Самодельный ЧПУ станок

Вертикальный плоттер - это устройство для рисования и чертежния на больших вертикальных поверхностях.

В этой статье я расскажу вам про устройство и изготовление такого плоттера, а так же вы сможете найти ссылки на комплект для самостоятельной сборки с АлиЭкспресс.

Электронная часть собрана на базе Arduino с заливкой готового софта.

Механическая часть вертикального плоттера состоит из 2-х шаговых двигателей, держателя маркера с сервомашинкой (отодвигает маркер от доски, когда не надо рисовать) и нити с противовесами.

Рисует плотер за счет протяжки маркера по поверхности, соответственно рисунок состояит из линий и обычную фотографию надо предварительно подготовить.

Гораздо лучше чем фотографии, плоттеру удаются всевозможные чертежи и и рисунки созданные из кривых и прямых линий.

Размеры плоттера зависят только от длины нити и основания, если закрепить его на стене дома и разнести боковые части на углы под крышей, то можно разрисовать весь дом!

Вот пример рисования векторного рисунка

В этой статье рассматривается изготовление самодельного вертикального плоттера для работы с бумагой формата А1 и меньше.

Давайте посмотрим небольшое видео с демонстрацией работы плоттера.

Инструменты и материалы для сборки самодельного чертикального плоттера

- Arduino Mega 2560;
- RAMPS 1.4 Контроллер;
-Модуль шагового драйвера A4988, 2 шт.;
-Шаговый двигатель NEMA 17 - 2 шт;
-Серводвигатель SG90;
-Доска размером 780x1200 мм;
-GT2 6мм ремень 2000мм;
-GT2 Шкив ГРМ 80 зубов - 2 шт;
-Коннектор для кабеля XH 2,54 мм - 4P 20 см двойной разъем для проводного кабеля;
-Ленточный кабель 2 метра x 8P;
-Двухжильный провод 2 метра;
-Пустая пластиковая катушка;
-Кабельный ввод диаметром 8-12 мм;
-16шт круглых неодимовых магнитов 10мм х 2мм;
-Кабель для программирования Arduino длиной 1,8 м;
-Крепеж;
-Бумага формата А1;

Можно взять готовый набор плоттера с АлиЭкспресс

 

Pull Line Plotter

Стоимость: 51.7 $

Китайцы слегка упростили конструкцию, но суть и работоспособность осталась та же.

В первой части - рисует растровый рисунок (фотографию), после половины видео рисует векторный чертеж Железного человека.

Но, переходим к изготовлению вертикального плоттера

V-Plotter - это своего рода плоттер с ЧПУ, который рисует текст и изображения, перемещая перо по вертикальной поверхности. Он имеет простую механическую конструкцию, в том числе:
Одна доска.
Два шаговых двигателя со шкивами и ремнями.
Микро-сервопривод подъема ручки.
Пара противовесов.
У мастера была классная доска размером 780 x 1200 мм, которой его дети больше не пользуются. Именно ее он и использует в качестве основания конструкции.

Размеры плоттера следующие:
Ширина: 550 мм.
Высота: 800 мм.
Длина ремня: 1000 мм.

Подготовка доски
Классная доска, включая алюминиевую рамку имеет размер 780 x 1200 мм. Толщина доски 30 мм. С одной стороны, по углам сверлятся отверстия для шаговых двигателей. Расстояние между центрами двух отверстий 600 мм.

С обратной стороны доски устанавливаются шаговые двигатели.

Устанавливаются на валы двигателей шкивы. Шкив имеет 80 зубьев. Шаг зубьев шкива GT2 80 составляет 2 мм на зуб, поэтому его диаметр равен 80x2 / PI = 50,955 мм.

Сверлятся 4 отверстия для крепления и устанавливается плата Arduino Mega 2560 + RAMPS 1.4 по центру верхней части доски.

Сборка узла держателя ручки

Основными компонентами для сборки держателя ручки являются: фитинг, кабельный ввод, ремень и гайки. Но, можно реализовать и свою конструкцию.

Сначала он разрезам 2-метровый ремень ГРМ на две части, каждая по 1 метру. На одной стороне ремня, с помощью кабельной стяжки, закрепляем металлическую цепочку. На другой стороне ремня закрепляем штуцер.

Внутрь катушки устанавливаем два кабельных ввода. Затем сверлим отверстия и устанавливаем четыре винта.

Дальше приклеиваем сервопривод внизу пластиковой катушки (со стороны металлического кабельного ввода) и припаиваем 3 провода от сервопривода к контроллеру RAMPS 1.4. Наконец, на шкивы шагового двигателя навешиваем держатель ручки. Проверяем перемещение узла.

