Чпу выжигатель схема

Чпу выжигатель схема

Чпу выжигатель схема

Чпу выжигатель схема

выжигание с помощью ЧПУ станка   В сети можно найти достаточно много конструкций ЧПУ выжигателей. Странно, что мне они раньше никак на глаза не попадались. Недавно вот обнаружил для себя эти устройства и подумываю соорудить нечто подобное. Ссылок на найденное давать не буду, все легко ищется в поисковиках (ЧПУ выжигатель).

   Кратко о том, что нашел: есть описание аппаратной части (несколько вариантов), есть бесплатные программы управления под LPT порт, есть коммерческие (платные) программы под USB. Как правило данные программы могут включать в себя также функционал по обработке растрового изображения и подготовке его для выжигания, т.е. перевод в G-Code. Также есть отдельные программы, которые занимаются только вышеуказанной задачей - работой с растром. Причем есть бесплатные.

   Исторически так сложилось, что все разработки, которые я здесь представлял, работают с USB, поэтому не буду себе изменять.

В общих чертах видется выжигатель таким образом:

  1. Железо - взять наиболее выгодный вариант, пока не определился.
  2. Электроника - плюс дополнительно управление нагревом жала.
  3. Прошивка электроники - взять за основу прошивку сканера или яйцебота, изменить под отработку G-Code для выжигателя.
  4. Программа для отправки G-Code на выжигатель - предположительно Printrun или Spherebot_UI. Там разберемся.
  5. Софт для обработки растровой картинки и генерации G-code - на данный момент остановился на CHPU (NikRomSoft, freeware).

 Пока разбирался в теме, появились дополнительные мысли:

  • Если ограничиться только выжиганием в растре, то можно сделать ось Y упрощенную, с малой скоростью и с некоторым люфтом. Люфт не скажется на качестве картинки, так как выжигание идет только в одну сторону. А скорость по этой оси нам совсем не нужна.
  • Точность выжигания из практики составляет порядка 0,5мм, поэтому вероятно можно воспользоваться моторами из принтеров с шагом 7,5 градуса (48 шагов на оборот). Под вопросом.
  • С другой стороны, а если захочется выжечь векторную картинку? Тогда умение двигать каретку по вектору сильно сократило бы общее время выжигания. Но в этом случае ось Y должна быть такая же быстрая и без люфта, как и ось X.
  • Нихромовая проволока подвержена обгоранию и ее приходится довольно часто менять. Наткнулся в сети на попытки замены ее на жало от паяльника. Т.е. здесь есть над чем подумать.
  • Если заморачиваться с вектором и жалом, то стоит также подумать о возможности подъема/опускания выжигающего элемента для организации холостого перемещения. Не делать третью ось, конечно, но использовать, например, серводвигатель, как в яйцеботе.

 В итоге пришел к выводу, что выжигатель все же более интересен в плане работы с растровой картинкой, поэтому нет смысла пытаться сделать из него что-то другое. А потому отбросим все лишние мысли и начнем...

(0)

 Что ж, после поисков в интернете, определился с выбором конструкции ЧПУ выжигателя, теперь нужно переходить к реализации.

В качестве базы взял фанеру 10мм. Размер 50х52см.

Ось Y будет выполнена на передаче рейка-шестерня, где в качестве рейки выступает строительная шпилька M12. Пара таких шпилек выполняет роль напрявляющих. Шестерню буду печатать на 3D принтере. Также будут распечатаны и другие детали: левая и правая каретки, держатели шпилек, ролики для перемещения по шпилькам.

запчасти ЧПУ выжигателя

Дополнительно понадобятся 4 подшипника ZZ608 (наши аналоги 80018, 180018, 60018).

 

сборка ЧПУ выжигателя

Для соединения двух кареток в одно целое используем шпильку М6.

Ось X будет выполнена на стальных направляющих диаметром 10мм с линейными подшипниками LM10UU на ременной передаче.

сборка ЧПУ выжигателя

Два подшипника устанавливаются в ролики, а другие два в каретки на одну из направляющих осей Х. Эта ось будет служить также еще и для синхронизации вращения шестеренок на обоих концах. Тут надо сказать, что эту ось нужно проточить на токарном станке с обоих концов по 25мм от краев до диаметра 8мм под данные подшипники. Эта ось на фото находится под шпилькой М6, на нее с обоих сторон надеты желтые шестеренки.

 сборка ЧПУ выжигателя

Каретку оси X также печатаем в 3D. Нагревательный элемент будет крепиться на качалку из PEEK (полиэфирэфиркетон), которая, в свою очередь, крепится к каретке через подшипник 80025.

 детали каретки ЧПУ выжигателя

Крепим алюминиевые контакты для электрического соединения нагревательного элемента к питающим кабелям.

