Plotter de pluma para bricolaje con cambiador automático de herramientas | Máquina de dibujo CNC
En este tutorial, le mostraré cómo construí un plóter de pluma CNC o una máquina de dibujo, pero con una característica interesante:el cambio automático de herramienta. En otras palabras, la máquina podrá cambiar automáticamente los colores y así podremos dibujar cosas geniales con ella.
Puede ver el siguiente video o leer el tutorial escrito a continuación.
La construcción de la máquina se basa en mi máquina de grabado láser CNC DIY de mi video anterior, donde el objetivo era hacer la máquina CNC más simple con el mínimo de piezas posible. Utiliza 3 motores paso a paso NEMA 17 para el movimiento de los ejes X, Y y Z, y un pequeño servo para la pinza. El cerebro de esta máquina plotter CNC Pen es una placa Arduino UNO en combinación con un escudo CNC y tres controladores paso a paso A4988.
En mi opinión, el área de trabajo bastante grande, 360 x 280 mm, y el nivel de detalle que puede generar este trazador de pluma también es bastante impresionante. De hecho, me sorprendió lo buenos y precisos que resultaron los dibujos, especialmente aquellos en los que usé un bolígrafo de gel de 0,6 mm.
Sin embargo, ahora explicaré todo lo que necesita saber sobre la construcción de una máquina de dibujo como esta, incluido cómo diseñarla, conectar la electrónica, qué firmware y software usar y cómo generar un código G para ella.
Para empezar, echemos un vistazo al diseño de esta máquina CNC. Como ya mencioné, esta máquina se basa en el diseño de mi máquina de grabado láser CNC anterior, donde el objetivo era hacer un CNC muy simple con el mínimo de piezas posible.
Los dos componentes principales son los raíles lineales MGN15H, junto con sus correspondientes patines deslizantes. El movimiento de los ejes X e Y se proporciona a través de dos correas GT2 y algunas poleas GT2. En cuanto al eje Z, tenemos un movimiento alternativo simple en el que la parte móvil se desliza hacia arriba y hacia abajo sobre dos varillas lineales de 6 mm y cojinetes lineales adecuados. Se utiliza un pequeño servo para aficionados para sujetar el bolígrafo.
Un procedimiento de referencia es esencial para este trazador de plumas, ya que los soportes de las plumas tienen una posición fija específica, por lo que la máquina debe tener un punto de partida. Por lo tanto, debemos tener un final de carrera para cada eje.
Puede buscar y descargar este modelo 3D, así como explorarlo en su navegador en Thangs:
Descargue el modelo 3D de ensamblaje en Thangs.
Gracias Thangs por apoyar este tutorial.
En cuanto a los archivos STL que se utilizan para imprimir las piezas en 3D, puede descargarlos aquí:
Aquí están todas las piezas necesarias para ensamblar el trazador de plumas.
Aquí hay una lista de los componentes necesarios para ensamblar esta máquina CNC de bricolaje. La lista de los componentes electrónicos se puede encontrar a continuación en la sección del diagrama del circuito del artículo.
Muy bien, ahora podemos comenzar a ensamblar la máquina. Empecé asegurando la placa base y el soporte para el riel lineal con la ayuda de algunos tornillos M3. Todos los pernos para ensamblar esta máquina son en realidad M3 con varias longitudes, excepto algunos pernos M5 necesarios para las poleas GT2.
Una vez que tengamos los dos lados listos, podemos asegurarles el riel lineal del eje X con dos pernos en cada lado. Estos rieles MGN15H brindan un movimiento muy suave y sin juego, ya que sus bloques deslizantes tienen bolas o rodillos en su interior.
No obstante, antes de instalarlos, conviene limpiarlos y engrasarlos bien para que funcionen correctamente.
A continuación, el riel del eje Y debe ir encima del bloque deslizante del eje X y para asegurarlos juntos usaremos una placa de montaje central. Primero, podemos instalar el riel del eje Y en la placa central usando tres pernos.
Luego podemos instalar los dos motores paso a paso NEMA 17. Uno va en la parte superior y el otro en la parte inferior del plato. Como mencioné anteriormente, necesitamos algunos pernos y tuercas M5 para instalar las poleas GT2 en su lugar. Las dos poleas aquí son en realidad poleas locas que se utilizan para proporcionar agarre para la correa GT2 del eje X y la polea dentada que va en el motor paso a paso.
