Как сделать плоттер своими руками

Плоттер из старых принтеров на основе Arduino

Из таких можно достать направляющие полированные валы. Нам их надо 4. Чем длиннее, тем больше площадь обрабатываемой поверхности мы получим. И шаговые двигатели там тоже имеются. Среди струйных тоже можно найти достойных доноров, например, Canon BJC-1000

В нем также имеются и направляющие и шаговые двигатели. Круто будет если вместе с направляющими вам будут попадаться и подшипники скольжения к ним. Принтеры, ровесники HP 3745 и подобных, уже имеют внутри коллекторные двигатели, а не шаговые. Хотя, по современным меркам, это уже старье, но они нам не подойдут. Кроме того, из них крайне сложно извлечь направляющие, из-за того, что на них надевают резиновые ролики. При снятие этих роликов, на валах часто остаются следы от них, которые будут мешать свободному движению по ним.

В общем, ищем дряхлые принтеры и вынимаем из них все что можно.

Шаг 2 Собираем корпус.
Для корпуса нам понадобиться листовой материал достаточной жесткости, например, фанера толщиной от 6 мм. У меня такой не было под руками, поэтому я буду использовать OSB панель толщиной 12 мм. Не самый лучший материал для этого, но и с ним можно сделать такой плоттер. У нас будет две оси. Ось X для перемещения кареты с пишущим инструментом. Ось Y для перемещения оси X. Для начала необходимо определиться с размерами нашего плоттера. Размеры зависят от направляющих (или полированных валов), которые вы вытащили из принтеров. Нам нужно добыть 4 направляющие. По две на одну ось. Если они разной толщины, те, что толще берем на ось Y, потоньше на ось X. Размеры высчитываем следующим образом:
Длина станка = (длина направляющие для оси Y) – 2 х (толщина материала) + 100 мм
Ширина станка = (длина направляющие для оси X) — 2 х (толщина материала)

В моем случае получаем:
Длина станка = 290 – 2 х 12 + 100 = 366 мм
Ширина станка = 260 – 2 х 6 = 248 мм
Начнем делать основу для оси Y. Для нее нам понадобиться 5 прямоугольников. Если ваши направляющие отличаются, размеры надо пересчитать. Вырезаем три прямоугольника размерами 248 мм х 60 мм. Еще два 266 мм х 20 мм.

Берем два больших прямоугольника. Сверлить в них отверстия будет лучше, если их предварительно соединить между собой. Они должны быть одинаковые. Для начала вымеряем середины по короткой стороне и проводим продольную линию. Затем отступаем по линии от краев по 20 мм и сверлим там отверстия диаметром ваших направляющих для оси Y. У меня это 8 мм. Находим середину на линии и сверли отверстие диаметром 16 мм для подшипника. Должно получиться следующее:

Собираем как показано на фото. Внутренние прямоугольники должны быть на расстоянии 40 мм от краев. Не забываем про треугольники по углам, для придания жесткости нашей конструкции.

Красим по желанию. У меня как раз осталась немного краски в баллончике.

Теперь собираем Ось X. Для нее нам понадобятся 4 прямоугольника. Два размерами 60 мм х 180 мм, и два 248 мм х 30 мм. Их лучше вырезать из материала потоньше, чтобы были легче. Теперь насчет подшипников для направляющих. В идеале их стоит купить, выбрав под толщину направляющих. Если оби будут в принтерах вместе с направляющими, тоже хорошо. На крайний случай, можно сделать, как я. Взять соединительные гайки соответствующего диаметра и сверлом срезать внутри резьбу. Сделав из некое подобие подшипника. Вариант кустарный, но мною проверен на практике, люфт совсем небольшой, практически не заметен, но направляющие необходимо будет смазать. Должно получиться нечто подобное:

Переходим к шаговым двигателям. Вынимает их из принтеров. Ищем в интернете документацию на них, чтобы узнать тип двигателя и количество шагов на оборот. В мое принтере попался такой

Второй очень похож, но у первого 48 шагов\оборот, а у второго 96 шагов \оборот. Позже мы их будем сравняем, используя микрошаг. Теперь необходимо соединить выходной вал двигателя и строительную шпильку, которая будет двигать оси. Для этого нам понадобиться Чупа-Чупс. Только большой. Съедаем чупс, а палочку оставляет. Внутренний диаметр палочки отлично подходит для выходного вала. А снаружи мы, используя метчик М5, нарезаем резьбу.

