Станки

Как собрать станок ЧПУ с углекислотным лазером (CO2)

В этой инструкции студент из Германии с ником Vulcaman расскажет и покажет нам, как можно построить собственный станок ЧПУ с углекислотным лазером, менее чем за 1000 евро.

Как нам говорит Википедия: Углекислотный лазер, лазер на углекислом газе (CO2-лазер) — один из первых типов газовых лазеров. На начало XXI века — один из самых мощных лазеров с непрерывным излучением с КПД, достигающим 20 %.

Углекислотный лазер используется для гравировки резины и пластика, резки органического стекла и металлов, сварки металлов, в том числе металлов с очень высокой теплопроводностью, таких как алюминий и латунь.

Инструменты и материалы:
-Различные слесарные инструменты;
-Паяльные принадлежности;
-Акрил;
-Станок-донор K40;
-3D-принтер;
-Станок ЧПУ для резки алюминиевых деталей;

Алюминиевый профиль 5 мм паз I-типа*
810 мм 20×20 мм — 4 шт
460 мм 20×20 мм — 4 шт
205 мм 20×20 мм — 4 шт
695 мм 20×20 мм — 6 шт
790 мм 20×20 мм — 1 шт
669 мм 20×20 мм — 2 шт
63 мм 20×20 мм — 6 шт
50 мм 20×20 мм — 2 шт
83 мм 20×20 мм — 2 шт
370 мм 20x 40 мм — 2 шт
695 мм 20x 40 мм — 1 шт
460 мм 20x 40 мм — 2 шт
Весь профиль приобретался по размерам здесь

Для получения точных результатов нужен жесткий X / Y-порт. Мастер использовал линейные направляющие MGN9, которые устанавливались на алюминиевые профили. Трансмиссия осуществляется с помощью ремней GT2 10 мм.
-Линейная направляющая МГН9 350 мм — 2 шт;
-Линейный рельс 650 мм МГН9 1 шт;
-Линейная направляющая МГН9 Н — 5 шт;
-Ремень GT2-10мм 10м;
-Шкив GT2 20 зубьев Ширина 10 мм Диаметр 5 мм — 1- шт;
-Шкив GT2 без зуба Ширина 10 мм Диаметр 5 мм — 10 шт;
-Шкив 20T 10 мм GT2 — 3 шт;
-Пневматический амортизатор 20N Gasspring — 2 шт;
-Держатель стержня SK12 — 8 шт;
-Подшипник линейный LMK12UU — 4 шт;
-Линейный стержень D12мм x 117мм — 4 шт;
-Стержень с резьбой M5 100 мм — 2 шт;
Мастер использовал лазерный источник мощностью 40 Вт. Длина трубки 40 Вт составляет всего 700 мм, поэтому она идеально впишется в корпус 810×500 мм. Для фокусирующей линзы вам понадобится тип 12 мм. Крепление лазера также имеет встроенную пневмоподушку.
-Лазерная трубка CO2 40 Вт 700 мм;
-3x 20 мм зеркало + 1x 12 мм объектив + держатель;
Электроника станка основана на плате Cohension3D Mini.
-Блок питания для лазера 40 Вт;
-Электропитание 250 Вт / 48 В;
-Источник питания 24 В / 24 Вт;
-Силовой контактор 24 В;
-Реле PILZ PNOZ X1 — 2 шт;
-Бесконтактный переключатель PILZ PSEN 1.1p-20;
— DIN рейка;
-Драйвер мотора DM556 5,6A — 3 шт;
-Плата контроллера Cohension 3DMini 32Bit;
-Выключатель;
-OV5648 USB — камера;
-Распределительный шкаф;
-Шаговый двигатель 40 мм NEMA17 2,0 A;

Шаг первый: технические характеристики и история создания станка
Три года назад студент купил свой первый лазер CO2, K40. Эта машина не совсем оправдала его ожиданий. Он был ограничен в размере гравировки, механические компоненты не очень хорошо сделаны, и работать с таким лазером было небезопасно.

Тогда он решил сделать свой собственный CO2-лазер, обладающий профессиональными возможностями, безопасностью и простотой в эксплуатации. Однако лазер должен иметь такую же площадь основания, что и K40, с учетом установки его в мастерскую площадью 8 м².
От идеи до рабочего станка у него ушло четыре месяца.

Дизайн станка R-LASER 6020 с открытым исходным кодом. Таким образом, можно получите все файлы САПР, необходимые для его изготовления бесплатно, исключая коммерческое использование.

