使用开源软件的CNC铣削

我一直在寻找可以使用我的 3D 打印机创建的新项目。最近，当我看到一个主要使用 3D 打印部件的计算机数控 (CNC) 铣床的新设计时，我被吸引了。当我看到这台机器使用开源软件，并且控制器是运行开源软件的 Arduino 时，我就知道我必须做一个。

CNC 铣床是用于创建模具、雕刻和模型的精密切割工具。与其他铣削工具不同，CNC 机床可以在三个轴上移动：Z 轴垂直移动，X 轴水平移动，Y 轴前后移动。

DIY 您的 CNC

虽然这台 CNC 机床的许多组件是 3D 打印的，但仍有几个部件必须订购才能使其工作。其创建者 Nikodem Bartnik 在该项目的 Thingiverse 页面上列出了零件清单，并提供了下载 3D 打印零件 STL 文件的链接。

我订购了必要的零件并开始等待。它们从海外发货，所以有些零件花了大约一个月才到货。在此期间，我 3D 打印了其他零件。

这台 CNC 机床基于 Arduino 控制器构建，该控制器运行开源 GRBL 运动控制软件。GRBL 控制器接收 CNC G 代码（CNC 铣床的基于文本的指令列表），并通过驱动步进电机将其转换为运动。该机器有一个用于 Z 轴（上下）的步进电机，一个用于 X 轴（左右）的步进电机，以及两个用于 Y 轴（前后）的步进电机。GRBL 网站上有关于将 GRBL 加载到 Arduino 板上的文档。

我不会详细介绍 CNC 硬件组装，因为 Nikodem 有 一系列视频详细解释了这一点。相反，我将专注于可用于为 CNC 机床创建设计和运行 CNC 机床的开源软件。除了 Fedora 作为我的基础操作系统外，我使用的其他开源软件还有 GRBL、Inkscape、jscut 和 CNCjs。

在本教程中，我将解释如何创建一个 CNC 铣削的 Larry Ewing Linux Tux 徽标木制版本。

制作您的文件

制作木制 Tux 的第一步是从 Wikimedia Commons 下载该徽标的黑白 PNG 格式版本。

为了使 Tux 徽标可以在 CNC 机床上工作，请使用 Inkscape 将 Tux PNG 文件转换为 SVG 文件，方法是将 PNG 文件拖放到 Inkscape 窗口中。然后使用 Inkscape 的 Trace Bitmap 选项将图像转换为 SVG 路径。这将创建图像的重复副本——一个是路径，另一个是位图——删除位图副本。使用 Break Apart 选项并删除 Tux 轮廓和 Tux 嘴部的 Fill 属性；您将获得一个看起来像原始图像反转的 SVG 图像。

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^{在 Inkscape 中创建的 SVG 文件。黑色部分将由 CNC 机床铣削掉。}

接下来，将 SVG 文件转换为 CNC G 代码，这是一系列指令，告诉 CNC 机床如何创建所需的设计。我使用了开源 jscut 软件，这是一个基于网络的计算机辅助制造 (CAM) 程序。您可以下载该软件并在本地计算机上运行，也可以使用 jscut.org 上的基于网络的版本，我就是这样做的。

使用 Open SVG 下拉菜单在 jscut.org 上打开 SVG 文件。接下来，单击 SVG 图像的一个或多个部分，然后单击 Create Operation。选择操作类型（雕刻、外部、型腔等）和切割深度，然后单击 Generate。不同类型的操作定义了切割的位置；您可以通过转到 Simulate GCODE 选项卡来查看不同操作的效果，该选项卡显示切割效果的预览。对于 Tux，我为设计的各个部分创建了多个操作。

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^{使用 jscut 生成 Tux CNC G 代码。}

在 Tool 部分下设置切割刀具的属性；这些属性包括指定刀具的直径和切割速度。jscut 的一个限制是您无法为不同的操作指定不同的刀具尺寸。为了创建 Tux，我需要使用两种不同的刀具：一种较小的刀具用于雕刻眼睛、鼻子和嘴巴等细节，另一种较大的刀具用于将 Tux 的轮廓完全切割穿过木板。我使用 jscut 两次生成两个不同的 G 代码文件：一个用于使用较小的刀具进行雕刻，另一个用于使用较大的刀具切割 Tux 的轮廓。

创建两个 G 代码文件后，下一个任务是获取 CNC 控制器软件。我使用了开源 CNCjs。CNCjs 基于 Web，易于使用，并支持与 GRBL 控制器接口。在 安装 后，在 Web 浏览器中访问 CNCjs 并将其连接到您的 Arduino GRBL 控制器。

单击 Upload G-Code 并指定您使用 jscut 创建的文件。首先，我加载了在 Tux 顶部进行雕刻的 G 代码文件。

准备切割

您几乎可以开始切割了！由于您将完全切割穿过木材，因此使用“垫板”是明智的——垫板位于 CNC 机床的顶部，您不介意切割它。这是因为当机器切割出 Tux 时，它将完全穿过并进入下面的板。垫板可以根据需要更换。

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^{显示先前切割的垫板。}

将垫板牢固地连接到您的 CNC 机床上，以防止任何移动，然后连接您将用于 Tux 的木块。有很多方法可以连接木材——我使用重型双面地毯胶带。

切割前的最后一步是将主轴上的刀具与您要切割的木块对齐。使用 CNCjs 的 Axes 按钮物理移动主轴，使刀具的 X、Y 和 Z 坐标与木材的左上角对齐。Z 轴应略高于木材；您应该能够在木材和刀具之间滑动一张纸，但当纸张滑动时，会感觉到刀具在纸张上拖动。

一切对齐后，通过单击每个轴的 Set 按钮，将 X、Y 和 Z 轴的工作位置偏移设置为零。

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^{将 X、Y 和 Z 轴的工作位置设置为零。}

按下 CNCjs 中的 Z+ 按钮稍微抬起刀具，这样当主轴打开时，就不会在木材上留下痕迹。

要开始切割，请戴上安全眼镜、听力保护装置和防尘面罩。接下来，打开主轴，然后单击 CNCjs 中的 Play 按钮。

在切割过程中密切监控机器，并制定计划在需要时快速断开 CNC 机床和主轴的电源。还要准备好吸尘器，因为它会产生大量锯末。

在第一个 G 代码文件完成 Tux 上的雕刻后，关闭主轴并按下 CNCjs 中的 X₀Y₀ 按钮，将主轴返回到 X 和 Y 轴工作位置的原点。然后更换为更大的刀具，上传将切割出 Tux 轮廓的 G 代码文件，并按照相同的步骤运行它。

打磨 Tux 以清理干净，并涂上一些木器漆以保护它。这是我的成果：一个使用 100% 开源软件制作的木制 Tux。