Trazador CNC CoreXY: 16 pasos (con imágenes)

2023 Autor: Alyssa Boolman | [email protected]. Última modificación: 2023-11-26 21:02

Este instructivo describe un plotter A2 hecho de extrusión de aluminio de bajo costo, una pieza de tablero de partículas, dos motores paso a paso NEMA17 y algunas correas y poleas.

El trazador es:

• alta resolución (80 pasos / mm),
• rápido,
• bajo costo,
• y escalable

El trazador tiene un intérprete a bordo que reconoce la salida del código g de "Inkscape".

El trabajo en metal es simple … todo lo que necesita es una sierra para metales, tres taladros, una lima de cola de rata y un destornillador.

12 de octubre de 2017:

Un levantamiento de pluma mejorado se describe en https://www.instructables.com/id/CNC-Pen-Lift/ instructable

16 de noviembre de 2017:

Bluetooth se agrega en https://www.instructables.com/id/Add-Bluetooth-to-… instructable

El control del eje Z se agrega en https://www.instructables.com/id/CNC-Pen-and-Wash-… instuctable

17 de marzo de 2018:

GRBL (opcional) instalado en https://www.instructables.com/id/How-to-Control-a-… instructable

Paso 1: circuito

El diagrama de cableado de este plotter se muestra en la foto 1.

El módulo EasyDriver espera que los cables de cada bobina del motor sean adyacentes. Compruebe que los cables del motor no se alternan … si es así, intercambie los dos cables centrales.

Ajuste de la (s) corriente (es) del motor:

Configure su fuente de alimentación CPS-3205 a 12 voltios.

Conecte un motor paso a paso NEMA17 de 12 voltios y 30 ohmios a un módulo Big EasyDriver y aplique energía al conjunto del motor.

Ahora ajuste el pequeño potenciómetro en el módulo Big EasyDriver para una lectura de corriente de 0.4 amperios (400mA) en la fuente de alimentación CPS-3205.

Repita este proceso para el motor restante y el módulo Big EasyDriver.

Desconecte la energía.

Motores sustitutos:

El trazador también funciona con motores paso a paso de 6 voltios y 8 ohmios, en cuyo caso la fuente de alimentación del CPS-3205 debe establecerse en 6 voltios y las corrientes del motor en 0,6 amperios (600 mA).

Paso 2: software

Se adjunta el código fuente de este plotter.

Instalación de software:

• copie el contenido de coreXY_plotter.ino en un boceto arduino. [1]
• guarde el archivo como "coreXY_plotter" (sin las comillas).
• compile y cargue el boceto en su arduino.

[1]

22 de diciembre de 2018:

Las definiciones "bool" en el archivo coreXY_plotter_1a.ino se han reescrito en el siguiente formato:

• bool CW = verdadero; // bandera … no afecta la dirección del motor
• bool CCW = falso; // bandera … no afecta la dirección del motor
• bool DIRECTION1; // las direcciones del motor se pueden cambiar en step_motors ()
• bool DIRECTION2;

Por alguna razón, el formato original (en algunos compiladores) ya no funciona ????

De lo contrario, el código no se ha modificado.

Paso 3: Lista de piezas

Se adjunta la lista de piezas para un trazador A4 o A2 coreXY …

No se requieren sierras para madera si le pide a su comerciante de madera que corte el tablero de partículas y los soportes de pino a la medida adecuada.

Paso 4: Teoría

Las correas de distribución están dispuestas en una configuración "coreXY".

Puede encontrar una excelente explicación del principio "coreXY" en

La pluma se mueve:

• horizontalmente cuando los motores giran en la misma dirección.
• verticalmente cuando los motores giran en direcciones opuestas.
• diagonalmente si solo gira un motor.

Paso 5: Matemáticas

Este paso deriva las ecuaciones de movimiento de la pluma y puede ignorarse …

Si giramos el motor A en sentido contrario a las agujas del reloj una cantidad ∆A, entonces el carro de la pluma se moverá horizontalmente hacia la derecha una cantidad ∆X y verticalmente hacia arriba una cantidad ∆Y. La ecuación para esto es:

∆A = ∆X + ∆Y …………………………………………………… (1)

Si giramos el motor B en sentido contrario a las agujas del reloj una cantidad ∆B, entonces el carro de la pluma se moverá horizontalmente hacia la derecha una cantidad ∆X y verticalmente hacia abajo una cantidad ∆Y. La ecuación para esto es:

∆B = ∆X - ∆Y ………………………………………………. (2)

El motivo del cambio de dirección / signo ∆Y es que las dos correas de distribución se mueven en direcciones opuestas … la correa de distribución del motor A se alimenta hacia la pluma, lo que permite que la pluma se mueva hacia arriba, mientras que la correa de distribución para El motor B arrastra el lápiz hacia abajo.

