آموزش 0 تا 100 ساخت دستگاه CNC با آردوینو

ارسال توسط

در تاریخ 2023/03/25

ماشین کامپیوتری عددی یا همان CNC راهکاری فوق‌العاده برای کاهش هزینه‌های مربوط به نیروی انسانی و صرفه‌جویی در وقت است. با این حال، خرید یکی از این سیستم‌ها هزینه زیادی روی دستمان می‌گذارد. به همین خاطر امروز بر آن شدیم تا شما را با نحوه ساخت دستگاه CNC با آردوینو آشنا کنیم تا مجبور نشوید بابت خرید این دستگاه پول زیادی بپردازید. پس با بلاگ بهنام رباتیک همراه باشید تا آموزش 0 تا 100 ساخت CNC با آردوینو را فرا بگیرید.

چرا اقدام به ساخت دستگاه CNC با آردوینو کنیم؟

وقتی می‌خواهید دستگاه CNC بسازید، یکی از بخش‌های اصلی آن کنترلر یا کنترل‌کننده است. آردوینو یک میکروکنترلر با کاربری گسترده می‌باشد که قادرست سیگنال‌های الکتریکی را بخواند و یا آنها را ثبت کند. شیلدهای آردوینو CNC را می‌توان از طریق USB برنامه‌نویسی کرد تا با استفاده از آنها هر نوع دستگاه برقی را کنترل نمود تا به خوبی فعالیت کنند.

در مقایسه با نمونه بردهای هوشمند مشابه، آردوینو ارزان‌تر و کار کردن با آن آسان‌تر است و وقتی هم که کاربران حین استفاده از آن به مشکل می‌خورند، سریع‌تر می‌توانند در اینترنت مشکلشان را حل کنند.

میکروکنترلر آردوینو قدرت لازم را دارد تا استپر موتورها را راه‌اندازی و دیگر موارد مربوط به دستگاه CNC را کنترل کند. به علاوه، آردوینو می‌تواند چندین CNC اعم از چاپگرهای 3D و کاترهای لیزر را کنترل نماید.

با توضیحات داده شده، اگر می‌خواهید اقدام به ساخت دستگاه CNC با آردوینو بکنید، این برد هوشمند بهترین کنترلر خواهد بود.

دلیل استفاده از آردوینو برای ساخت دستگاه CNC با آردوینو

همان‌طور که می‌دانید، مقاومت یک کلمه فارسی است که ریشه عربی دارد. در واقع مقاومت به خاطر کاری که انجام می‌دهد و نمی‌گذارد جریان بیش از حد عبور کند، مقاومت نام گرفته است. حال همین قطعات الکترونیک در انگلیسی با کلمه دیگری شناخته خواهد شد به طوری که مقاومت به انگلیسی می‌شود: Resistor که اسم فاعل مصدر Resist می‌باشد.

لوازم مورد نیاز برای ساخت دستگاه CNC با آردوینو

برای اینکه خودتان از 0 تا 100 دستگاه CNC را بسازید، به لوازم زیر نیاز خواهید داشت. شما می‌توانید برای خرید هر کدام از آنها، روی دکمه مربوطه کلیک کنید. به خاطر داشته باشید که موارد گفته شده تنها لوازم مبتدی ساخت CNC هستند تا با آنها حداقل بفهمیم که این دستگاه چگونه کار می‌کند.

1) چارچوب یا پایه برای ساخت دستگاه CNC با آردوینو

اولین کاری که برای ساخت دستگاه CNC با آردوینو باید انجام دهید، تهیه یک چارچوب یا پایه است. با این اقدام ساز و کاری خواهید داشت تا همه قطعات را روی یک بدنه واحد و یکپارچه قرار دهید.

