基于GRBL的小型数控雕刻机的研制

【数控加工】DIY小型数控电脑雕刻机制作全过程ｘxxx年xx月xx日ｘｘｘxｘxxx集团企业有限公司ﻭPlease enter your company＇s ｎaｍe anｄ cｏnteｎtｖDIY小型数控电脑雕刻机制作前过程一:雕刻机简介本ＤIY数控雕刻机,采用流行的龙门架造型，外形美观,结构合理，性价比极高。

◆ＸYＺ轴行程：13０×２0０×40MM◆外型尺寸:430×360×350ＭM◆丝杆:XYＺ轴8MM 304不锈钢丝杆，螺距1.2５MM，双铜螺母弹簧消回差，工程塑料弹性联轴器◆导轨：采用镀铬光杆,XYZ 轴直径12MM◆步进电机：二手１.3A 4２步进电机◆雕刻指令：G 代码,一般采用MACH 控制系统◆主机框架：采用工业PＶＣ板材，数控切割而成。

◆精度指标：加工精度０.1mｍ左右、重复定位精度 0.05mm本雕刻机主体框架采用0.7ｍm厚的工业 PVC 板经数控加工而成，XYＺ三轴导向采用直径１2MＭ镀铬光杆与直线轴承配合，传动采用直径８ＭM×1.25螺距３0４不锈钢丝杆，双铜螺母弹簧自动消回差，本雕刻机ＸYＺ实际行程为 13×20×4ＣM 左右，组装后外形尺寸４30×3６0×35０ＭＭ左右。

本雕刻机加工精度 0．1MM左右,建议雕刻速度每分钟3０0MＭ。

本雕刻机主要用于雕刻PCＢ、石膏、亚克力、竹木等非金属材料,也可以雕刻铜铝等软金属材料(会相对缩短机器寿命），不合适雕刻钢铁。

二、组装教程1、组装前的准备⑴工具篇要成功组装好一台雕刻机，以下工具是必备的。

Ａ、数字万用表数字万用表在以下工序中需要用到,一是测量步进电机的引线电阻大小来区分组别，二是调整驱动板的工作电流,三是测量开关电源的极性与电压，当然还有其它许多用处。

B、螺丝刀与内六角扳手本套件中的螺丝型号有4ＭM、6MM 标准内六角,4MM 联轴器无头内六角，十字自攻螺丝，您应该根据需要购买相应工具，我们建议您购买十字长柄与短柄螺丝刀各一个，公制１.5-6ＭM内六角扳手一套, 4MM、6MM 外六角扳手各一个,尖嘴钳与老虎钳最好也配备一个。

DIY小型数控电脑雕刻机制作全过程随着科技的不断发展，DIY成为了越来越多人的兴趣爱好。

其中，制作小型数控电脑雕刻机的DIY项目备受欢迎。

今天，本文将介绍DIY小型数控电脑雕刻机的制作全过程，并分享一些制作经验与技巧。

一、DIY小型数控电脑雕刻机的材料和工具在开始DIY小型数控电脑雕刻机之前，我们需要准备以下材料和工具：1. 激光头/钻头/刻刀2. 电机3. 导轨4. 主控板5. 驱动板6. 程序控制器7. 电源8. 电线9. LED灯条10. 铝材、钢板等材料11. 螺丝、螺母、垫片等小件二、DIY小型数控电脑雕刻机的制作步骤1. 设计并切割零件首先，我们需要根据自己的需求和制作计划来设计并切割出需要的零件。

