構(gòu)建一個簡單的基于Arduino的CNC繪圖儀

CNC機床是計算機化的數(shù)控機床，用于根據(jù)輸入其控制器單元的設(shè)計程序繪制任何東西或設(shè)計任何機械零件?？刂破鲉卧梢允怯嬎銠C或微控制器。CNC機床具有步進電機和伺服電機，可根據(jù)進料程序繪制設(shè)計。

在研究了數(shù)控機床之后，我決定使用當?shù)乜捎玫牟牧辖ㄔ熳约旱臄?shù)控機床。世界上有很多數(shù)控機床，其中一些技術(shù)性很強，很難正確制造甚至操作它們。出于這個原因，我決定制作一個簡單的基于Arduino的CNC繪圖儀，這是迄今為止最簡單的制作。您也可以將其用作Arduino CNC繪圖機，只需進行少量修改。

這款DIY Arduino數(shù)控機床可以繪制大多數(shù)基本形狀，文本甚至卡通。它的操作類似于人手的書寫方式。與人類書寫或繪畫的方式相比，它更快、更準確。查看本教程末尾的演示視頻。

構(gòu)建 Arduino 數(shù)控機床：

對于CNC 繪圖機的操作，需要 3 個軸（x 軸、y 軸和 z 軸。x 軸和 y 軸協(xié)同工作，在普通紙上創(chuàng)建 2D 圖像。這些 x 軸和 y 軸彼此成 90 度放置，使得平面上的任何點都由給定的 x 和 y 值定義。Z軸用于將筆抬起并降低到普通紙上。

根據(jù)要繪制的圖像，計算機將生成適當?shù)淖鴺瞬⑼ㄟ^USB端口將它們發(fā)送到微控制器。微控制器解釋這些坐標，然后控制電機的位置以創(chuàng)建圖像。在這里，我們使用Arduino作為微控制器來構(gòu)建這臺CNC機床。三軸運動由步進電機提供，步進電機將由Arduino板控制。

您需要什么：

注意：我的設(shè)計在尺寸和所用材料方面在硬件上有很大不同。我找不到舊的DVD驅(qū)動器，所以我選擇了打印機部件。無論您使用哪種方法，請確保它具有步進電機。

硬件要求：

鋁板 （710mm x 710mm）

舊的惠普/愛普生打印機。您可以使用舊的計算機DVD驅(qū)動器

螺栓和螺母

有機玻璃

Arduino UNO

L293D 電機驅(qū)動器擴展板或 Arduino CNC 擴展板

微型伺服電機

一支筆

工具：

螺絲刀

鉆

切割工具（鋼鋸）

膠

臺式裝置

數(shù)控繪圖機底座：

該設(shè)備的主體是將機器的所有主要部件支撐在一起的底座，使機器牢固且便攜。在此設(shè)計中，我們將使用鋁來構(gòu)建底座，因為它重量輕，易于彎曲和切割，并且由于不生銹，因此具有良好的光澤外觀。

我的底座的設(shè)計和尺寸如下所示：

注意：所有尺寸均以毫米為單位。

經(jīng)過所有的彎曲和切割，我能夠生產(chǎn)出非常堅固的底座，如下所示：

X、Y 和 Z 軸的組裝：

要制作 x 軸和 y 軸，請使用兩個打印機底座。這些部件中的每一個都包含一個步進電機和一個皮帶驅(qū)動機構(gòu)，通常用于來回移動墨盒。

對于 z軸，使用膠水在 y 軸上安裝一個微型伺服電機。該伺服電機用于上下移動筆。應構(gòu)建良好的支撐機制，使筆可以自由上下移動。

數(shù)控機床繪圖平臺：

由于這臺機器的巨大尺寸，該設(shè)備能夠在A5尺寸的紙上繪圖。因此，我們將從有機玻璃上切出一個A5（148mmx210mm）大小的平臺，然后用膠水將其粘貼到x軸運動部件上。

數(shù)控機床的布線和電路：

將L293D 電機驅(qū)動器護板插入 Arduino UNO 板上。該屏蔽可同時驅(qū)動兩個步進電機和兩個伺服電機。連接兩個步進電機，如下所示。接地連接應保持未連接狀態(tài)，因為電機是雙楊型。這將作為我們的繪圖儀機器的Arduino CNC控制器。

同時將迷你伺服電機連接到伺服1。將 7.5V - 9V 電源連接到電機驅(qū)動器擴展板的電源端口。計算機現(xiàn)已準備好進行測試。

Arduino 數(shù)控機床代碼和測試：

首先，我們需要測試步進電機，看看它們是否正確連接。

由于我們使用的是 L293D 電機驅(qū)動器擴展板，因此我們需要從此處下載 AFmotor 庫。然后將其添加到Arduino IDE庫文件夾中。確保將其重命名為 AFMotor。如果Arduino IDE已打開，請將其關(guān)閉并再次打開，然后單擊文件->示例->Adafruit Motor Shield庫->步進器。確保在工具中選擇正確的端口和板，然后將代碼上傳到 Arduino 板。在步進電機一號上應觀察一些運動。