Movimiento horizontal:

Reordenando las ecuaciones (1) y (2) obtenemos:

∆Y = ∆A - ∆X ………………………………………………. (3)

∆Y = -∆B + ∆X …………………………………………….. (4)

Al igualar las ecuaciones (3) y (4) obtenemos:

∆A - ∆X = -∆B + ∆X …………………………………………… (5)

A partir del cual:

∆X = (∆A + ∆B) / 2 …………………………………………. (6)

Traducción: el lápiz se mueve horizontalmente cuando ambos motores giran en la misma dirección

Movimiento vertical:

Reordenando las ecuaciones (1) y (2) obtenemos:

∆X = ∆A + ∆Y ………………………………………………. (7)

∆X = ∆B - ∆Y ……………………………………………… (8)

Al igualar las ecuaciones (7) y (8) obtenemos:

∆A + ∆Y = ∆B - ∆Y ………………………………………. (9)

A partir del cual:

∆Y = (∆A - ∆B) / 2 ………………………………………….. (10)

Traducción: el lápiz se mueve verticalmente cuando los motores giran en direcciones opuestas.

En conjunto, las ecuaciones (6) y (10) infieren movimiento diagonal si solo gira un motor.

Paso 6: Evolución … una historia de prueba y error

Diseño H-Bot:

Mi primera construcción consistió en una sola correa de distribución dispuesta en forma de letra 'H' o configuración de "H-Bot", como se muestra en la foto 1.

Abandoné rápidamente este diseño por tres razones:

• Si ambos motores giran en la misma dirección, la tensión en los extremos opuestos del pórtico provocó una "sacudida" inaceptable [1].
• la oscilación de la pluma fue excesiva
• el resorte de tensión de la correa de distribución no fue una buena idea … la tensión de la correa debe ser firme.

Diseño CoreXY:

Algunas modificaciones eliminaron todos los problemas anteriores.

• La correa de distribución se cortó por la mitad y se dispuso en una configuración "coreXY" [2]. Esta disposición tiene la ventaja de que toda la tensión desequilibrada de la correa de distribución se realiza en la dirección del movimiento de la pluma, como muestran las flechas en la foto 2 y la foto 3.
• La oscilación de la pluma se eliminó mediante el uso de un riel guía adicional para el conjunto de la pluma.
• Las variaciones en la tensión de la correa se eliminaron reemplazando el resorte con bridas.

El diseño es escalable:

La foto 4 compara el trazador A4 original con la base de un trazador A2 más grande descrito en el paso 7.

Las dimensiones del pórtico y del carro de la pluma son comunes a todos los trazadores. Las únicas piezas adicionales necesarias para el trazador más grande que se muestra en la foto 5 son:

• una placa base más grande.
• rieles laterales más largos.
• correas dentadas más largas

[1]

Una correa de distribución H-Bot tira de los extremos del pórtico en direcciones opuestas cada vez que el lápiz se mueve horizontalmente (consulte las direcciones de las flechas en la foto 1). Esto provoca un movimiento de torsión conocido como "sacudida".

[2]

CoreXY requiere dos correas de distribución de longitud completa. Reducir a la mitad la correa de distribución original del H-bot permitió probar el concepto coreXY antes de que se pidieran correas de distribución más largas. También explica el área de parcela reducida que se muestra en la foto 2.

Paso 7: Construcción … la base

Decida el área de su parcela:

• Un trazador A4 requiere un tablero de partículas de 6 mm x 600 mm x 400 mm.
• Un trazador A3 requiere una pieza de tablero de partículas de 6 mm x 800 mm x 600 mm.
• o más grande … el diseño es escalable

Atornille una longitud de extrusión de aluminio de "sección en T" de 1,5 mm x 20 mm x 20 mm a lo largo de los lados opuestos de la base. Asegúrese de que ambos rieles estén paralelos.

Las extrusiones deben estar alineadas con los bordes largos de la base y colocadas debajo de la base de manera que los bordes sobresalgan (ver foto). Estas extrusiones actúan como líneas de ferrocarril para el pórtico aéreo.

Atornille los soportes de madera de 65 mm x 18 mm a la base. Los soportes de madera necesitarán un rebaje para las extrusiones de aluminio … haga un corte poco profundo y luego golpee una astilla de madera con un cincel colocado contra la fibra del extremo.

Paso 8: Adición de poleas fijas y motores

Las dos correas de distribución están apiladas verticalmente una encima de la otra.

Esto se consigue de la siguiente manera:

• Una polea del motor está invertida como se muestra en las fotos 1, 2 y 3.
• Las poleas locas dentadas se apilan en juegos de dos como se muestra en las fotos 4 y 5.

Montaje de los motores:

Taladre cuatro orificios de montaje de 3 mm y un orificio de paso del eje para cada motor paso a paso NEMA17, como se muestra en las fotos 2 y 3.