Отрезаем кусочек с резьбой, диной примерно 15 мм. Надеваем его на выходной вала шагового двигателя:

Придерживая вал плоскогубцами, накручиваем соединительную гайка на вал. Палочка пластиковая, поэтому гайка накручивается достаточно плотно и не будет откручивать.

Крепим шаговый на плоттере.

Накручиваем на него шпильку, на шпильке должна быть накручена еще одна соединительная гайка, для крепления осей.

С другой стороны, вставляем подшипник, продеваем в него шпильку и фиксируем гайками

Совмещаем гайку и ось. Заливаем все термоклеем. Прочности клея достаточно, чтобы удержать оси.

Для оси X нужно сделать карету и к ней приклеить подшипники

Рабочий инструмент выглядит так

Шаг 3 Электрика.
В конце станка к низу прикручиваем прямоугольник из тонкой фанеры, размеров 248 мм х 100 мм. Это будет место под установку электрики. Прикручивает Arduino

Сверху ставим CNC Shield v3. Предварительно стоит выставить настройки для микрошаг. У меня один шаговый на 48 ш\об, второй 96 ш\об. Что сравнять их ставим
48 х 16 = 768
Для первого ставим микрошаг равный 16
96 х 8 =768
Для второго ставим микрошаг 8.
Затем сверху ставим драйвера шаговых двигателей и после этого весть CNC Shield ставим на Arduino.

С другой стороны, ставим блок питания на 12В.

Опускать и подымать рабочий инструмент будет сервопривод SG90. Крайне не рекомендую подавать на него 12 вольт. Поэтому ставим стабилизатор напряжения на 5В, в разрыв провода питания.

Arduino соединяется с компьютеров через провод USB. Лучше зафиксировать его, чтобы случайно не вырвать

В сборе все получается так:

Провода, идущие к оси X и рабочему инструменты, необходимо зафиксировать на корпусе

Шаг 4 Программные средства.
Для начала скачаем Arduino IDE, самую свежую версию с официального сайта проекта:
https://www.arduino.cc/en/Main/Software

Плоттер будет работать на прошивке GRBL. Для того чтобы, он мог управлять сервоприводом, необходимо использвать специально подготовленую для этого прошивку. Скачать ее можно с сайта.

Прошивка распространяется в виде библиотеки для Arduino IDE. Поэтому скаченный архив надо перенести в папку «libraries». Затем запустив Arduino IDE, ищем в примерах grbl-servo-master. Открывает, выбираем плату Arduino UNO, выбираем com-порт к которому она подключена и нажимаем залить скетч.

Внимание! Если у вас должна быть установлена только одна библиотека GRBL. Если их будет несколько, компиляция и заливка пройдет успешно, но работать как надо плоттер не будет.

И осталась программа для отправки g-кода на плоттер.

Источник

ЧПУ плоттер на Arduino своими руками.

Сегодня расскажу, как можно собрать своими руками ЧПУ плоттер, который будет рисовать ручкой по бумаге. Собирать буду из доступных материалов. Себестоимость станка не превышает 2.5 т. руб . Недорогой и при этом справляется со своей задачей отлично. Наверное, хватит расхваливать свой ЧПУ станок, пора бы и рассказать вам как его сделать. Также рекомендую посмотреть мои предыдущие самодельные ЧПУ станки:

Сборка Самодельного плоттера на Arduino.

Для проекта понадобиться следующая электроника:

Сборка механики станка.

Недавно делал узел из карандашей (каретку для ЧПУ), и на основе данной каретки решил собрать ЧПУ плоттер. Но нужно, как минимум, 2 оси, поэтому собрал второй узел, но немного уже. Вот так выглядят узлы осей X и Y для самодельного станка.

Как собирал каретку, можете почитать в предыдущей статье. Про нее могу сказать одно: сделана она из карандашей, строительной шпильки и фанеры.