在设计时需要注意尺寸和间隙，避免后期安装时出现偏差问题。

切割过程中，我们可以使用激光切割机、水切割机、钢板剪切机等设备进行加工。

2. 组装机架在零件切割完成后，我们需要根据设计完成的图纸将零件组装成机架。

这一步需要注意紧固件的松紧程度，保证机架的结构牢固。

3. 安装导轨接着，我们需要将导轨安装在机架上。

导轨的安装需要保证平整度和水平度，避免影响后期的雕刻精度。

4. 安装电机安装电机时，需要确保它们放置的位置合适，尺寸准确。

电机的供电线需要与主控板连接，这样才能实现整个系统的电控。

5. 安装主控板和驱动板在主控板和驱动板的安装过程中，我们需要根据图纸来确定好它们的连接接口并将其连接好。

此外，还需要将电机线路、电源线等连接好。

6. 安装程序控制器和LED灯条程序控制器是整个系统的灵魂，它能够让我们实现各种数字和形状的雕刻。

LED灯条则用于提供照明，让我们更方便地观察雕刻的过程。

7. 进行调试在完成机器的组装后，我们需要进行调试，确认所有模块能够正常工作。

需要注意的是，调试时需要注意安全，避免出现损坏或者意外情况。

8. 开始使用最后，我们将能够在程序控制器上导入设计好的图纸，开始使用DIY小型数控电脑雕刻机进行雕刻了。

专利名称：一种小型数控雕刻机专利类型：实用新型专利
发明人：李祥
申请号：CN201920669422.6申请日：20190511
公开号：CN209999983U
公开日：
20200131
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及石材雕刻附属装置的技术领域，特别是涉及一种小型数控雕刻机，其可以方便固定和调整石材在工作台表面的位置，方便对其进行雕刻处理，提高实用性；包括底座、工作台、两组立柱、横梁和主轴；还包括左定位板、右定位板、左移动板、右移动板、两组左固定弹簧、两组右固定弹簧、左卡板、右卡板、左拉杆、右拉杆、左移动环、右移动环、左调节螺纹杆和右调节螺纹杆，左定位板右侧壁和右定位板左侧壁顶端分别设置有两组左固定环和两组右固定环，两组左固定环和两组右固定环内壁上分别设置有两组左滚珠轴承和两组右滚珠轴承，左调节螺纹杆和右调节螺纹杆前端分别设置有两组旋转把手，左拉杆和右拉杆另一端分别设置有左限位球和右限位球。

申请人：广州富沃数控设备有限公司
地址：511400 广东省广州市番禺区东环街甘东大街160号D101
国籍：CN
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基于Solidworks小型五轴数控雕铣机研制小型五轴数控雕铣机经典设计方法的周期长、成本高，因此应用先进设计方案解决以上问题显得尤为重要。

本文首先探讨小型五轴数控雕刻机总体快速设计方案，涉及控制系统、硬件结构以及主要关键部件设计等;其次研究应用先进五轴线性插补算法;最后通过Solidworks等软件进行仿真设计，并通过零件的加工实现设备设计的可行性验证。

标签：五轴雕铣;线性插补算法;摆动机构;转台;驱动机构0 引言产品个性化、多样化的定制生产已成为先进装备制造企业的核心竞争力。

文献[1]针对小型零件如珠宝等特殊行业产品多样性、曲面形状复杂性、单一性的要求，提出小型雕铣机的总体设计方案、布局方案、关键部件设计方案，。

文献[2]对通过对雕刻机控制系统工作原理及功能需求进行分析，对运动控制器动态链接库的控制系统软件开发具有一定借鉴意义。

研制一种设计周期较短、成本较低、加工精度较高、多用途等功能的小型五轴数控雕铣机床成为机床生产商的热门方向。

笔者前期设计三坐标数控钻床并投入实际生产，在快速设计、关键部件运动有限元分析[3]、模拟仿真、线性插补的算法、加工精度及加工误差、装配误差等方面进行研究和改善，本文是基于前期研发三坐标数控钻床的研发基础，应用有限元分析、力学分析、基于Solidworks 仿真技术等方法，对主要部件进行创新性设计和论证。

1 总体方案设计基于Solidworks等软件实现对其整体结构进行快速设计和控制系统的接口电路（IO接口）、伺服驱动电路、外设电路等结构设计，并进行优化设计。

控制系统利用“独立PC+智能控制卡”结构，通过CNC的一系列的直线或圆弧插补运算，并通过串口输入至CNC控制单元，然后驱动五个方向（轴）伺服电机运动，完成工件加工。

