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大家都知道，要想成为一名合格的Maker，运用激光雕琢机基本上是入门必修课了，但其中也有可能存在不少问题，假如自己能够量身打造一台，是不是问题就迎刃而解了呢？ 大家好，我们又见面了，这次我要分享的项目是去年制造的大型激光切割机。激光切割机我置信大家并不陌生，也是创客制造项目的神器，其快速化的加工过程、对板材的高效应用、完成传统工艺所不能做到的切割技术等优点，深受大家的喜欢。 平常在运用数控CNC机床加工时，对比激光切割加工存在以下几个问题：加工前需求装刀换刀、对刀、噪声过大、加工时间长、有粉尘污染、刀具半径等问题，认识到了激光切割加工的优越性，于是萌发了想自己入手制造一台激光切割机的想法。 有了这个想法后便开端对这个想法中止可行性研讨，经过多方考证，以及各种型号的激光切割机对比，分离自身条件和加工需求，权衡利害后，采用 分模块设计制造， 可拆卸可升级， 阶梯制造计划。
图1大型激光切割机完成图 前后经过了10个月的周期，机床各部分采用模块化的设计，经过模块化的理念使加工制造变得方便，最后组装就行，并且资金压力也不会太大，能够逐步按阶段采购所需零部件，完成后的机器尺寸抵达了1960mm*1200mm*1210mm，加工行程1260mm*760mm，100W切割功率，可一次性加工大量零部件，具备激光切割、扫描图片、刻字划线等功用。 项目规划 整个项目制造触及到了七大部分的内容，分别是：运动控制系统、机械结构设计、激光管控制系统、导光系统、吹气排风系统、照明对焦系统、操作优化等几个方面。
图2项目触及到的七个方面 制造初始的大致想法是： 1.制造的激光切割机加工行程一定要大，以填补数控CNC机床加工范围不够大的空白，能够省去预先切割板材的搅扰，由于激光切割机的加工行程大，哪怕板材太厚切不穿也能够运用其激光划线功用对大型板材直接排板划线，处置了手工划线的难题。 2.由于行程的增大激光切割机的功率不能太低，由于激光在空气中传导会有一定损耗，总体功率不能低于100W。 3.为了保障激光切割机的精度和运转的平稳，整体资料选择必须是全金属。第四、运用操作要方便。第五、设计的结构能够满足后续的升级计划。 有了大致的思绪框架接下来就是各个部分的制造过程，接下来我将细致论述一下细致的制造过程和触及到的细节。
图3激光切割机控制主板 运动控制系统设计 第一部分是运动控制系统，我采用的是RDC644XG-A型号的激光主板，这款控制主板能够控制四个轴，分别是X、Y、Z、U，主板附带了一个能够交互操作的显现屏，机器的运转状态与加工文件的贮存、机器调试都能够经过操作屏来完成，但有一点需求留意的就是，XYZ轴的电机控制参数需求衔接电脑中止参数设定。 好比：空载加减速、切割加减速、空载速度、电机位置误差修正、激光类型选择等等。控制系统供电用的是24V直流，需求用到24V的开关电源，为了保障系统的稳定分别运用了两个24V的开关电源，一个24V2A直接供给主板，而另外一个24V15A则给三台电机供电，而220V输入端接了一个30A的滤波器，保障系统的工作稳定。
图4控制系统测试 参数设定好后，能够衔接电机中止空转测试，在此阶段能够考证，电机衔接线路、电机方向、屏幕操作方向、步进电机细分设置、导入切割文件试运转等。电机我选择的是两相57步进电机长度57mm，由于之前制造项目时刚好有剩余3台，就本着不糜费的想法就直接用上了，驱动器选择的是TB6600，是一款普通的步进电机驱动器，细分设置为64。 假如想要激光切割机有更好的高速性能能够选择 三相步进电机，力矩更大同时具备十分好的高速性能。当然后续经过测试发现两相57步进电机在激光扫描照片时，X轴的高速移动也完整能够胜任，所以暂时就先用着了，假如后续要升级的话再改换电机。