Во время черчения держатель пера может трястись, поэтому необходимо добавить противовесы изготовленные из гаек М10.

Закрепляем пластиковую колесо диаметром 100 мм и толщиной 10 мм.

Приклеиваем сервопривод к колесу и регулируем рычаг сервопривода так, чтобы он находился как можно ближе к кончику пера.

Устанавливает карандаш и проверяет работу.

В таком виде вертикальный плоттер рисует просто отлично.

Подключение электроники вертикального плоттера

Основными контроллерами вертикального плоттера являются Arduino Mega 2560 и RAMPS 1.4. Они управляют 2 шаговыми двигателями через драйверы A4988 и одним серводвигателем. Вот эскиз подключения устройства.

Для правильной работы плоттера два шаговых двигателя должны вращаться в противоположных направлениях, поэтому необходимо поменять местами провода правого двигателя. Подключаются шаговые двигатели левый на шильд X, правый на шильд Y.
RAMPS 1.4 имеет четыре штекерных разъема для подключения сервопривода: D11, D6, D5 и D4. Сервопривод подъема пера управляется штифтом D11.

Что касается источника питания сервопривода, соединяем контакты Vcc и 5V вместе с помощью перемычки. Разъемы 5V и Vcc для питания сервопривода расположены рядом с кнопкой RESET. Это позволить питать плату от платы Ардуино. На фото ниже стрелкой указано место установки перемычки.

Для программирования использовался кабель от принтера HP длиной около 1,8 м. С обратной стороны доски закрепляется кабель-канал и провода кладутся в него.

Для работы плоттера использовалась прошивка Makelangelo - github. Прошивку Makelangelo можно использовать во многих различных контроллерах и кинематических системах.

• Вместе с готовым плоттером который можно заказать с АлиЭкспресс по ссылке выше, идет готовое ПО, которое не треует дорабток, прошивка уже злита в контроллер.

Для самодельного варианта необходимо внести несколько изменений в прошивку Mekalangelo, чтобы она была совместима с данным плоттером.

-Параметры конфигурации для вертикального плоттера: "configure.h ".
- Тип плоттера: Polargraph

#define POLARGRAPH       1  // polargraph like Makelangelo
#define TRADITIONALXY    3  // gantry 3 axis setup.
#define COREXY           2  // gantry CoreXY setup.
#define ZARPLOTTER       4  // 4 motor, x-shaped 2D motion
#define SKYCAM           5  // 4 motor, x-shaped 3D motion
#define DELTA            6  // 3 arm delta robot, rotary action.  untested.
#define STEWART          7  // 6 arm stewart platform, rotary action.  untested.
#define ARM3             8  // 3DOF palletizing robot arm.
#define SIXI             9  // 6DOF robot arm.
#define TRADITIONAL6    10  // 6 axis machine, no restrictions.
#define SCARA           11  // 2 axis SCARA.

- Потдерживаемые микроконтроллеры

#define BOARD_RUMBA        1  // Reprap discount Rumba board
#define BOARD_RAMPS        2  // Mega2560 + Ramps 1.4
#define BOARD_SANGUINOLULU 3  // Sanguinolulu
#define BOARD_TEENSYLU     4  // Teensylu
#define BOARD_WEMOS        5  // Wemos D1 R2 + CNC Shield v3 (see board_wemos.h)
#define BOARD_SIXI_MEGA    6  // Arduino Mega + custom shield for Sixi 2 robot
#define BOARD_CNCV3        7  // Mega2560 + CNC Shield v3
#define BOARD_ESP32        8  // ESP32 + Marginally Clever Polargraph PCB.

- Контроллер: Arduino Mega 2560 + RAMPS 1.4
- Нет ЖК-дисплея

//------------------------------------------------------------------------------
// Robot styles supported
//------------------------------------------------------------------------------
#define MACHINE_STYLE POLARGRAPH

//------------------------------------------------------------------------------
// LCD panels supported
//------------------------------------------------------------------------------
#define LCD_TYPE LCD_NONE

//------------------------------------------------------------------------------
// Microcontrollers supported
//------------------------------------------------------------------------------
#define MOTHERBOARD BOARD_RAMPS

-Параметры конфигурации для полярографа: "robot_polargraph.h "
- Версия: MAKELANGELO_5
- С ручным подъемником.
- Без ЖК-дисплея - Без SDCard - Без концевых выключателей.