研发过程：绘制机床总体结构图，根据零件图设计零件制造工艺，零件加工完成后，进行装配、调试、总装;检验、优化提高与小批量试产。

2 关键部件计算2.1主轴选取与校核计算电主轴是小型数控雕铣机主要驱动部件、关键部件之一。

目录1 绪论 (1)1.1 课题的研究意义 (1)1.2 雕刻机的应用及发展 (1)1.2.1 雕刻机的应用 (1)1.2.2 国内外发展与现状 (2)1.3 课题研究的主要内容 (3)1.3.1 实验平台简介 (3)2方案选择 (4)2.1三轴驱动方案选择 (4)2.1.1直流驱动 (4)2.1.2 交流伺服驱动 (5)2.1.3 步进驱动 (5)2.2 控制器的选择 (6)2.3限位开关 (7)3硬件电路设计 (9)3.1主电路设计 (9)3.1.1步进电机及步进驱动器 (9)3.1.2 主轴及变频驱动 (9)3.2控制电路设计 (11)3.2.1控制要求 (11)3.2.2 步进电机驱动器 (12)3.2.3 PLC选型 (14)3.2.4 I/O配置及PLC外部接线图 (16)4软件设计 (18)4.1 PTO/POS配置 (19)4.1.1 PTO配置 (19)4.1.2 PTO/PWM组件 (29)4.2主程序 (30)5总结 (33)致谢 (33)基于PLC的雕刻机控制系统设计摘要自从有了人类的社会活动以后，就有了雕刻这一行业，伴随着人类社会的发展，如今人们对雕刻有了全新的认识，随着人们对雕刻机的认识和掌握逐步加深，应用范围会得到不断扩大，应用水平也会逐步提高，雕刻加工必定会有更广阔的前景。

本文论述了雕刻机的控制要求及驱动方式，设计了基于PLC控制的三维雕刻机的电气控制线路，并编制了实现轨迹运行的控制程序。

三维雕刻机为滚珠丝杠设计，X、Y、Z三轴采用步进系统，分别通过CPU的高速脉冲输出PTO及定位模块EM253实现三根轴的位置控制，主轴采用交流变频驱动，系统中设置了限位开关和位置感应器以防止运动超程。

调试结果表明，系统可以实现一定精度的雕刻轨迹控制，达到了设计指标的要求。

关键词：雕刻机；PLC；位置控制；滚珠丝杠ABSTRACT Ever since human social activity later, there is a sculpture of the industry, along with the development of human society, and now people have a new understanding of sculpture ,engraving machines as people gradually deepening understanding and grasp the scope of application will been expanding the application level will gradually increase ,engraving process must be more broad prospects.This paper discusses the requirements and drive mode control engraving machine, the design of PLC-based electrical control circuit controls the three-dimensional engraving machine and prepared to achieve trajectory control program running. Three-dimensional engraving machine for the ball screw design, X, Y, Z-axis stepper system ,respectively, to achieve three-axis position control with high-speed pulse output PTO and the positioning module EM253 CPU, the spindle AC variable frequency drive, the system set up limit switches and position sensors to prevent over travel movement Debugging results show that the system can achieve a certain precision engraving trajectory control, met the requirements of the design specifications.Keywords：Engraving machine; Position Control; ball screw shaft1 绪论1.1 课题的研究意义自从有了人类的社会活动以后，就有了雕刻这一行业，伴随着人类社会的发展，现如今人们对雕刻有了全新的认识，电脑雕刻加工的兴起与发展是时代发展的需要，电脑雕刻代替机械雕刻已是大势所趋。

【参赛】DIY微型CNC（数控雕刻机）本帖最后由 1971sam 于 2011-12-20 09:18 编辑【参赛】DIY微型CNC，取名“得力微刻”，DIY爱好者的好帮手为更好说明过程，本帖有点长，同好者请耐心阅读，谢谢！我设计并山寨的全铝机身微型CNC：设计新颖、造型独特、做工精良，轻便灵活......相当得力！感谢同城坛友libingabc的指导、磁动力论坛以及大海作坊、模型论坛。

还有神奇的淘宝现将制作思路和过程全程分享给喜欢雕刻机的坛友。

欢迎拍砖。

其实我也不想自己捣鼓，全程相当费工。

可是看到的DIY和淘宝里卖的产品，均不能让人满意，许多论坛里的作品几乎是贴贴图片，并没有详细而系统的阐述，于是决心自己捣鼓......本人来自福建省漳州市，自2011年5月被雕刻机中毒以后，历时三月山寨了第一款雕刻机，用于学习精雕软件JDPaint5.20，效果还行。