У широкой каретки поменял основание, на более широкое. Это поможет устранить лишнюю вибрацию станка, и будет поверхность, на котором можно закрепить листок бумаги.

На подвижную часть первой каретки, под углом 90 градусов, устанавливаю вторую каретку. И закрепляю ее с помощью саморезов.

Обычную ручку использовать в данном проекте не получится, так как нужен подвижный механизм, а также крепеж для нее. Для этого купил в канцелярском магазине: гелевую ручку, авторучку и циркуль «козья ножка».

Из гелевой ручки достал пасту и на край установил пружинку из авторучки. Также срезал бортик внизу пасты. Чтобы она проваливалась в корпус ручки.

Установил пасту в ручку и проверил нажатием пальца. Паста проваливается и потом обратна возвращается под действием пружинки.

Намотал и приклеил нитку на пасту. Тут я допустил ошибку, использовал хлопчатобумажную нить. Она у меня притёрлась буквально через 2 часа работы. Заменил капроновой нитью и нанес на нее смазку.

В корпусе ручки сделал отверстия, и продернул нить. Установил пасту на место.

На ось X установил сервопривод, прикрепив его саморезами.

Используя держатель от циркуля «козья ножка», прикрепил ручку на ось X.

Привязал нить от ручки к качалке сервопривода. Закрепил винтом качалку.

Все механику собрали, сейчас можно устанавливать остальные компоненты и проверять работоспособность станка.

Установка электроники плоттера.

Большая часть электроники у нас установлена. А именно, шаговые двигателя стоят на месте, сервопривод установлен. Осталось установить управляющую электронику.

На подготовленную фанерку, установил плату Arduino UNO.

Сверху двигателя оси Y установил фанерку с Arduino.

На Arduino UNO установил CNC shield v3 и 2 драйвера A4988.

Осталось все подключить, а для этого нужна схема подключения.

Схема подключения электроники ЧПУ плоттера на Arduino UNO и CNC shield v3.

Схема подключения очень простая и не требует дополнительных проводов.

Шаговые двигателя подключаю проводами, которые идут в комплекте.

Для подключения сервопривода нужно достать информационный провод из колодки, он обычно оранжевого цвета, и подключить к пину Z+, а провода питания сервопривода подключить к выводам 5v и GND, на CNC shield.

Подключение самое простое, из всех моих самодельных ЧПУ станков. Вот почему многие начинают сборку своих первых ЧПУ станков с плоттера.

Установка и настройка grbl.

Как загрузить прошивку grbl в Arduino UNO уже рассказывал не однократно, например в статье: «Установка и настройка программы LaserGRBL.», но тут будем использовать немного модифицированную прошивку, как раз под данный проект. Поэтому повторю все шаги, которые нужно сделать.

1. Установка Arduino IDE.

Сперва, нужно установить среду программирования Arduino IDE. Если она у вас установлена, то можете смело пропустить данный пункт.

Я уже рассказывал, как установить и настроить программу Arduino IDE, в статье: «Программа Arduino IDE, бесплатно для Windows, Mac OS, linux. Прошиваем Arduino». Поэтому, расскажу вкратце основные этапы установки и настройки, для операционной системы Windows.

Установка драйвера ch340.

• Скачайте драйвер внизу статьи в разделе «файлы для скачивания»;
• Распакуйте архив;
• Запустите исполнительный файл «CH341SER.EXE»;
• В открывшемся окне нажмите кнопку Install;
• На этом установка завершена.

Теперь можно приступать непосредственно к загрузке библиотеки GRBL.

2. Установка библиотеки grbl.

Как и писал ранее, использовать будем не стандартную библиотеку GRBL. Найти необходимую библиотеку можно по запросу в поисковике «Grbl Pen Servo», либо скачать внизу страницы в разделе «файлы для скачивания».

Внимание. Нужно обязательно удалить библиотеку GRBL, если вы ставили раньше. Для этого заходим в папку «Документы\Arduino\libraries» и ищем папку «grbl», и удаляем ее.

