ساخت دستگاه CNC
وسایل مورد نیاز برای ساخت دستگاه CNC
- دو عدد استپر موتور Nema 17 (با ویژگی های ۱٫۸ degrees.4.4 kg cm torque)
- استپر موتور ۲۸BYJ-48 5V
- سه عدد درایور استپر موتور A4988
- سیم رنگین کمانی
- پورت DC
- منبع تغذیه ۱۲V 5A DC
- آردوینو UNO R3
- برد مدار مسی
- کاغذ پرینت شفاف
- مته ۰٫۸ میلیمتری
- مته ۳ میلیمتری
- دریل
- سه عدد خازن ۱۰۰ uf
- چسب دوقلو
- هدر نر
- هدر ماده
- تخته چندلا
- میخ ریز
- مولت متر
- دستگاه لحیم کاری
- قیچی
- پیچ گوشتی
- پیچ M3
- کلرید آهن
- دو عدد میله دندانه دار ۵۰ سانتیمتری
- دو عدد مهره فلنج ۸ میلیمتری
- دو عدد کاپلر شفت منعطف
- اتو
- چسب حرارتی
- کاغذ سنباده
گام دوم: مدار دستگاه CNC
در این شماتیک از درایور استپر موتور A3967 استفاده شده اما در ساخت مدار از درایور A4988 استفاده می کنیم که کوچک تر است و جریان بیشتری را تامین می کند. جابجایی این دو درایور هیچ تغییری در کدها و اتصالات ایجاد نمی کند و فقط باید محدوده جریان را تغییر بدهید که در گام های بعد به آن می پردازیم.
مدار را روی بردی می سازیم که مخصوص ساخت دستگاه CNC طراحی شده است. برای اتصال این مدار به برد درایور از کابل ربانی یا رنگین کمانی استفاده می کنیم. از این شیلد می توانید با برد آردوینو UNO و Mega استفاده کنید.
دلیل انتخاب درایور A4988 داشتن مترجم داخلی و امکان حرکت موتورها از طریق دو پین است. از پین Dir برای تنظیم جهت و پین Step برای ارسال فرمان تعداد گام ها استفاده می شود.
گام سوم: GRBL را روی آردوینو فلش کنید
برای فلش GRBL روی آردوینو از Xloader استفاده می کنیم. تنظیمات Xloader را می توانید در فایل زیر دانلود کنید، آن را نصب و باز کنید. پورت COM آردوینو و مدل آردوینو را انتخاب کنید. از طریق گزینه file فایل .hex موجود در لینک زیر را انتخاب و آپلود کنید. بعد از آپلود باید پین های tx و rx آردوینو چشمک بزنند.
نرم افزار GRBL controller را دانلود و روی کامپیوتر نصب کنید. دقت کنی نسخه متناسب با سیستم عامل کامپیوترتان را دانلود کنید.
گام چهارم: برد مدار چاپی را قلم زنی کنید
فایل brd که در مراحل قبل دانلود کرده اید را روی ورق شفاف پرینت کنید. ما از روش انتقال تونر برای ساخت برد مدار چاپی استفاده می کنیم. بعد از پرینت طراحی برد مدار چاپی، قطعات را روی ورق شفاف قرار بدهید تا مطمئن شوید پرینت اشکالی ندارد. سپس می توانید ورق طراحی را در اندازه مناسب ببرید.
گام پنجم: انتقال تونر
دمای اتو را روی حداکثر تنظیم کنید. برد مسی را با کاغذ سنباده تمیز کنید و سپس ورق شفاف را روی برد بگذارید. حالا اتو را به مدت ۱۰ تا ۱۵ دقیقه با فشار کافی روی کاغذ بکشید و در نهایت برد مسی را در آب گرم فرو کنید تا کاغذ از برد مسی جدا شود.
گام ششم: خطاها را اصلاح کنید
ممکن است برخی خطوط پاک بشوند یا درست به برد منتقل نشود. به همین خاطر باید طرح برد مدار چاپی را با فایل اصلی مقایسه کنید و اشکالات و نواقص را با ماژیک اصلاح کنید.
