GRBL 如何選擇 CNC 雕刻機

我 相 信 很 多 人 都 喜 歡 做 點 獨 一 無 二 的 東 西 ,但 好 多 時 因 為 自 己 手 工 唔 好 ,令 人 卻 步 。電 腦 控 制 的 雕 刻 機 ,正 好 可 以 解 決 手 工 差 的 問 題 。

多 得 平 價 的 Arduino microcontroller,以 及 開 源 的 GRBL,CNC 雕 刻 機 的 價 錢 已 經 降 低 了 許 多 ,甚 至 平 到 幾 百 蚊 就 有 交 易 。那 究 竟 要 如 何 挑 選 一 部 CNC 雕 刻 機 呢 ?我 們 先 了 解 一 下 一 部 CNC 雕 刻 機 的 結 構 吧 。

入 門 級  CNC 雕 刻 機

入 門 級 CNC 雕 刻 機

首 先 ,一 部 雕 刻 機 最 重 要 的 就 是 那 個 主 軸 摩 打 ( Spindle motor ),它 可 以 說 是 整 部 機 的 靈 魂 ,CNC 可 以 雕 刻 什 麼 材 料 ( 木 、阿 克 力 、金 屬 、玉 石 、…. ),雕 刻 的 速 度 有 多 快 ,可 以 切 割 多 厚 的 材 料 ,全 都 取 決 於 主 軸 摩 打 。

775 摩 打

775 Motor

千 元 上 下 的 入 門 級 的 雕 刻 機 ,多 數 用 775 摩 打 ,個 別 甚 至 會 用 玩 具 級 的 555 摩 打 。但 其 實 雕 刻 機 有 專 用 的 主 軸 摩 打 ( CNC spindle motor ),通 常 是 按 功 率 而 分 ,例 如 300W / 400W / 800W / 1.5KW / 2.2KW …. 。專 用 摩 打 和 普 通 摩 打 的 主 要 分 別 是 可 以 24 小 時 不 停 運 作 ,那 是 工 業 量 產 用 的 。大 功 率 的 主 軸 摩 打 ,甚 至 要 另 加 水 冷 系 統 來 冷 卻 呢 。

Spindle Motor

400W CNC Spindle Motor

主 軸 摩 打 是 驅 動 雕 刻 刀 的 ,那 個 雕 刻 刀 的 夾 具 ( Tool holder ) 主 要 分 兩 類 ,一 種 就 是 普 通 的 聯 軸 器 ,一 種 就 是 ER 刀 桿 。ER 刀 桿 當 然 比 聯 軸 器 好 得 多 。很 多 CNC 主 軸 摩 打 已 經 附 有 ER 刀 桿 。入 門 級 雕 刻 機 ,因 為 功 率 不 大 ,不 能 用 太 大 的 雕 刻 刀 ,所 以 即 使 是 附 帶 ER 刀 桿 ,都 只 會 是 最 幼 的 ER11 刀 桿 。

er11

聯 軸 器 vs ER 刀 桿

主 軸 摩 打 之 外 ,控 制 雕 刻 機 XYZ 三 軸 運 行 的 ,就 是 步 進 摩 打 ( stepper motor )。絕 大 部 分 的 入 門 級 雕 刻 機 都 是 用 42 步 進 電 機 ,42 的 意 思 是 步 進 電 機 的 邊 長 是 42mm。步 進 摩 打 的 軸 不 是 連 續 轉 動 的 ,而 是 每 次 可 以 只 轉 動 「一 步 」,一 般 步 進 電 機 轉 一 圈 是 200 步 ,所 以 每 一 步 就 是 轉 1.8 度 。比 42 步 進 電 機 大 一 級 的 是 57 步 進 電 機 ,扭 力 會 更 大 ,可 以 推 動 更 重 的 平 台 或 者 主 軸 摩 打 。

