基于GRBL的小型数控雕刻机的研制
精编【数控加工】DIY小型数控电脑雕刻机制作全过程
【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
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。
小型数控雕刻机设计制作
适应新形式下的数 控专业一体化教学 改革
设计制作 小型数控雕刻机
1、图纸设计
二、小型数控雕刻机设计与制作过程
2、零件加工
4、组装调试
视 频
1、实训内 容丰富：
设备
机械部件 的加工作 为学生的 实训课题 包含了钻 孔、铰孔、 攻丝、外 形铣削、 型腔铣削 等数控铣 床大部分 实训内容。
实验实训设备：
项目编号：1006
小型数控雕刻机设计与制作
----用于数控加工专业数控铣（加工中心）一体化教学
目录
一、小型数控雕刻机开发背景 二、小型数控雕刻机设计制作过程 三、小型数控雕刻机特色与创新
一、小型数控雕刻机开发背景
以往实训课题：
1、过多的注重知识点的整合， 学生加工完成的工件，实用价值不 高，与企业实际生产脱节；
三、小型数控雕刻机的特色与创新
2、与企业 生产无缝 对接：
从设备 的设计加 工到组装 调试，完 全按照企 业生产流 程进行， 让学生提 前感受企 业的生产 模式；
三、小型数控雕刻机的特色与创新
3、制作完成的设备可用于理论课堂教学：解决了大型机床无法进
课堂的问题；
4、设备制作成本低廉便于推广：制作成本在2000元左右；Leabharlann 三、小型数控雕刻机的特色与创新
5、设备分机械和电气两部分，实现了机和 电的有机结合； 6、学生通过对设备的设计加工、组装调试， 加深了对机床结构和工作原理的理解；
谢谢观看，请多指教
一种小型数控雕刻机[实用新型专利]
![一种小型数控雕刻机[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/2b357cca482fb4daa48d4b5c.png)
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
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。
基于PLC的雕刻机控制系统设计说明书
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）
【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。
基于Python上位机的写字画图机设计
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。
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基于 GＲBL 的小型数控雕刻机的研制
聂开俊
（ 苏州信息职业技术学院，江苏苏州 215200）
Keywords： GＲBL； CNC engraving machine； Low price； High efficiency； Practical
0 前言 随着制造业的逐步细化，雕刻加工行业得到了长
足的发展，数控雕刻机已广泛应用于平面雕刻及磨具 加工等行业，但在实际应用中由于其加工对象性能要 求的不同，对机床和数控系统的要求出入很大。目前 大部分数控机床使用专用的数控系统，常用的有日本 法那科 （ Fanuc） 、日本三菱 （ Mitsubishi） 、德国西门 子 （ Siemens） 数控系统以及国产的华中、广州数控 系统等。专用数控系统体积小、操作方便，但价格贵 昂，同时由于数控内核封闭，无法满足用户希望能够 根据不同的加工需要来对数控雕刻系统的功能进行选 配和集成的二次开发要求。
主轴高速电机、三轴运动控制电机的工作电压均 可用 12 V，其中主轴电机工作电压可提升至 24 V， 单片机板的工作电压包括 5 和 3. 3 V，因此电控系统 的电源包括 24、12、5、3. 3 V。小型雕刻机的电控系 统框图如图 1 所示。
图 1 小型雕刻机电控系统框图
收稿日期： 2017－09－20 作者简介： 聂开俊 （ 1975—） ，男，硕士，副教授，研究方向为电子技术、计算机测控技术。E－mail： gujufen@ 163. com。
第4期
聂开俊： 基于 GＲBL 的小型数控雕刻机的研制
·177·
1. 2 机械结构设计 小型数控雕刻机的机械部分包括机床机架、工作
台、X 轴步进电机、Y 轴步进电机、Z 轴步进电机和 主轴高速电机，可以进行平面内深度可调雕刻加工任 务，其机械结构示意图如图 2 所示。
图 2 小型数控雕刻机机械结构示意图 在保证整个系统机械刚性的前提下，为了简化设 计的结构，减轻整机的质量，缩短设计和制造周期， 其主体框架采用铝合金，防护件也采用铝合金制造， 使用标准的紧固件和定位销连接。机械结构的很多部 件都是采用标准件，节省了很多成本。 主轴电机固定组件的功用是支承并带动刀具旋转 进行切削，承受切削力和驱动力等载荷，完成表面的 成型运动。主轴电机固定组件依附在 Z 轴步进电机 的上下运动结构上，可以通过 Z 轴步进电机的运动 实现主轴电机在 Z 轴位置的控制。X、Y 轴步进电机 通过丝杆控制工作平台的前后左右的运动，因此通过 控制 X、Y 轴步进电机可以实现主轴电机在 X、Y 轴 相对位置的控制。主轴电机固定组件由主轴电机和支 架及其安装在主轴上的传动件、密封件等组成，要求 有良好的回旋精度、结构刚度、抗振性、热稳定性及
Development of Small CNC Engraving Machine Based on GＲBL
NIE Kaijun （ Suzhou College of Information Technology，Suzhou Jiangsu 215200，China）
Abstract： Aiming at the problems of high price，poor system openness，poor portability of CNC engraving equipment at home and abroad that cannot meet the needs of small and medium-sized customers，a small CNC spindle engraving machine based on GＲBL was developed． The overall scheme of the CNC engraver and the design method of each subsystem were introduced． The development of low cost，high efficiency and practical CNC engraving machine was realized，and has friendly operation mode and good engraving effect．
GＲBL 是德国的嵌入式 G 代码编译和运动控制器 的开源代码，它能解析主流数控软件产生的数控代码 G 代码，实现数控机床三轴步进电机的运动控制和主 轴的控制。本文作者设计了基于 GＲBL 的数控雕刻机 机械本体和控制电路，构建了一种低价、高效、实用 的数控雕刻机设计方案，可以作为1. 1 电控系统设计
电控系统的主控芯片采用 ATmega328，该单片机 是 8 位 CPU，包 括片 上 32 kB Flash、2 kB SＲAM 和 1 kB EEPＲOM。雕刻机的动力源包括主轴高速电机、 三轴运动控制电机，控制对象并不是特别复杂，所用 单片机资源足够。
2019 年 2 月 第 47 卷 第 4 期
机床与液压
MACHINE TOOL ＆ HYDＲAULICS
Feb. 2019 Vol. 47 No. 4
DOI： 10．3969 / j. issn. 1001－3881. 2019. 04. 041 本文引用格式： 聂开俊．基于 GＲBL 的小型数控雕刻机的研制［J］．机床与液压，2019，47（ 4） ： 176－180．
摘要： 针对国内外数控雕刻设备存在的价格昂贵、系统开放性差、可移植性差而无法满足中小客户的需求问题，研制 了一款基于 GＲBL 的小型数控轴雕刻机。介绍了该数控雕刻机的总体方案和各分系统的设计方法，实现了低价、高效、实 用的数控雕刻机研制，具有友好的操作方式和雕刻效果。
关键词： GＲBL； 数控轴雕刻机； 低价； 高效； 实用 中图分类号： TP23