Мастер предупреждает: опасно работать с CO2-лазером и сетевым напряжением.

Технические характеристики R-LASER 6020:
— Источник лазера CO2 мощностью 40 Вт
— Рабочая зона: 600×230 мм
— Скорость гравировки: 1000 мм / с
— Регулируемый Z-образный стол
— Поддержка камеры
— Поддержка программного обеспечения Lightburn
— промышленный дизайн


Шаг второй: материалы и чертежи для резки
В процессе изготовления потребуются листы из алюминия, фрезерованные на станке с ЧПУ.

Все критически важные детали, такие как X / Y-портал и все компоненты лазера, были сделаны из алюминия. Детали фрезерованы из листового металла толщиной 4 мм / 6 мм.

Для корпуса он использовал алюминий-дибонд, потому что он полностью блокирует лазер CO2. Даже сфокусированный луч не может прорезать этот материал.

Большинство деталей были вырезаны из алюминия-дибонда толщиной 3 мм окрашенного в белый цвет.
Две боковые панели корпуса были вырезаны из 6 мм листа.

Окно верхней двери выполнено из оргстекла толщиной 6 мм.
Он попытался свести к минимуму использование деталей, напечатанных на 3D-принтере, а где печать была необходима, она выполнялась нитью PLA.

Все файлы для печати, резки можно скачать здесь.

В качестве программного обеспечения используется Lightburn, который будет поддерживать плату Cohension3D Mini Board и многие другие. Это программное обеспечение имеет все функции, необходимые для продуктивной работы с лазерным резаком. Скачать его можно здесь.

Шаг третий: изготовление рамы
Основная рама изготовлена из алюминиевых профилей. Все крепления шаговых двигателей были вырезаны из алюминия толщиной 4 мм, чтобы обеспечить жесткое соединение между рамой и двигателями, даже когда двигатели нагреваются.

Теперь нужно установить пластины. Пластины имеют вентиляционные отверстия, чтобы отводить дым, образующийся при резке.

Шаг четвертый: установка осей X / Y , двигателей, направляющих
Ось Z реализована с помощью стержней диаметром 12 мм. Для правильного соединения между осью Z и основной рамой мастер использовал стандартные держатели штанги SK12.

После того, как все внутренние алюминиевые пластины установлены, нужно установить шаговые двигатели NEMA17 и шкивы для оси Y. Здесь нужно будет соединить 350-миллиметровую линейную направляющую MGN9 с экструзией 20×40 мм основной рамы.

Теперь нужно соединить ось X с осью Y. Соединение между осями X и Y обеспечивается двумя 6-миллиметровыми алюминиевыми переходными пластинами.

Двигатель оси Х крепится к левой 6-миллиметровой алюминиевой пластине.

Перед тем как установить пластину для оси X, нужно прикрепить к ней все шкивы. Используйте несколько шайб, чтобы обеспечить расстояние 1-2 мм.

Каретка X — ключевой компонент для хорошей гравировки.
Мастер постарался сделать каретку как можно более легкой и жесткой. Она сделана из алюминия толщиной 6 мм.

Теперь вы можете установить направляющие, ремни, проставки для левой и правой стороны оси X.

Шаг пятый: ось Z
В качестве рабочего стола мастер использует алюминиевую пластину Honeycomp 10 мм. Пластина устанавливается на алюминиевую пластину толщиной 4 мм.

Линейные подшипники LMK12UU прикреплены к алюминиевой пластине толщиной 4 мм.

Устанавливает собранный стол на станок.

Шаг шестой: отвод паров
Чтобы отвадить пары, которые образовываются при резке / гравировке, был сделан короб с вентиляционными отверстиями.

Шаг седьмой: верхняя крышка
Для верхней крышки было вырезано окно из оргстекла толщиной 6 мм.

Верхняя дверь сделана из алюминия толщиной 3 мм. Окно идеально устанавливается в него. Петли тоже самодельные из алюминия толщиной 6 мм.

Шаг восьмой: дополнительный корпус
В этом корпусе будут размещаться: силовой шкаф, воздушный клапан, водяное охлаждение, ящики для аксессуаров

Шаг девятый: установка оборудования
Устанавливает шкаф и подводит от него кабеля и трубки.

На крышку устанавливает концевой выключатель. Дверной выключатель — один из ключевых моментов техники безопасности. Переключатель будет непосредственно выключать лазер, когда дверь открыта.