каретка ЧПУ выжигателя

 

P.S. Принцип и конструкция из интернета, в свободном доступе, без чертежей (респект Тимуру ). Разработка 3D моделей с фотографий под себя, поэтому есть ряд недоработок, которые можно устранить после запуска выжигателя, когда все будет отлажено.

 

Вложения: Скачать этот файл (woodburner.zip) [3D модели деталей (некоторые требуют доработки)] 277 Kb

(5)

Изначально в ЧПУ выжигатель планировал установить моторы из струйных принтеров.

сборка ЧПУ выжигателя

Однако первые тесты показали, что данные двигатели не справляются с нагрузками, поэтому пришлось их заменить на более мощные NEMA17.

 сборка ЧПУ выжигателя: замена шаговых двигателей

Устанавливаем шаговые двигатели и натягиваем ремень привода оси X.

 сборка ЧПУ выжигателя

Использовал шкив на мотор и ремень типа MXL. Но если есть любой другой комплект ремень-шкив, то можно использовать и его.

сборка ЧПУ выжигателя: Nema 17

Червяк сделан из тефлона. Нашел в закромах остатки деталей старых термоголовок, у них как раз нарезана резьба M12, шаг 1,75мм. На будущее потребуется замена, скорее всего из капролона.

 сборка ЧПУ выжигателя: червячная передача

 

 

 

(0)

В качестве мозгов ЧПУ выжигателя использую контроллер Моторино с Atmega168 на борту.

 плата Motorino (Моторино) для ЧПУ выжигателяплата Motorino (Моторино) для ЧПУ выжигателя

 Так как по задумке нагреватель должен управляться путем ШИМ (широтно-импульсной модуляцией), то нужно было организовать управление этим делом. Самое простое и удобное  - переменный резистор, подключенный к аналоговому входу микроконтроллера. На моторино изначально такие входы на внешние разъемы не были выведены, поэтому пришлось сделать небольшую доработку (выделено красным цветом).

схема электрическая принципиальная платы Motorino (Моторино) для ЧПУ выжигателя

Допаял выводы для подключения кабелей шаговых двигателей со стороны платы.

плата Motorino (Моторино) для ЧПУ выжигателя

Оставшиеся два разъема с цифровыми выходами будут использоваться следующим образом: на один повешу программное включение/выключение нагревателя (у меня резистор с выключателем), а другой будет использоваться как раз для передачи ШИМ-сигнала на отдельную платку с полевым ключом (IRFZ44N или аналогичный), которая и будет питать нагревательный элемент.

 ключ управления нагревом для ЧПУ выжигателяключ управления нагревом для ЧПУ выжигателя

Схема ключа аналогична ключам, которые используются в контроллере 3D принтера. Дополнительно притянул вход к нулю высокоомным резистором. Это исключает включение нагревателя во время перепрошивки микропроцессора (на печатке этот резистор еще не был предусмотрен).

 Электроника: контроллер Моторино и ключ управления нагревом для ЧПУ выжигателя

Блок питания 12В на 300Вт.

Электроника ЧПУ выжигателя: блок питания и контроллер

В итоге имеем:

  • БП.
  • Контроллер Моторино.
  • Силовой ключ на полевом транзисторе.
  • Кнопка включения/выключения на питающем проводе 220В (на верхней поверхности).
  • Регулятор нагрева жала с выключателем (на верхней поверхности).
  • 2 шаговых мотора.

 Электроника ЧПУ выжигателя

 

(3)

Часто жало в ручных выжигателях сделано из толстой нихромовой проволоки. Эта проволока сама является элементом, который механически контактирует с деревом. Однако сейчас также встречаются выжигатели, выполненные наподобие паяльников: нихромовая проволока там выступает в качестве излучающей тепло обмотки, в центре которой установлено латунное жало той или иной формы.

 ручной выжигательручной выжигатель

 Плюс первого варианта наверное только один - простота изготовления самого жала. Однако есть и минус: так как отрезок проволоки небольшой и имеет малое сопротивление, то для его разогрева необходим довольно большой ток. Чаще всего источником такого тока будет мощный трансформатор. Плюс для регулировки температуры нагрева используется либо реостат, либо галетный переключатель. Есть еще один минус такого нагревателя - зависимость температуры от значения напряжения питающей сети, которое может меняться во времени. Конечно этот недостаток можно компенсировать использованием внешнего стабилизатора питания.

Посчитаем ток:

Нихром Х20Н80, его примерное удельное сопротивление 1,1 Ом·мм2/м.