有一天，同城电子烧友看到此机，大喜并大诉PCB板制作苦衷，于是商量一下，重新设计一款行程适合、轻便灵活的迷你雕刻机，主要用途为PCB及刻字、面板等比较初级的配件。

恰好大海作坊介绍有一款日鬼的迷你雕刻机，十分精致，就以这款为山寨蓝本，结合自己第一台机的缺点加以改进。

经过一个多月的设计模拟，最终定案。

因此我才有“设计提升山寨”的提倡。

当然，这也只是我山寨的第二台雕刻机，并不见得很完善，在此希望高人们提供宝贵经验，使之日趋简约、实用。

一：该机特点：1：具有独特的机身一体化的手提把，完全体现轻松、灵活的微型桌面化设计理念2：取消步进电机垫块，直接固定于机身，有效防止扭力损失，强度好而且美观3：精确定位的行程设计，在机身不加大的前提下，充分提高有效工作行程4：三轴防撞设计，使用知名的欧姆龙点触行程开关,设置机械原点和软件限位，有效防止操作中不慎所致的意外破坏5：固定龙门、全封闭式移动台面，有效提高加工精度，并完全避免飞屑对丝杠、光轴的影响。

6: 外径45mm电位器旋钮直接做的微调，无需更改，只需将丝杠加工时车成Φ6mm即可，取材方便，旋转轻松。

串口识别、零点调整、抬/落笔调整、发送指令、命令执行反馈等功能，可实现点阵图、矢量图及字体的绘制。

1 结构设计写字画图机主体结构由支撑架、XY轴、夹笔头、动力部分组成，其中支撑架由几块激光切割的5mm亚克力板组合并用一根20mm×20mm的铝合金型材固定，XY轴各用2根Φ8mm的不锈钢光轴和光轴套构成，动力部分由2个42步进电机、同步齿轮、齿带以及带法兰轴承构成，夹笔头由3个3D打印件和2根Φ6mm的短不锈钢光轴构成。

所需主要零部件见表1。

表1 写字画图机主要零部件名称规格型号数量Arduino UNO R31步进电机422同步带轮0.5模数2齿带0.5模数/6mm2m电机驱动模块A49882CNC板V11直流电源12V/2A1铝合金型材20*20*420mm1光轴Φ8*410mm4光轴套Φ8/Φ15*24mm8带法兰轴承Φ1610舵机9G1亚克力板(5mm)画图激光切割1批3D打印件自制4螺丝、垫片、电线1批首先采用solidworks软件设计亚克力板支撑架的形状和组合方法，尤其注意亚克力板相互装配时留出螺丝孔和安装螺母的槽，并对其他所有零件建模并装配，以确定写字机的整体形状、尺寸和组装形式。

设计的亚克力板支撑架组件导出DXF文件进行激光切割，按照设计组装。

写字画图机的硬件部分主要由ArduinoUNO板、CNC 板、2个A4988步进电机驱动模块、2个42步进电机、1印件上下活动实现抬落笔动作。

整体结构如图1所示。

图1 solidworks设计的写字画图机结构2 下位机参数优化写字画图机XY轴的移动由步进电机和0.5模数的齿带组合，实现对行走距离的精确控制，UNO控制器输出控制脉冲使步进电机动作，需要计算输出脉冲即可实现对距离的精确控制。

下位机程序采用开源的GRBL1.1f固件，烧录进ArduinoUNO后需要设置各项参数，以适应写字画图的特点。

GRBL是专用于Arduino的高性能控制系统，由C编写并优化，利用了AVR 芯片的每一个灵巧特性来实现精确时序和异步控制。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202021510621.1(22)申请日 2020.07.27(73)专利权人 陈芬地址 250000 山东省济南市南市莱芜高新区汶河大街方兴苑小区沿街楼1-6-1023(72)发明人 陈芬　(74)专利代理机构 深圳市科吉华烽知识产权事务所(普通合伙) 44248代理人 胡吉科(51)Int.Cl.B23P 23/02(2006.01)(54)实用新型名称一种小型cnc数控雕刻机(57)摘要本实用新型公开了一种小型cnc数控雕刻机，包括两个垫块；所述方形块固定安装于两个所述垫块之间，活动板设置于所述方形块的表面，活动架的数量为两个，两个活动架设置于所述方形块的两侧，顶板固定安装于两个所述活动架之间，挡板固定安装于两个所述活动架的一侧，长形槽开设于所述活动板的表面，雕刻装置设置于所述挡板的一侧。