Los orificios exteriores de 3 mm están a 25 mm de cada borde de la base [1]. Esta distancia asegura que los motores eviten el soporte de madera y las barandillas laterales de aluminio.

Montaje de las poleas fijas:

Taladre dos orificios de 4 mm para las poleas fijas.

Estos orificios están ubicados a 25 mm del extremo opuesto a los motores y a 40,5 mm de los rieles laterales. Esta distancia asegura que las poleas eviten el soporte de madera. También asegura que las correas de distribución estén paralelas a los rieles laterales.

Puntos clave:

• Las correas de distribución estiradas entre cada motor y las poleas fijas asociadas DEBEN estar paralelas a los rieles laterales.
• Separe las poleas con una arandela de 4 mm. La arandela evita que los bordes de la polea se froten.

[1]

Los orificios de montaje del motor de 3 mm están separados por 31 mm. Esto significa que cada eje está a 40,5 mm de la barandilla más cercana.

Paso 9: el pórtico

El movimiento vertical (eje Y) es proporcionado por un pórtico móvil que corre a lo largo de los rieles laterales fijos unidos a la base.

El movimiento horizontal (eje X) se obtiene pasando un conjunto de carro de pluma a través de dos rieles unidos a los soportes del extremo del pórtico.

Las ruedas del pórtico están fabricadas con poleas de máquina de coser con ranura en V VZ624ZZ (foto 3). La ranura en V evita que el pórtico se mueva hacia los lados.

Soportes finales:

Corte dos soportes de 60 mm x 130 mm de una hoja de aluminio de calibre 18 utilizando el método descrito en https://www.instructables.com/id/How-to-Cut-Fold-S… instructivo.

Taladre dos orificios de 3 mm y cuatro orificios de 4 mm en los lugares que se muestran en la foto 1.

Dobla una parte superior de 50 mm para cada soporte.

Montaje de las ruedas:

Coloque cuatro poleas de "ranura en V" entre una tuerca y un perno de 4 mm. La tuerca evita que los lados de las poleas toquen el aluminio.

Ahora atornille estas ruedas a través de los orificios de 4 mm de diámetro como se muestra en la foto 2.

Fijación de los soportes de los extremos a la base

Coloque una placa de extremo de pórtico a cada lado del trazador.

Para hacer esto:

• las ruedas ranuradas deben montar a horcajadas sobre los rieles laterales.
• alargue los orificios inferiores según sea necesario para eliminar cualquier juego vertical en el pórtico.

Cuando se ajustan correctamente, los soportes del extremo del pórtico deben rodar libremente cuando la base está ligeramente inclinada.

Rieles superiores:

Los rieles del pórtico superior se unen cuando colocamos el conjunto del carro de la pluma …

Paso 10: Los soportes de polea de pórtico

Los soportes de la polea del pórtico:

Los soportes de la polea del pórtico se cortan de una hoja de aluminio de calibre 18. En la foto 1 se muestra una plantilla de perforación aproximada [1].

La foto 2 muestra las poleas unidas al soporte del motor 1 (lado izquierdo).

La foto 3 muestra las poleas unidas al soporte del motor 2 (lado derecho).

Puntos clave:

• El lado liso de las correas de distribución siempre ve una polea lisa.
• El lado acanalado de las correas de distribución siempre ve una polea dentada.
• Una de las poleas dobles en cada soporte NO se usa … simplemente actúa como un espaciador.

Fijación de los soportes de la polea al pórtico:

Presione cada soporte de la polea contra el interior del soporte del pórtico de manera que el soporte esté centrado y las cabezas de los pernos de la polea estén fuera de la base.

Marque estas posiciones con un lápiz a través de los dos orificios existentes en cada uno de los soportes del pórtico.

Ahora taladre orificios de montaje de 3 mm y atornille los pares de soportes.

[1]

Las posiciones de los orificios de 4 mm para las ruedas locas dependen de la nitidez de los pliegues hacia arriba.

Doble cada soporte de polea y luego coloque los orificios de manera personalizada de manera que:

• ambas correas de distribución se superponen cuando se ven desde arriba.
• las ruedas locas utilizadas como espaciadores no tocan ninguna correa.

Paso 11: Soporte para lápiz

El soporte del bolígrafo está hecho de una hoja de aluminio de calibre 18. Las dimensiones se muestran en la foto 1

Adapte los orificios grandes de forma personalizada para que el bolígrafo se deslice libremente pero sin que se mueva hacia los lados.

Coloque un collar para levantar el bolígrafo en su bolígrafo. El mío estaba hecho con el accesorio de latón que se encuentra dentro de una perilla de radio y una pieza circular de plástico, pero cualquier cosa servirá … siempre que la posición se pueda ajustar.

