1x2针插头螺钉接线连接器步进电机分辨率的步骤

第 1 步：所需零件和材料

Arduino Nano（带 USB 电缆）。

2x DVD 驱动器步进机构

2 个 A4988 步进电机驱动器模块（或 GRBL 屏蔽）。

250mW激光可调谐镜头（或以上）。

最小 12v 2Amps 电源

1x IRFZ44N N沟道MOFET

1x 10k 电阻

1x 47ohm 电阻

1 个 LM7805 稳压器（带散热器）。

空白PCB板

公母连接器

2.5mm JST XH型

2 针公连接器

1x 1000UF 16V 电容跳线

8x 个小型钕磁铁（我从 DVD 镜头机构中回收）。

1 个 2 针插头螺钉接线端子连接器

拉链（100mm）。

强力胶

6x M3x12 螺丝

8x M2x5 螺丝

激光防护眼镜

“这个专业人员必须使用激光安全眼镜”。

第 2 步：打印零件

所有零件均采用ABS材料印刷。

打印设置：

层高：0.2mm

填充： 25 %

支持：否

第 3 步：拆分 DVD 驱动器步进机制

需要两个 DVD 驱动器机制，一个用于 X 轴，另一个用于 Y 轴。

我用一把小十字头螺丝刀拆下了所有的螺丝，拆下了步进电机、滑块和从动件。

步进电机是4针双极步进电机。

DVD电机体积小，成本低，这意味着您无法从电机获得高分辨率。这是由丝杠提供的。此外，并非所有这些电机每转执行 20 步。24 也是一个通用的规范。您可以简单地测试电机，看看它的作用。

计算CD驱动器步进电机分辨率的步骤：

为了测量 CD/DVD 驱动器步进电机的分辨率，使用数字千分尺。测量沿螺钉的距离。使用千分尺螺钉的总长度，结果为51.56mm。确定导程值，即螺钉上两个相邻螺纹之间的距离。线程计为该距离内的 12 个线程。引程 = 相邻螺纹之间的距离 =（总长度/螺纹数 = 51.56 毫米）/ 12 = 4.29 毫米/转。步距角为18度，相当于20步/转。现在所需的所有信息都可用，步进电机的分辨率可以计算如下：分辨率 = （相邻螺纹之间的距离） / （N 步/转） = （4.29 mm/转） / （20 步/转） = 0.214 mm/步。这是所需分辨率的 3 倍，即 0.68mm/步。

第 4 步：准备滑块。

使用强力胶，我将滑块和导胶组合成一个部分。 弹簧的连接是为了保持导向和丝杠之间的张力，以避免黑睫毛。

第 5 步：组装 Y 轴的滑块轨道

在将滑块组装到底座上之前，我已将 4 个小钕磁铁（我从 DVD 镜头机构中回收）粘在 X 板上。该磁铁有助于将工件固定在工作区域中。

光滑的杆使滑动机构在底座处保持完好无损。

第 6 步：组装 X 轴的滑块轨道

在这里，我使用强力胶和螺钉将导向机构连接到激光外壳上。

使用螺钉将步进电机安装到位，然后将光滑杆和导向部件插入孔中，请记住滑块可以自由移动并且不会太硬。并将侧支柱连接到它上面。

第 7 步：步进电机接线

对于步进电机，我使用旧的 USB 电缆，因为它内部有 4 根电线并有一个盖子，更灵活且更易于使用。

使用万用表中的连续性模式确定 2 个线圈、线圈 A 和线圈 B。

我通过选择一种颜色制作了 2 对电线，一对用于线圈 A，另一对用于线圈 B

焊接它们并使用热缩管。

第 8 步：梳理 X 轴和 Y 轴

使用 4 个 M3x12 螺钉，将底座和两个侧框架组合成一个组件。

第 9 步：电子设备

用于驱动器的零件：

Arduino Nano。

2 个 A4988 步进电机驱动器。

1x IRFZ44N N 沟道 MOSFET。

1 个带散热器的 LM7805 稳压器。

1 个 47 欧姆和 1 个 10k 电阻器。

1x 1000uf 16V 电容器。

1x 2.5mm JST XH 型 2 针公头连接器。

公头和母头针。

1x （20mm x 80mm 空白 PCB）。

在GRBL中，保留了Arduino的数字和模拟引脚。X 轴和 Y 轴上的“步进”引脚分别连接到数字引脚 2 和 3。X 轴和 Y 轴上的“Dir”引脚分别连接到数字引脚 5 和 6。D11 用于激光启用。Arduino通过USB电缆获得电源。A4988 驱动器由外部电源供电。所有接地都有一个共同的连接。A4988 的 VDD 连接到 5V Arduino。我使用的激光器以 5V 电压运行，并具有内置恒流电路。对于来自外部电源的恒定 5V 电源，使用 LM7805 稳压器。散热器是强制性的。当从Arduino引脚D11接收到数字高信号时，IRFZ44N N沟道MOSFET用作电子开关。注意：Arduino nano 的 5V 无法使用，因为激光吸收超过 250mA，并且 Arduino nano 无法提供足够的电流。

