مینی دستگاه CNC پلاتر با بردهای آردوینو

برای این پروژه به قطعات زیر نیاز داری. این لیست اول برای کسانیه که می‌خوان مدار رو خیلی ساده روی برد بورد ببندن:

• برد آردوینو UNO
• برد بورد (Breadboard)
• دو عدد آیسی درایور موتور L293D
• مینی سروو موتور
• دو عدد درایو CD یا DVD قدیمی

اگر می‌خوای کار رو حرفه‌ای‌تر پیش ببری و مدارت رو روی یه برد سوراخ‌دار لحیم کنی، این قطعات رو تهیه کن:

• میکروکنترلر ATmega328p (با بوت‌لودر آردوینو)
• سوکت آیسی 28 پین
• کریستال نوسان‌ساز 16 مگاهرتز
• دو عدد خازن 22 پیکوفاراد و یک خازن 100 نانوفاراد
• مقاومت 10 کیلواهم
• مبدل USB به سریال
• دو عدد آیسی L293D
• مینی سروو موتور
• دو عدد درایو نوری قدیمی
• برد سوراخ‌دار برای لحیم‌کاری
• چهار عدد ترمینال پیچی دو پین (یا دو عدد چهار پین)

نکته مهم اینه که برای برنامه‌ریزی میکروکنترلر ATmega328 همچنان به یه برد آردوینو UNO نیاز داری. مبدل USB به سریال هم کمک می‌کنه تا مدارت دقیقا مثل آردوینو با کامپیوتر ارتباط برقرار کنه.

استفاده از ترمینال‌های پیچی خیلی مهمه، چون باعث می‌شه برای پیدا کردن ترکیب درست سیم‌های استپر موتور، نیازی به لحیم‌کاری و باز کردن مداوم سیم‌ها نداشته باشی. ابزارهای لازم برای ساخت این نسخه هم این‌ها هستن:

• پیچ‌گوشتی
• هویه و سیم لحیم
• فرز مینیاتوری (اختیاری، برای برش قطعات پلاستیکی)
• چسب قطره‌ای یا حرارتی

اولین قدم برای ساخت این دستگاه CNC، باز کردن دو تا درایو نوری قدیمی و بیرون آوردن استپر موتورها و ریل‌های اون‌هاست. با یه پیچ‌گوشتی قاب درایوها رو باز کن و مکانیزم لیزر و ریل رو به آرومی جدا کن. بعد از این کار، باید یه شاسی یا پایه مناسب برای دستگاهت انتخاب کنی. می‌تونی از قاب فلزی همون درایوهای نوری به عنوان پایه اصلی دستگاه استفاده کنی.

در نهایت باید راهی پیدا کنی تا یکی از این ریل‌ها رو به صورت عمودی به پایه اصلی متصل کنی (تو مرحله بعدی دقیقا متوجه می‌شی منظورمون چیه). عکس‌ها رو با دقت ببین تا ایده بهتری از نحوه قرارگیری قطعات بگیری.

توی تصویر اول این مرحله می‌تونی محور Y دستگاه رو ببینی. باید این محور رو با استفاده از چند تا پیچ و مهره محکم روی شاسی اصلی دستگاهت نصب کنی.

توی تصویر دوم، هر دو محور X و Y مشخص هستن. محور X به دو تا قطعه پلاستیکی متصل شده که می‌تونی از ضایعات همون درایوهای نوری پیداشون کنی و با فرز یا اره، متناسب با ابعاد دستگاهت برششون بدی.

انجام این بخش خیلی ساده است. فقط باید دقت کنی که محور Y کاملا صاف روی شاسی قرار بگیره و محور X دقیقا با زاویه 90 درجه (کاملا عمود) نسبت به اون نصب بشه.

رسیدیم به چالش‌برانگیزترین بخش ساخت این دستگاه. برای محور Z به یه سطح صاف نیاز داری که روی محور X سوار بشه. قراره سروو موتور و پایه نگه‌دارنده خودکار رو روی این سطح نصب کنیم.