图5框架与外壳的接地要串联在一同 在保险维护系统方面，整体的线路规划高压与低压一定要分开，接线时需求留意不能有交叉的状况，当中最重要的一点是一定要接地。由于高压经过时金属框架与外壳时会产生感应电，当手接触到时会有麻的觉得，这时一定要留意，要做到有效接地，最好接地电阻不大于4欧姆（需求测试地线），避免发作触电事故，另外总电源开关还需求加一个漏电维护开关。
图6限位开关 操作面板还需求加装急停开关，带钥匙的电源开关，各运动轴装置X、Y、Z轴限位开关，激光管装置恒温水维护开关，开盖维护急停开关等，进步激光切割机的保险系数。
图7完成后的线路规划 为了方便后续的维护每个接线端子能够 贴上相应的标签。 机械机构设计 第二部分是机械结构的设计，这个部分是整个激光切割机的重点，机器的精度与机器的运转需求依托合理的机械结构来完成。在设计之初首要面临的问题就是肯定加工行程，而加工行程的制定需求最开端的指导思想，到底需求多大的加工范围呢？
图8 机械结构设计 一张木工板的尺寸是1220mm*2400mm，为了尽量减少裁板次数，以木工板宽度1200mm为长度加工范围，加工的宽度则必须求大于600mm，于是我把宽度设定在700mm左右，另外长宽再各加上60mm长度用于夹紧或定位。这样就能保障明践的有效加工范围为1200mm*700mm。依据加工行程的范围大致预算了一下，整体尺寸接近2米，没有超越快递的最大范围2米，契合请求。 采购五金 接下来便是采购五金配件，激光头、一反、二反、同步带轮等。主体框架我选择的是欧标4040加厚铝型材，由于XY轴的装置精度决议了以后加工精度，用料必须扎实。激光头X轴横梁部分选用的是6040加厚铝型材，宽度比Y轴的4040要宽些，由于X轴长度总跨度有接近1700mm，当激光头处于中间位置时，铝型材强度假如不够会发作形变。
图9采购来的五金配件 XY轴结构设计 设计XY轴结构之前先对五金配件和各个零件中止丈量绘图，再经过AutoCAD软件中止结构设计。
图10 XY轴结构设计图 X轴的传动是经过步进电机经同步带轮减速，输出到同步带，而同步带启齿端与激光头相连，X轴步进电机旋转带动同步带使激光头横向移动；Y轴的传动较复杂一些，一个电机要让左右两边直线滑块同步移动，需求用一条光轴将两个直线模组并联在一同，再经过步进电机带动光轴同时驱动两个直线滑块，使移动Y轴时X轴能不时处于水平位置。 零部件加工组装 完成设计后下一步中止零部件的加工组装，加工X轴垫块、3D打印Y轴光轴支架、组装铝型材框架、装置直线导轨等。当中最关键、最繁琐的部分就是关于精度的调整，这个过程需求反重复复不时的调试，很需求耐烦。
图11 Y轴衔接光轴 经过2个联轴器与光轴支架将光轴固定住。
图12 加工X轴垫块 加工X轴垫板，将X轴铝型材与Y轴的两个直线模块衔接在一同。
图13 XY轴框架装置中 XY轴铝型材框架装置中，在此过程中一定要保障框架的垂直度与平行度，所以过程当中需求中止重复的丈量，保障尺寸精准。装置Y轴两条直线导轨时，一定要保障导轨与铝型材平行，经过百分表丈量，保障其平行度在0.05mm以内。
图14装置X轴激光头、直线导轨、坦克拖链与步进电机 装置直线导轨时，一定要保障导轨与铝型材平行，每一节的导轨都需求经过百分表丈量，保障其平行度在0.05mm以内，为后续的装置打好基础。
