectores da placa. Depois de algum arranjo, temos nosso projeto mecânico pronto para a ação 'ver figura 7'.

Etapa 9: Parte do software

Passando para a parte do software, combinaremos três softwares para dar vida à máquina, fiz uma breve descrição na primeira foto, faremos nosso projeto usando o software Inkscape que produz um arquivo gcode necessário para nossa máquina e para Certifique-se de que, para entender as instruções do gcode, a máquina deve ter seu próprio código, que será carregado usando o software Arduino IDE, a última parte é como vincular o código da máquina ao arquivo gcode, isso é feito pelo software de processamento.

O primeiro passo é fazer o upload do scketch da placa do arduino que você pode baixar no link abaixo e não se esqueça de atualizar o pino do motor de passo de acordo com o seu esquema.

Nota: se você estiver usando o mesmo esquema que o nosso, o código estará funcionando bem e não há necessidade de alterar nada nele.

Preparando o Gcode 'Inkscape'

Em seguida, passamos para o Inkscape e ajustamos alguns parâmetros 'veja a figura 1' como os quadros e unidades de papel 'veja a figura 2', preparamos nosso design e salvamos no formato MakerBat unicon 'veja a figura 5, 6', se este formato for não disponível em sua versão do Inkscape, você pode colocar um add-on para tê-lo, assim que clicar em (salvar) uma nova janela aparecerá para ajustes dos parâmetros do arquivo Gcode, tudo o que você precisa fazer é seguir o mesmo ajuste que o nosso e tudo ficará bem, basta seguir a 'figura 7, 8, 9', então você configura esses parâmetros desta forma, e você tem seu arquivo gCode.

Observação: você não pode salvar o arquivo Gcode no formato necessário se estiver usando uma versão do Inkscape superior a 0.48.5

Vinculando a máquina ao arquivo Gcode 'Processando 3'

Passando para o software de processamento, é um pouco como o IDE do Arduino 'veja a figura 10', então você deve abrir o arquivo 'programa CNC' que você pode baixar no link abaixo e apenas executá-lo 'veja a figura 11', uma segunda janela aparecerá, você precisa pressionar o último p no teclado para selecionar a porta COM da máquina 'ver figura 12', e pressionar o último g para selecionar o arquivo gcode desejado, uma vez que você selecioná-lo, a máquina começará a desenhar diretamente.

Etapa 10: Teste e resultados

E aqui estamos, o tempo é para alguns testes, uma vez carregado o arquivo Gcode o desenho da máquina começou e gostei muito do piscar do LED que mostra as sequências enviadas para cada motor de passo.

Os designs são muito bem feitos, e vocês podem ver, pessoal, o projeto é incrível e fácil de fazer também, Não se esqueça de assistir ao nosso projeto anterior, que é "como fazer sua própria plataforma de treinamento Arduino". E se inscreva no nosso canal no YouTube para mais vídeos incríveis.

Uma última coisa, certifique-se de que você está fazendo eletrônicos todos os dias

Era BEE MB da MEGA DAS até a próxima