要測試電機 2，請在下一行中將電機端口從 2 更改為 1，然后再次上傳代碼。

#include // Connect a stepper motor with 48 steps per revolution (7.5 degree) // to motor port #2 (M3 and M4) AF_Stepper motor(48, 2);

用于數(shù)控機床的Arduino代碼：

步進電機正確響應后，從下面的代碼部分復制CNC機床的Arduino代碼，并將其上傳到Arduino板。您可以從以下鏈接下載代碼。

Arduino CNC 代碼下載

數(shù)控機床G代碼：

G - CODE是我們告訴計算機化機器（CNC）做某事的語言。它基本上是一個包含 X、Y 和 Z 坐標的文件。

例如：

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

僅為一個簡單的正方形編寫 G 代碼可能確實具有挑戰(zhàn)性，但幸運的是，我們有一個可以幫助我們生成 G 代碼的軟件。該軟件稱為“Inkscape”，請從此處下載。

您可以使用Inkscape生成自己的G代碼，我們將在下一節(jié)中解釋，或者您可以使用互聯(lián)網(wǎng)上現(xiàn)成的G代碼。

在我向您展示如何使用Inkscape生成G代碼之前，讓我們討論如何將這些G代碼發(fā)送到Arduino。使我們能夠?qū)代碼發(fā)送到Arduino的軟件稱為處理。

處理 IDE 以上傳 G 代碼：

該平臺將幫助我們向Arduino板發(fā)送G代碼。為此，您必須下載 GCTRL。偏微分方程文件。

從這里下載 GCTRL.pde 文件并使用處理 IDE 打開它

在處理 IDE 中打開它后，單擊“運行”。將出現(xiàn)一個窗口，其中包含所有說明。按鍵盤上的p。系統(tǒng)將要求您選擇一個端口。因此，請選擇連接Arduino板的端口。我的情況是端口 6。

現(xiàn)在按g并瀏覽到保存 G 代碼的文件夾。選擇正確的 G 代碼，然后按回車鍵。如果一切都連接正確，您應該會看到您的設(shè)備開始在紙上繪制。

如果要終止進程，只需按x，設(shè)備將停止它正在執(zhí)行的任何操作。

如何生成自己的G代碼：

我們提到Inkscape是我們將用來生成 G 代碼的軟件。在此示例中，我們將創(chuàng)建一個簡單的文本（HELLO WORLD），如下所示。

注意：Inkscape沒有將文件保存為G代碼的內(nèi)置方式。因此，您需要安裝一個附加組件，該附加組件可以將圖像導出到 G-CODE 文件。從這里下載這個MakerBot Unicorn插件，并附上安裝說明。

如果安裝成功，請打開Inkscape，轉(zhuǎn)到“文件”菜單，然后單擊“文檔屬性”。首先將尺寸從 px 更改為毫米。同時將寬度和高度減小到 90 毫米。現(xiàn)在關(guān)閉此窗口。正方形將作為繪圖區(qū)域出現(xiàn)。這是我們將用來編寫文本的區(qū)域。

現(xiàn)在在左側(cè)欄上，單擊創(chuàng)建和編輯文本對象選項卡。鍵入文本“HELLO WORLD”并將其放置在正方形的右上角，如下所示。

單擊文本并選擇您喜歡的字體樣式類型。單擊應用并關(guān)閉。

現(xiàn)在單擊路徑并選擇“對象到路徑”"

您的文本現(xiàn)在可以另存為 G 代碼了。單擊文件 ->另存為，然后將文件名鍵入為“hello world”

將文件類型更改為“MakerBot Unicon G-Code”，如下圖所示。僅當加載項安裝成功時，才會顯示此信息。最后單擊保存，然后單擊彈出窗口中的確定。

您已經(jīng)生成了一個 G 代碼，可以使用前面的過程對其進行繪制。

GRBL 控制器：

一旦您設(shè)法使用 Inkscape 生成 G 代碼，可能需要查看 G 代碼以確保它在繪圖限制范圍內(nèi)。

繪圖限制在Arduino CNC CODE中設(shè)置，如下所示：

上面在GRBL控制器中顯示的圖像不應超出上述CNC Arduino代碼中顯示的限制。如果它超出這些限制，例如朝向 x 軸的負側(cè)，則不會繪制負側(cè)上的該部分。

在此示例中，x 和 y 值的范圍為 0mm 到 40mm。

由于我使用的是可以在更大面積上打印的打印機部件，因此我將最大值從40mm更改為60mm。

每當您使用Inkscape生成G代碼時，您都可以首先在GRBL程序中打開該G代碼，以查看它是否在這些限制范圍內(nèi)。如果不在里面，您需要在 Inkscape 中調(diào)整圖像大小，直到它在您的限制范圍內(nèi)。