图15固定X轴的位置打表 接下来装置Y轴同步带，首先要保障X轴处于水平状态，用百分表打表，经过丈量发现铝型材自身有0.05mm左右的弯曲，所以将水平精度控制在0.1mm以内（最好是两头百分表归零），用夹子将两个滑块与X轴的位置固定。
图16 将两侧同步带穿入 将两侧同步带穿入，固定左侧同步带。再将左侧接触百分表归零，丈量另外一侧的水平误差，将水平误差调整到0.1mm以内，用夹子固定。再将右侧同步带固定住，这时由于右侧的装置操作，肯定会招致水平误差增大，再重新将百分表移至左侧归零，把右侧联轴器松开移动X轴滑块，将水平误差调理到0.1mm以内，用夹子固定住扭紧联轴器。 往常能够松开两侧夹子，测试Y轴移动时X轴能否处于水平位置，扭动Y轴同步轮，再重复之前的丈量过程。假如发现X轴不同步则可能是同步带的松紧水平两边不同或者是各个结构的精度没有调整好，那就需求重新回到之前的阶段重新调整一次。只需是调理了同步带的松紧度，也要将X轴重新调整一次，直到移动Y轴时，X轴不时处于0.1mm的水平误差范围以内。 留意此阶段务必耐烦。
图17 曾经将XY轴框架调理好 检查两侧同步带松紧度能否坚持分歧，悄然下压深度为1-2cm为宜，要使两侧的深度分歧。
图18装置Y轴步进电机 将步进电机装入，电机装置时需求留意调理其松紧度，同步带过松会招致运动回差，过紧则会招致同步带开裂。
图19衔接控制系统中止绘图测试 测试机械机构稳定性 衔接控制系统测试机械结构稳定性，衔接电脑调试电机参数，丈量绘制的图形与设计尺寸之间的倾向，依据实践的距离倾向调整步进电机的脉冲量，同时检测机构能否存在回差间隙，看每一笔画能否衔接、交叉点能否衔接。中止重复绘制，经过重复的绘制检测重复定位精度，当然还能够经过固定百分表，经过打表的方式来检测机构的重复定位精度。
图20 XY轴框架绘制的图形（重复三次后） 重复三次绘制后的图形，能够看到一切笔画都是一根没有任何重影的中央，阐明重定位是OK的。目前XY轴曾经能够绘制出图形，假如增加上抬笔功用完整能够变成一台大型的绘图仪，当然真正的目的是制造一台激光切割机，所以还需求继续努力。 XY轴完成后接下来是制造Z轴，在制造Z轴之前我们需求先中止3D建模，将整体框架设计出来。由于Z轴与切割平台相连，固定在框架模块上，所以要一同设计制造。Z轴完成上升和降落功用，再将XY轴模块直接放上去，组合起来就能完成了XYZ轴的功用。
图21 设计Z轴升降平台 用 Solidworks建模，设计好激光切割机的整体框架与Z轴的结构。经过3D的视角能够快速的发现结构上存在的问题，并快速修正。 可移动平台制造 有了框架与结构，接下来就能够制造机器底部的可移动平台。整台激光切割机就放在平台上，机器比较庞大搭建好机器再搬上去是不理想的过程中还会影响机器的精度，所以只能在底部移动平台上中止搭建。
图22 采购方钢 往常开端搭建底部的移动平台，先买来制造框架用的5050加厚方钢。
图23 方钢焊接 将方钢逐一焊接起来，完成后十分坚固，整个人坐上去都没什么问题。
图24 焊接滚轮 给框架焊上4个滚轮，左侧留下一个600mm的缺口，主要用处是为了预留放置恒温水和气泵的空间。往常移动平台的框架曾经焊接完成，还需求在顶部和底部各装上一层木板就算完成了。
图25 采购铝型材 接下来 搭建机器的框架，从网上买来铝型材，型号是4040国标铝型材。采用这款国标的铝型材主要缘由在于质量比较轻，便于装置好后的搬运，具有不错强度，同时周围的圆角比较小方便后续的钣金面板的设计与装置。