En cuanto a la instalación de esa polea, debemos medirla y nivelarla de acuerdo con las poleas locas. En cuanto al eje Y, solo necesitamos una polea loca que va del otro lado del riel, ya que la correa para este eje se instalará en un bucle.
Ok, lo siguiente es el matrimonio o la conexión de los dos ejes. Simplemente lo hacemos asegurando la placa central al bloque deslizante del eje X con cuatro pernos M3. Con esto, la máquina obtuvo su forma principal y ahora el bloque deslizante del eje Y puede alcanzar cualquier posición en el área de trabajo.
Podemos continuar ahora con el montaje del mecanismo elevador de bolígrafos. Este mecanismo se compone de dos partes, una fija que se atornilla al bloque deslizante del eje Y, y la otra que se deslizará hacia arriba y hacia abajo. Una vez asegurada la parte fija en su lugar, podemos instalar en ella el motor paso a paso del eje Z. Este paso a paso también es un NEMA 17 pero es más corto, 23 mm en lugar de 40 mm, para reducir el peso.
Luego podemos instalar el elevador que simplemente se une al eje del paso a paso. El tornillo sin cabeza que tenía era un poco largo para él, así que puse un elevador en el eje sin él, pero su orificio tiene la forma del eje para que el movimiento se transfiera bien. De hecho, terminé modificando un poco esta parte, pero no se preocupe, obtendrá la versión actualizada en los archivos de descarga.
Luego, inserté los cuatro cojinetes lineales en la parte deslizante y aseguré el micro servo en su lugar. Luego también aseguré la parte del portalápices justo al lado del servo.
Para conectar las partes fijas y deslizantes, primero debemos pasar el cable del servo a través de un orificio en la parte fija y luego insertar las varillas de 6 mm desde la parte superior, a través de los cojinetes y el orificio de la parte fija. Al instalar esta varilla, también debemos insertar un resorte entre la parte fija y la parte deslizante de manera que empuje la parte deslizante hacia abajo.
Esto ayudará a que la pluma tenga un mejor contacto con la superficie de trabajo. En la parte inferior de la parte fija, hay una abertura donde podemos insertar tuercas M3 y usarlas para asegurar las varillas de 6 mm en su lugar.
A continuación, podemos montar el conjunto portabolígrafos que va en un lateral de la máquina. Se compone de una parte superior e inferior con aberturas para acomodar hasta 12 bolígrafos.
Continué con la instalación de los cinturones. Primero, tenemos que medir cuánto largo necesitamos y cortarlo aproximadamente a la medida. Para sujetar el cinturón al bloque deslizante, hice estos geniales conectores de cinturón, donde el cinturón va alrededor de un eje hueco y entre dos paredes que no permiten que el cinturón se mueva.
Usando un tornillo M3 podemos asegurar el primer conector en un lado del bloque y repetir el mismo procedimiento para el otro lado. Podemos mover los conectores a lo largo de estas ranuras aquí y así tensar el cinturón tanto como queramos.
En cuanto al eje X, la correa irá en línea recta de un lado al otro, mientras pasa por las poleas de forma que proporcione tensión o agarre con la polea del motor paso a paso.
Para tensar la correa del eje X, hice estos conectores que tienen forma de correa y así podemos tensarlos a los lados de la máquina.
A continuación, podemos instalar los finales de carrera.
De hecho, terminé bajando un poco este interruptor de límite del eje Z y, en cuanto a los interruptores de límite X e Y, usé los de mi proyecto anterior que ya tenían cables conectados.
Con esto la parte mecánica de la máquina está lista y podemos pasar a conectar la electrónica.
Como mencioné, estamos usando una placa Arduino Uno en combinación con un escudo CNC y tres controladores paso a paso A4988.
Para unir la placa Arduino a la máquina, hice una pieza adicional impresa en 3D que va en el panel lateral. Aseguré la placa Arduino con dos tornillos M3 y, encima, inserté el protector CNC.
Aquí necesitamos insertar tres puentes para cada controlador paso a paso para seleccionar el 16
th
/paso de resolución, y luego insertamos los controladores paso a paso.
Luego podemos conectar los motores al protector CNC de manera adecuada. Para conectar los microinterruptores de límite en su lugar, simplemente soldé los cables directamente a ellos y, en el otro lado, soldé los cabezales de pines hembra que obtuve de algunos cables de salto.
En cuanto al servomotor, utilicé unos cables de extensión del servo para que pueda llegar al protector del CNC. Para alimentar la máquina, necesitamos una fuente de alimentación de 12V. Aquí hay un diagrama de circuito de cómo se debe conectar todo.