Для прокладки кабелей устанавливаются кабель-каналы, распечатанные на 3D-принтере.

Шаг десятый: лазерная трубку
Лазерная трубка — основной компонент лазерного резака. В проекте была использована трубка мощностью 40 Вт от старого лазера K40.
Крепление трубки к основной раме осуществляется с помощью алюминиевых пластин толщиной 4 мм.

Шаг одиннадцатый: задняя и боковые панели
Теперь можно установить заднюю панель лазерного резака. На задней панели есть гнездо для электропитания, клемма заземления и алюминиевое крепление для вытяжного вентилятора. Воронка для вытяжного вентилятора подходит к трубке 160 мм.

Левая боковая пластина изготовлена из 6 мм алюминия. В ней устанавливается USB-разъем и быстроразъемное соединение для компрессора.

Правая боковая панель закрывает только механику.

Шаг двенадцатый: электрика
Электрику мастер собирает в силовом шкафу.

Электронику станка можно разделить на разные группы:
1. Цепи безопасности
В цепи есть два реле безопасности PILZ X1. Одно реле используется для аварийного выключения. Если нажать аварийный выключатель, силовой контактор отключит основное напряжение. Другое реле безопасности используется для верхней крышки и отключает лазер, когда дверь открыта.

2. Распределение электроэнергии
Для распределения питания требуемых напряжений для лазера (230 В переменного тока, 24 В постоянного тока, 48 В постоянного тока) были установлены DIN-рейки и клеммные колодки.

3. Драйвер двигателя
Для шаговых двигателей NEMA17 мастер использовал драйверы DM556 5,6A 48V. Благодаря высокому напряжению 48 В удалось достичь высоких скоростей до 1000 мм / с.

4. Источники питания
В качестве источников питания он использовал 48 В 250 Вт для двигателей NEMA17 и стандартный источник питания 40 Вт для лазерной трубки CO2. Напряжение 24 В для платы Cohension3D также генерируется источником питания для CO2-лазера.

5. Cohension3D Mini
В качестве основного контроллера применяется плата Cohension3D Mini от старого лазера K40. Эта плата поддерживает Smoothieware как микропрограммное обеспечение и все функции Lightburn. В дополнение к основному контроллеру мастер также создал специальный контроллер для оси Z.

Шаг тринадцатый: Z-контроллер
Готовый Z-Controller имеет следующие параметры:
— Входное напряжение 24 В
-Рабочее напряжение 3,3 В — 5 В
-Регулируемая частота шага DIP-переключателями от 2,5 до 25 кГц
-STM32-микроконтроллер

Файл для изготовления платы можно скачать здесь.
Детали для платы:

Количество Описание Имя на плате

10x Резистор 1к 0805 R1-R10
3x Резистор 150 Ом 0805 R11-, R12, R13
3x Светодиод Красный 0805 D1, D2, D3
3x AO3400 N-канальный полевой МОП-транзистор Q1, Q2, Q3
2x Конденсатор 100 нФ 0805 C1, C2
1x SN74HC08 ДИП-14 U2
1x SN74HC32 ДИП-14 U3
1x Понижающий модуль (настроен на 5 В) U1
1x STM32F103C8T6 BP1
10x Клеммная колодка 2P 5,08 мм J2-J11
1x 3-позиционный DIP-переключатель SW1

Шаг четырнадцатый: программирование
Для программирования понадобится программатор ST-Link.
1. Загрузите «Утилиту STM32 ST-LINK»:
можно скачать программное обеспечение здесь
2. Установите и откройте «Утилиту STM32 ST-LINK»
3. Теперь откройте файл Z-Controller.hex в утилите ST-Link: После этого нужно подключить STM32 «BluePill» к ST-Link-V2. После подключения нажать кнопку «Подключиться к кнопке traget».

Наконец нажмите «Загрузить». Теперь STM32 можно прошить..
Schematic.pdf

Шаг четырнадцатый: камера
Чтобы включить одну из самых крутых функций Lightburn, нужно будет установить камеру и настроить ее, как написано здесь. Тогда можно нанести на карту гравировальное поле с его изображением, и согласовать работу с лазером.

Камера установлена в прорези окна. USB-кабель от камеры прикреплен к алюминиевым профилям верхней дверцы.

Все готово.

Мастер предупреждает: Лазер СО2 мощностью 40 Вт — это не игрушка! Всегда надевайте сертифицированные лазерные очки, когда работаете с ними!
Он использует Laservision R02T1D01.

Источник

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть
Закрыть