مکانیسم این بخش باید طوری باشه که خودکار یا ماژیک با کمک حرکت سروو موتور بتونه به راحتی بالا و پایین بره. به عکس‌های این مرحله دقت کن تا متوجه بشی چطور باید این مکانیزم رو بسازی. اینجا خلاقیت حرف اول رو می‌زنه؛ می‌تونی از هر قطعه پلاستیکی یا چوبی در دسترس برای ساخت این اهرم استفاده کنی.

حالا باید یه سطح صاف چوبی، پلاستیکی یا پلکسی (یه مربع 5 در 5 سانتی‌متر عالیه) رو روی قسمت متحرک محور Y نصب کنی. این همون سطحی هست که قراره کاغذ روی اون قرار بگیره تا دستگاه طرح‌ها رو روش رسم کنه. یادت باشه که فضای مفید و قابل چاپ این دستگاه در نهایت حدود 4 در 4 سانتی‌متر خواهد بود.

حالا که شاسی و مکانیسم دستگاه آماده شده، وقتشه بریم سراغ بخش الکترونیک. مدار رو روی برد بورد ببند و آماده تست استپر موتورهای محور X و Y شو. شماتیک کامل مدار رو می‌تونی تو تصویر بالا ببینی.

سیم‌کشی استپر موتورها نیاز به کمی حوصله داره. تو مرحله بعد یه کد برای تست محورها داریم. اگر موتورها درست حرکت نکردن، باید ترکیب سیم‌های متصل به آیسی‌های L293D رو اونقدر جابه‌جا کنی تا حرکتشون روان و درست بشه.

برای مثال، توی دستگاه من سیم‌های موتور محور X به پایه‌های 1 و 3 (برای بخش A) و پایه‌های 2 و 4 (برای بخش B) آیسی وصل شدن، در حالی که برای محور Y این ترکیب به صورت پایه‌های 1 و 2 (برای بخش A) و پایه‌های 3 و 4 (برای بخش B) جواب داد.

حالا باید کدهای مربوط به تست محورها رو روی برد آردوینو آپلود کنی. بعد از اجرای کد، اگر محورها به درستی حرکت کردن، یعنی سیم‌کشی استپر موتورها کاملا درسته. اما اگر دیدی موتور درجا می‌زنه یا لرزش داره، جای سیم‌ها رو روی درایور عوض کن تا به ترکیب درست برسی.

حالا وقتشه که کد اصلی دستگاه رو روی برد آپلود کنی. بعد از اجرای این برنامه، مکانیزم محور Z باید خودکار رو بالا ببره. اگر این اتفاق نیفتاد، باید متغیرهای penUp و penDown رو توی خطوط کد پیدا کنی و مقادیرشون رو تغییر بدی تا زاویه سروو موتور درست تنظیم بشه. کافیه کدها رو از طریق نرم‌افزار Arduino IDE مستقیما روی برد آپلود کنی و آماده مرحله بعد بشی.

دستگاهت آماده است تا اولین طرحش رو رسم کنه! برای ارتباط کامپیوتر با CNC، به یه برنامه واسط به اسم GCTRL نیاز داریم که محیطش تو نرم‌افزار Processing نوشته شده. این برنامه فایل‌های تصویری رو به شکل کدهای Gcode به پلاتر می‌فرسته.

شاید بپرسی Gcode چیه؟ در واقع یه فایل متنی شامل مختصات دقیق برای محورهای X و Y و Z هست. تو هدر این فایل تنظیماتی برای بالا و پایین بردن خودکار توسط سروو موتور (مثلا M300 S30.00 برای پایین رفتن) و دستوراتی مثل G1 X10 Y10 برای حرکت محورها وجود داره.

نرم‌افزار Processing رو دانلود کن و بعد سورس برنامه GCTRL رو داخلش باز و اجرا کن. روی آیکون Play کلیک کن تا برنامه بالا بیاد.

البته می‌تونی از نسخه اجرایی این برنامه یعنی فایل GCTRL.exe استفاده کنی تا خیلی سریع‌تر و راحت‌تر کار رو پیش ببری. تو محیط برنامه، کلید p رو بزن و پورت سریال مربوط به آردوینو رو انتخاب کن. حالا کلید g رو فشار بده و فایل drawing.gcode رو بهش معرفی کن تا چاپ شروع بشه. هر وقت حس کردی مشکلی پیش اومده یا خواستی دستگاه رو متوقف کنی، فقط کافیه کلید x رو بزنی.

