3D打印机改装雕刻机经验分享

一、故事

首先谈一谈为啥要做这个东西，总之是一种割舍不断的情结、念想。现在心愿已了，可以安息了。。。。。。哈哈。其实要从我的经历讲起，这就有点扯了，如果没有兴趣看，请忽略下段内容。
/* 大概是大二的时候，为了参加学校的比赛，组装了一台无人机，只有外壳是自己用PRO/E设计的，然后用3D打印机打出来，其他的电子设备都是买的现成的，包括螺旋桨。无人机飞起来了，但是一轮面试都没有通过。虽然有些遗憾，但也在意料之中，毕竟一个外壳而已，没啥技术含量。 这次比赛，学到了很多东西，关键是接触了3D打印机，知道了以前听起来挺高大尚的3D打印是怎么一回事。也是这次比赛让我对技术的追求更加渴望，然后闲着没事研究了下单片机，从基础的51，Arduino到stm32,esp8266 。虽说只是业余谈不上精通，但也是略知一二，至少在某些特定场景的应用上还是有点小信心的。所以大家可以看到我的博客上制作的乱七八糟的东西,当然还有些有意思的东西由于时间精力有限没办法展示。^ _ ^，扯远了，咋们说回来。然后一不小心，自己买了台二手的3D打印机，一用精度还挺高。但是3D打印机做出塑料外壳再完美，在我的脑海中一直保留着没啥技术含量的刻板印象，里面的电子设备才是作品的灵魂所在。然后我们大三刚好学了UG的加工模块，基本掌握了生成一些简单零件的数控代码的方法，加上看到国外有成功改装3D打印机的先例，心中跃跃欲试的愿望更加强烈。当然改装的直接动力是希望能够雕刻pcb覆铜板，有了电子元器件的灵魂加成，作品肯定能上一个台阶。有人可能会问为啥不直接接线啊？原因呢，首先是个人审美，其次不好计算预留空间，而且线路特别容易出问题。所以就入了以下这个坑 */

二、前期准备

1.非物质条件

测量3D打印机的打印精度，得到所使用3D打印材料的收缩情况，基本掌握一个三维造型软件的使用。例如：我的主轴支架是使用PRO/E画的，使用的是PLA材料，X、Y轴方向大概会收缩0.2mm，Z轴方向基本不收缩，这样我在用PRO/E建模的时候就可以提前留出预留空间，防止装配会出现问题。

2.物质条件

首先是需要准备的材料，及工具

名称	价格
1.3D打印机一台
2.游标卡尺
3.550直流电机主轴	25.8元
4.120W 12V开关电源	29.5元
5.单刀双掷开关X2，最好是使用调速器
6.微型钻头夹	12.92元
7.刀具
8.UNO R3 + CNC shield v3 + A4988 驱动器X4	33.22元
9.4pin杜邦头/XH2.54段子电机引线X3	4.5元
10.螺钉、螺母若干

本次改装大概花费110元，其他次要材料因为之前留下的所以就不计入。序号7的刀具我是用钻头改的，后面查了相关资料知道钻头没有侧刃，所以这个钱还是别省了，买把铣刀吧。序号8的控制器原件记得至少要买4个跳帽，因为不接跳帽默认全细分，全细分模式脉冲数太少会造成步进电动抖动，这种非常不友好的抖动噪音估计是“人见人爱，花见花开”，O(∩_∩)O哈哈~。这个主要体现在X、Y轴，在下面会讲到。

3.可能的问题

大家可能会有以下2个我能想到的疑问：
1.为何不利用3D打印机现有的硬件资源，通过刷入新固件的方法同样能实现功能，而且能节约购买序号8的费用？
答：首先是风险问题，由于没有厂家提供的固件作为保证，冒然刷入新固件，可能导致3D打印机无法恢复。其次没有电路原理图，恢复起来更是难上加难。如果有厂家的固件，怎么造都行，大不了刷回去。
然后呢，我想的是改装雕刻机的时候只需要换个头，重新插3个步进电机的线，简单方便。
2.3D打印机已经配有一个12V电源，再买一个开关电源序号4，不是很浪费吗？
答：首先说下我两个电源的使用情况，原配的12V电源是用来驱动步进电机，新买来的12V电源给主轴供电。首要原因是原配电源功率不足，其次主轴和驱动器共用一个电源容易产生干扰。

