ЧПУ электро искровой гравёр на ARDUINO NANO 3

Lenivo
Идет загрузка
Загрузка
01.04.2020
11925
24
RepRap

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

27

В данной статье речь пойдет о простом способе нанесении гравировки на металлическую поверхность - ЭЛЕКТРОИСКРОВЫМ способом. Это очень старая технология и она появилась вместе с изобретением электричества.

В советское время производили бытовые гравёры по металлу и выжигатели по  дереву - "ОРНАМЕНТ-1". Правда сейчас их достать довольно затруднительно.

У них очень простая  схема.

Принцип работы простой - в ручке электро искрового гравёра находится электромагнитное втягивающее реле - соленоид. Сердечник соленоида механически , жестко, связан с искровым электродом. Когда электродом(+) притрагиваемся к проводящей поверхности с которой подключен второй провод цепи (обычно "-") , то происходит замыкание цепи и по соленоиду протекает ток, в результате образуется магнитное поле - и соленоид втягивает сердечник , жестко связанный с электродом - происходит разрыв цепи питания, при этом сжимает пружину обратного хода. В момент разрыва цепи питания образуется искровой разряд между электродом и проводящей поверхностью. Температура плазмы разряда достаточно высокая, чтобы проплавить поверхность- оставить точку каверну. После разрыва цепи магнитное поле выключается и перестаёт действовать сила, втягивающая сердечник с электродом. Пружина обратного хода распрямляется, возвращая сердечник в изначальное положение и происходит контакт электрода с проводящей поверхностью и цикл повторяется, пока электрод поднесён к проводящей поверхности на расстояние рабочего хода сердечника соленоида. Параллельно соленоиду часто ставят конденсатор, чтобы образовать колебательный резонансный контур. С настроенным колебательным контуром параметры искро образования более стабильны.

На деле это выглядит так

Или вот чертеж очень древней конструкции электроискрового карандаша

Бывают и другие конструкции, например такие

 

В интернете очень много разных конструкций - я выбрал для повторения конструкцию на основе автомобильного втягивающего реле.  Для этого нашёл в гараже старое реле управления воздушной заслонкой двигателя - оно на 12 вольт и имеет сопротивление катушки 22 ома. Новая деталь выглядит примерно так:

Мне из этого механизма нужна только электромагнитная катушка в корпусе и втягивающий сердечник. На сердечник-шток приделал держатель электрода. Электроды, по советам сети интернет, лучше использовать -медные, железные, вольфрамовые и гафниевые. Их можно прикупить в магазинах, торгующих оборудованием для сварки и плазменной резки. Или просто использовать кусочки медной проволоки или кусок гвоздя с откушенной шляпкой подходящего диаметра.

Вид со схемой электропитания- приведен на фото ниже. Силовой трансформатор - стандартный ТН36. Он имеет несколько вторичных обмоток 6,3 вольта на 1,5 ампера каждая - их можно соединять последовательно для увеличения напряжения - 6 или 12 или 18 или 21 вольта (напряжения могут быть немного выше или ниже в зависимости от напряжения входной сети 230 вольт). Или можно соединить параллельно - тогда будет увеличен ток. После трансформатора диодный мост со сглаживающим конденсатором. На самой катушке -параллельно ей припаян конденсатор 0,025 мкф - для улучшения искрообразования. Этот конденсатор надо подбирать к каждой катушке . В зависимости от катушки - его надо подбирать в пределах 0,5 мкф - 0,01 мкф и его напряжение должно быть, раза в четыре, выше рабочего.

Фото как работает вся эта конструкция  - ток ограничен сопротивлением катушки и мощностью трансформатора - у меня он получился в пределах 1-0,5 ампера.

Так как я не нашёл в сети интернет любительских конструкций для искрового гравёра пришлось мудрить самому. Самый главный вопрос - на каком программном обеспечении делать гравёр - сразу на ум приходит два пути. Первый - на основе ПО для лазерных граверов - управление по двум координатам Хи У. Второй, на основе ПО для фрезеров - управление по трём (XYZ) и более координатам. Но, для фрезера процесс подготовки управляющих кодов более трудоёмкий и сложный. И занимает в разы больше времени. Поэтому решил пытать счастья на основе конструкции для лазерного гравёра. Делал раньше конструкцию лазерного гравёра на основе ДВД компьютерного привода, поэтому для прототипа электроискрового гравёра решил использовать что то подобное, но с учётом опыта и наличия комплектующих. А в наличии были шаговые двигатели 4401 и выбраковка  линейных рельс длиной по 20 см.

В итоге получился  такой конструктив

Один ремень пришлось сшивать из двух кусков - на цельный длины не хватило.

