自作CNC（切削）をレーザー加工機に改造する

Gym · 2018 年 7 月 26 日午前 9:37

要点まとめ：エンドミルの代わりにレーザーを付けてレーザー加工機に改造する
品名：C-Beam Machine
属性：・ソフトウェア・ハードウェア
製作者： Gym

切削機もXY自由に動かせるから先端だけレーザーに変えればレーザー加工機になるやろう、ということで三軸加工機のC-Beam Machine XLのスピンドルをレーザーに変えて動かしてみます。

XYの制御はそのまま、Zはレーザーの焦点距離で動かしません（いっそモーターを外してもいい）。
ボート（CNCｘPro）でレーザーを制御します。下図は本家オープンビルドのレーザー加工機の配線図(この配線だと動かないので下の続きまで読んでください)

加工機は上の図にもう一個Z方向制御のモーターが付いていますが、レーザーでZは動かす予定はないので無視。レーザーだけ追加で刺します。

Gコードについては、レーザーは無償のCAMがいろいろあるようです。Zがないので２Dで比較的簡単です。
加工機として使用するときにFUSION360を使用しているので、今回もFUSION360でGコード生成を行います。
デフォルトで入っているのGRBLポストは切削用なので、レーザー加工のGコードを出そうとすると多分でません。オンラインのポスト検索機能でGRBLと検索すると、GRBL Laserというポストがダウンロードできるので、こちらを使用します。
「パスの横方向の補正」が中心以外だとgコードがエラーになるので、ここの設定だけ注意する必要があります。
large

2018/7/26
工作室の壁から生えてたレーザーを配線してみたところ、レーザーが出ませんでした。
電圧を測ってみたところ、上図でレーザーが配線されている部分の給電が0～５V、レーザーは１２V用でした。ちなみにFANの給電は２４Vでした。このボードでは強いレーザーは出せないようです。５V用のレーザーが生えてきたら交換して試してみます。

Gym · 2018 年 8 月 10 日午後 1:20

３Dプリンタをバラしたら１２V電源が生えてきたので続きです。

下図のように配線したところ、無事2.1Wレーザーの制御ができました。
ボートからの電力は制御用で、レーザーを出すためには別に１２V電源が必要でした。

3616134d0950570313134a618d6f86bb9639932a_1_690x471%E3%81%AE%E3%82%B3%E3%83%94%E3%83%BC

■ソフトウェアの調整
＄32＝0 を＄32＝１に変更
＄32＝０だと常に同じ強さのレーザーが出ます。＄32＝1にすると送り速度に応じてレーザーの出力が調整され、速度が遅いところと速度が早いところでもレーザーの当たり具合が同じようになります。焦げたりしにくくなります。ただしこの設定は比較的新しいGRBLの機能なので、古いGRBLで動かしている場合は適用されないはずです。

GコードのS値がレーザーの強さを指示することになります。
S０が出力０％、S１０００が出力１００％、S５００で出力５０％になります。
F値が送り速度で、初期値の１０００だと早すぎてうまく焼けませんでした。F200では問題なく焼けました。材料や目的に応じてGコードを変更して上げる必要があります。

下の画像が2.1Wレーザー、S700、F200でダンボールに焼いた絵です。
保護メガネがないと目が痛いので保護メガネは付けましょう、絶対に。

Gym · 2018 年 8 月 10 日午後 1:26

使用したGコードも参考までに1002.nc (146.0 KB)

Gym · 2018 年 8 月 24 日午前 11:55

LaserWeb Software
というレーザー用のソフトウェアを使ってみたところ、こちらのほうが使用感が良かったです。
英語しかないですが。

DXFやAIファイルの他、画像ファイルからもGコード作成が可能です。イラストがいい感じに描けます。
またGコードを機械に送る機能もついているので、Fusion360を使用するよりも経由するソフトウェアが少なくて済みます。