Paso 12: Ensamblaje del carro de la pluma

El carro de la pluma está hecho de una hoja de aluminio de calibre 18. En la foto 1 se muestra una plantilla de perforación (no a escala).

Montar de la siguiente manera:

• taladrar y doblar el metal
• coloque 8 poleas con ranura en V como se muestra en la foto 2. Alargue los orificios inferiores de manera que no haya juego vertical cuando se instalen los rieles de aluminio de la "sección en T".
• utilice una brida para sujetar el servo SG90 como se muestra en la foto 2. Taladre los orificios de la brida para adaptarlos.
• utilice los orificios de 3 mm del soporte para bolígrafos como plantilla de perforación cuando coloque el bolígrafo.

Montaje de los rieles superiores del pórtico:

Colocación de los rieles:

• Pase dos tramos de 600 mm de "sección en T" de aluminio entre las poleas de "ranura en V" como se muestra en la foto 2.
• Fije cada soporte de pórtico a uno de los rieles por medio de dos tuercas y pernos de 3 mm.
• Coloque el segundo riel de manera que el conjunto del carro de la pluma se mueva libremente. Ahora taladre y atornille el riel a los soportes del pórtico.

Paso 13: Colocación de las correas de distribución

Puntos clave:

• el trazador tiene DOS correas dentadas.
• cada correa de distribución forma un bucle continuo (ver foto 2)
• las correas de distribución están montadas a diferentes alturas … las poleas comparten un eje común.
• las correas de distribución se tensan mediante bridas.
• ambas correas de distribución están unidas a un perno común de 3 mm (ver foto 3)

Método:

• Empuje el conjunto del carro de la pluma hacia un lado.
• pegue ambos extremos del pórtico para evitar el movimiento (foto 1).
• enhebre las correas de distribución inferiores y fije los extremos (foto 2).
• enrosque la correa de distribución superior y fije los extremos (foto 3).
• las correas de distribución deben verse así (foto 4)
• quitar la cinta.
• Tense las correas de modo que los rieles del carro estén paralelos al extremo de la base.

Paso 14: Colocación del conjunto del carro de la pluma

Se unen dos espaciadores roscados de 25 mm de largo (mediante un perno sin cabeza de 3 mm) para formar una varilla sólida.

Las correas están unidas a esta varilla como se muestra en la foto 1.

Fije la parte superior de la varilla al centro del conjunto del carro de la pluma con un perno de 3 mm.

Pruebas:

La pluma debe:

• muévase hacia la izquierda cuando AMBOS motores giren en el sentido de las agujas del reloj.
• muévase hacia la derecha cuando AMBOS motores giran en sentido antihorario.
• mover en diagonal si solo se gira un motor.

Paso 15: el menú

Sube coreXY_plotter.ino a tu arduino si aún no lo has hecho. Las instrucciones para esto se dan en el paso 2.

Conecte un cable USB a su arduino y haga clic con el botón izquierdo en "Herramientas | Monitor en serie" … debería aparecer un menú similar a la foto 1.

Aplique 12 voltios de potencia a sus motores y su plotter estará listo para usar.

El menú no distingue entre mayúsculas y minúsculas. Mecanografía:

• MENÚ abre el menú
• G00 le permite enviar la pluma a una coordenada XY específica con la pluma levantada.
• G01 le permite enviar el lápiz a una coordenada XY específica con el lápiz bajado.
• T1 le permite colocar su lápiz sobre su coordenada 0, 0. Escriba 'E' para salir.
• T2 le permite escalar su dibujo. Por ejemplo, "T2 S2.5" escalará su dibujo al 250%. La escala predeterminada es 100%. Todos los movimientos de la pluma utilizan la última escala de dibujo configurada con esta opción de menú.
• T3 y T4 le permiten subir o bajar el lápiz.
• T5 dibuja un patrón de prueba "ABC".
• T6 dibuja un "objetivo".
• T7 dibuja un conjunto de líneas radiales

El cableado interno de algunas marcas de motores está invertido. Si las direcciones de su motor están invertidas, utilice el código alternativo en la función step_motors ().

Paso 16: Creación y envío de archivos Gcode a su trazador

Este trazador asume que la coordenada (0, 0) está en la esquina inferior izquierda de su papel. Como tal, es 100% compatible con Inkscape.

Las instrucciones para crear archivos gcode se dan en las siguientes instrucciones:

• https://www.instructables.com/id/CNC-Robot-Plotter… (paso 9)
• https://www.instructables.com/id/CNC-Edge-Detectio…
• https://www.instructables.com/id/Make-Your-Own-CNC…

Las instrucciones para enviar su archivo gcode a este trazador se dan en instructable:

https://www.instructables.com/id/CNC-Gcode-Sender/

Haga clic aquí para ver mis otros instructivos.