دستگاه مینی CNC پلاتر با آردوینو و قطعات درایو دی‌وی‌دی

+1

برای شروع ساخت این پروژه جذاب، به یه سری قطعات الکترونیکی و مکانیکی نیاز داری. لیست ساده قطعات برای سطح مبتدی ایناست:

• برد آردوینو UNO
• بردبورد
• دو عدد آیسی درایور موتور L293D
• مینی سروو موتور
• دو عدد درایو دی‌وی‌دی یا سی‌دی قدیمی

اگه می‌خوای یه کم حرفه‌ای‌تر کار کنی و مدار رو به صورت دائمی بسازی، این قطعات رو هم آماده کن:

• میکروکنترلر ATmega328p (به همراه بوت‌لودر آردوینو)
• سوکت آیسی 28 پین
• کریستال اسیلاتور 16 مگاهرتز
• دو تا خازن 22 پیکوفاراد و یه خازن 100 نانوفاراد
• مقاومت 10 کیلواهم
• ماژول مبدل USB به سریال
• دو عدد آیسی L293D
• مینی سروو موتور
• دو عدد درایو دی‌وی‌دی
• برد سوراخ‌دار برای لحیم‌کاری دائمی
• چند تا ترمینال پیچی 2 پین یا 4 پین

راستی، برای برنامه‌ریزی میکروکنترلر ATmega328 به یه برد آردوینو UNO نیاز داری. ماژول مبدل USB به سریال هم دقیقا همون کاری رو می‌کنه که کابل آردوینو انجام می‌ده؛ یعنی مدارت رو به کامپیوتر وصل می‌کنه.

استفاده از ترمینال‌های پیچی خیلی کمک می‌کنه، چون موقع تست موتورهای استپر ممکنه لازم بشه سیم‌ها رو جابه‌جا کنی و اینجوری دیگه نیازی نیست مدام لحیم‌ها رو باز کنی! برای ساخت شاسی و بدنه هم اینا رو می‌خوایم:

• یه تکه پلکسی‌گلاس 20 در 16 سانتی‌متر با ضخامت 5 میلی‌متر برای محور X
• دو تکه پلکسی‌گلاس 14 در 4 سانتی‌متر با همون ضخامت برای محور Y
• حدود 20 عدد پیچ، مهره و واشر
• چند عدد اسپیسر
• چهار تا نبشی کوچیک (ترجیحا پلاستیکی)

البته به جای پلکسی‌گلاس می‌تونی از چوب، فلز یا حتی قطعات بازیافتی خود درایوهای دی‌وی‌دی هم استفاده کنی. ابزارهایی که برای مونتاژ لازم داری ایناست:

• پیچ‌گوشتی
• هویه
• سیم‌لحیم
• دریل
• ابزار برش مثل فرز مینیاتوری (اختیاری)
• چسب

+2

اولین قدم برای ساخت این دستگاه CNC، باز کردن درایوهای دی‌وی‌دی و بیرون آوردن استپر موتورهاست. با یه پیچ‌گوشتی قاب‌ها رو باز کن و مکانیزم ریل و موتور رو کاملا از بقیه قطعات جدا کن (به عکس اول دقت کن).

حالا که دو تا استپر موتور جذابمون رو داریم، باید به پایه‌هاشون سیم لحیم کنی. این کار رو خیلی با احتیاط انجام بده تا پدهای کوچیکشون کنده نشه. برای پیدا کردن ترکیب درست سیم‌ها، مولتی‌متر رو بیار و بذارش رو حالت بوق یا همون اتصال کوتاه.

معمولا پایه‌های اول و دوم به هم راه می‌دن و بوق مولتی‌متر درمیاد؛ این یعنی فاز اول موتور رو پیدا کردی. دو تا سیم دیگه (یعنی پایه سوم و چهارم) هم به هم وصلن و فاز دوم استپر موتور رو تشکیل می‌دن.

البته همیشه این‌طور نیست! مثلا تو یکی از موتورهای من، پایه‌های اول و سوم با هم یه فاز رو می‌ساختن و دومی و چهارمی فاز بعدی بودن. با مولتی‌متر ترکیب درست موتورهای خودت رو پیدا کن تا آماده مرحله بعد بشیم.

بریم سراغ محور X: یکی از استپر موتورها (همراه با ریل) رو روی تکه بزرگ پلکسی‌گلاس بذار و با یه خودکار جای 4 تا سوراخ پیچ‌ها رو علامت بزن. حواست باشه که ریل کاملا تراز و گونیا باشه. اگه گونیا داری حتما ازش استفاده کن! جاهایی که علامت زدی رو دریل کن و موتور رو با پیچ و مهره سر جاش محکم ببند.

کنار همون موتور، 4 تا نبشی پلاستیکی رو قرار بده و جای سوراخ‌هاشون (8 تا سوراخ) رو علامت بزن. فاصله‌شون رو طوری تنظیم کن که با ضخامت پلکسی‌گلاس بعدی همخونی داشته باشه. عکس دوم این مرحله خیلی کمکت می‌کنه که جای درست رو متوجه بشی.

