Пробный минивыжигатель на двигателях 28byj-48: часть 2

2020-08-06

Антон Царицынский

Часть 1: https://arduino.ua/art117-probnii-minivijigatel-na-dvigatelyah-28byj-48

После событий первой части появилось желание сделать нормальный каркас, приобрести более мощный лазер и перейти на GRBL v.1.1. Размер рабочего поля останется прежним: 80х80мм. Будет повторно использована та же механика.

Вначале была 3D-модель (рис. 1), с помощью которой определены форма и размеры элементов каркаса, положение направляющих, двигателей, роликов, сопряжение подвижных элементов. Материал каркаса – фанера 4мм. Разъемные соединения выполнены на винтах М4. На момент создания этой модели новый лазер еще не был заказан, поэтому я не прорабатывал его крепление. Учитывался лишь тот факт, что обычно ширина и глубина радиатора лазера мощностью в несколько ватт составляет около 33х33мм.

Рис. 1 – Первая 3D-модель выжигателя CNC1 (отсутствуют крепежные элементы, стяжки; показаны части ремней в местах их соединения с подвижными частями)

Исходное сырье – фанера формата А5 (плюс-минус), размеры которой повлияли на размеры каркаса (рис. 2). Всего на каркас ушло два таких листа (первый – на боковые пластины; второй – на мелочевку между ними плюс «уши» для механики).

Рис. 2 – Фанера

Мгновения процесса поклейки показаны на рис. 3 - 9.

Рис. 3 – После порезки и сверления (все отверстия здесь 4мм)

Рис. 4 – Приклеивание упоров эпоксидным клеем

Рис. 5 – Приклеивание «уха» двигателя секундным клеем, т.к. точность здесь не особо важна

Рис. 6 – Приклеивание «уха» ролика тем же способом

Рис. 7 – Любование перед финальной склейкой

Рис. 8 – Собираем вечером все воедино на эпоксидном клее. Прижимаем со всех сторон. Даем настояться

Рис. 9 – На следующее утро все готово

Лирическое отступление №1

Перед тем, как прикручивать к каркасу все остальное, необходимо переделать шаговики 28byj-48 из унипорярных в биполярные, т.к. была поставлена задача перехода на GRBL v.1.1. Вкратце это делается так:

1. делаем отверстие в пластмассовой крышке двигателя (вообще-то ее можно поддеть отверткой и снять, но уже было поздно), чтобы добраться до его платы;
2. перерезаем среднюю дорожку, тем самым разъединяя обмотки;
3. отпаиваем или отрезаем красный провод – он больше не нужен;
4. дополнительно я склеил из старой пятиконтактной колодки новую четырехконтактную и подсоединил провода в определенном порядке.

Обстоятельная информация: https://studio-diy.3dn.ru/info_28BYJ-48-5V_ULN2003.pdf.

Результат показан на рис. 10.

Рис. 10 – Переделка двигателя 28byj-48 в биполярный (синий, желтый – одна обмотка; оранжевый, розовый – вторая обмотка)

Осуществляем монтаж старых узлов на новый каркас (рис. 11–13).

Рис. 11 – Монтаж направляющих, двигателя. Сопряжение ремня с кареткой через шпильку. Ремень удлинен с помощью небольшой вставки и секундного клея

Рис. 12 – Ось Y с закосом под механизм регулировки уровня будущего стола

Рис. 13 - А вот и стол. Его нужно вырезать из третьего листа фанеры

В этому моменту приехал лазерный модуль (рис. 14). На нем многообещающие надписи (2,3W, 12V, TTL/PWM), вентилятор и массивный радиатор.

Рис. 14 – Присоединенный лазерный модуль. Первые сомнения

Лирическое отступление №2

Что изменилось, когда двигатели стали биполярными? Во-первых, теперь двигатель может работать при напряжении 12В как у лазера. Во-вторых, им нужен другой драйвер, например A4988. А чтобы сам драйвер было удобно использовать, докупил к нему модуль (рис. 15). Можно также использовать плату CNC Shield. На самом драйвере имеется подстроечный резистор, которым нужно отрегулировать силу тока (подробнее тут: https://3deshnik.ru/blogs/akdzg/pravilnaya-nastrojka-toka-dlya-shagovyx-dvigatelej ) По скромному опыту именно с этим железом, без расчетов и замеров, резистор нужно поставить в такое положение, при котором двигатель начнет надежно поворачиваться при попытке затормозить его вал пальцами. Меньше ток – получаете пропуск шагов, больше – двигатель ощутимо греется.

Рис. 15 – Драйвер A4988 с модулем

В-третьих, снижение дискретности в 2 раза, до 32 шагов на оборот. Эксперименты показали, что в полношаговом режиме двигатель пропускает шаги. Драйвер A4988 позволяет пользователю самому задать микрошаг. На модуле к нему можно найти три переключателя (см. рис. 15). Оказалось, что в полушаговом режиме двигатель стал работать нормально. Для перехода в режим 1/2 шага необходимо установить переключатель 1 в положение ON. После сборки и нескольких прогонов сомнения подтвердились: из-за тяжелого радиатора и большого плеча между направляющими или лазером (рис. 16) последний заметно вибрировал при движении.

Рис. 16 – Проблема

В 3D-модели изменил форму боковых пластин,  сохранив возможность вырезать их из одного листа фанеры А5, и переместил верхние направляющие на 28мм ближе к центру (рис. 17).

Рис. 17 - Вторая 3D-модель выжигателя CNC2 (добавлена переходная пластина из фанеры, к ней крепится радиатор лазерного модуля)

В то же время переделывать реальный каркас не хотелось, поэтому решил разрезать боковые пластины (рис. 18 - 19) и передвинуть верхнюю ось на 28 мм (рис. 20 - 21).

Рис. 18 - Нижняя часть каркаса

Рис. 19 - Верхняя часть каркаса

Рис. 20 - Клеим вечером

Рис. 21 - Утром всё готово. Теперь точно

В переходной пластине сделаны два отверстия 3 мм для крепления к радиатору, и два отверстия 3,4 мм под резьбу М4 для соединения с подвижной частью оси X (рис. 22).

Рис. 22 - Переходная пластина

Схема подключения всех компонентов показана на рис. 23 - 24.

Рис. 23 - Схема подключения

Для большего понимания рекомендую ознакомиться с распиновкой GRBL, например, тут: https://domoticx.com/wp-content/uploads/2017/05/Arduino-grbl-pin-layout.jpg.

Рис. 24 - Схема подключения на практике

Все вместе показано на рис. 25.

Рис. 25 - В сборе

Качаем GRBL v1.1: https://github.com/gnea/grbl , прошиваем ARDUINO. Лазить по исходникам и править их, как в прошлой серии, не нужно. Настроить прошивку проще всего через LaserGRBL ( http://lasergrbl.com/download/ ). Измененные настройки показаны в табл. 1.

Табл. 1 - Измененные настройки GRBL v1.1

Станочек (всё-таки это уже не поделка) готов к экспериментам (рис. 26).

Рис. 26 - Поехали

Для демонстрации сделал логотип ARDUINO + GRBL:

3D модель ЧПУ: https://grabcad.com/library/mini-cnc-laser-engraver-1