Selbst gemachter Plotter: Tipps für Anfänger, die mit grbl-Firmware arbeiten

Während meines Studiums an der Universität ein so unterhaltsames Fach wie Schaltung, kam mir der Gedanke, im Rahmen des Kursprojekts "Zweiachsiger Plotter auf Papier mit dem Kopf eines Füllfederhalters nach Arduino" zu arbeiten. Als ich anfing zu arbeiten, stellte ich mir die Entwicklung sowohl des elektrischen als auch des mechanischen Teils des Projekts vage vor. Es hat noch nie eine solche Erfahrung in meinem Leben gegeben. Aus diesem Grund habe ich im Netzwerk viele Ressourcen sortiert, was mir als das einfachste und verständlichste Tutorial erschien, und mich entschlossen, es genau zu befolgen. Es wurde jedoch schnell klar, dass alles, was auf den ersten Blick einfach war, für einen solchen "Handwerker" wie mich nicht detailliert genug war. Daher musste ich in den Fragen, die hinter den Kulissen blieben, nicht immer erfolgreich improvisieren, wie sich später herausstellte. Es war ein kleiner Hintergrund. Jetzt möchte ich meine wertvollen Erfahrungen zu einer Reihe von Schlüsselthemen teilen. Ich werde mit meiner Version dieses Gerätes keine völlig neuen Anweisungen geben, weil im Internet also erfolgreichere Lösungen.

Inhalt

1. Bau
2. Stromkreis
3. Software

1. Design

Das Design, das ich gewählt habe, war aus Sperrholz. Als Achsen wurden Stehbolzen verwendet, die von Schrittmotoren gedreht wurden, und aufgrund dessen bewegte sich die Plattform auf den Muttern entlang der Achse. Eine Achse wurde mit einer Kante an der Plattform befestigt, die andere. Aus der Herstellung all dessen kann ich sagen:

• Wenn die obere Achse nicht auf beiden Seiten abgestützt ist, sondern wie meine mit nur einer Kante befestigt ist, müssen Sie das Gleichgewicht der Achsen im Voraus durchdenken. Die obere Ferse wird unweigerlich die gesamte Struktur mit dem Gewicht ihrer „hängenden“ Kante überwältigen, wenn nicht sogar überwältigen.
• Die Linien des Musters können in Wellen entlang der Größe des Bolzengewindes sowie aufgrund des Jitters der Struktur selbst während des Betriebs verlaufen.
• Zwei der oben genannten Probleme führen zu einer weiteren Sache: Der Stift (in meinem Fall der Stift) kann an verschiedenen Stellen der Seite ungleichmäßig schreiben.
• Das Gewicht und die Abmessungen des Geräts sollten ebenfalls im Voraus berechnet werden, damit später nicht klar wird, dass Ihre Motoren eine solche Last nicht ziehen.
• Und noch ein wichtiges Detail: Verwenden Sie zur Befestigung nach Möglichkeit am besten Schrauben, Nägel usw. Selbst die zuverlässigsten Designs auf Klebstoff fallen im unerwartetsten Moment auseinander. In einigen Fällen ist es nach dem Zusammenbau des Hauptteils sehr schwierig, zum „Kleben“ kleiner, aber sehr wichtiger Innenteile zurückzukehren, ohne die fertigen Teile zu zerlegen.
• Wenn Sie irgendwo Klebstoff verwenden, achten Sie sehr, sehr sorgfältig darauf, dass er nicht in die beweglichen Teile der Struktur fällt. Selbst ein kleines Tröpfchen kann den Mechanismus blockieren und unbrauchbar machen.

2. Der Stromkreis

Die Schaltung selbst war extrem einfach und erforderte nicht einmal Löten. Ich habe sogar das fertige CNC-Schild speziell für die Arbeit mit CNC genommen. Trotzdem gibt es hier einige Nuancen:

• Mein chinesisches Analogon von Arduino mit dem Codenamen WAVGAT für ein Segment weigerte sich, wie ein normaler Arduino Uno R3 zu blinken. Im Internet wurde behauptet, dass solche Boards vollständig mit allen Arduino-Programmen kompatibel sind. Um jedoch über die IDE damit arbeiten zu können, musste eine separate WAVGAT-Update-Bibliothek heruntergeladen werden. Also habe ich es geschafft, die Skizze auf die Tafel hochzuladen, aber die Software selbst wollte immer noch nicht richtig funktionieren. Ich habe alle Optionen zur Behebung solcher Probleme ausprobiert (ich habe den Bootloader des Boards überlastet, die Board-Dateien und die Konstanten der Bibliothek mit der Software geändert), aber das Ergebnis blieb das gleiche. Anscheinend müssen Sie für diese Aufgabe den klassischen Arduino bekommen.
• Ein weiteres Problem war die Einführung von Schrittmotoren. Sie summten, erwärmten sich trotz der kalten Fahrer, bewegten sich aber nicht. Als ich die Kette Element für Element methodisch überprüfte, stellte ich fest, dass das Problem in ihrer Verbindung liegt. Tatsache ist, dass diesmal auch die Chinesen originell waren. Es stellte sich heraus, dass die Motorleitungen gekreuzte Paare AB enthalten. Wenn die Paare eines gewöhnlichen Ladenmotors in der Größenordnung von 2B-2A-1A-1B lagen, dann hatten die Chinesen aus irgendeinem Grund 2V-1A-2A-1B. Dies kann festgestellt werden, indem die Schaltung mit einem Multimeter im entsprechenden Modus „ausgewählt“ wird: Gepaarte AB-Ausgänge quietschen.
• Und doch, wie sich herausstellte, ist der harmlose Servoantrieb mit geringem Stromverbrauch durchaus in der Lage, das gesamte Arduino-Board bei längerer übermäßiger Belastung unwiederbringlich zu "verbrennen". In diesem Fall arbeitet die Karte weiter, wird jedoch manchmal in der Mitte unterbrochen und stoppt bei Servobefehlen.
• Überwachen Sie daher die Temperatur der Geräte während des Betriebs, um fatale Folgen zu vermeiden.