  • Длина: вывод 6см.
  • Диаметр проволоки 0,6мм. Сечение 0,28 мм2.
  • Сопротивление будет равно 1,1 Ом·мм2/м 0,06м /0,28мм2 = 0,236 Ом.
  • Для 12В получим требуемый ток 12В / 0,236 Ом = 50,8 А.

На практике мы возможно не получим таких значений, так как я здесь не учел сопротивление подводящих проводов, более того, сопротивление нихрома еще увеличится при нагреве, однако общая картина ясна.

 Теперь ко второму варианту. Требуемый ток в данном случае на порядок меньше, так как можно использовать нихром меньшего диаметра, а спираль сама по себе во много раз длиннее, чем одна петля.

  • Диаметр проволоки 0,45мм. Сечение 0,159 мм2.
  • Длина: вывод 5см, 10 витков д=5мм, и второй вывод 5 см. В сумме получается примерно 0,25 м.
  • Сопротивление будет равно 1,1 Ом·мм2/м 0,25м /0,159мм2 = 1,73 Ом.
  • Для 12В получим требуемый ток 12В / 1,73 Ом = 6,9 А.

Наш БП рассчитан на ток до 25А.

Этот вариант намного более интересен, чем предыдущий. Дополнительный плюс в том, что питать нагреватель будем от стабилизированного напряжения блока питания. И еще один плюс в возможности управлять нагревом через ШИМ, а регулировать обычным малоточным переменным резистором.

 Как делал нагреватель ЧПУ выжигателя: (идея ):

  1. Взял жало от выжигателя. Можно изготовить самостоятельно из латунного прутка.
  2. Обмотал его в несколько слоев стеклонитью (вытащил из стеклоткани).
  3. Обмазал жидким стеклом (силикатный канцелярский клей).
  4. Просушил феном. Чем сильнее температура, тем больше клей вспенивается.
  5. Выровнял напильником. Таким образом получиласть основа для спирали.
  6. Спираль намотал на пруток подходящего диаметра, затем надел на жало.
  7. И снова стеклонить, жидкое стекло, фен.
  8. Поправил выводы, как нужно и снова пункт 7.
  9. И еще раз пункт 7 для прочности.

 первый вариант жала ЧПУ выжигателяпервый вариант жала ЧПУ выжигателя

первый вариант жала ЧПУ выжигателя

Единственное что,крепить жало нужно на расстоянии от пластикового (PEEK) держателя, так как температура высокая и может подплавиться.

 ...

Обнаружился неприятный минус такой конструкции. Уже 2 раза переделывал данный нагреватель, так как при нагреве со временем жидкое стекло вспенивается все больше и больше, в результате чего становится хрупким и постепенно разваливается. В процессе выжигания прямо маленькие кусочки падают.

Есть идея более технологичного жала, опишу подробнее в следующей статье. 

(0)

Для нового жала ЧПУ выжигателя решил использовать китайский нагреватель, который используется в 3D принтере. Мощность 30Вт. Питаем его от 12В, регулировка температуры через ШИМ. Управляющий ключ тот же, что и в предыдущем варианте жала.

китайский нагреватель для ЧПУ выжигателя и 3D принтера

 Само жало выточил из латуни. Интересно было бы попробовать из серебра, вроде нагара не должно на нем быть, но серебряного прутка под рукой не оказалось :)

 второй вариант жала ЧПУ выжигателявторой вариант жала ЧПУ выжигателя

Диаметр нагревателя 6мм, жало точил из прутка 10мм. Винт - для фиксации.

Пока не придумал оптимального крепления жала к качалке. Временно использую железную скобу. Стоит приспособить какую-то термоизолирующую прокладку между латунью и скобой.

Нагреватель достаточно мощный, позволяет раскалять себя до красна.

пример выжигания ЧПУ выжигателем

На фото выше: более-менее нормально получилось выжечь Ч/Б картинку. Размер примерно 8х6 см.

Качество выжигания зависит от количества нагара, который образуется в рабочей области жала. Есть способы механически снять нагар. Об этом думаю стоит написать в статье об испытаниях ЧПУ выжигателя в работе.

(0)

Первым делом стоит описать то программное обеспечение, которое можно использовать для подготовки картинки для ЧПУ выжигателя:

Программа для подготовки изображений для ЧПУ выжигания

Сайт производителя:

Лицензия: Freeware.

Версию 1.4. можно скачать по ссылке в конце страницы.