Aquí está el diagrama de circuito de cómo se debe conectar todo.
Puede obtener los componentes necesarios para este proyecto en los siguientes enlaces:
Entonces, estamos usando una placa Arduino UNO en combinación con un CNC Shield y tres controladores paso a paso A4988. Disponemos de tres microinterruptores de límite para el inicio de la máquina y un pequeño servomotor para el mecanismo de agarre. Para la alimentación necesitamos una fuente de alimentación de 12v con una tasa de corriente mínima de 2 amperios.
Hay algunos toques finales que deben hacerse para completar este trazador de pluma. Aquí estoy instalando la pinza del bolígrafo que simplemente se conecta al servomotor a través de la bocina del servo.
Para manejar los cables del elevador de bolígrafos, utilicé un tapete de mesa de comedor cuyo material era firme pero flexible, por lo que era perfecto para el trabajo.
Con esto se completa nuestra máquina de dibujar. Sin embargo, hay algunas cosas que debemos tener en cuenta aquí. Como el riel del eje Y no tiene soporte en un lado y el material PLA de impresión 3D en sí no es tan rígido, cuando estaba completamente extendido, el elevador de bolígrafos era 4 mm más bajo en comparación con el lado con soporte.
Eso es demasiado juego, pero logré resolver ese problema levantando un poco la parte frontal de la máquina. De esta manera reduje la diferencia a alrededor de 1 mm, lo cual era aceptable. si planea usar estos rieles grandes, definitivamente le sugiero que apoye el riel del eje Y en el otro lado también.
Otro problema es el portalápices, porque los bolígrafos no se mantienen bien en su lugar de esta manera. Aquí sugeriría hacer las aberturas superiores más grandes y agregar un poco de material suave en los lados para que los bolígrafos permanezcan en su lugar y la máquina los inserte fácilmente.
Finalmente, podemos insertar una tabla debajo de toda la máquina para obtener una superficie plana.
Y eso es todo, nuestra máquina está completa.
Lo que queda por hacer ahora es darle vida o convertirla en una verdadera máquina CNC. Para ese propósito, necesitamos instalar un firmware en el Arduino para controlar el movimiento de la máquina CNC y necesitamos un software de control a través del cual enviaremos códigos G y le indicaremos a la máquina qué hacer.
La opción más popular para las máquinas CNC de bricolaje es el firmware GRBL de código abierto. Sin embargo, para este trazador de pluma necesitamos una versión modificada del mismo, que pueda controlar el servomotor. Esta versión modificada se llama "grbl-servo", que altera la frecuencia PWM predeterminada del pin de control del husillo (o pin digital número 11) de 1kHz a 50 Hz, que se necesita para controlar este tipo de servomotor.
Una vez que descargamos e instalamos este firmware GRBL en la carpeta de la biblioteca de nuestro IDE de Arduino, también debemos modificar su archivo config.h para habilitar el inicio de 3 ejes, en lugar de su inicio predeterminado de 2 ejes.
En cuanto al software de control, utilizaremos GRBL-Plotter, que se dedica al control de plotters e incluye un convertidor de gráficos a través del cual podemos generar código G a partir de nuestras imágenes o gráficos. Este también es un software de código abierto que se puede descargar desde Github.
Aquí, lo primero que debemos hacer es conectar nuestra placa Arduino al software a través del puerto COM adecuado. Una vez que hagamos clic en el botón "Eliminar alarma", en el monitor en serie obtendremos una lista de nuestros parámetros GRBL actuales. Necesitamos cambiar algunos de estos parámetros de acuerdo a nuestra máquina.
Lo primero que debemos ajustar aquí es la resolución de recorrido o los valores de pasos/mm. Estos valores indican cuántos pasos debe dar el motor para moverse 1 mm. Esto depende del tipo de motor paso a paso que tengamos, la resolución de paso seleccionada y la transmisión de movimiento, en este caso la correa y polea GT2.
Para nuestra máquina, se necesita un valor de 80 pasos/mm para que los ejes X e Y sean precisos. En cuanto al eje Z, establecí un valor de 40 que en realidad no es preciso en términos de movimiento real, pero no podemos lograrlo de todos modos con nuestro movimiento alternativo.
