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

安装 GT2 惰轮
我们需要 M5 螺栓和螺母来固定它们。至于 Y 轴，我们只需要在导轨的另一侧有一个惰轮，因为该轴的皮带将安装在一个环中。

好了，接下来是将 X 轴和 Y 轴导轨连接在一起。我们使用四个 M3 螺栓来做到这一点。这种连接对于精确至关重要，因为整台机器的精度取决于它。

检查两个轴的垂直度
使用方尺，我们必须检查两个轴是否相互垂直，如果不是，我们应该适当调整它们。

接下来，我们可以安装 Y 轴滑块上的部件，在这种情况下，它们可以实际固定末端执行器或激光模块。使用前面解释的方法，我组装了这些部件，并使用四个 M3 螺栓将它们固定到滑块上。

安装 Laser 模块
现在我们可以用两个 M3 螺栓将激光模块固定到位。

我继续安装 GT2 皮带。我测量了我需要多少长度，并将腰带剪裁成合适的尺寸。

为 DIY CNC 激光雕刻机的 Y 轴安装 GT2 皮带

为了将皮带固定到滑块上，我使用了两个 M5 螺栓和扎带。

GT2 螺栓连接，带螺栓和扎带

我用扎带将皮带的第一侧固定到 M5 螺栓上，然后张紧另一侧的皮带，并用扎带将其固定到第二个螺栓上。

对于 X 轴，皮带将在穿过三个滑轮时从一侧拉伸到另一侧，从而与步进电机皮带轮产生张力或抓地力。

X 轴 GT2 同步带安装

我用一个螺栓和方形 MDF 件固定了皮带的两侧。

安装 GT2 同步带的简单方法

这样，我们的 CNC 机床就快完成了。我们需要做的事情很少。

在底部，我粘了一些家具垫，以便机器更牢固地固定在原位。

在底部安装家具垫

然后我为 Y 轴安装了微型限位开关。为此，我们需要两个 M2 螺栓。

Y 轴限位开关安装

至于 X 轴限位开关，我忘了在中心板上打那些孔，所以我在现场标记和钻孔。



将这个限位开关固定到位有点紧，但最后效果很好。

四、连接电子元件

机械部分现在已经完成，我们可以继续连接电子元件。正如我提到的，我们将把一个 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。

基于 Arduino UNO 的 CNC 机床

我将 Arduino 板固定在机器的侧面，因此我标记了两个 Arduino 孔并用 3 毫米的钻头钻了它们。我在侧面板和 Arduino 板之间使用了一个 5mm 的距离螺母。

阅读更多：步进电机和 Arduino – 终极指南（见附录）

CNC 扩展板只是位于 Arduino 板的顶部。我们需要为每个驱动器插入 3 个跳线，以便选择最高的步进分辨率。

CNC shield 步进分辨率选择销

请注意，这三个跳线应该被移除，因为我们不需要它们。我在以前的一个项目中使用了它们。

然后我们可以用提供的电缆将步进电机连接到适当的位置。要连接限位开关，我们需要两根电线连接。

焊接微型限位开关

我将电线的一端直接焊接到限位器上，在另一侧我焊接了母针座，以便我可以轻松地将其连接到 CNC 防护罩。

至于连接激光模块，我们需要 3 根线、GND、12V 和一根用于 PWM 控制的信号线。这些电线需要更长一点，以便它们可以到达机器的最远点。

用于 DIY 激光雕刻机 CNC 机器的 Arduino 和 CNC 扩展板



一侧我们有插入激光模块的 3 针连接器，另一侧我们有 GND 和 12V 线，它们将连接到 CNC 扩展板的电源连接器和需要连接到 Z+ 或 Z- 限位针的信号线。

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：

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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。

六、固件和控制软件

这样，我们实际上就完成了机器的组装。现在剩下要做的是赋予它生命或使其成为真正的 CNC 机器。为此，我们需要在 Arduino 上安装固件以控制 CNC 机床的运动。

基于 Arduino 的 CNC 机床如何工作 - 框图 - GRBL 固件和控制软件

DIY CNC 机器最受欢迎的选择是开源 GRBL 固件（见附录）。除了 GRBL 固件，我们还需要一个控制软件，通过它我们将发送 G 代码并告诉机器该怎么做。在这种情况下，我们将使用 LaserGRBL 控制器（见附录）。该软件专为使用 GRBL 固件控制激光雕刻机而设计，我可以告诉您，考虑到它也是开源的，它确实是一个了不起的控制器。

使用 LaserGRBL，我们可以选择直接刷新或将 GRBL 固件上传到 Arduino，因此我们不必手动执行此作。我们甚至可以为只有 X 和 Y 归位的双轴机床选择即用型版本，就像我们需要的一样。

因此，一旦我们使用 GRBL 固件刷新我们的 Arduino，我们就可以将我们的机器与控制器连接并打开 GRBL 配置窗口，以便我们可以根据我们的机器调整一些参数。

GRBL 配置参数

我们首先应该调整的是 X 轴和 Y 轴的行程分辨率或步数/毫米值。这些值表示电机应采取多少步才能移动 1 毫米。这取决于我们拥有的步进电机的类型、所选的步长分辨率和运动传输，在本例中为 GT2 皮带和皮带轮。

以下是我们如何为我们的机器计算这些值。此处的默认值通常为 250 步/毫米。现在我们可以使用 JOG 命令移动机器，例如 20 毫米，我们应该注意机器实际移动的量。

LaserGRBL 上的点动命令

就我而言，对于 Y 轴上的 20 毫米点动，实际移动为 31 毫米。

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）

七、生成用于激光雕刻的 G 代码

该软件的另一个优点是它还具有内置的 G 代码生成器。这意味着我们可以将任何照片、剪贴画、铅笔画等直接加载到软件中，并且我们可以根据需要生成用于雕刻的 G 代码。光栅化图像工具用途广泛，有许多选项可供选择，例如选择线到线跟踪、矢量化、1 位 BW 抖动等。

使用 LaserGRBL 生成用于激光雕刻的 G 代码