برای ساخت محور Y: موتور دوم رو روی دو تکه پلکسی‌گلاس کوچیک‌تر قرار بده و جای 4 تا پیچش رو علامت بزن. اینجا هم دقت کن که موتور کاملا تراز باشه.

حالا این دو تکه پلکسی‌گلاس رو بیار و روی شاسی اصلی (محور X) قرار بده تا جای 4 تا سوراخ مربوط به اتصال روی نبشی‌ها رو در بیاری و علامت بزنی.

تمام سوراخ‌ها رو دریل کن و قطعات رو به هم وصل کن (مثل عکس‌های سوم و چهارم). همون‌طور که می‌بینی، من یه سطح فلزی صاف روی محور X گذاشتم تا بتونم کاغذ رو روش بچسبونم. معمولا یه کاغذ یادداشت کوچیک 75 در 75 میلی‌متری عالیه، اما یادت باشه فضای مفید چاپ ما فقط حدود 40 در 40 میلی‌متره. یه بار دیگه یادآوری می‌کنم، تراز بودن تمام قطعات با همدیگه به شدت مهمه؛ پس سرسری ازش نگذر!

این قسمت شاید چالشی‌ترین بخش کار باشه. باید یه سطح صاف به محور Y متصل کنی که بتونی قطعاتت رو روش سوار کنی. روی اون سطح هم مینی سروو موتور (برای محور Z) و یه پایه برای نگه داشتن خودکار نصب می‌شه.

قلم یا خودکارت باید بتونه با حرکت سروو موتور به راحتی بالا و پایین بره. به عکس بالا حسابی دقت کن تا متوجه شی مکانیزمش چطوری کار می‌کنه. اینجا بهترین فرصته که از خلاقیتت استفاده کنی و یه نگهدارنده خفن براش بسازی!

حالا که اسکلت دستگاه آماده شد، وقتشه مدار رو روی بردبورد ببندی و موتورهای محور X و Y رو تست کنی. عکس نقشه مداری بالا رو به دقت بررسی کن.

سیم‌کشی استپر موتورها یکم حوصله می‌خواد. تو مرحله بعد یه کد برای تست موتورها داریم. اگه دیدی موتورت درست نمی‌چرخه یا فقط می‌لرزه، باید جای سیم‌های همون موتور رو روی آیسی L293D جابه‌جا کنی تا ترکیب درستش پیدا بشه.

تأمین جریان مدار:

این مدار جریانی می‌کشه که از توان یه دونه پورت USB کامپیوتر بیشتره. برای همین بهتره یه کابل USB دوم هم بیاری (مثل عکس دوم) و فقط سیم‌های برقش (قرمز و مشکی) رو با سیم‌های کابل اول موازی کنی. با این کار ولتاژ همون 5 ولت می‌مونه اما جریان دو برابر می‌شه و موتورها جون می‌گیرن! (حداکثر جریان خروجی پورت USB 2.0 حدود نیم آمپر و تو نسخه‌های جدیدتر نزدیک 0.9 آمپره).

نکته مهم: اگه بخوای از درایورهای دیگه (مثل شیلد موتور یا آیسی‌های استپر دیگه) استفاده کنی، باید خودت تغییرات لازم رو هم تو مدار و هم تو کد آردوینو اعمال کنی. پس حتما دیتاشیت درایور خودت رو بخون. همه توضیحات این آموزش دقیقا بر اساس درایور موتور L293D تنظیم شده.

برای اینکه مطمئن بشیم همه‌چیز درست کار می‌کنه، باید کدهای تست حرکت رو روی آردوینو آپلود کنیم. کدهای مربوط به حرکت این دو محور رو می‌تونی با نرم‌افزار آردوینو روی برد آپلود کنی و نتیجه رو ببینی. حتما این تست رو انجام بده تا خیالت راحت بشه.

برای محور X:

موتور محور X باید به آرومی از جلو به سمت عقب حرکت کنه (مثل فلش مشکی تو عکس بالا). برای محور Y هم باید ببینی موتور به نرمی از چپ به راست می‌ره (فلش قرمز رنگ). اگه جهت‌ها برعکس بود، جای سیم‌های فاز رو روی درایور عوض کن.

حالا نوبت کد اصلی دستگاه CNC هست. این کد رو داخل نرم‌افزار آردوینو کپی کن و روی برد آپلود کن. تو این مرحله بررسی کن که قلمت به درستی بالا و پایین می‌ره یا نه.

اگه جهت حرکت سروو موتور برعکس بود، متغیرهای penUp و penDown رو تو کد پیدا کن و عددشون رو تغییر بده. به همین راحتی آردوینوی تو تبدیل به مغز متفکر یه دستگاه پلاتر جذاب شد!

حالا آماده‌ایم تا اولین طرحمون رو روی کاغذ بکشیم! برای این کار باید از یه نرم‌افزار رابط مثل پروسسینگ (Processing) و اسکریپت GCTRL استفاده کنیم تا طرح‌ها به صورت کدهای استاندارد به دستگاه ارسال بشن.