Дальше нужно установить библиотеку grbl. Это можно сделать двумя способами:

• Скопировать папку grbl, из архива, в папку с библиотеками Arduino, которая располагается по следующему пути: Документы\Arduino\libraries.
• Установить через менеджер библиотек:

Заходим в Arduino IDE и выбираем в меню: Скетч –> Подключить библиотеку –> Добавить .ZIP библиотеку…

Выбираем скаченный архив grbl.zip и нажимаем кнопку «Открыть». После установки вы увидите надпись, что библиотека успешно добавлена.

3. Загрузка grbl в Arduino UNO.

После установки библиотеки grbl, заходим в меню Файлы –> Примеры, и в списке ищем пример «grbl». Открываем пример «grblUpload».В примере ничего менять не нужно, его нужно загрузить в Arduino UNO. Для этого, в пункте меню «Инструменты», выбираем плату «Arduino UNO» и порт, к которому подключена плата. В моем случае это «COM9».

Теперь мы можем загрузить прошивку GRBL в Arduino UNO. Для этого нажимаем на кнопку «Загрузить». После компиляции скетча, код будет загружен в микроконтроллер. И вы увидите надпись «Загрузка завершена».

Также вы увидите надпись оранжевого цвета «Недостаточно памяти, программа может работать нестабильно». Но не пугайтесь, все будет работать отлично.

Настройка электроники ЧПУ плоттера на Arduino.

Первым делом нам нужно определиться, какое деление шага поставить для нашего станка и затем рассчитать, сколько шагов будет делать шаговый двигатель, чтобы переместиться на 1 мм. по осям X и Y.

Деление шага.

Перед установкой драйверов необходимо установить перемычки деления шага. Что это такое, и для чего нужно деление шага, читайте в статье про драйвер A4988: «Драйвер шагового двигателя A4988». Я устанавливаю деление шага ½, потому что при увеличении деления шага падает мощность двигателя. У меня получается 400 шагов на мм, — этого вполне достаточно для плоттера.

Расчет деления шага.

Как же рассчитать деление шага, и сколько шагов нужно для совершения перемещения на 1 мм? Количество шагов, сделанных шаговым двигателем, для совершения перемещения станка на 1 мм, зависит от характеристик шагового двигателя, от передачи (винтовая или ременная), какое деление шага настроено (для разных драйверов деление шага настраивается по-разному, и количество отличается). В моем случае, получаются следующие параметры:

• Шаговый двигатель 17HS4401 совершает 200 шагов на 1 оборот вала. (Из характеристик двигателя).
• Шпилька, с метрической резьбой М6, перемещается на 1 мм. за оборот (табличное значение).
• Деление шага установил ½.

Количество шагов на 1 мм рассчитываем по формуле:

H = Sh*M/D где:

Н – количество шагов для перемещения на 1 мм.

Sh – количество шагов шагового двигателя для совершения 1 оборота.

М – перемещение при вращении ходового винта на 1 оборот.

D – установленное деление шага.

Н = 200*1/0,5 = 400 шагов для перемещения на 1 мм.

Данные параметры нам пригодятся при настройке GRBL.

Установка драйверов A4988 и настройка ограничивающего тока.

После установки деления шага, устанавливаем драйвер A4988 в разъёмы с надписью X и Y.Дальше, нам нужно рассчитать ограничение тока драйвера A4988, для этого нужно знать параметры двигателя и номинал резисторов, установленных на драйвер A4988. Это два черных прямоугольника на плате драйвера, обычно подписаны R050 или R100.В моем случае, номинал резисторов R100, что означает 100 Ом. Ток двигателя 17HS4401 — 1,7А.

Расчет ограничивающего тока драйвера шагового двигателя A4988:

Vref = Imax * 8 * (RS)

Imax — ток двигателя;

RS — сопротивление резистора. В моем случае, RS = 0,100.

Для 17HS4401 Vref = 1,7 * 8 * 0,100 = 1,36 В.

В связи с тем, что рабочий ток двигателя равен 70% от тока удержания, то полученное значение нам нужно умножить на 0,7. В противном случае двигатели, в режиме удержания, будут сильно греться.

Для 17HS4401 Vref ист. = 1,36*0,7 = 0,952 В.

Настраиваем ток шагового двигателя.