图26搭建机器框架 在客厅搭建机器框架，体积比较大曾经块放不下了。
图27组装XY轴与机器框架 将搭建完成的框架放在移动平台上，再把调试好的XY轴装置在机器框架上，整体效果还是不错的。
图28 制造Z轴支撑板 对铝板中止划线，肯定孔位。
图29 制造Z轴支撑板 打点钻孔攻牙，制造出4块相同的支撑板。
图30 组装Z轴升降螺杆 将T型螺杆、同步带轮、轴承座、支撑板、法兰螺母组装在一同。
图31 装置Z轴升降螺杆、步进电机、同步带 Z轴升降完成原理：步进电机经两侧张紧轮将同步带绷紧，当电机转动同时带动四个升降螺杆同向转动，完成四个支撑点同时上下移动，切割平台与支撑点相连同时上下运动。在装置蜂窝板时需求留意平面度的调理，用百分表丈量整个边框的高度差，将上下差调理到0.1mm即可。 气路结构、激光光路、钣金蒙皮等机械结构放到后面触及到相应系统的时分再细致解说，接下来引见第三部分。 激光管控制系统 第三部分是激光管控制系统。首先选择CO2激光管型号，激光管有分为玻璃管与射频管两种。
图32CO2激光管 射频管采用30V低压精度高，光斑细，寿命长，但价钱贵，而玻璃管运用寿命大约在1500个小时左右，光斑比较大，高压驱动，但价钱低价，假如只是切割木材和皮革、亚克力，玻璃管能够完整胜任，目前市面上的激光切割机大多数都采用玻璃管。由于成本问题我选择 玻璃管，1600mm*60mm的尺寸，激光管冷却需求用到水冷，而且是恒温水。
图33激光电源 激光管电源我选择的是振宇的100W激光电源。引见下激光电源的作用，在激光管的正极放出接近1万伏的高压，由于高压放电激起管内高浓度CO2气体在管子尾部产生波长10.6um的激光，留意此激光是不可见光。
图34CW5000恒温冷水机 接下来是冷却用恒温水，激光管在正常运用时会产生高温，需求用水循环中止冷却，假如温渡过高没有及时冷却会使激光管构成不可逆伤害招致寿命急剧降落或激光管炸裂，而恒温的控制和水温降落的速度也决议了激光管的性能发挥。
图35装置激光管 水冷方面有两种，一种是风冷，一种是应用空气紧缩机制冷的冷却方式，假如激光管是80W左右，风冷能够胜任，但超越80W，就必须用到紧缩机的冷却方式，不然热量基本就压不住，恒温水我选择的是CW5000的型号，假如升级激光管功率这款恒温水依然能够胜任，机器整体包含控温系统、蓄水桶、空气紧缩机、散热板几大模块组成。 将激光管装置到管座上，调理激光管高度使其跟设计时高度分歧，要留意轻拿轻放。
图36水循环维护开关 衔接恒温水出水管，需求留意的是进水口先从激光管的正极进入，激光管正极入水口要朝下，冷却水从底部进入，再从激光管负极顶部出来，再经过水循环维护开关回到恒温水箱，完成一次循环周期，当水循环中止时，水维护开关断开，反响信号给控制主板，控制主板关闭激光管工作避免过热。
图37衔接电流表 激光管负极衔接电流表，再回到激光电源负极，当激光管工作时，电流表能够实时显现激光管电流，经过数值能够对比设定功率与实践功率，判别激光管能否正常工作。
图38激光管测试 衔接好激光电源的电路、恒温水、水维护开关、电流表，准备好防护眼镜（由于激光管发出的是不可见光，需求用到10.6um专用的防护眼镜），将激光管功率设置到40%，开启点射方式，在激光管前方放置测试木板，按动开关发射激光，木板被瞬间点燃，测试效果十分好。 下一步能够中止 光路系统调理。
