Membuat Pemotong CNC Berbasis Arduino: Panduan Langkah demi Langkah Mesin Gambar DIY

Komponen dan Perlengkapan

Arduino Nano R3	1
Texas Instruments Dual H-Bridge motor drivers L293D	1
SG90 Micro-servo motor	1
Stepper motor dari DVD ROM	1
PCB Kustom JLCPCB	1

Alat dan Mesin yang Diperlukan

Laser cutter (umum)

3D Printer (umum)

Aplikasi dan Layanan Online

Arduino IDE

Inkscape

The Processing Foundation Processing

easyEDA

Tentang Proyek Ini

Halo! Saya harap Anda sudah menikmati instruksible saya sebelumnya, "Cara Membuat Platform Pelatihan Arduino Sendiri", dan siap untuk yang baru. Seperti biasa, saya membuat tutorial ini untuk memandu Anda langkah demi langkah dalam membuat proyek elektronik biaya rendah yang luar biasa ini, yaitu "mesin pemotong CNC" yang juga dikenal sebagai "CNC drawing" atau hanya "mesin CNC Arduino". ^_^

Saya menemukan banyak tutorial di internet yang menjelaskan cara membuat CNC Plotter, namun karena kurangnya informasi, membuat mesin semacam ini agak sulit. Itulah alasan saya memutuskan memulai instruksible ini di mana saya akan menunjukkan secara rinci cara mudah membuat mesin gambar Anda sendiri.

Proyek ini sangat praktis untuk dibuat, terutama setelah mendapatkan PCB kustom yang kami pesan dari JLCPCB.

Untuk meningkatkan penampilan mesin kami, dan juga ada cukup dokumen dan kode dalam panduan ini untuk memungkinkan Anda membuat mesin Anda dengan mudah. Kami menyelesaikan proyek ini dalam waktu 5 hari saja: tiga hari untuk mendapatkan semua komponen yang diperlukan dan menyelesaikan pembuatan serta perakitan perangkat keras, lalu dua hari untuk menyiapkan kode dan melakukan beberapa penyesuaian. Sebelum memulai, mari kita lihat terlebih dahulu.

Apa yang Akan Kamu Pelajari dari Tutorial Ini:

• Memilih perangkat keras yang tepat untuk proyek Anda berdasarkan fungsionalitasnya
• Menyiapkan diagram rangkaian untuk menghubungkan semua komponen yang dipilih
• Merakit semua bagian proyek (perakitan mekanis dan elektronik)
• Penskalaan keseimbangan mesin
• Memulai pengoperasian sistem

Langkah 1: Apa Itu Mesin Plotter?

Karena saya membuat instruksible ini untuk pemula, saya harus menjelaskan secara detail terlebih dahulu apa itu mesin gambar dan cara kerjanya!

Seperti yang didefinisikan di Wikipedia, CNC singkatan dari Computer Numerical Control, yaitu mesin yang merupakan struktur yang dikontrol komputer yang menerima instruksi melalui port serial yang dikirim dari komputer dan memindahkan aktuatornya berdasarkan instruksi yang diterima. Kebanyakan mesin ini adalah mesin berbasis motor stepper yang mencakup motor stepper pada sumbu tema.

Kata lain yang perlu disebutkan "sumbu", ya, setiap mesin CNC memiliki jumlah sumbu yang ditentukan yang akan dikontrol oleh program komputer.

Dalam kasus kami, CNC plotter yang kami buat adalah mesin dua sumbu "lihat detail pada gambar 1" yang memiliki motor stepper kecil pada sumbunya "stepper pada gambar 2". Stepper ini akan memindahkan plat aktif dan membuatnya bergerak pada rencana dua sumbu untuk menciptakan desain gambar menggunakan pena gambar. Pena akan ditekan dan dilepas menggunakan mesin ketiga dalam struktur kami yang akan menjadi servo motor.

Langkah 2: Motor Stepper adalah Aktor Utama

Motor stepper atau step motor atau stepping motor adalah motor listrik DC tanpa brush yang membagi rotasi penuh menjadi sejumlah langkah yang sama. Posisi motor dapat kemudian diperintahkan untuk bergerak dan diam pada salah satu langkah ini tanpa sensor posisi untuk umpan balik (kontroler loop terbuka), asalkan motor diukur dengan hati-hati untuk aplikasi dengan memperhatikan torsi dan kecepatan. Ayat pertama, dari mana mendapatkan motor stepper untuk proyek kami, nah mudah, cukup ambil pembaca DVD lama seperti yang ada di gambar berikut.