گام هفتم: برد را قلم زنی کنید
۲۰ گرم کلرید آهن را با ۱۰۰ میلی لیتر آب گرم مخلوط کنید. برد مدار چاپی را در محلول فرو کنید و ۲۰ تا ۳۰ دقیقه صبر کنید. برد را از داخل محلول بیرون بیاورید و آن را با آب سرد بشویید. در حین قلم زنی برد مدار چاپی حتماً از دستکش، ماسک و عینک استفاده کنید.
گام هشتم: سنباده کاری
با کاغذ سنباده برد مدار چاپی را تمیز کنید و سوراخ ها را با مته ۰٫۸ یا یک میلیمتری دریل کنید. هنگام دریل کردن سوراخ ها خیلی دقت کنید چون خطوط برد براحتی می شکنند. اگر این خطوط بشکنند، مدار دستگاه CNC درست کار نخواهد کرد.
گام نهم: قطعات را لحیم کنید
حالا باید قطعات الکترونیکی را طبق شماتیک و طراحی PCB روی برد لحیم کنید. ابتدا مقاومت ها را لحیم کنید و سپس سراغ سایر قطعات بروید. برای هر اتصال از مقدار لحیم کمی استفاده کنید. همین قدر که پین و خط را ایجاد کنید، کافی است.
گام دهم: نکات مهم
برای نصب هدرهای نر، پین های کوتاه را بیرون بکشید تا طول آنها بلند بشود.
اگر شیلد را با حذف پورت USB می سازید از کابل رنگین کمانی برای اتصالات برد درایور استفاده کنید.
گام یازدهم: پورت جدید را بسازید
از جک هدر نر و هدر ماده به جای پورت استفاده کنید. برای اتصال موتورها و اتصال آردوینو به برد درایور از این پورت استفاده کنید.
گام دوازدهم: محدوده جریان A4988 را مشخص کنید
محدوده جریان درایور را تنظیم کنید
بعد از ساخت مدار و ایجاد اتصالات، جریان ۱۲V DC از آداپتور دیواری به GND و پین vmot (از طریق خازن دی‌کاپلینگ ۱۰۰ uf) وصل کنید. برای رسیدن به نرخ بالای گام، منبع موتور باید بیشتر از حد مجاز باشد. برای مثال یک استپر موتور معمولی حداکثر جریان ۱A با مقاومت کویلی ۵Ω دارد که در این حالت حداکثر جریان تغذیه آن باید ۵V باشد. برای رسیدن به نرخ بالای گام با این استپر موتور از منبع ۱۲V استفاده می کنیم اما جریان باید به کمتر از A1 محدود بشود تا موتور آسیب نبیند.
درایور A4988 قابلیت محدود کردن جریان دارد و برای اینکار باید از پتانسیومتر تریمر روی برد استفاده کرد. یک راه تنظیم محدوده جریان این است که درایور را در حالت full-step قرار بدهید و میزان جریان عبوری از کویل بدون زمانبندی ورودی STEP را اندازه بگیرید. این مقدار ۰٫۷ برابر محدوده جریان است چون هر دو کویل همیشه روشن هستند و به ۷۰ درصد محدوده جریان حالت full-step محدود شده اند).
راه دیگر تنظیم محدوده جریان، اندازه گیری ولتاژ پین ref و محاسبه محدوده جریان طبق آن است ارتباط بین محدوده جریان و ولتاژ مرجع طبق فرمول Current Limit = VREF × ۲٫۵ تعریف می شود. بنابراین اگر ولتاز مرجع ۰٫۳V باشد، محدوده جریان ۰٫۷۵ A خواهد بود. همانطور که در بالا اشاره کردیم، در حالت full-step جریان عبوری از کویل به ۷۰ درصد محدوده جریان محدود می شود. پس برای بدست آوردن جریان کویل full-step یک آمپر، محدوده جریان باید ۱ A/0.7=1.4 A باشد که مطابق با ولتاژ مرجع ۱٫۴ A/2.5=0.56 V است.