图39 光路原理图 激光管导光系统 第四部分是激光管导光系统，上图所示，激光管发出的激光经过一反镜片折射90度射向二反镜片，二反镜片再次折射90度射向三反镜片，三反镜片再次折射使激光向下射向聚焦镜片，聚焦片再将激光聚焦构成极细的光斑。 这个系统难点在于激光头不论在机器加工行程的任何中央，聚焦的光斑都要在同一个点，也就是说在运动状态下光路必须重合，不然会呈现激光射偏招致不出光的状况。
图40 一反镜片光路设计 一反镜片支架的调理过程：一反镜片与激光成45度角，会很难判别激光点，需求3D打印出45度的支架中止辅助调理，在通孔的中央贴上美纹纸，激光开启点射方式（接通时间0.1S功率20%避免射穿），调理支架高度、位置、旋转角度，使光斑控制在圆孔中心。
图41 二反镜片光路设计 经过二反光路打3D设计得出二反镜片支架精确的装置位置和装置高度，经过游标卡尺丈量将二反支架精确装置（先装置至初始位置）。
图42 调理一反镜片反射角度 一反镜片角度调理过程：移动Y轴靠近一反镜片，激光打点，再移动Y轴末尾远离，再次打点；这时会发现两个点并不重合，假如近点更高，远点更低则需求调理一反镜片往上旋转，反之亦然；下一步继续打点，远近各一点，假如近点偏左，远点偏右，则需求调理一反镜片往左旋转，反之亦然，直到近点与远点重合为一个点，则阐明二反的光路与Y轴的运动方向完整平行。
图43 三反镜片光路设计 二反镜片角度调理过程：移动Y轴到靠近一反镜片，再移动X轴到近端，激光打点，再移动X轴到远端，再激光打点，此时察看能否近点更高远点更低，则需求调理二反镜片往上旋转，反之亦然；下一步继续打点，远近各一点，假如近点偏左，远点偏右，则需求调理二反镜片往左旋转，反之亦然，直到近点与远点重合为一个点，则阐明近端三反的光路与X轴的运动方向完整平行；然后移动Y轴到远端，X轴近端和远端各打一个点，假如不重合则阐明二反光路并不重合，需求返回去调理一反镜片角度，直到Y轴近端X轴两点和Y轴远端X轴两点四点完整重合才行。 到这一步其实调理并没有终了，察看三反镜片支架的光雀斑能否处于圆中心处，当光斑偏左，需求将二反镜片支架往后移动，反之亦然；当光斑偏上时，则需求调理整个激光管的位置往下移动，反之亦然；当改动二反支架时，我们需求重新再将二反镜片角度调理过程重复一遍；当改动激光管高度时，我们需求将全部镜片调理过程重复一遍（包含：一反支架、一反镜片、二反镜片的调理过程），再次打点直到光斑处于中心位置并且四点完整重合。
图44 调理三反镜片角度 三反镜片角度调理过程：反镜片的调理是在反镜片的基础上还要增加Z轴的升降的两个点，也就是8个点，调理准绳是先肯定四点其中的升降点再移动X轴到另外一端，再打升降点，假如光斑高点偏上低点偏下则需求使三反镜片往后旋转，反之亦然；假如光斑高点偏左低点偏右则需求使三反镜片往右旋转，反之亦然。 假如光斑总是调理不到重合，则阐明三反光路与X轴不重合，需求返回去调理二反镜片角度；假如光斑重合后发现并不在圆中心，则阐明激光管高度偏高或偏低，需求返回调理激光管高度，然后再从一反支架开端重新调理一遍，直到8个点完整重合。
图45 聚焦镜片 一枚全新的国产聚焦片，聚焦片型号有50.8、63.5、76.2、101.6四种，我选择的是50.8mm。
图46 聚焦镜片测试 将聚焦镜片装入激光头圆筒内，凸面朝上，放置一块倾斜的木板，移动X轴每个2mm打一个点，找到光斑最细的那个位置，丈量激光头与木板的距离，此距离就是激光切割时最适合的焦距位置，到这一步光路就曾经调理终了。