شما می‌توانید با روش‌های مختلفی CNC خودتان را بسازید اما آسان‌ترین راه‌حل استفاده از بدنه آلومینیومی است. خوشبختانه می‌توان بدنه‌های ساخته شده از آلومینیوم را از فروشگاه‌های سطح شهر تهیه کرد. وقتی طراحی و ساخت چارچوب به پایان رسید، می‌توانید سایر قطعات را به آن بیفزایید.

2) استپر موتورها برای ساخت دستگاه CNC با آردوینو

وقتی ساخت بدنه تمام شد، باید درایور استپر موتور را به آردوینو سیم‌کشی کنید. معمولاً چهار پین ورودی در درایور وجود دارد؛ یکی برای مسیریابی، یکی برای استپ و دو پین دیگر برای تأمین انرژی.

شما باید دو پین تأمین انرژی را به پین‌های مثبت 5 ولت (+5V) و اتصال به زمین (GND) آردوینو بزنید. سپس پین استپ را به پین دیجیتالی 8 آردوینو و پین مسیریابی را به پین دیجیتالی 9 آردوینو وصل کنید.

در مرحله بعد قادر خواهید بود استپر موتورها را به درایور متصل نمایید. در اینجا باید سیم‌های مشکی از هر دو موتور را به پین اتصال به زمین (GND) درایور و سیم‌های سبز از هر دو موتور را به پین مثبت 5 ولت (+5V) درایور وصل کنید.

در نهایت، یکی از دو سیم قرمز موتورها را به هر کدام از پین‌های مسیریابی درایور بزنید. ضمن اینکه می‌بایست سیم‌های آبی موتورها را به یکی از پین‌های استپ درایور متصل نمایید.

3) کنترلر برای ساخت دستگاه CNC با آردوینو

برای اینکه مسیر و سرعت حرکت دستگاه CNC به خوبی کنترل شود، باید از بهترین کنترلر بهره ببرید. مناسب‌ترین و بهره‌ورترین کنترلرها، آردوینو Uno یا آردوینو Mega هستند.

اگر فرد آماتوری هستید و به دنبال ارزان‌ترین و آسان‌ترین برد هوشمند می‌گردید، پیشنهاد بهنام رباتیک آردوینو Uno است. این برد برای ساخت دستگاه CNC شش محوره، پین به تعداد کافی دارد. در سمت دیگر، آردوینو Mega بهترین آپشن برای پروژه‌های پیچیده‌تر است زیرا پین‌های کافی دارد و در بسیاری از ماشین‌ها کاربرد خواهد داشت.

صرف‌نظر از بردی که انتخاب کرده‌اید، اولاً باید نرم‌افزار Arduino IDE را در رایانه خود نصب کنید. سپس میکروکنترلر را از طریق کابل USB به کامپیوتر یا لپ‌تاپ متصل نمایید.

در ادامه می‌بایست سفت‌افزار (firmware) به نام GRBL را دانلود و نصب کنید. بعد از انجام این کارها، موارد لازم برای کنترل دستگاه CNC را در اختیار خواهید داشت.

4) منبع تغذیه برای ساخت دستگاه CNC با آردوینو

منبع تغذیه‌ای که برمی‌گزینید تا با استفاده از آن اقدام به ساخت دستگاه CNC با آردوینو بکنید، باید مناسب پروژه و وسیله‌ای که می‌سازید، باشد.

برای ساخت دستگاه CNC با آردوینو، به یک منبع تغذیه 12 ولت DC نیاز خواهید داشت. آداپتور انتخاب شده می‌تواند AC (جریان متناوب)، DC (جریان مستقیم) و یا منبع تغذیه DC (جریان مستقیم) باشد.

به علاوه، برای برد آردوینو این پروژه به یک منبع تغذیه 5 ولت DC نیاز خواهید داشت که می‌تواند یک آداپتور AC یا DC و یا USB باشد. زمانی که دارید انرژی مورد نیاز بورد را از طریق USB تأمین می‌کنید، توجه داشته باشید که سیم قرمز آن را به پین 5 ولت آردوینو و سیم منفی مشکی را به پین اتصال به زمین (GND) آردوینو وصل کرده‌اید.