该一种小型cnc数控雕刻机，使用活动板和第三电机的配合使用可以方便带动物体进行移动，可以方便调节物体雕刻的角度和位置，使用微调手轮可以进行微调，可以使雕刻物体的位置和雕刻的角度更精准，使用雕刻装置进行进行左右和上下的调节，可以方便配合第三电机和活动板进行使用，可以满足不同场合工作下的需求。

权利要求书1页 说明书4页 附图4页CN 213003703 U 2021.04.20C N 213003703U1.一种小型cnc数控雕刻机，其特征在于,包括两个垫块；方形块，所述方形块固定安装于两个所述垫块之间；活动板，所述活动板设置于所述方形块的表面；活动架，所述活动架的数量为两个，两个所述活动架设置于所述方形块的两侧；顶板，所述顶板固定安装于两个所述活动架之间；挡板，所述挡板固定安装于两个所述活动架的一侧；长形槽，所述长形槽开设于所述活动板的表面；雕刻装置，所述雕刻装置设置于所述挡板的一侧，所述雕刻装置包括U形架，所述U形架的表面固定安装有固定架，所述固定架的表面固定安装有第一电机，所述第一电机输出轴的一端通过连轴器固定安装有螺纹杆，所述U形架的表面且位于所述螺纹杆的一侧固定安装有固定杆，所述螺纹杆的表面螺纹连接有滑板，所述滑板固定安装有固定块，所述固定块的内部设置有雕刻机体。

数控操机员月工作总结一、工作概述作为一名数控操机员，我主要负责操作和维护数控机床。

本月，我完成了以下任务：加工零件1200件，检测零件300件，维护和保养机床3次，以及参与了2次新设备的调试。

二、工作成果1、加工零件：本月我成功地完成了1200件零件的加工，没有出现任何错误或延迟。

通过合理的安排和高效的操作，我成功地提高了生产效率。

2、检测零件：我参与了300件零件的检测工作，确保了所有零件都符合质量标准。

通过使用先进的检测设备，我能够准确地识别出不良品，从而保证了产品质量。

3、机床维护：我进行了3次机床维护和保养，包括更换机油、清洗机台和检查运行状况等。

通过定期的维护和保养，机床的运行状态得到了良好的保持。

4、新设备调试：我参与了2次新设备的调试，协助工程师完成了设备的安装和调试。

通过参与新设备的调试，我增加了对设备的了解，为后续的操作和维护提供了便利。

三、工作反思与改进本月的工作中，我意识到自己在某些方面还有待提高。

首先，我需要进一步加强与同事的沟通与协作，以提高工作效率。

其次，我计划参加更多的培训和学习，以提高自己的专业技能和知识水平。

最后，我需要更加注重细节，以确保加工和检测的准确性。

四、下月计划在下个月的工作中，我计划进一步提高自己的操作技能，以减少故障率和提高生产效率。

同时，我将加强与同事的协作，以提高整体工作效率。

此外，我还计划参加更多的培训和学习活动，以提升自己的专业水平。

五、总结本月工作中，我取得了一定的成果，但也存在一些不足之处。

在未来的工作中，我将继续努力提高自己的操作技能和专业水平，并与同事加强协作与沟通。

我相信通过不断的努力和学习，我将能够成为一名更优秀的数控操机员。

在建筑行业中，桩机是一种重要的机械设备，其运行状态直接关系到工程的安全和质量。

为了确保桩机的正常运转，定期的维护和检查是必不可少的。

其中，桩机月检记录表是记录和维护桩机的重要工具之一。

本文将详细介绍桩机月检记录表的重要性及填写规范。