اصلا جی‌کد چیه؟ جی‌کد یه فایل متنیه که شامل مختصات دقیق نقاط تو راستای X، Y و Z هست. هدر (خطوط اولیه) این فایل‌ها معمولا این شکلیه تا به سروو بگه کی بیاد بالا و کی بره پایین: M300 S30.00 (Servo down) G1 X10.00 Y10.00 F2500.00 G1 X20.00 Y10.00 F2500.00 M300 S50.00 (Servo up)

• نرم‌افزار Processing رو نصب کن و فایل GCTRL.pde رو توش باز کن.
• روی دکمه Play یا همون اجرا کلیک کن تا برنامه باز بشه.

البته اگه روی ویندوز کار می‌کنی، ممکنه فایل اجرایی آماده gctrl.exe رو هم پیدا کنی که دیگه نیازی به پروسسینگ نداره و با دو تا کلیک باز می‌شه!

• تو صفحه برنامه کلید 'p' رو بزن و پورت سریال آردوینوت رو انتخاب کن.
• بعد کلید 'g' رو بزن و یه فایل آماده جی‌کد (مثل متن یا چرخ‌دنده) رو بهش بده تا شروع به کشیدن کنه.

اگه دیدی وسط کار دستگاه داره اشتباه می‌کنه یا قاطی کرده، سریع کلید 'x' رو بزن تا پلاتر متوقف بشه.

+3

برای اینکه بتونی طرح‌های دلخواه خودت رو به این مینی CNC بدی، باید از نرم‌افزار فوق‌العاده Inkscape استفاده کنی. اینک‌اسکیپ یه نرم‌افزار حرفه‌ای، رایگان و متن‌بازه که روی ویندوز، مک و لینوکس کار می‌کنه. باهاش می‌تونی انواع طراحی‌های برداری مثل لوگو، نقشه، آیکون و نمودار رو بسازی. فرمت اصلی این نرم‌افزار SVG هست. برای خروجی گرفتن باید اینک‌اسکیپ رو دانلود و نصب کنی.

بعد از نصب (بهتره از نسخه 0.48.5 استفاده کنی)، به یه افزونه (Add-on) نیاز داری که عکس‌ها رو تبدیل به فایل gcode کنه. اون رو هم نصب کن و بریم سراغ تنظیمات.

نرم‌افزار رو باز کن، از منوی File گزینه Document Properties رو انتخاب کن. مثل عکس اول تنظیمات رو انجام بده و حتما واحد رو روی سانتی‌متر (cm) بذار. بعد پنجره رو ببند. ما قراره از یه محدوده کاری 4 تا 8 سانتی‌متر استفاده کنیم (عکس دوم رو ببین). خب، حالا چطور متن چاپ کنیم؟

متنت رو بنویس، فونت و سایزش رو تنظیم کن. بعد با ابزار اشاره‌گر، متن رو بیار وسط صفحه (عکس سوم). از منوی Path، گزینه Object to Path رو بزن تا متن به خطوط تبدیل بشه. تبدیل و چاپ عکس چطوریه؟

این کار یه مقدار از متن پیچیده‌تره. عکست حتما باید بک‌گراند شفاف (Transparent) داشته باشه. عکس رو بکش و تو محیط نرم‌افزار رها کن.

تو پنجره‌ای که باز می‌شه ok بزن. حالا اندازه‌اش رو طوری کوچیک کن که دقیقا تو منطقه چاپ جا بشه (عکس چهارم). بعد از منوی Path گزینه Trace Bitmap رو انتخاب کن.

تنظیماتش رو دقیقا مثل عکس پنجم قرار بده. ok بزن و پنجره رو ببند. حالا روی عکس کلیک کن و بکشش کنار؛ می‌بینی که یه نسخه سیاه و سفید ازش ساخته شده. عکس رنگی که زیرش بود رو انتخاب کن و پاک کن.

نسخه خاکستری رو برگردون سر جاش و دوباره از منوی Path گزینه Object to path رو بزن. عکس ششم بهت نشون می‌ده چطور خطوط اضافی دورش رو پاک کنی.

در نهایت، برو سراغ منوی File، روی Save as کلیک کن و فرمت رو روی gcode قرار بده. ok رو بزن و تمام! فایل تو آماده‌ست. حالا فقط کافیه همون فایل gcode رو با برنامه GCTRL بفرستی برای آردوینو تا معجزه شروع بشه!

تبریک می‌گم! تو موفق شدی مینی CNC پلاتر خودت رو با دستای خودت بسازی. دیدن اینکه دستگاهی که با قطعات بازیافتی ساختی داره به این زیبایی طرح‌ها رو می‌کشه، حس فوق‌العاده‌ای داره.

حتما نظرت رو درباره این آموزش برامون بنویس و اگه دوست داشتی، عکس کارات رو هم به اشتراک بذار. آیسی‌مدار همیشه منتظر دیدن پروژه‌های خلاقانه شماست!