به علاوه، می‌بایست استپر یا سروو موتور را هم به منبع تغذیه متصل کرد. از آن‌جایی که به چهار موتور برای ساخت دستگاه CNC با آردوینو نیاز دارید، دو عدد از آنها برای محور Y و دو عدد از آنها برای محور X خواهند بود. همچنین، وصل کردن منبع تغذیه با استفاده از سیم‌های رنگی مختلف مثمرثمر خواهد بود. در این میان، اگر لازم است، می‌توانید یک موتور اضافه برای محور Z بیفزایید.

در کنار موارد گفته شده، به سیم‌هایی با رنگ‌های مختلف نیاز خواهید داشت تا با استفاده از آنها موتورها را به آردوینو وصل کنید. شما باید سیم‌های مثبت هر موتور را به یکی از پین‌های دیجیتالی آردوینو اعم از 9، 10، 11 یا 12 متصل نمایید. سپس سیم منفی موتورها را به یکی از پین‌های اتصال به زمین (GND) آردوینو بزنید.

5) درایورهای مناسب ساخت دستگاه CNC با آردوینو

وقتی دارید با آردوینو CNC می‌سازید، به یک شیلد CNC آردوینو نیز نیاز خواهید داشت. بهتر است که این شیلد به چهار درایور استپر موتور A4988 مجهز باشد زیرا با این درایورها می‌بایست استپر موتورها را کنترل کرد.

یکی از مزایای این شیلدها آن است که درون آنها سیستم‌های حفاظتی محدودکننده جریان، حرارت و افزایش جریان وجود دارد تا با استفاده از این امکانات مدار ساخته شده در برابر مشکلاتی نظیر اتصال کوتاه یا جریان بیش از حد مقاومت داشته باشد و آسیبی به آن وارد نشود.

برای این پروژه، پیشنهاد ما درایور چهار عددی A4988 و چهار استپر موتور است. استپر موتورهای NEMA 17 بهترین گزینه‌ها خواهند بود زیرا زاویه استپ آنها 1.8 درجه بوده و می‌توانند در هر فاز، تا 2 آمپر جریان را راه‌اندازی کنند.

6) اسپیندل برای ساخت دستگاه CNC با آردوینو

شما می‌توانید در دستگاه CNC خود چندین نوع اسپیندل بگذارید. اسپیندل CNC بهترین مورد برای یک دستگاه شش محوره چرخشی به شمار می‌رود. در برخی از موارد، اسپیندل تمامی جهات را پوشش می‌دهد.

اسپیندلی را انتخاب کنید که ویژگی‌هایی نظیر قابلیت انتخاب دور در دقیقه (RPM)، قدرت و سیستم خنک‌کننده دارد. برای مثال، اگر صفحه‌ای که می‌خواهید برش بزنید چوبی یا آلومینیومی است، اسپیندل با 24000 دور در دقیقه (RPM) و قدرت 1 کیلووات ایده‌آل خواهد بود. برای صفحات فلزی هم دور در دقیقه باید بین 15000 تا 18000 و قدرت 5.6 کیلووات باشد. ضمن اینکه چنین اسپیندلی برای صفحات دارای ضخامت 12 میلی‌متری عالی خواهد بود.

7) قلم برای ساخت دستگاه CNC با آردوینو

در زمان ساخت دستگاه CNC با آردوینو، قلم همان چیزی است که کار آخر را انجام می‌دهد. قلم مورد استفاده می‌تواند خودکار، مداد و یا هر چیز دیگر شبیه به آنها باشد. شما باید با توجه به نوع ماشینی که می‌سازید، قلم مورد نیازتان را برگزینید.