三、刷入固件并修改参数

（一）刷入固件

1.电脑需要安装CH340驱动，百度一搜就有不做详细介绍
2.下载固件和下载器XLoader，如果懒得找可以用我现在用的这个
链接：https://pan.baidu.com/s/1f1x7WrbiF8tgaHp_YfKwIA
提取码：ghzz
固件就是.hex文件
将UNO R3通过赠送USB线连接电脑。
压解XLoader.zip，打开XLoader.exe

上面红框中是hex文件所在地址，下面红框看电脑的设备管理器端口中的实际值，可能是COM3，COM2等，（如果设备管理器中的端口中没有COM值，可能是UNO R3没有连接电脑，或者CH340驱动没有成功安装），其他的和上图设置一致即可，然后点击Upload，底部显示Uploaded，表示下载成功。

（二）修改参数

下载雕刻机上位机控制软件：grbl controler

安装好后，选择对应的com口，如果是使用的我提供的固件，那波特率就是9600
点击Open
左下空白处会返回雕刻机当前设置的默认值
需要修改的值：
$0 = 40 X轴移动1mm需要的脉冲数
$1 = 40 Y轴移动1mm需要的脉冲数
$2 = 200 Z轴移动1mm需要的脉冲数

脉冲数计算方法：

1.同步带传动

步进电机的步距角1.8°转1圈360°需要脉冲数360 / 1.8 = 200；
同步齿轮齿距2mm，一共20个齿，转1圈是2 * 20 = 40mm；
移动1mm需要的脉冲数 200 / 40 = 5
但是：脉冲数太少容易造成步进电机抖动，这就是要买跳帽的原因，将驱动设置为1/8细分，那电机基本没有抖动，亲测很顺滑，
O(∩_∩)O哈哈~！
因为我的X、Y轴是同步带传动，而且都是短接M0和M1,所以脉冲数都是5 / 1 / 8 = 40。
注意：步距角，同步齿轮齿距，齿数需要根据自己的实际情况确定。

2.丝杆传动

步进电机的步距角1.8°转1圈360°需要脉冲数360 / 1.8 = 200；
螺距1mm，移动1mm所需的脉冲数 200 / 1 = 200
我的3D打印机Z轴是丝杆传动，就是以上的参数，所以$2 = 200。Z轴脉冲数够大了就没有必要使用细分，细分有一个缺点，速度会减慢。
注意：步距角，螺距需要根据自己的实际情况确定。

四、测数据、设计并打印主轴支架

1.测量

拆3D打印机喷头，测量固定点的数据，我比较习惯一边量一边画。

2.设计

设计的时候要考虑充分，留好适当的间隙，做好干涉结构的让位。

3.打印

重新装好3D打印机，重新调平，开始打印。当然如果你是土豪，有2台以上的3D打印机，拆装可以忽略，O(∩_∩)O哈哈~。

五、电路、测试、最后加工

1.主轴电路

这个电路可以实现电机的正反转，也就是可以实现顺铣和逆铣

原计划在输出端串联或者并联一个滑动变阻器调速，结果滑动变阻器额定电流太小，都牺牲了。开关电源中间那个孔就是给滑动变阻器预留的位置，现在留在中间挺别扭的。

2.控制电路

拆3D打印机喷头，装主轴，接好X、Y、Z轴电机线，给控制板上点并连接电脑。

3.测试

先不开主轴，绑上一根笔测试下走位


画好第一幅作品，造成轨迹深浅不一的原因，主要是笔绑得不牢靠，其次是平台不平整，但X、Y轴位置精度达到要求。

4.加工木料

5.存在的问题：

主轴刚度的刚度比较低，再加上用钻头改铣刀的缘故，轨迹在遇到树节的地方就会出现问题，这也是为什么下面4个字要分在两个板上刻的原因，因为找不到这么大面积没有树节的板。上面这块板只成功了下图的一半。

6.表面变黑的原因：

下图烧掉的痕迹并不是雕刻出来的，由于雕刻结束后毛刺较多，为了方便去毛刺，我想到用打火机烧掉，结果表面也烤黑了，^ _ ^。

六、后续

可能要很久才有后续，如果的有的话，我会买好刀具，将PCB覆铜板和木头的雕刻效果呈现给大家，现在先到这。

To be continue 。。。。。。