Оси Х и У - на рельсах с ремённым приводом. А Ось Z - ручная регулировка по высоте.

 Напечатал нужные детальки - накладка держателя столика

 И ось Z

 

В собранном виде получилось так

По плате управления - собрал все на ARDUINO NANO 3  и на перепаянном shield 111303. По шилду много информации на этом сайте, поэтому подробно останавливаться не  буду. Залил внутреннюю прошивку GRBL F1.1.

Со схемой управления искровой головкой пришлось сильно помудрить, так как простая схема не подошла - от искровой головки в линии питания и сигнальные линии идет очень много помех. Поэтому пришлось паять ТТЛ управление с оптронной развязкой и делать раздельное питание от разных источников питания. Иначе шли сбои при выполнении программы. Также пришлось поставить дополнительный дроссель с конденсатором между блоком питания и платой управления.

Схема управления сделана на основе такой схемы

К шилду подключено по аналогии с лазерным гравёром к "Z+" и " Z-" - земля.

"Земли" (общий провод) силовых частей платы управления и искровой головки РАЗДЕЛЬНЫЕ. Подключается к шилду - вот по этой аналогии.

Управление и формирование исполняемых кодов - получилось использовать БЕСПЛАТНУЮ программу для формирования управляющих кодов для лазерных гравёров LaserGRBL.

Реальная работа представлена на видео...... Это первый прототип, показывающий принципиальную возможность такого гравёра. После того , как он заработал - полезли косяки конструкции - шток реле имеет технологический зазор - поэтому он имеет люфт , что негативно сказывается на точности - т.е. конструктив электроискровой головки надо переделывать - шток удлинять и помешать в линейный подшипник. Также требуется смазывать поверхность металла для скольжения электрода по поверхности металла при гравировке - смазкой или жидкостью - я смазал просто машинным маслом. Это непонятно как сказывается на гравировке.... то есть надо подбирать более лучший состав. Также -а на чём гравировать, на чем настраивать гравёр ?  Я использовал жесть от консервной банки - дешево, но не самый лучший вариант  - так как она покрыта оловом (бывают и другие покрытия). Покрытия у жести бывают разные - их тоже надо выбирать для лучшего результата. Жесть надо лучше ровнять...... Но в принципе, рабочий ход у реле 5 мм - поэтому не очень ровная поверхность и люфты у рельсовых направляющих не сильно снижают работоспособность гравёра, но качество страдает.

Короткое видео с работой

 Всем удачи и хорошего настроения.

 

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

27
Комментарии к статье

Комментарии

01.04.2020 в 11:14
0

За труды конечно плюс. Но практическая ценность этого изделия сомнительна.

Сейчас надписи и рисунки на металл наносятся при помощи фоторезиста и травления легко в домашних условиях.

При чём это можно делать даже на криволинейных поверхностях. А качество получаемого рисунка идеально.

01.04.2020 в 12:33
2

Сделал, потому что был запрос от нескольких совсем незнакомых людей на ЧПУ искровой гравёр - все об этом слышали что то, но информации как бы нет в широком доступе. Лично у меня нет потребности в такой гравировке - просто решил идейку проверить - вместо лазерной головы подцепить чего-нибудь другое , но использовать лазерное П.О.

В ручном варианте если готовить ПО - то можно в 3D принтер подцепить искровую головку - А команды на начало и конец прожига в ручную менять на опускание и подъём искровой головки по оси Z.

01.04.2020 в 11:19
0

забавно. Но блин, камерой поменьше дёргать надо, плавно, не торопясь перемещать - толком не видно, всё мельтешит, не успеваешь сконцетрироваться.

01.04.2020 в 11:22
0

Нужно сделать что бы электрод поднимался при свободных перемещениях. Тогда и царапать не будет и  смазывать ненужно.

01.04.2020 в 11:44
1

Я на своем гравере поставил серву в качестве оси Z. И ардуина у меня управляет не соленоидом а сервой, опуская и поднимая соленоид, который включен постоянно. Насчет питания из разных источников полностью согласен, иначе помехи страшные...

01.04.2020 в 12:28
0

Тоже думал об этом - поделитесь, пожалуйста, схемой и фото -как это всё реализовано..... Интересует , в первую очередь, смехотехническое решение и как программно это всё реализовано - в чём коды готовите? Когда искал в интернете хоть что-нибудь по такому ЧПУ-ничего не нашёл.... Механический подьём оси Z делать нет проблем - есть проблемы коды приготовить....