قرار دادن قطعات ساخت دستگاه CNC با آردوینو در کنار یکدیگر

حال که همه لوازم مورد نیاز را تهیه کردید، وقت آن رسیده تا با قرار دادن آنها در کنار یکدیگر، دستگاه CNC خود را راه‌اندازی کنید. برای انجام این کار، مراحل زیر را پشت سر بگذارید:

مرحله اول: اتصال برد آردوینو

با استفاده از چند پیچ، برد آردوینو را به چارچوب یا بدنه تهیه شده وصل کنید.

مرحله دوم: اتصال درایور موتور

بعد از اینکه برد آردوینو وصل شد، باید با چند پیچ درایور موتور را به پشت بدنه متصل نمایید. به خاطر داشته باشید که فضای کافی برای سیم‌هایی که بعداً وصل خواهید کرد را در نظر بگیرید.

مرحله سوم: اتصال منبع تغذیه

شما می‌توانید با استفاده از سیم‌های جامپر، منبع تغذیه را به استپر موتور و بورد آردوینو وصل کنید.

مرحله چهارم: سیم‌کشی

وقتی همه چیز به‌درستی وصل شده است، باید سیم‌کشی استپر موتورها را به درایور انجام دهید. مطمئن باشید که قبل از آزمایش و راه‌اندازی دستگاه CNC، سیم‌کشی‌ها به خوبی انجام شده‌اند.

مرحله پنجم: آزمایش

حالا زمان آزمایش دستگاه CNC فرا رسیده است. در این مرحله، یک کد G در رایانه خود آپلود می‌کنید و آن را با استفاده از کابل USB به آردوینو می‌فرستید.

اگر این مرحله بدون مشکل سپری شد و دستگاه به خوبی کار کرد، CNC آماده استفاده است. حالا می‌توانید هر صفحه‌ای که می‌خواهید را گذاشته و برش دهید و پروژه‌های دلخواه‌تان را به انجام برسانید و کسب و کار کوچکتان را رونق دهید.

نمونه کد G

در ادامه می‌توانید یک نمونه کد G را مشاهده کنید.

نکته: این کد صرفاً برای ارائه مثال از کدهای G است و لزوماً در تمامی پروژه‌های ساخت CNC با آردوینو کاربردی نخواهد بود.

				
					G0 G49 G40  G17 G80 G50 G90 
M6 T0
G20 (Inch)
M03 S500
M08
G90
G00 G43 H0  Z0.1
G73 X-7 Y-4 Z-0.75 Q0.2 R0.1 F10
X-5.8889
X-4.7778
X-3.6667
X-2.5556
X-1.4444
X-0.3333
X0.7778
X1.8889
X3
Y-2
X1.8889
X0.7778
X-0.3333
X-1.4444
X-2.5556
X-3.6667
X-4.7778
X-5.8889
X-7
Y0
X-5.8889
X-4.7778
X-3.6667
X-2.5556
X-1.4444
X-0.3333
X0.7778
X1.8889
X3
G80
M5 M9
X-7  Y-4
M30

سؤالات متداول در زمینه ساخت دستگاه CNC با آردوینو

کدام مدل برد آردوینو برای CNC مناسب است؟

آردوینو نسخه 3.51 یکی از بهترین شیلدهای منبع باز CNC است زیرا راه‌اندازی و استفاده از این شیلد آسان می‌باشد و به همین دلیل برای ساخت دستگاه CNC با آردوینو بهترین گزینه به شمار می‌رود. ضمن اینکه تمامی ویژگی‌های لازم را داراست و با آردوینو Uno و منبع تغذیه 12 تا 36 ولت سازگار می‌باشد.

چه نوع کنترلری برای دستگاه‌های CNC مناسب است؟

اکثر دستگاه‌های CNC تجاری و موجود در بازار، کنترلرهایی دارند که به سرعت بازخورد را دریافت می‌کنند تا شیوه حرکت محورها را زیر نظر بگیرند. این کنترلرها به صورت خودکار سیستم، فرآیند و مکانیسم در حال فعالیت را کنترل می‌کنند.