Функции:

  • Редактирование растрового изображения (основное(яркость,контраст,постеризация,обрезка) + функции специально для выжигания)
  • Предпросмотр и устранение возможных задержек при выжигании (контроль траффика)
  • Устранение светлых горизонтальных полос при выжигании ч/б изображения
  • Траектории: прямая, выжигание в два прохода (чересстрочно), опционально змейка, опционально отдельная скорость для супербелого цвета
  • GCode максимально оптимизирован и сжат. Есть возможность настроить формирование строки (что-то вроде постпроцессора)
  • Есть возможность добавить свои команды GCode в процесс выжигания (например особый алгоритм чистки жала в три наскока на линейку)
  • Расчёт GCode для выжигателя:
  • Выжигание путём изменения скорости передвижения жала
  • Выжигание путём задержки жала над пикселем на определённое время
  • Выжигание лазером с оттенками путём включения над пикселем на определённое время
  • Выжигание лазером без оттенков путём включения на тёмном и выключения на светлом
  • Расчёт GCode для гравировки:
  • Гравировка растра попиксельно на переменную глубину (опционально пропуск белого цвета).
Вложения: Скачать этот файл (CHPU.zip) [Программа подготовки изображения и формирования G-Code для ЧПУ выжигателя] 1059 Kb

(0)

   Прежде, чем что-то сказать о программе управления ЧПУ выжигателем, стоит уделить некоторое внимание прошивке контроллера Motorino для выжигания. В качестве базы прошивки была выбрана учебная демка для управления шаговыми двигателями по 2-ом осям: . Код там более-менее простой, однако некоторые сложности возникли с тем, чтобы состыковать прошивку с программой управления, а точнее найти программу, которая понимала бы протокол нашего выжигателя. Также, кстати, в прошивку был добавлен код для управления температурой жала по ШИМ, которая задается потенциометром.

   Из всего многообразия удалось найти одну програмку на java, которая смогла нормально отправлять файлы: . Однако кроме этого она ничего не умеет. Хотелось бы иметь кнопки управления выжигателем, такие как: перемещение по осям, движение "домой", установка "нуля" и т.п. Всего этого очень как не достает.

gcode_sender

   Решение было принято: написать собственную программу управления. Она включает основные инструменты для перемещения головки, открытия файла и отправки его на выжигание. Программа свежая, если что-то будет работать не так, сообщайте.

 Программа "Woodburner" для ЧПУ выжигателя

Интерфейс в принципе простой, разберетесь. Единственный момент, который следует учитывать: Кнопками перемещения по осям удобней работать в относительном режиме (Rel), а кнопка "Home" работает в абсолютном режиме (Abs). Это небольшое неудобство связано с тем, что пока программа не следит за координатами выжигателя, а просто посылает требуемые команды. Если будет необходимость, в будущем можно доработать.

Вложения: Скачать этот файл (woodburner.zip) [Программа управления и отправки GCode на ЧПУ выжигатель] 17892 Kb Скачать этот файл (woodburner_source_qt.zip) [Исходник программы управления выжигателем] 8 Kb

(7)

Вот и завершается эпопея по постройке ЧПУ выжигателя. Остается протестировать устройство  в условиях, приближенных к реальным :)

 Такую вот картинку буду выжигать (здесь уже увеличил контраст):

Выжигаем чеширского кота

В программе CHPU задаем размер картинки 230х180мм, 2 точки на мм и применяем "Джарвис":

Переходим на вкладку "Выжигание". Выбираем метод выжигания с остановкой в точке (P). Есть несколько параметров, которые нужно подобрать экспериментально. Это скорость белого (у меня 2000) и задержка на черном (10).

В настройках Gcode нужно убрать строчку возврата на "ноль" после окончания выжигания (G0 X0 Y0), а то нас ждет неприятный сюрприз в виде диагональной линии, перечеркивающей всю работу.

 Снятие нагара при выжигании

Для очистки жала от нагара многие используют металлическую линейку, закрепленную у одного края. Но после некоторого времени мое латунное жало начало стираться после постоянных наскоков на стальную линейку. Поэтому я использую другой нагароснимающий материал, хотя принцип остается тот же. Как видно на фото, я натягиваю медную проволоку, которая не съедает жало и замечательно справляется со снятием нагара.

 Программы для выжигания на ЧПУ

 И плавно переходим на процесс выжигания:

 Процесс выжигания на ЧПУ

Процесс выжигания на ЧПУ

Процесс выжигания на ЧПУ Процесс выжигания на ЧПУ

И финал всей эпопеи - готовый выжженный рисунок.

Процесс выжигания на ЧПУ

Весь процесс примерно занял минут 40, точно не замерил.

 

А теперь самое интересное - видео:

 

(3)


Источник: http://cnc.maket-city.ru/index.php/cnc/woodburner

Чпу выжигатель схема

Чпу выжигатель схема

Чпу выжигатель схема

Чпу выжигатель схема

Чпу выжигатель схема

Чпу выжигатель схема

Чпу выжигатель схема

Чпу выжигатель схема

Чпу выжигатель схема

Чпу выжигатель схема

Чпу выжигатель схема

Чпу выжигатель схема