【Arduino 动手做】构建最简单的 CNC 机床 | DIY 激光雕刻机

Arduino是一个开放源码的电子原型平台，它可以让你用简单的硬件和软件来创建各种互动的项目。Arduino的核心是一个微控制器板，它可以通过一系列的引脚来连接各种传感器、执行器、显示器等外部设备。Arduino的编程是基于C/C++语言的，你可以使用Arduino IDE（集成开发环境）来编写、编译和上传代码到Arduino板上。Arduino还有一个丰富的库和社区，你可以利用它们来扩展Arduino的功能和学习Arduino的知识。

Arduino的特点是：
1、开放源码：Arduino的硬件和软件都是开放源码的，你可以自由地修改、复制和分享它们。
2、易用：Arduino的硬件和软件都是为初学者和非专业人士设计的，你可以轻松地上手和使用它们。
3、便宜：Arduino的硬件和软件都是非常经济的，你可以用很低的成本来实现你的想法。
4、多样：Arduino有多种型号和版本，你可以根据你的需要和喜好来选择合适的Arduino板。
5、创新：Arduino可以让你用电子的方式来表达你的创意和想象，你可以用Arduino来制作各种有趣和有用的项目，如机器人、智能家居、艺术装置等。

五、DIY CNC 激光雕刻机电路图

这是需要如何连接所有内容的电路图。

DIY 数控激光雕刻机电路图


您可以自行获取此项目所需的组件：

步进电机 – NEMA 17..................亚马逊 / Banggood / 全球速卖通
DRV8825步进驱动器.....................亚马逊 / Banggood / 全球速卖通
Arduino CNC 扩展板 ............................亚马逊 / Banggood / 全球速卖通
Arduino Uno.........................................亚马逊 / Banggood / 全球速卖通
限位开关 ........................................亚马逊 / Banggood / 全球速卖通
直流电源 ...............................亚马逊 / Banggood / 全球速卖通
激光模块 .....................................亚马逊 / Banggood / 全球速卖通
激光护目镜 ..........................亚马逊 / Banggod / 全球速卖通

因此，我们将 Arduino UNO 板与一个 CNC 扩展板和两个 DRV8825 或 A4988 步进驱动器结合使用。我们有两个用于归位机器的微型限位开关和一个可以 PWM 控制的 12V 激光模块。为了供电，我们需要 12v 电源，最小电流为 3 安培。

所以，20/31 = 0.645，如果我们将该值乘以 250，我们将得到 161.29。所以，这就是我们应该为机器设置的 steps/mm 值的值。

如何调整 GRBL CNC 机床的每毫米步数参数



如果我们现在尝试使用更新的值移动机器，机器应该移动确切的距离。如果您对结果不满意，您仍然可以通过绘制正方形并测量它们来微调这些值。我最终使用了 160 步/毫米的值。

尽管如此，还有其他重要参数也需要调整。例如，我们应该启用硬限制，这是实际的限位开关，软限制，定义工作区域，设置归位方向，定义限位开关在机器上的位置，等等。

您可以下载我的参数集，以便将它们导入到您的固件中。

此 CNC 机床的 GRBL 配置参数（见下载）

在本教程中，我将向您展示如何用尽可能少的零件构建最简单的 CNC 机器，并且不使用 3D 打印机。没错。在我最近的大多数项目中，我一直在使用 3D 打印机，当然，因为它们非常适合原型制作，因为我们可以用它们轻松制作任何我们想要的形状。然而，并不是每个人都有 3D 打印机，所以我想向你展示，即使没有 3D 打印机或其他 CNC 机器的帮助，我们也可以制造东西。


目录
1、概述
2、DIY CNC 激光雕刻机 3D 模型
中央安装板图
3、组装机器
4、连接电子元件
5、DIY CNC 激光雕刻机电路图
6、固件和控制软件
此 CNC 机床的 GRBL 配置参数
7、生成用于激光雕刻的 G 代码
灰度和字体大小测试

一、概述

我将向您展示我是如何仅使用单个电动工具、钻头和几个手动工具来构建这台 CNC 机器的。我用于这个构建的材料是 8 毫米 MDF 板，它实际上非常坚固，可能比 3D 打印的 PLA 材料更坚固，同时它很容易使用。

在本视频中，我将使用这台 CNC 机器作为激光雕刻机，在未来的视频中，我计划将其用作笔式绘图仪。

显然，这种机器的结构不能提供太多的刚度，因此我们不能将其用作 CNC 路由器或铣床。不过，如果我们连接更强大的激光器，我们可以用它来切割各种材料，比如我们在这里使用的 MDF 板或其他类型的木板，并且精度相当高。

工作区域相当大，为 390 x 360 毫米，这款激光雕刻机可以产生的细节水平令人印象深刻。老实说，我很惊讶这些版画的效果如此之好。

这台 CNC 机器的大脑是 Arduino UNO 板与 CNC 盾牌的组合，但有关此的更多详细信息以及如何准备用于激光雕刻的图纸或图像、制作 G 代码和使用免费的开源程序控制机器，稍后将在视频中介绍。