Saya mendapatkan dua untuk 2 dolar, lalu yang perlu Anda lakukan adalah melepasnya untuk mengekstrak motor stepper dan pendukungnya, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikutnya, kami akan membutuhkan dua di antaranya.

Setelah mendapatkan motor dari pembaca DVD, Anda harus membuatnya siap digunakan dengan mengidentifikasi ujung gulungan motor. Setiap motor stepper memiliki dua gulungan dan menggunakan multimeter Anda dapat mengidentifikasi ujung gulungan dengan mengukur resistansi antara konektor pin motor "seperti ditunjukkan pada gambar berikutnya" dan untuk setiap gulungan seharusnya sekitar 10 Ohm yang diukur.

Setelah mengidentifikasi gulungan motor, cukup solder beberapa kabel untuk mengontrol motor melalui mereka "lihat gambar berikutnya"

Langkah 3: Diagram Rangkaian

Jantung mesin kami adalah papan pengembangan Arduino Nano yang akan mengontrol gerakan setiap aktuator berdasarkan instruksi yang diterima dari komputer. Untuk mengontrol motor stepper ini, kami memerlukan driver motor stepper untuk mengontrol kecepatan dan arah setiap aktuator.

Dalam kasus kami, kami akan menggunakan driver motor H bridge L293D "lihat gambar 3" yang akan menerima perintah motor yang dikirim dari Arduino melalui inputnya dan mengontrol motor stepper menggunakan outputnya.

Untuk menghubungkan semua bagian yang diperlukan bersama dengan papan Arduino kami, saya telah membuat diagram rangkaian yang menunjukkan gambar pertama di mana Anda harus mengikuti koneksi yang sama untuk kedua motor stepper dan servo motor.

Gambar berikut menjelaskan secara rinci melalui skematis diagram rangkaian dan bagaimana seharusnya tautan antara Arduino dan komponen lain, tentu saja Anda dapat menyesuaikan tautan ini sesuai kebutuhan Anda.

Langkah 4: Pembuatan PCB (Dihasilkan oleh JLCPCB)

Tentang JLCPCB

JLCPCB (Shenzhen JIALICHUANG Electronic Technology Development Co., Ltd.), adalah perusahaan prototipe PCB terbesar di Cina dan produsen teknologi tinggi yang spesialis dalam prototipe PCB cepat dan produksi PCB skala kecil. Dengan lebih dari 10 tahun pengalaman dalam manufaktur PCB, JLCPCB memiliki lebih dari 200.000 pelanggan di dalam dan luar negeri, dengan lebih dari 8.000 pesanan online prototipe PCB dan produksi PCB jumlah kecil per hari. Kapasitas produksi tahunan adalah 200.000 m² untuk berbagai PCB 1 lapis, 2 lapis atau multi-lapis. JLC adalah produsen PCB profesional yang fitur skala besar, peralatan yang baik, manajemen yang ketat dan kualitas superior.

Talking Electronics

Setelah membuat diagram rangkaian, saya mengubahnya menjadi desain PCB untuk diproduksi "lihat gambar berikutnya". Untuk memproduksi PCB, saya telah memilih JLCPCB, penyedia PCB terbaik dan penyedia PCB termurah untuk memesan rangkaian saya. Dengan platform yang andal mereka, tudo yang perlu saya lakukan adalah beberapa klik sederhana untuk mengunggah file gerber dan mengatur beberapa parameter seperti ketebalan, warna, dan jumlah PCB, lalu saya telah membayar hanya 2 Dolar untuk mendapatkan PCB saya setelah lima hari saja.

File Unduhan Terkait

Anda dapat mendapatkan file Rangkaian (PDF) dari sini. Seperti yang Anda lihat pada gambar di atas, PCB sangat diproduksi dengan baik seperti yang ditunjukkan "gambar berikutnya" dari skematis terkait.

dan saya telah mendapatkan desain PCB yang sama yang kami buat untuk papan utama kami dan semua label dan logo ada untuk memandu saya selama langkah soldering. Anda juga dapat mengunduh file Gerber untuk rangkaian ini dari sini jika Anda ingin memesan desain rangkaian yang sama.

