Кит для сборки гравера Nano Board + CNC Shield V4.0

Добрый день читатели блога Mysku, я собираюсь рассказать вам, как и для чего я приобрел комплект для сборки CNC гравера на основе Arduino Nano Board и CNC Shield V4.0. Этот кит приобретался с целью модернизации уже имеющего лазерного гравера NEJE DK-5.
После установки комплекта для сборки CNC появилась возможность:
1. использовать сторонний софт;
2. печатать градациями серого, управляя током и длительностью импульсов лазера.
Родной софт и стоковая плата управления гравером такого не позволяли.

За подробностями под кат


Итак, здесь на муське уже был обзор на мой гравер, и на подобные граверы (раз, два, три, четыре), во всех случаях отмечались недостатки (очень серьезные) интерфейса родного ПО, идущего в качестве управляющей программы гравера.

Помимо неудобного интерфейса, отсутствует хоть сколько-то адекватная регулировка мощности лазера (есть ползунок, меняющий длительность импульса, значения которого выставляются в «попугаях»). Ток практически на всех моделях одинаковый, отсутствует термостабилизация диода (что сильно сказывается на итак не сильно надежных китайских диодах). Также необходимо отметить, что в ПО существует только одна степень прожига — для ч/б рисунков прожиг только «черного» цвета, без оттенков. Либо жжет, либо нет.

Так как лазерная тема для меня несколько новая и сколько-нибудь стоящий опыт в разработке лазерных систем отсутствует, то я выбрал готовый набор для создания ЧПУ станка (CNC kit). При выборе руководствовался форумом (форум lasers.org.ru) и советами форумчан (Спасибо, Aslan54 !). Хочу сразу отметить, что в лоте два набора. Почему я приобрел сразу два, напишу позже. Также есть наборы CNC kit на основе CNC шилда и Arduino UNO. Отличий по производительности нет (одна и та же ATmega328), но Arduino Nano более компактная и имеет Mini-USB подключение. Также, хочу отметить, что данные CNC шилды не совместимы из-за различий в расположении гнезд расширения для Arduino (для NANO шилд версии V4 и для UNO — V2,V3 соответственно).

Сразу укажу, что есть точно такой же лот, но одним комплектом. А также есть аналоги: комплект на основе CNC V3 shield на UNO , так и CNC V2 shield на UNO R3 и gearbest.com/3d-printer-parts/pp_226883.html. В этом случае есть смысл посмотреть V3 шилд — конкретно на него больше описания, а также шилд имеет больше разведенных (и сгруппированных, подписанных) на шилде выходов — под концевики, охлаждение, дополнительное оборудование. На Nano это тоже все есть, но разведены только пины под лазер, остальное все в общих пинах. Также можно взять не комплектом, а по отдельности все компоненты: Uno R3, Shield V3 и в этом случае имеет смысл приобретение не драйверов А4988, а драйверов типа DRV8825, которые имеют несколько больший рабочий ток, в том числе больший рабочий ток без радиатора охлаждения. Мне больше понравился комплект на Nano, три оси, плюс выход под лазер/шпиндель имеется, концевики осей тоже, остальное мне не нужно. Прошивки у всех шилдов совместимые, но хочу отметить, что необходимо уточнять управляющие выходы на шпиндель/лазер: обычно D11 (но для разных версиях CNC шилда могут быть разведены другиепины, например D12).
.
.

CNC arduino kit состоит из:
1. Плата Arduino Nano;
2. Плата расширения (CNC shield V4);
3. Три драйвера А4988 для шаговых двигателей, без радиаторов.
4. Кабель для связи с компьютером USB-mini USB

Смысл комплекта заключается в том, что CNC arduino kit позволяет управлять тремя шаговыми двигателями с использованием драйверов А4988 (ток до 2А с радиатором, до 1А без радиатора, радиаторы лучше докупить и поставить). Также на плате имеются аналоговые и дискретные разъемы для подключения внешней периферии (например, датчиков и концевиков).

Комплект в сборе.



Изначально мысли по модернизации лазерного гравера Neje высказывались в комментариях на Mysku неоднократно. Я решил попробовать модернизацию «малой кровью» — готовым набором CNC arduino kit с подключением в разъемам Neje в обход родной платы.



Софтовая часть.
На Mysku уже были обзоры на граверы (не только лазерные) с указанием возможных комбинаций ПО для обработки изображения для гравировки и его адаптации для станка (перегон в g-code). Основные — это benbox, mDraw, ArtCAM, для конвертации в g-code: CNC Converter, StepCam, для пересылки кода: grblControl, gcodesender. Для создания изображений можно использовать Inkscape с плагином CNC-G-Code или Gcodetools.

Итак, для настройки платы потребуется скачать среду Ардуино, прошивку GRBL, собрать и прошить

Кстати, стоковая плата Neje не определяется средой Ардуино, то есть по мимо того, что у нее отсутствует загрузчик, плата еще и на несовместимом процессоре. Идентификаторы, указанные на скриншоте принадлежат конвертеру Winchipshead CH341.


Примеры конфигурирования прошивки в обзоре, и еще ссылкии еще , и еще). Я прошивал не самой крайней прошивкойверсии 0,8 (крайняя 0,9). Это связано с совместимостью управляющих программ, в основном меньше проблем при использовании версии 0,8 (связано с возможными ошибками типа Alarm lock).
Ориентироваться при оценке количества шагов на миллиметр для осей можно непосредственно по замерам винта шагового двигателя NEJE (разные версии — разные шаговики) и, на всякий случай, даташит на стандартный привод.



Немного расскажу про софт. Очень удобно готовить изображения в среде inkscape.
Перед экспортом в gcode необходимо обработать изображение: оконтурить. Команда так и называется:

Существуют несколько плагинов для для экспорта в Gcode: Gcodetools и Laser Tool plugin.



Еще способ — экспорт из Корела в формате для плоттера (*.plt) и конвертация с помощью программ типа StepCam.



На скриншоте видно, что необходимо ввести ряд настроек при конвертации. Например, за длительность импульса лазера отвечает скорость перемещения кареток (feed, mm/min, скорость для G1)
Например, при выполнении команды G1 X10 Y10 F300 лазер подойдет по координатам и выполнит импульс «со скоростью» 300, то есть значение тока будет эквивалентно 300 тысячных долей ШИМ-импульса. Значения достаточно условные, их можно подобрать в процессе наладки гравера.

Степкамом у меня получилось без данных «скорости» для лазера — дописывал вручную (F100....F1000) для тестовой картинки.

Тест печати на стоковом Neje и на Neje с установленным CNC кит и прошивкой GRBL.
Слева направо: 1. исходник, 2. стоковый Neje (видно, что прожигалось на одной «скорости»), 3. последняя — тест «оттенков серого».


Несколько неудачно выбрана фанерка для теста, она обугливается в широком диапазоне настроек (очень сухая), как только найду более плотное дерево или другой материал, тест переделаю.

Но все равно заметны «переходы» оттенков при прожиге. Это как раз разные «скорости» для шпинтеля/лазера, прописанные в gcode.

Считаю, что эксперимент по «прокачке» лазерного гравера Nеje удался.
В планах подключить в прошивке использование вентилятора для обдува зоны реза и приделать индикатор (стрелочный или ЖК модуль) тока лазерного диода.


В заключение скажу, что для старта CNC arduino kit оказался очень удобный. Два сразу покупать конечно же ненужно, но я перестраховался. Если брать по отдельности, я бы взял драйверы StepStick.