为每个轴配置微步进。

MS0 MS1 MS2 微步分辨率。

低，低，低，整步。

低半步。

低了四分之一步。

八级台阶高。

十六级台阶高。

3 个引脚（MS1、MS2 和 MS3）用于根据上面的真值表选择五个步骤

一。这些引脚具有内部下拉电阻器，因此如果我们断开它们，电路板将以全步进模式工作。我使用了第 16 步配置，它平稳且无噪音。大多数（但肯定不是全部）步进电机每转完成 200 步。通过正确管理线圈中的电流，电机可以以更小的步长移动。Pololu A4988 可以使电机以 1/16 的步速运转，或每转 3,200 步。微步进的主要优点是减少了运动的粗糙度。唯一完全准确的位置是全步位置。电机不能将静止位置保持在中间位置，其位置精度或保持扭矩与整步位置相同。一般来说，当需要高速时，应该使用一个完整的步骤。

第 10 步：将电子设备组装到框架上。

使用 2 个 M2x2 螺钉在组装好的背板和机架上使用 2 个驱动板 M2 螺钉。插入步进电机 X、Y 和激光器的连接。

第 11 步：调整步进驱动器电流

为了实现高步进速率，电机的供电频率通常远高于无活动电流限制时所允许的水平。例如，典型的步进电机的最大额定电流为1A，线圈电阻为5Ω，这意味着最大电机电源为5 V，使用12 V电机可以实现更高的步进速率，但电流必须主动限制在1A以下，以防止损坏电机。A4988 支持此有源电流限制，板上的微调电位器可用于设置电流限制。设置电流限值的一种方法是将驱动器置于全步进模式，并测量流经单个电机线圈的电流，而无需为STEP输入提供时钟。测得的电流将是电流限值的 0.7 倍（因为两个线圈始终导通，并且在全步进模式下限制为电流限值设置的 70%）。请注意，将逻辑电压 Vdd 更改为不同的值将改变电流限制设置，因为“ref”引脚上的电压是 Vdd 的函数。设置电流限值的另一种方法是直接测量电位器顶部的电压并计算产生的电流限值（电流检测电阻为 0.1 Ω）。电流限制与基准电压的关系如下： 电流限制 = VREF×1.25 因此，例如，如果基准电压为 0.6 V，则电流限制为 0.75A。如上所述，在全步进模式下，通过线圈的电流限制为电流限值的70%，因此要获得1A的全步长线圈电流，电流限值应为1A/0.7 = 1.4A，相当于1.4A/1.25 = 1.12 V的VREF。有关详细信息，请参阅 A4988 数据表。注意：线圈电流可能与电源电流有很大差异，因此不应使用电源测量的电流来设置电流限制。将电流表与其中一个步进电机线圈串联放置到位。

第 12 步：激光组装

我使用的激光器是可聚焦激光模块，200-250mW 650nm。外部金属外壳用作激光二极管的散热器。它有一个可聚焦的镜头，用于调整激光光斑。将激光线端子连接到驱动板上的激光插座。

你可以在这里找到一个。

第 13 步：准备好！

使用四个小钕磁铁将工件锁定在工作台上，并将 X 轴和 Y 轴设置到初始位置（原点）。通过外部电源为驱动板供电，并通过 USB A 转 USB Mini B 电缆将 Arduino Nano 连接到计算机。

这

主板也由外部电源供电。

安全第一。

必须使用激光安全眼镜

第 14 步：GRBL 固件

在此处下载 GRBL

解压桌面上的 grbl-master 文件夹，您可以在文件master.zip中找到它。

运行Arduino IDE

从应用栏菜单中，选择：“草图”-“#include库”-从文件添加库.ZIP

选择您可以在 grlb-master 文件夹中找到的文件夹 grbl，然后单击打开

安装库后，IDE 软件将显示以下消息：库已添加到库中。选中“库包含”菜单。

然后打开一个名为“GRBL Upload”的示例并将其上传到您的Arduino板。

第 15 步：发送 G 代码的软件

我们还需要一个软件将 G 代码发送到 CNC，我使用了 LASER GRBL

LaserGRBL是DIY激光器

Engraver 是最好的 Windows GCode 流媒体之一。LaserGRBL能够将GCode路径加载并传输到arduino，并使用内部转换工具雕刻图像，图片和徽标。

激光 GRBL 下载。

LaserGRBL不断检查机器上可用的COM端口。端口列表允许您选择仪表板连接到的 COM 端口。

请根据本机的固件配置选择正确的连接波特率（默认值为 115200）。

GRBL 设置：

$$ - 查看 Grbl 设置

若要查看设置，请键入 $$ 并在连接到 Grbl 后按 Enter。 GRBL 应响应当前系统设置列表，如以下示例所示。所有这些设置都是持久的，并保存在EEPROM中，因此如果电源断电，这些设置将在下次启动Arduino时重新加载。