Langkah 5: Desain Dukungan untuk Mesin Anda!

Untuk memberikan penampilan yang lebih baik untuk mesin kami, saya memutuskan mendesain tiga bagian ini "lihat gambar 1" menggunakan perangkat lunak Solidworks. Bagian-bagian ini akan membantu kami merakit pembaca DVD bersama. Saya telah mendapatkan file DXF dari bagian-bagian ini dan dengan bantuan teman-teman saya di FabLab Tunisia, saya telah mendapatkan bagian yang dirancang diproduksi menggunakan mesin pemotong laser CNC. Kami menggunakan bahan kayu MDF tebal 5 mm untuk mendapatkan bagian-bagian ini diproduksi.

Desain lainnya adalah penahan pena gambar, saya mendapatkannya melalui proses pencetakan 3D. Dan Anda dapat mengunduh semua file terkait dari tautan di bawah ini.

Langkah 6: Bahan-bahan

Sekarang mari kita tinjau komponen yang diperlukan untuk proyek ini. Saya menggunakan Arduino Nano seperti yang disebutkan di atas, ini akan menjadi jantung mesin kami. Proyek ini juga mencakup dua motor stepper dengan driver IC-nya dan sebuah servo motor. Anda akan menemukan di bawah beberapa tautan Amazon yang direkomendasikan untuk item yang sesuai.

Untuk membuat jenis proyek ini, kami akan membutuhkan:

• PCB yang kami pesan dari JLCPCB
• Seorang Arduino Nano
• 2 x driver H bridge L293D
• 2 x soket IC DIP 16 pin
• 1 x soket IC DIP
• Konektor header SIL dan Soket
• 1 x servo motor SG90
• 2 x pembaca DVD
• Bagian cetakan 3D
• Bagian potong laser
• Beberapa sekrup untuk perakitan
• Pena yang kami dapatkan sebagai hadiah dari JLCPCB atau pena gambar lainnya

Langkah 7: Rangkaian Elektronik dan Pengujian

Kami pindah sekarang ke rangkaian soldering semua komponen elektronik. Seperti biasa, Anda akan menemukan pada lapis sutra atas label dari setiap komponen yang menunjukkan tempat penempatannya pada papan dan dengan cara ini Anda akan 100% yakin bahwa Anda tidak akan membuat kesalahan soldering.

Lakukan beberapa tes

Setelah soldering komponen elektronik "lihat gambar pertama", saya sekrup pembaca DVD ke plat sumbu X dan saya melakukan hal yang sama untuk papan utama, lalu saya menempatkan kabel motor di soket sekrup untuk melakukan tes sederhana menggunakan kode tes motor stepper "lihat gambar berikutnya". Seperti yang Anda lihat, stepper bergerak dengan baik dan kami berada di jalur yang benar.

/************************************************************************************************************************************************************************ * - Author : BELKHIR Mohamed * * - Profession : (Electrical Ingineer) MEGA DAS owner * * - Main purpose : Industrial Application * * - Copyright (c) holder : All rights reserved * * - License : BSD 2-Clause License * * - Date : 20/04/2017 * * ***********************************************************************************************************************************************************************/ /*********************************** NOTE **************************************/ // Redistribution and use in source and binary forms, with or without // modification, are permitted provided that the following conditions are met: // * Redistributions of source code must retain the above copyright notice, this // list of conditions and the following disclaimer. // * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright notice, // this list of conditions and the following disclaimer in the documentation // and/or other materials provided with the distribution. // THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS "AS IS" // AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE // IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED /* ─▄▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▄ █░░░█░░░░░░░░░░▄▄░██░█ █░▀▀█▀▀░▄▀░▄▀░░▀▀░▄▄░█ █░░░▀░░░▄▄▄▄▄░░██░▀▀░█ ─▀▄▄▄▄▄▀─────▀▄▄▄▄▄▄▀ */ #include <Stepper.h> // Include the stepper Motor librarie const int stepPerRotation = 20; // Number of steps by turn. Standard value for CD/DVD // Indicate X axis stepper motor Pins Stepper myStepperX(stepPerRotation, 8,9,10,11); void setup() { myStepperX.setSpeed(100); // Stepper motor speed myStepperX.step(100); delay(1000); myStepperX.step(-100); delay(1000); } void loop() {} 

Langkah 8: Rangkaian Bagian Mekanikal

Kami melanjutkan rangkaian struktur kami dengan memasang motor stepper kedua ke plat sumbu Y "lihat gambar berikutnya".