图47 激光头气泵 吹气排气系统 第五部分吹气排气系统，激光切割时会产生浓烟，浓烟颗粒会遮住聚焦片使切割功率降落，处置的措施是在聚焦片的前面增加气泵吹气。 气泵我选择的是空压机气泵，主要缘由是气压比较大，切割时由于气体的作用还能增加切割效率。从主板接出输出信号控制电磁阀，电磁阀控制气泵吹气。
图48 试切的五星红旗 装置好后迫不迭待中止了试切6mm多层板能够很顺利切穿，效果很理想。独一存在的问题是排气系统没有完成，浓烟比较大。
图49 装置钣金外壳 依据设计尺寸剪裁好不锈钢板材，钻孔后用螺丝将不锈钢板固定住，整个机器全封锁只留下进风口和出风口，由机器正前方翻盖底部进气从右侧出风口排出。
图50 焊接风机支架 排风机固定在墙上，需求制造支架。
图51 3D打印出风口
图52 衔接排风管 中压风机选用的是300W功率，特地依据自家铝合金窗尺寸设计的矩形排风口。 照明和对焦系统 第六部分是照明和对焦系统，采用独立的供电12VLED灯带，控制系统部分、加工区域、寄存区都同时增加了LED照明。
图53 装置LED照明 在激光头后面增加了一个十字激光头用于对焦，运用5V独立电源，设置有独立开关，经过十字线肯定激光头的位置，横向激光线用于判别木板的深浅，当横线偏移光点中心阐明木板不平整或焦距没调好，可调整Z轴升降对焦，将横线调至中心处即可。
图54 装置激光十字对焦 操作优化 第七部分是操作优化，为了方便紧急状况的中止将急停 开关设计在顶端靠近工作台面，边上装置有钥匙开关、USB接口、调试端口，前方设计有总电源开关、吹气排风控制开关、LED照明开关、激光对焦开关，使一切的操作都能够在一个面板下完成。
图55 开关按键规划 机器两边各设计了 机柜门，左侧用于寄存激光切割机运用的工具，右侧用于检查与维修。正面底部设计有检查窗口，当有工件掉落能够从底部拿出，还能够及时察看激光功率够不够有没有切穿，好及时增加功率。
图57机柜门 增加了脚踏板，需求启动激光切割机时只需求踩动脚踏板即可完成操作，省去了繁琐的按键操作，十分快捷方便。
图58 脚踏板 下一步还需求测试切割机的各项功用，在运用过程中对切割参数中止完善以抵达更好效果，调试激光切割、扫描图片、刻字划线等功用。
图59 激光切割机完成图 到这一步整台大型激光切割机就曾经完成了，机器体积十分庞大，制造过程中遇到了一些瓶颈和难点都经过努力逐一抑止，这个阅历是十分可贵的。经过这个项目使我学到了很多有关于激光切割机的学问，同时也十分感激业界大佬的辅佐，使项目少走了一些弯路。
图60 激光切割机制造的一些作品（左右滑动查看） 希望经过这个项目的分享能使大家有所启示和收获，存在很多缺乏的中央也请各位大佬积极指正！ 看完大佬的分享，你是不是也跃跃而试了，那还等什么，快动起手来吧。假如你也有精彩的项目想要分享嘚瑟，那就把教程稿子都砸过来吧（公众号后台回复 “投稿”即可）。 更多教程 教程｜他人都造AI鼻子了，快来打造你的第二嗅觉 教程 | 入手做个组休计时器，做健身房最自律的崽！ 会员项目show｜这个钢片琴，能全自动演奏。 教程｜永远怒放的机械郁金香 新一代信息技术赋能｜人才升级｜产业创新 硬件入门｜物联网应用实战｜低功耗物联网计划部署 提升技艺 尽在人才赋能课 程 人才升级 推进双创事业合作 国际权威认证 技艺加持合作 新基建 撬动产业数字化方案 柴火认证会员 享用诸多权益 ----END---- Chaihuo x.factory｜深圳，河北 在看和赞，都点这里 |
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