加工品の設計からする場合はFusion360
加工するものの線データがある、もしくは画像から焼く場合はLaserWeb Softwareのほうが良さそうです。

Gym · 2018 年 9 月 24 日午前 5:09

24V電源から12Vに変換するデバイスがあったので試してみました。
111
24V電源からモーター用の24Vとレーザー用の12Vを取り出せるようになったので、電源ユニットが一つで済みます。

最終的な配線は以下のような感じに b07c27c57f2fe9a505205a29fda2d80202c93294

レーザー制御用の小さな基板はこんな感じです

Gym · 2021 年 5 月 27 日午前 11:14

電圧変換をしなくてもいい24V対応レーザーユニットを試供品として貰ったので使用してみました。
配線位置などはCNCxPROのwikiを参考にしながら作業を行いました。

24V用って言われて渡されましたが、思いっきり12Vと書かれています…
確認したところ中身は24V用になっているそうです。

配線

本体上部に小さい基板が付いていますのでそちらに電源と制御とを繋いでいきます。
薄型直流電源24Vは白い端子に、基板のPWM出力とGNDは黄色の端子に図のように接続します。

付属のケーブルが短いのでリミットスイッチ用の２Pケーブルで延長して使用しました。

問題と解決案

電源を入れるとレーザーが垂れ流される問題があります。↓これ

レーザー加工を開始するとレーザーが出るべきでないところではレーザーが止まりますが、何の命令も出ていないときはレーザーが垂れ流しとなってしまいます。
上記のトピック内で記載のあるように、PWMとGNDの間に1ｋΩの抵抗を入れることでこの問題は解決することができました。

別の解決案としては物理的なスイッチを入れ、加工を開始するまでレーザーに24V電圧がかからないようにすることでも回避することができると思います。

LeserWebの設定について

以前S0～S1000でレーザーの出力制御と書きましたが、CNCxPROV5のドキュメントを見ると
0-5VのPWM制御はデフォルトではS12000が最大
0-10Vの制御は0-1000 というような記載があります。
実際に5V PWMに接続した状態でS0-1000でデータを作るとPWMの電圧が非常に低く焦げ目がつきませんでした。12000ではこんがり焼けました。
LaserWebを使用する場合、画面左のSetting＞G-code＞PWM MAX S VALUEを12000にすることで出力されるGコードのS値の最大を変更することができます。

CNCｘPROV5はレーザー/スピンドル制御関係のパラメータが複数あるようで、うまく設定すれば0-10Vの方に接続して運用することもできそうでしたが、コマンドを入れても弾かれてしまったので試すことはできませんでした。

とりあえず24V対応レーザーユニットとCNCｘPROV5、LaserWeb４を利用する場合は
CNCｘPROを＄３２＝１でレーザーモードを有効にする
LaserWebの最大出力のS値を変更する
物理的なスイッチか1kΩ抵抗で垂れ流し対策をする
で刻印は可能でした。

1117 · 2021 年 7 月 31 日午前 8:24

こんにちはスピンドルをレーザーに変えて動かすに興味あります
1/6の図のレーザー機がどこの配線につながつているのか良く見えませんおしえて頂けますか？よろしくお願いします nonoko@sweet.ocn.ne.jp

nyaru · 2021 年 7 月 31 日午後 11:10

こんにちは。

CNCxPRO v4かv5かDuet3かによって接続する場所は異なります。

CNCxPRO v4の場合

CNC xPRO v5の場合

Duet3の場合

out9がPWM出力です。

Gym · 2021 年 8 月 1 日午前 7:23

@nyaru さん
配線図ありがとうございます。

ただ上にも書いたようにレーザーが垂れ流しになったので、自分は
PWM/GNDはCNCxPROとレーザー制御基板はそのまま繋ぐ（リレーは入れない）
代わりに24V電源をレーザーに直接入れず、リレーを入れる
というようにしています。

こうすることでレーザーオンの命令が出たときにだけレーザーに電源が入るので垂れ流しを防止しできています。

@1117 さん
基本的にはnyaruさんが提示してくれている配線図で良いと思います。
私と同じように常にレーザーに電源が供給されていると不都合があったときだけ私の配線方法も参考にする程度でいいと思います。