Setiap sumbu Y disiapkan, Anda akan memiliki kedua sumbu siap untuk menciptakan rencana dua sumbu yang kami bicarakan pada langkah pertama "lihat dua gambar berikutnya". Yang perlu Anda lakukan adalah menempatkan kedua sumbu pada sudut 90°

Pembuatan Tempat Pena

Kami menyiapkan tempat pena dengan memasang sumbu kecil ke dalam pegas untuk memegang tempat pena cetakan 3D dan lalu kami sekrup servo motor ke tempatnya "lihat gambar 4". Tempat pena siap, jadi kami menempelkannya ke kereta sumbu Y menggunakan lem panas atau alat lain untuk membuatnya dapat meluncur pada sumbu Y mengikuti langkah motor stepper "lihat gambar 5", lalu kami menempel plat aktif kami ke kereta sumbu X "lihat gambar 6", dan kami selesai dengan memasang kabel mesin ke konektor mereka pada papan. Setelah beberapa pengaturan, desain mekanis kami siap untuk aksi 'lihat gambar 7'.

Langkah 9: Bagian Perangkat Lunak

Pindah ke bagian perangkat lunak, kami akan menggabungkan tiga perangkat lunak untuk menghidupkan mesin. Saya telah membuat deskripsi singkat pada gambar pertama. Kami akan membuat desain kami menggunakan perangkat lunak Inkscape yang menghasilkan file gcode yang diperlukan untuk mesin kami dan tentu saja untuk memahami instruksi gcode, mesin harus memiliki kode sendiri yang akan diunggah menggunakan perangkat lunak Arduino IDE. Bagian terakhir adalah cara menghubungkan kode mesin ke file gcode, ini dilakukan oleh perangkat lunak Processing.

Langkah pertama adalah mengunggah sketsa papan Arduino yang dapat Anda unduh dari tautan yang diposting di github dan jangan lupa untuk memperbarui pin motor stepper sesuai skematis Anda.

Mempersiapkan Gcode 'Inkscape'

Lalu kami pindah ke Inkscape dan kami menyesuaikan beberapa parameter 'lihat dua gambar berikutnya' seperti kerangka kertas dan satuan.

Kami menyiapkan desain kami dan menyimpannya dalam format unicon MakerBat 'lihat dua gambar berikutnya'. Jika format ini tidak tersedia di versi Inkscape Anda, Anda dapat menambahkan add-on untuk memilikinya. Setelah Anda klik (simpan), jendela baru akan muncul untuk penyesuaian parameter file Gcode.

Yang perlu Anda lakukan adalah mengikuti penyesuaian yang sama seperti kami dan semuanya akan baik-baik saja. Cukup ikuti 'tiga gambar berikutnya', lalu Anda mengatur parameter ini dengan cara ini, dan Anda memiliki file gCode Anda.

Menghubungkan Mesin ke File Gcode 'Processing 3'

Pindah ke perangkat lunak Processing, ini sedikit mirip dengan Arduino IDE 'lihat gambar berikutnya'

Jadi Anda harus membuka file 'program CNC' yang dapat Anda unduh dari repositori yang sama di Github dan jalankan saja 'lihat dua gambar berikutnya'.

Jendela kedua akan muncul, Anda perlu tekan huruf p di keyboard Anda untuk memilih port COM mesin 'lihat gambar berikutnya', dan tekan huruf g untuk memilih file gcode yang diinginkan. Setelah Anda memilihnya, mesin akan langsung mulai menggambar.

Langkah 10: Tes dan Hasil

Dan inilah saatnya untuk beberapa tes. Setelah file Gcode diunggah, mesin mulai menggambar dan saya sangat menyukai berkedipnya LED yang menunjukkan urutan yang dikirim ke setiap motor stepper.

Desainnya sangat bagus, dan Anda bisa lihat, teman-teman, proyek ini luar biasa dan mudah dibuat juga.

Jangan lupa untuk menonton proyek kami sebelumnya, yaitu "cara membuat platform pelatihan Arduino Anda sendiri". Dan langgani channel YouTube kami untuk lebih banyak video luar biasa.

Hal terakhir, pastikan Anda melakukan elektronik setiap hari.

Itu adalah BEE MB dari MEGA DAS. Sampai jumpa lagi!