También debemos configurar el parámetro número 23, a 0, que nos indica dónde están nuestros finales de carrera, configurar el avance máximo, la aceleración, la velocidad máxima de desplazamiento y el parámetro número 1 a un valor de 255, que mantiene activos los stepper todo el tiempo. tiempo. Sin embargo, debemos tener en cuenta que con esto habilitado, especialmente para el paso a paso del eje Z, debemos ajustar el límite actual del controlador A4988 al mínimo porque el paso a paso NEMA 17 más corto puede calentarse rápidamente.
Ok, echemos un vistazo a la configuración del controlador ahora. Hay tantas opciones para ajustar aquí que puede ser un poco intimidante al principio. Aquí primero debemos configurar la traducción hacia arriba y hacia abajo del lápiz para que sea el eje Z y establecer valores para la posición hacia arriba y hacia abajo.
En la pestaña Tabla de herramientas, podemos definir el color de las plumas y su posición. Cabe señalar aquí que estos valores son para el G53 o el sistema de coordenadas de la máquina. Esto significa que están definidos por los interruptores de límite duros que tiene la máquina y el recorrido máximo que establecimos en los parámetros GRBL anteriormente.
Para definir la posición de cada lápiz, utilicé los valores de desplazamiento, que son 0 para el eje X y 277 para el eje Y en este caso. Estos valores colocan la pinza frente a la primera pluma, y luego solo tuve que definir el valor Y para cada pluma, que es 21,7 mm en la dirección negativa.
Aquí también podemos ajustar la velocidad de avance y la posición arriba y abajo para cada pluma individualmente, en caso de que haya plumas diferentes.
A continuación, en el toque de cambio de herramienta, debemos seleccionar "Realizar cambio de herramienta en Tx M06", lo que le indica a la máquina que realice el cambio de herramienta cuando este comando aparece en el código G.
El valor "x" después de la letra T indica el número de herramienta de la tabla de herramientas. Para realizar el cambio de herramienta debemos incluir un script de “seleccionar” y “quitar”, los cuales se ejecutan cuando aparece el comando Tx M06. En estos scripts definimos el movimiento de la pinza para tomar o quitar la herramienta.
Para seleccionar una pluma, la pinza se coloca primero frente a la pluma real en coordenadas de máquina absolutas, las definidas en la tabla de herramientas. Luego, el servo abre la pinza, se mueve hacia arriba 4 mm más, luego se mueve hacia la pluma en dirección X y un poco en dirección Y. Luego, la pinza se cierra, levanta la pluma y vuelve a la misma posición antes de ejecutar el script. Para retirar el bolígrafo, los pasos del guión son los mismos pero en orden inverso.
Por supuesto, todos estos parámetros dependen de los propios bolígrafos, su dimensión y la dimensión de los soportes. La única manera de hacer que este proceso sea correcto es probando y corrigiendo valores.
Finalmente, echemos un vistazo a cómo podemos generar código G a partir de imágenes con este software GRBL-Plotter.
Una vez que cargamos la imagen, podemos hacer clic en "Vista previa con colores de la tabla" para que podamos ver cómo se vería la imagen. Desde la pestaña de corrección de imagen podemos jugar con los valores de Brillo, Contraste, Gama y Saturación para conseguir colores similares a la imagen real o a la que realmente queremos. Podemos establecer el tamaño de salida en mm, y en el toque de reemplazo de color, podemos eliminar los colores que no queremos usar.
Por ejemplo, podemos quitar el color albaricoque que es el color blanco en la imagen. Luego podemos hacer clic en el botón Crear código G y se generará el código G.
También podemos generar códigos G a partir de archivos SVG, que podemos arrastrar y soltar, y el software generará el código G de inmediato.
Antes de comenzar a trazar, debemos establecer la posición 0 donde queramos en el área de trabajo y luego hacer clic en el botón de reproducción.
El plotter de pluma comenzará a funcionar y podremos disfrutar viéndolo hacer magia.
Espero que hayas disfrutado este video y hayas aprendido algo nuevo. Si tiene alguna pregunta, no dude en hacerla en la sección de comentarios a continuación.Resumen
Modelo 3D de trazador de pluma CNC para bricolaje
Montaje de la máquina
Conexión de la electrónica
Diagrama del circuito del trazador de pluma CNC DIY
Terminar el montaje de la máquina
Software de control y firmware de trazador de pluma de bricolaje
Parámetros GRBL
Configuración de plotter GRBL
Generación de código G para CNC Pen Plotter con cambio automático de herramientas
Proceso de manufactura
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