Stepper Motor

Stepper Motor

步 進 電 機 配 合 梯 形 絲 桿 和 螺 絲 母 ,就 可 以 將 固 定 的 轉 動 角 度 ,變 成 行 走 固 定 的 直 線 距 離 。這 樣 我 們 就 可 以 控 制 主 軸 摩 打 的 運 動 ,去 雕 刻 出 我 們 想 要 的 東 西 。

screw rods and nuts

screw rods and nuts

梯 形 絲 桿 和 螺 絲 母 並 不 緊 密 ,所 以 一 般 雕 刻 機 都 會 有 「雙 螺 母 消 回 差 」( anti-backlash nut ) 的 設 計 。

Anti-backslash nut

Anti-backslash nut

一 般 絲 桿 螺 母 的 升 級 版 就 是 「滾 珠 絲 桿 螺 母 」,螺 母 裡 面 有 大 量 非 常 細 小 的 不 鏽 鋼 珠 來 滑 行 。不 過 於 入 門 級 的 雕 刻 機 並 不 多 見 。

Ball Screw

Ball Screw

步 進 電 機 連 接 絲 桿 ,一 般 都 要 用 聯 軸 器 ( Coupling )。比 較 好 的 會 用 有 彈 性 的 聯 軸 器 ,據 說 可 以 修 正 中 心 和 角 度 偏 差 等 問 題 。少 部 分 步 進 電 機 會 內 置 絲 桿 ,但 價 錢 一 般 會 貴 許 多 。

Beam coupling

Beam coupling

只 有 一 條 螺 絲 桿 ,並 足 以 回 定 平 台 或 者 主 軸 ,通 常 在 絲 桿 的 左 右 ,會 另 外 有 兩 條 滑 桿 又 或 者 光 軸 。光 軸 一 般 越 粗 越 好 ,主 軸 和 平 台 滑 行 時 會 比 較 穩 定 。以 入 門 級 雕 刻 機 而 言 ,光 軸 直 徑 一 般 在 8 到 12 mm 之 間 。

Smooth Rod

Smooth Rod

光 軸 會 配 有 直 線 滾 珠 軸 承 或 者 滑 塊 ,以 安 裝 平 台 或 者 主 軸 摩 打 。以 往 有 部 分 平 價 雕 刻 機 會 使 用 平 價 「銅 套 」作 為 直 線 軸 承 ,不 過 現 在 已 經 不 多 見 。如 果 大 家 依 然 見 到 使 用 銅 套 的 機 種 ,還 是 不 買 為 妙 。

linear ball bearing

linear ball bearing

雕 刻 機 另 一 個 重 要 組 成 部 分 是 框 架 。框 架 的 結 實 程 度 ,亦 決 定 了 雕 刻 機 的 精 度 。入 門 級 雕 刻 機 的 外 框 ,大 部 分 都 使 用 鋁 型 材 ,又 輕 又 硬 。全 金 屬 的 雕 刻 機 當 然 最 好 。其 次 的 是 使 用 鋁 型 材 外 框 ,但 Z 軸 的 部 分 使 用 PVC。再 其 次 的 是 以 PVC 為 主 的 框 架 。穩 定 性 最 差 的 是 含 有 松 木 板 部 件 的 機 身 。

全 金 屬 外 框 的 雕 刻 機

全 金 屬 框 架 的 雕 刻 機

然 後 就 是 雕 刻 機 的 控 制 器 ( controller ) ,控 制 器 就 是 雕 刻 機 的 大 腦 。入 門 級 的 雕 刻 機 的 控 制 器 通 常 就 是 一 片 電 路 板 ,它 負 責 接 收 由 電 腦 傳 來 的 指 令 ,再 根 據 指 令 去 移 動 XYZ 三 個 軸 。在 入 門 級 的 雕 刻 機 ,它 也 負 責 向 主 軸 摩 打 供 電 。

CNC controller board

CNC controller board

控 制 器 根 據 其 裡 面 的 韌 體 ( firmware ) 分 為 幾 種 。首 先 是 開 放 源 的 GRBL,GRBL 是 在 Arduino 上 面 執 行 的 ,所 以 很 多 這 一 類 控 制 器 都 會 見 到 Arduino 的 身 影 。第 二 類 是 兼 容 planet-cnc 的 CNC USB controller 的 控 制 器 。第 三 類 是 兼 容 Mach3 軟 件 的 產 品 。