Для этого возьмём мультиметр, и один контакт подключим к контакту GND, а второй на переменный резистор драйвера. Поворачивая потенциометр на драйвере, подбираем нужное напряжение. На мультиметре у меня показания в мВ, поэтому такое большое значение.

Аналогично настраиваем ограничивающий ток для второго драйвера.

Внимание! Не забудьте установить радиатор охлаждения на драйвер шагового двигателя, в противном случае драйвер будет перегреваться.

Настройка GRBL ЧПУ плоттера.

Как настроить GRBL ЧПУ станка я уже рассказывал неоднократно. Например, в статье: «Установка grbl 1.1 на Arduino uno. Основы работы в программе LaserGRBL», рассказываю, как используя монитор порта Arduino IDE, настроить прошивку станка. А в статье «Установка и настройка программы LaserGRBL.», рассказываю, как настроить прошивку лазерного станка, с помощью управляющей программы LaserGRBL.

Плоттер можно настроить через монитор порта среды Arduino IDE или через управляющую программу «Universal G-Cod Sender», по аналогии с программой LaserGRBL. Для этого скачиваем программу с GitHub или внизу статьи в разделе «файлы для скачивания».

После установки, в операционной системе Windows, у меня выдало кучу знаков вопроса вместо русского текста.

Поменял язык на английский, и программа заработала нормально. Поэтому, покажу все настройки в англоязычной версии программы.

Для начала нам нужно подключить наш станок по USB кабелю к компьютеру. И программе выбрать порт скорость и нажать на кнопку «Open».

Затем переходим в меню «Setting -> Firmware Setting»

Откроется список настроек станка, нам нужно поменять параметры:Сколько нужно сделать шагов, чтобы наш станок переместился на 1 мм по оси X, Y. Для обеих осей это значение получилось 400. Данные параметры нужно указать в настройках

• $100=400
• $101=400

Максимальную скорость перемещения в мм/мин по осям Х, Y. Так как у меня станок на винтах, и он достаточно медленный, данное значение было подобрано, и равняется 500.

• $110=500
• $111=500

Ускорение по осям. Также, опытным путем, было подобрано значение 16 мм/сек^2.

• $120=16.000
• $121=16.000

Наша прошивка настроена так, что сервопривод срабатывает на поднятие, когда подаем команду на перемещение по оси Z, также можно настроить некоторые параметры для данной оси.

• $102=400
• $111=500
• $121=50.000

Эти параметры можно указать больше. Подробнее о них расскажу в следующей статье.

Программа для создания G-Code и управляющая программа.

С выбором программы для создания G-code у меня возникла проблема. Но об этом расскажу в следующий раз, а сейчас напишу список программ, которые я использовал. В следующей статье расскажу, почему выбор пал именно на эти программы.

Inkscape.

Программа для работы с векторной графикой. В программе есть плагин для создания G-code, но для нашей работы не подходит. Делает двойную обводку. Про данную программу я уже рассказывал в статье: «Inkscape где скачать русскую версию. Настройка Inkscape»

Carbide Create V5.

Carbide Create — бесплатная CAD/CAM программа, разработанная производителями небольших ЧПУ станков “Carbide 3D”. В данной программе можно создавать небольшие чертежи, а также генерировать G-Code из векторных рисунков формата .svg. Программа неплохая, но есть ряд минусов. О них в следующей статье.

Candle.

Candle – управляющая программа для ЧПУ станков. Она полностью на русском языке. Достаточно функциональная и при этом не сложная. Но нет простой настройки конфигурации GRBL.

Universal G-codeSender.

Отличная управляющая программа. В настройках можно выбрать русский язык. Но, к сожалению, на компьютере, с операционной системой Windows, постоянно возникают проблемы. Работал на ней в Linux, работает отлично. Использую данную программу для демонстрации простоты настройки конфигурации GRBL.

Продолжение в следующей статье.

Понравился проект ЧПУ плоттер на Arduino своими руками? Не забудь поделиться с друзьями в соц. сетях.

А также подписаться на наш канал на YouTube, вступить в группу Вконтакте, в группу на Facebook.

Спасибо за внимание!

Технологии начинаются с простого!

Источник