3. Software

Es gibt Optionen:

• Der einfachste Weg, um ein wunderbares einfaches BenBox-Programm zu erhalten. Es ist speziell auf die Arbeit mit CNC spezialisiert und einfach zu installieren und zu handhaben. Der Nachteil dieser Option sind ihre Einschränkungen. Erstens ist die Firmware für die Karte im Softwarepaket bereits in der Hex-Datei enthalten, sodass beim Bearbeiten Probleme auftreten. Und die Funktionalität ist im Allgemeinen nicht sehr umfangreich, es sieht aus wie ein einfacher grafischer Editor. Wenn Sie nicht auf die Funktionsweise dieses gesamten Mechanismus eingehen möchten, können Sie mit dieser Option arbeiten.
• Etwas komplizierter, aber auch vielversprechender ist die Arbeit mit der GRBL-Firmware. Diese Bibliothek kann problemlos im Internet abgerufen werden und bietet deutlich mehr Funktionen als BenBox. Um diesen Mechanismus durchzuarbeiten, müssen Sie sich jedoch mit der Erstkonfiguration all dessen befassen.
  
  1. Laden Sie also die grbl-servo-Bibliothek herunter und entpacken Sie sie. Jetzt können Sie es über die IDE auf das Board hochladen, indem Sie es einfach unter den Beispielen finden.
  2. Um Befehle direkt an das Gerät zu senden, benötigen Sie Universal Gcode Sender (oder eine andere ähnliche Software). Nach der Installation auf einem Computer öffnen wir den Kommunikationskanal mit der Karte über den Com-Port, an den die Karte angeschlossen ist.
  3. Geben Sie für die anfänglichen und nachfolgenden Einstellungen der Karte in der Befehlszeile der Anwendung "$$" ein. Mit diesem Befehl erhalten wir einen vollständigen Satz grundlegender Karteneinstellungen, die durch Einstellen der erforderlichen Parameter geändert werden können. Beispielsweise setzen die Befehle "$ 110 = 380" und "$ 111 = 380" die Drehzahl der Motoren auf der X- und Y-Achse auf 380 mm \ min. Wichtige Einstellungen sind die Drehzahl und Beschleunigung der Motoren, die Richtung der Achsen (direkt oder invers). Weitere Anweisungen zu dieser Einstellung finden Sie im Internet.
  4. Es besteht auch die Möglichkeit der Maschinensteuerung der Motoren (Registerkarte Maschinensteuerung) und des Servos (Befehle M5 (Drehung in die Ausgangsposition) und M3 s90 (Drehung 90 oder eine andere Anzahl von Grad)).
  5. Als nächstes müssen Sie ein Bild für die Arbeit vorbereiten. Dafür benötigen Sie auch extra. Software, zum Beispiel Inkscape. Es ähnelt jedem anderen Grafikeditor und Sie können mehr über die Arbeit damit auch im Internet erfahren. Es gibt jedoch einige wichtige Punkte:
• Zuerst müssen Sie die richtigen Seitengrößen in den Eigenschaften festlegen, damit die Größe Ihres Bildes nicht größer ist als die Funktionen des Plotters. Es ist auch erforderlich, Pixel durch Millimeter in Maßeinheiten zu ersetzen.
• Drücken Sie nach dem Erstellen des Bildes Strg + Umschalt + C und gehen Sie zum Menü - Erweiterungen - MI GRBL ... - stellen Sie die Drehzahl der Motoren und den Drehwinkel des Servos ein - speichern Sie das Bild im Gcode-Format.
  
  1. Schließlich kehren wir zum universellen Gcode-Absender zurück und öffnen auf der Registerkarte Dateimodus unser Gcode-Bild. Mit der Schaltfläche Visualisieren können Sie den Betrieb des Programms grafisch überwachen und im Fenster Befehlstabelle die Befehlsausführung verfolgen. Es bleibt nur, all dies auszuführen und das Ergebnis zu beobachten.

Infolgedessen erwies sich die Arbeit an einem solchen Gerät als schwierig und mühsam, und das Endergebnis ist nicht ideal. Aber eine solche Erfahrung ist interessant und nicht nutzlos. Daher hoffe ich, dass sich jemand als nützlich erweist und hilft, unnötigen "Rechen" meines Ratschlags zu vermeiden.