+3

برای اینکه طرح‌های دلخواه خودت رو روی این دستگاه چاپ کنی، باید فایل‌های Gcode مخصوص بسازی. بهترین ابزار برای این کار نرم‌افزار Inkscape هست.

نرم‌افزار Inkscape یه ابزار قدرتمند و حرفه‌ای برای طراحی وکتور هست که روی سیستم‌عامل‌های مختلف نصب می‌شه و طراح‌ها برای ساخت لوگو، آیکون و طرح‌های گرافیکی ازش استفاده می‌کنن. این برنامه از فرمت استاندارد SVG استفاده می‌کنه و کاملا رایگان و متن‌بازه.

نسخه 0.48.5 این نرم‌افزار رو دانلود و نصب کن. بعد از اون باید یه افزونه (Add-on) مخصوص بهش اضافه کنی تا قابلیت خروجی گرفتن به صورت فایل Gcode به برنامه اضافه بشه.

برنامه رو باز کن، از منوی File گزینه Document Properties رو انتخاب کن. تنظیمات رو دقیقا مثل عکس اول این مرحله انجام بده و واحد اندازه‌گیری رو حتما روی cm (سانتی‌متر) بذار و پنجره رو ببند. همونطور که تو عکس دوم مشخصه، فضای کاری ما محدوده‌ای بین 4 تا 8 سانتی‌متر هست.

برای چاپ متن، ابزار متن رو انتخاب کن، فونت رو روی Times New Roman و سایز رو روی 22 تنظیم کن. حالا متن رو مثل تصویر سوم دقیقا وسط کادر قرار بده.

در نهایت از منوی Path گزینه Object to Path رو انتخاب کن. چاپ تصاویر نسبت به متن کمی پیچیده‌تره. اول از همه عکست باید پس‌زمینه شفاف (Transparent) داشته باشه. تصویر مدنظرت رو بکش و داخل محیط Inkscape رها کن.

پنجره‌ای که باز می‌شه رو تایید کن. حالا باید ابعاد عکس رو طوری تغییر بدی که تو کادر چاپی ما جا بشه (عکس چهارم). سپس از منوی Path گزینه Trace Bitmap رو بزن.

تنظیمات رو مطابق تصویر پنجم انجام بده و این پنجره رو ببند. حالا یه نسخه سیاه‌سفید از طرحت ساخته شده؛ اون رو کنار بکش و عکس رنگی اصلی رو که پشتش قرار داره پاک کن.

طرح سیاه‌سفید رو دوباره سر جای اصلیش بذار و از منوی Path گزینه Object to path رو انتخاب کن. عکس ششم نشون می‌ده که چطور خطوط اضافه تصویر رو حذف کنی.

در نهایت برای خروجی گرفتن، به منوی File برو، گزینه Save as رو بزن و فرمت gcode. رو انتخاب کن و پنجره بعدی رو هم تایید کن. حالا فایلت آماده‌ست!

می‌تونی با کمک همون برنامه GCTRL فایل رو به دستگاه بدی تا طرحت روی کاغذ کشیده بشه. این فرآیند ممکنه بار اول کمی پیچیده به نظر برسه، اما با چند بار تمرین کاملا دستت میاد و می‌تونی طرح‌های فوق‌العاده‌ای بسازی.

خسته نباشی! به همین سادگی تونستی با قطعات بازیافتی و یه برد آردوینو، یه دستگاه CNC پلاتر رومیزی بسازی. این پروژه یه قدم عالی برای ورود به دنیای رباتیک و ماشین‌های کنترل عددیه و می‌تونی در آینده با استفاده از استپر موتورهای قدرتمندتر، نسخه‌های خیلی بزرگ‌تر و حرفه‌ای‌تری از این دستگاه بسازی.

اگر این مینی پلاتر جذاب رو ساختی، حتما از کارکردش فیلم بگیر و تجربه‌ات رو باهامون به اشتراک بذار. همچنین اگه توی مراحل سیم‌کشی یا راه‌اندازی نرم‌افزاری به چالشی برخوردی، کافیه تو بخش نظرات برامون بنویسی تا تیم آیسی‌مدار راهنماییت کنه. منتظر نظراتت هستیم!