二、DIY CNC 激光雕刻机 3D 模型

我首先使用 SOLIDWORKS for Makers 设计机器。这台 CNC 机床的两个主要部件是这些 MGN15H 直线导轨及其合适的滑块。

为了驱动滑车或两个轴，我们使用了两个 NEMA 17 步进电机和一些合适的 GT2 皮带轮和同步带。为了将所有东西连接在一起，我们使用 8 毫米 MDF 板，为了归位机器，两个微型限位开关。

就是这样，一台零件最少的 CNC 机床。


您可以在附件里找到并下载此 3D 模型，并在浏览器中的 Thangs 上探索它：

从 Thangs 下载装配体 3D 模型。

感谢 Thangs 对本教程的支持。

这是中央安装板的图纸：

三、组装机器

好了，现在我们可以开始构建机器了。以下是组装此 DIY CNC 机器所需的组件列表。电子元件的列表可以在本文的电路图部分找到。

MGN15H 直线导轨..............................亚马逊 / Banggood / 全球速卖通
步进电机 – NEMA 17 ................亚马逊 / Banggood / 全球速卖通
GT2 皮带 + 齿轮........................亚马逊 / Banggood / 全球速卖通
GT2 惰轮 .......................................亚马逊 / Banggood / 全球速卖通
垫片螺母 ..........................................亚马逊 / Banggood / 全球速卖通
螺栓和螺母套件 .................................Amazon / Banggood / AliExpress 或从当地五金店 + 平头螺丝 3x16mm
M2x20 x2、M3x12 x20、M3x16 x6、M5x25 x5、3x16mm 螺丝 x20

这是我将使用的 8 毫米 MDF 板，根据我从 3D 模型中提取的图纸，现在我将把这些块切割成合适的尺寸。

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为此，我使用了最简单的方法，用铅笔在需要切割的地方做标记，用手锯来切割它们。

当然，手工切割所有碎片需要一些努力，但是即使使用这种方法，我们仍然可以让它们变得非常漂亮和干净。

一旦我把所有块都切成合适的尺寸，我就继续在上面打孔。精确地打孔实际上比切割碎片更重要。孔的位置必须非常精确，因为它们必须与具有精确和固定尺寸的其他部件（如线性导轨和步进电机）相配合。

用 3 毫米钻头在 MDF 板上钻孔

安装 Y 轴和步进电机的中心板有很多孔，为了正确使用它们，我打印了该部件的实际尺寸图纸。
使用打印的技术图纸标记钻孔

每个人都可以轻松使用普通打印机，所以如果我使用打印机来构建这个项目，我认为这不会是作弊。通过这种方式，我们可以定位零件和图纸并标记孔的位置。然后我们可以钻孔，尽管这并不意味着我们会得到 100% 准确的结果。我们仍然在手工完成这项工作，因此我们必须非常专注和耐心才能把它们做好。

使用 Forstner 钻头在 MDF 板上钻 25 毫米的孔
我们需要 3 毫米和 5 毫米的钻头，以及一个 25 毫米的钻头，用于为步进电机开孔。

接下来，我继续组装机器的底座，X 轴导轨将固定在底座上。为此，我标记了导轨支撑部分的固定位置，并在底座部分钻了两个孔，在支撑部分钻了一个孔。

用 2 毫米钻头在 MDF 板上预钻孔
然后我用第一个 3 毫米的螺丝和一些木胶固定这两个部分。第一个螺丝就位后，我检查了垂直度，然后用 2 毫米的钻头在支撑材料上预钻了第二个孔。

以类似的方式，我添加了两个螺丝以获得更好的支持。

将 MDF 部件拧在一起
老实说，这种组装这些 MDF 零件的方法并不是那么好，因为我们所做的一切都是手工完成的，而且 MDF 板只有 8 毫米的刻度，这进一步使这个过程复杂化。也许更好、更简单的方法是使用金属支架，您可以在五金店轻松找到它们。

尽管如此，一旦我准备好了两侧，我就为它们安装了 X 轴导轨。

组装 CNC 机床的 X 轴

这些 MGN15H 导轨提供非常平稳和无间隙的运动，因为它们的滑块内部有滚珠或滚轮。

MGN15H 用于 DIY CNC 激光雕刻机的直线导轨
在安装它们之前，我们应该对它们进行清洁和润滑。我用每侧两个 M3 螺栓将线性导轨固定到位。

接下来，我们需要将 Y 轴安装在 X 轴滑块的顶部。为此，我们将使用中心板。

组装机器的 Y 轴
同样，我们使用 M3 螺栓将零件固定在一起。为了将步进电机固定到位，我们还需要 M3 螺栓。

用于 NEMA 17 步进电机安装的限位螺母
除此之外，对于其中一个步进器，我使用了一些距离螺母，以便为其获得适当的安装高度，尽管我可能已经将这个步进器安装在板的底部，因此我们必须使用这些距离螺母。

为了驱动 X 轴，我们需要在步进轴附近安装两个 GT2 惰轮，以便我们可以在皮带和步进滑轮之间产生适当的张力。