#define MACHINE_HARDWARE_VERSION   MAKELANGELO_5  // Change me
#define MACHINE_HAS_LIFTABLE_PEN
.................................................
#if MACHINE_HARDWARE_VERSION == MAKELANGELO_5
#ifndef MAX_SEGMENTS
#define MAX_SEGMENTS         (32)
#endif
//#define USE_LIMIT_SWITCH
//#define HAS_SD
//#define HAS_LCD
#endif

-Настройки шагового двигателя и шкива: "configMotors.h ".
- Он использовал шаговые двигатели NEMA 17 с углом шага: 1,8 °. Таким образом, количество шагов, необходимых для того, чтобы шаговые двигатели совершили 1 полный оборот: 200 шагов / оборот.
- Настройка микрошагов A4988: 1/16. (Драйвер A4988 позволяет увеличить это значение за счет возможности управления промежуточными шагами и имеет пять режимов микрошага (1(полный), 1/2, 1/4, 1/8 и 1/16).)

- В плоттере использовался ремень ГРМ GT2 с шагом 2 мм на зуб и шкивы GT2-80 с 80 зубьями. Значение 80x2 = 160 мм Шаг шкива означает длину окружности шкивов (диаметр шкива = 160 / PI = 50,9 мм) или расстояние перемещения зубчатых ремней, когда шаговые двигатели совершают 1 оборот.

-Настройка контактов Arduino Mega 2560: "board_ramps.h "
Обратите внимание, что RAMPS 1.4 имеет четыре штекерных разъема сервопривода, привязанных к контактам D11, D6, D5 и D4. В данном устройстве использовался штифт D11 для управления сервоприводом подъема ручки.

Программное обеспечение
Программное обеспечение Makelangelo - это компьютерный инструмент, содержащий все необходимое для настройки и экспорта файлов печати для вертикального плоттера. Он позволяет настраивать конфигурацию плоттера, размер бумаги, настройку сервопривода подъема пера. Кроме того, он также имеет встроенные инструменты для преобразования изображений в GCODE и отправки их контроллеру плоттера.

О том, как использовать программное обеспечение Makelangego, можно узнать здесь.

Откройте программное обеспечение Makelangelo и подключитесь к Arduino Mega 2560.
Дальше нужно проверить направление движения валов шаговых двигателей и расстояние перемещения.
Из раскрывающегося списка нужно выбрать "Manual Driving" и понажимать кнопки влево, вправо, вверх, вниз, с дополнительными расстояниями перемещения 1, 10, 100 мм.
Нажмите кнопки Pen up/ Pen down, чтобы проверить работу сервопривода.

Дальше нужно открыть вкладку "Setting" и установить ряд настроек.
- Model: Makelangelo (Custom).
- Machine Width: 550 (mm).
- Machine Height: 800 (mm).
- Acceleration: 10 (mm/s).

Устанавливаем размер бумаги и поля.

Настраивем перо и скорость рисования. Подъем ручки вверх / вниз можно откалибровать, регулируя значения угла сервопривода, скорость подъема и кнопки " Test ".

Дальше нужно нажать на "Generate art", выбрать график и настроить дополнительные параметры по усмотрению.
Затем нужно нажать "Open File", чтобы выбрать изображения. Программное обеспечение Makelangelo может конвертировать изображения JPG, PNG, BMP, GIF или DXF / SVG в GCODE в нескольких стилях формата преобразования.

{ads}

Тестирование
Скачиваем https://content.instructables.com/ORIG/FAH/W2EW/KJ2UV8P2/FAHW2EWKJ2UV8P2.xls для имитации вертикального плоттера.

Нужно ввести координаты X, Y, и шаблон Excel будет моделировать положение пера, а также длину ремня от шкивов до пера и от шкивов до противовесов.

Чтобы провести первый тест, используем встроенную функцию "Generate art", далее "Your message here". В раскрывающемся списке, выбираем размер и шрифт, набираем сообщение (надпись) и нажимаем "Start".

Ниже результат.

Тест фигуры "Lissajous" из вкладки "Generate art".

Тест фигуры "Spirograph".

Рисунок после раскрашивания вручную.

Дальше пробуем нарисовать портрет.

Результат отличный.

Для работы с фото нужно экспортировать изображение в формате DXF / SVG из Inkscape с расширениями штриховки, затем открыть этот файл DXF / SVG в Makelangelo, просто нажав «Пуск» для выполнения.

Все готово.

Некоторые моменты сборки плоттера, а также демонстрацию его работы можно посмотреть на видео.

Самодельный ЧПУ станок