$0 = 10（步进脉冲，USEC）。

$1 = 25（步进空闲延迟，毫秒）。

$2 = 0（步进端口反转掩码：00000000）。

$3 = 6（目录端口反转掩码：00000110）。

$4 = 0（启用反转的步骤，布尔值）。

$5 = 0（限制引脚反转，布尔值）。

$6 = 0（探针反转，布尔值）。

10 美元 = 3（状态报告掩码：00000011）。

$11 = 0.020（结合偏差，mm）。

$ 12 = 0.002（电弧公差，mm）。

$13 = 0（报告英寸，布尔值）。

$20 = 0（软限制，布尔值）。

$21 = 0（硬限制，布尔值）。

$22 = 0（归属周期，布尔值）。

$23 = 1（归位目录反转掩码：00000001）。

24 USD = 50.000（归位进给，mm / min）。

$25 = 635.000 （搜索-搜索， mm/min）.

26 美元 = 250（归位防御，毫秒）。

$27 = 1.000（归位拉脱，mm）。

100 美元 = 314.961（x，步长/毫米）。

$101 = 314.961（年，步长/毫米）。

$102 = 314.961（z，步长/毫米）。

$110 = 635.000（x 最大速率，mm/min）。

$111=635.000（最大速率，毫米/分钟）。

$ 112 = 635.000 （z 最大速率，mm/min）。

$ 120 = 50.000（x 加速度，毫米/秒 ^ 2）

121 = 50.000（y 加速度，毫米/秒 ^ 2）

$ 122 = 50.000（z 加速度，毫米/秒 ^ 2）

$ 130 = 225.000（x 最大行程，mm）。

$ 131 = 125.000 （Y 最大行程， mm）.

$ 132 = 170.000（z 最大行程，mm）

第 16 步：调整系统

这是该项目最困难的部分。

- 调整激光束进入工件的最小可能点。这是最棘手的部分，需要时间和耐心来使用跟踪和错误方法。

- 100 美元、101 美元、130 美元和 131 美元的 GRBL 设置？

我对 GRBL 的设置是，100 美元 = 110.000

$ 101 = 110.000

130 美元 = 40.000

131 美元 = 40.000

我试着雕刻一个边长为 40 毫米的正方形，在经历了这么多错误并调整了 grbl 的设置之后，我从 X 轴和 Y 轴上雕刻出合适的 40 毫米线。如果 X 轴和 Y 轴的分辨率不同，则图像将沿任一方向缩放。

请记住，并非所有步进电机都与 DVD 驱动器相同。

这是一个漫长而耗时的过程，但调整结果非常令人满意。

LaserGRBL用户界面。

连接控制：根据 GRBL 固件配置，您可以在此处选择串行端口和正确的连接速率。

文件控制：显示加载的文件名和雕刻过程的进度。绿色的“播放”按钮将开始程序执行。

手动命令：您可以在此处输入任何一行 G 代码，然后按“Enter”。命令排队等待命令。

命令日志和命令返回码：显示入方向命令及其执行状态和错误。

点动控制：允许手动定位激光器。左侧垂直滑块控制移动速度，右侧滑块控制步长。

雕刻预览：此区域显示最终图稿的预览。在雕刻过程中，一个小的蓝色十字将显示运行时的当前激光位置。

GRBL 复位/归位/解锁：此按钮将软复位、归位和解锁命令提交到 GRBL 板。在解锁按钮的右侧，您可以添加一些用户定义的按钮。

Feed hold and resume：此按钮暂停并恢复程序执行，将 Feed hold 或 resume 命令发送到 grbl 板。

行数和时间预测：LaserGRBL可以根据实际速度和工作进度估算程序执行时间。

覆盖状态控制：显示和更改实际速度和功率覆盖。覆盖是 GRBL v1.1 中的一项新功能，在旧版本中不受支持。

第 17 步：木刻

光栅导入允许您在LaserGRBL中加载任何类型的图像并将其转换为GCode指令，而无需额外的软件。LaserGRBL支持照片，剪贴画，铅笔画，徽标，图标，并尝试使用任何类型的图像。

可以通过选择jpg，png或bmp类型的图像从“文件，打开文件”菜单中调用它

所有材料的雕刻设置都不同。

定义每毫米的雕刻速度和每毫米的质量线视频附加组件是整个过程的时间延迟。

第 18 步：剪纸巾

这种250mW的激光器也可以切割薄纸，但速度应该很低，即不超过15mm/min，激光束应适当调整。

第 19 步：乙烯基切割和制作定制贴纸

我做了一些定制的乙烯基贴纸。边界速度相对于所用乙烯基的颜色而变化。

较深的颜色可以很容易地使用，而较浅的颜色则有点棘手。

上图显示了如何使用CNC制作乙烯基贴纸。

但请记住，燃烧乙烯基会释放致癌烟雾。它们的味道很糟糕。