01.04.2020 в 16:19
4

Вот так выглядит мой гравер. Только сейчас там закреплен не соленоид а алмазный резец, но принцип тот же. Управление arduino uno + cnc shield. Для управления сервой не придумал ничего лучше, чем использовать arduino nano. На нее приходит сигнал на включение шпинделя. А там простейший скетч, что то типа "получил сигнал на такой то пин - крути серву, нет сигнала крути обратно". Конечно это не очень красивое решение и существует прошивка grbl servo или как то так называется. В ней реализовано управление сервой вместо третей оси. Но я чего то с ней не подружился. Коды готовлю в инскейпе. Для него есть бесплатный плагин J Tech Photonic Laser Tool. Выделяешь векторы, которые нужно гравировать и с помощью плагина генерируешь G-коды..

02.04.2020 в 16:05
1

А напишите статейку обзор по вашему агрегату с фото , с обзором электроники и программного обеспечения. Сделано на очень высоком уровне у вас - аж завидно ...... чемоданчик больно знакомый....

Я думаю нескольким тысячам человек будет очень интересно почитать о вашем устройстве.

04.04.2020 в 03:02
0

Спасибо за оценку. Да, давно подумывал написать такую статью, раз кому то действительно интересно, то обязательно так и сделаю...

01.04.2020 в 14:24
1

был когдато такой ручной. Там, помню, в некоторых режимах и с некоторыми электродами происходило не просто искрение. а наплав микрокапли . И когда пошла эта вся история с 3д печатью, даже вспоминал както эту технлогию - можно ли на данном принципе реализовать 3д печать металлом (эдакая миниверсия EBEAM).

Но потом подумал, что раз до сих пор это (вроде бы - простое и очевидное)  нигде не реализовано, то, следовательно, есть какието неразрешимые технологические проблемы. 

А так бы была бы суперская и дешевая технология печати металлом. И грязи нет и энергии минимум и скорость высокая и атмосфера обычная. 

01.04.2020 в 15:06
2

Есть ещё один ролик, попытался что то прокемментировать.


01.04.2020 в 15:17
0

Отличный проект! 

01.04.2020 в 17:29
0

Я бормашинкой (дремелем ) все надписи наношу

01.04.2020 в 17:39
0

Что там зелёнинькое виднеется ? Перемотчик ?

01.04.2020 в 18:06
0

 )     Спасибо.

01.04.2020 в 23:31
0

странно что в названиях видео присутствует словосочетание "из ДВД" но ни единой детали из него не видно кроме самого корпуса двд

02.04.2020 в 00:27

Комментарий удалён

02.04.2020 в 03:58
0

 Привет , у меня в детстве был такой выжигатель и гравер. 

Вы серьезно не знаете как поднимать электрод для перемещения ? 

У вас же соленоид уже есть. Подводите отдельно питание на катушку и он втягивает и поднимает .

Сейчас идёт транзистор> >соленоид>электрод>металлическая пластинка. Самое элементарное это добавить реле. Транзистор запитывает реле . Тогда через нормально открытые контакты запитать соленоид>электрод>пластинка, а через нормально закрытые сразу запитать соленоид. Ну или ещё транзистор добавить и запитать инвертированным сигналом.

Сначала идёт питание на катушку, сердечник втянут , подаём сигнал гравировать катушка перестает запитываться прямую и запитывается через электрод уже.

02.04.2020 в 06:16
0

Предложите нормальную схему, которая будет работать с БОЛЬШИМИ токами и с режимом искрообразования. Соленоид выступает в двух ипостасях как - как электромагнитное реле и как индуктивность в резонансном колебательном контуре для множественного искрообразования.........

То что вы предложили вряд ли выдержит несколько минут работы без сбоев. Я этот то простой вариант три дня отладить не мог - шли сплошные сбои по работе исполнения программы......

Самое простое ставить рулевую машинку - которая будет по командам процессора - поднимать и опускать электрод на деталь - а искрообразование будет постоянно включено.

Прежде чем насмехаться - предложите свою рабочую конструкцию - не теоритическую, а реально работающий образец......

02.04.2020 в 06:39
0

Да я не насмехался , теоретически предположил. А так станка у меня нет. Опыт с МК и электроникой лет 15.

Просто добавьте реле в ваш конструктив перед соленоидом , очень интересен результат . Там делов на минут 30. 

02.04.2020 в 14:38
1

Сделал направляющую для штока-держателя электрода

Результаты сразу стали лучше - двойная векторная проводка по линии


02.04.2020 в 16:12

Комментарий удалён

03.04.2020 в 17:04

Комментарий удалён

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Обзор пластиков от my3d.art

Стол для дельты

MKS Robin. Трогательный Marlin

Пссссс парень не хочешь немного DOOM ERERNAL

Борюсь с энтропией.

Обзор 3D-сканера Solutionix С500