برای اندازه گیری ولتاژ مرجع باید پین قرمز مولت متر به پتانسیومتر و پین مشکی را به GND وصل کنید. ولتاژ مرجع استپر موتور Nema 17 برابر با ۴۸۰Mv و ولتاژ مرجع موتور محور Z یا ۲۸BYJ-48 برابر با ۳۵mV است.
گام سیزدهم: اجزای بدنه را آماده کنید
ابتدا اجزای بدنه دستگاه CNC را مطابق تصاویر ببرید و سپس سوراخ های موتورها را دریل کنید. برای پیدا کردن جای دقیق سوراخ ها می توانید از دیتاشیت موتورها کمک بگیرید.
برای ساخت دستگاه CNC از تخته چندلای نازک استفاده کنید تا دریل کردن سوراخ ها ساده تر بشود و وزن دستگاه کم بشود. اندازه تخته رسم را هم به حداقل برسانید تا محورها تکان های اضافی نداشته باشند. در ضمن برای قطعات الکترونیکی از جعبه استفاده نمی کنیم و آنها را داخل دستگاه CNC می چسبانیم.
گام چهاردهم: موتورها را به میله ها وصل کنید
موتورها را با استفاده از چند کاپلر شفت به میله های دندانه دار وصل کنید.
گام پانزدهم: موتورها را نصب کنید
همانطور که در تصاویر می بینید موتور باید در موازات تخته کف بدنه قرار داشته باشد. اگر این نکته را رعایت نکنید در مراحل بعد به مشکل برمی خورید. درست جلوی شفت هم باید یک سوراخ دریل کنید.
گام شانزدهم: کاپلرهای شفت را ثابت کنید
برای اتصال دائمی میله های دندانه دار به موتورها از چسب دوقلو استفاده کنید. ۶ تا ۱۰ ساعت هم صبر کنید تا چسب کاملاً خشک بشود.
گام هفدهم: محور Z را آماده کنید
قطعه ای که در تصویر می بینید از یک پلیر CD قدیمی جدا شده است. شما می توانید این قطعه را از CD-ROM های جدید هم جدا کنید. سپس این قطعه را مطابق تصاویر روی صفحه متحرک محور Z وصل کنید.
گام هجدهم: ریل ها را به بدنه وصل کنید
ابتدا اسلایدر را از ریل کشو جدا کنید و سپس ریل را به بدنه پیچ کنید.
گام نوزدهم: اسلایدر دستگاه را بسازید
فاصله بین دو ریل را اندازه بگیرید و یک تخته به طول این فاصله ببرید. سپس اسلایدرهای ریل کشو را با پیچ و مهره به این تخته چوب وصل کنید.
میله دندانه دار را هم با مهره فلنج به یک تکه چوب وصل کنید.
گام بیستم: قسمت اضافی میله را ببرید
چوبی که میله دندانه دار را به آن وصل کردید داخل بدنه دستگاه CNC بگذارید و سپس با درمل قسمت اضافی میله را ببرید.
گام بیست و یکم: محور Y را بسازید
برای ساخت این محور دستگاه CNC فقط از یک ریل کشو استفاده می کنیم. سپس این محور را هم نصب می کنیم. حالا باید همه قطعات را روی بدنه محکم کنیم.
گام بیست و دوم: محورها را تنظیم کنید
محور Z را نصب کنید و سپس آنها را چک کنید تا مطمئن شوید قلم درست حرکت می کند. آخرین مرحله ساخت دستگاه CNC وصل کردن قلم و تست کردن دستگاه است.
دستگاه CNC آماده است
حالا باید کدهای g-code طرح یا نقشه مورد نظرتان را به دستگاه بدهید و منتظر باشید تا طرح مورد نظرتان رسم بشود. اگر پیشنهادی برای بهبود طراحی و ساخت دستگاه CNC دارید
امیر علی