GRBL 是 開 放 源 的 ,所 以 其 電 腦 端 的 控 制 軟 體 有 很 多 ,不 過 都 比 較 傻 瓜 。而 CNC USB controller 和 Mach3 都 是 專 屬 軟 體 ( proprietary ),所 以 功 能 很 強 大 ,不 過 也 會 比 較 貴 。對 於 一 般 用 家 來 說 ,專 業 的 軟 體 有 時 反 而 更 難 以 使 用 。入 門 級 的 雕 刻 機 多 數 是 使 用 GRBL 的 。

GRBL offline controller

GRBL offline controller

同 是 兼 容 GRBL 的 控 制 器 也 有 很 多 ,不 過 功 能 上 都 是 大 同 小 異 。比 較 特 別 的 ,是 個 別 的 控 制 器 支 援 「離 線 控 制 」或 者 「脫 機 控 制 」( offline control ),即 是 可 以 不 經 電 腦 ,就 能 直 接 使 用 雕 刻 機 。

下 面 ,讓 我 們 比 較 一 下 幾 部 入 門 級 的 雕 刻 機 吧 :

胤 橡 科 技
CNC小 型 DIY桌 面 数 控 雕 刻 机
小 型 激 光 雕 刻 机
MyCNC小 金 刚 雕 刻 机
自 由 能 源 研 室
CNC 雕 刻 机 入 门 学 习 型
¥690 ( 整 套 散 件 )¥1280 ( 標 配 無 激 光 )¥990 ( 標 配 )
鋁 型 材 + PVC全 金 屬 機 身 鋁 型 材 + PVC
775 摩 打 775 摩 打 775 摩 打
聯 軸 器 刀 桿 ER11 刀 桿 聯 軸 器 刀 桿
42 步 進 摩 打 42 步 進 摩 打 42 步 進 摩 打
T8 絲 桿 T8 絲 桿 T8 絲 桿
雙 螺 母 消 回 差 雙 螺 母 消 回 差 雙 螺 母 消 回 差
12mm 光 軸 10mm 光 軸 10mm 光 軸
雕 刻 行 程
24 x 18 x 4 cm
雕 刻 行 程
13 x 9 x 5 cm
雕 刻 行 程
24 x 17 x 6.5 cm
24V 5A12V12V
GRBLGRBLGRBL
---包 裝 重 量 7KG包 裝 重 量 8KG
選 購
¥98 ( 脫 機 控 制 )
¥48 ( ER11 夾 具 )
選 購
¥168 ( 脫 機 控 制 )
---
DIY激 光 雕 刻 机
雕 刻 机
连 云 港 博 远 电 子 厂 直 销 店
DIY雕 刻 机
DIY激 光 雕 刻 机
雕 刻 机
¥1100 ( 標 配 )¥650 ( 3軸 PVC散 件 )¥2280
全 金 屬 機 身 PVC全 金 屬
180W 電 磨 ( 37000rpm )300W 主 軸 300W 主 軸
電 磨 原 裝 夾 具 ER11 刀 桿 ER11 刀 桿
42 步 進 摩 打 二 手 42 步 進 摩 打 42 步 進 摩 打
T8 絲 桿 T8 絲 桿 T8 絲 桿
雙 螺 母 消 回 差 ---雙 螺 母 消 回 差
12mm 光 軸 10mm 光 軸 12mm 光 軸
雕 刻 行 程
20 x 30 x 5 cm
雕 刻 行 程
20 x 20 x 7 cm
雕 刻 行 程
20 x 30 x 6 cm
12V - 控 制 器
220V - 電 磨
雙 電 源 ---
GRBL3 軸 用 GRBLUSB CNC controller
包 裝 重 量 12KG包 裝 重 量 20KG---
選 購
¥400 ( 升 級 300W 主 軸 )
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ctleung張 先 生 ,男 性 ,肖 龍 。
職 業 :I.T. Consultant
簡 介 :不 好 好 讀 書 ;七 尺 差 五 寸 ,手 長 過 膝 ,雙 耳 垂 肩 ;性 寬 和 ,寡 言 語 ,喜 怒 不 形 於 色 。據 說 少 時 曾 斬 白 蛇 於 鳳 凰 山 下 ……
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