GRBL – 如何對刀 ( Probing )

對 於 購 買 和 使 用 入 門 級 CNC 雕 刻 機 的 使 用 者 來 說 ,probing 可 能 會 讓 人 產 生 許 多 疑 問 ,因 為 入 門 級 CNC 雕 刻 機 的 硬 體 和 軟 體 都 未 必 內 建 probing 功 能 。

Probing 究 竟 是 什 麼 呢 ?Probing 就 CNC 雕 刻 機 利 用 一 個 probe ( 探 針 ) 去 探 測 一 個 工 件 ( workpiece ) 的 位 置 。最 簡 單 的 Z 軸 probing,雕 刻 機 就 可 以 自 動 探 測 到 工 件 表 面 ( surface ) 的 位 置 ,並 把 這 個 位 置 設 置 成 Z 軸 的 零 。這 樣 子 對 好 刀 之 後 ,你 雕 刻 的 深 度 才 有 保 證 。

在 未 有 自 動 化 的 Z-probing 之 前 ,一 般 人 是 如 何 對 刀 的 呢 ?很 多 教 學 都 會 叫 你 拿 一 張 紙 ,放 在 雕 刻 刀 和 工 件 之 間 ,如 果 紙 張 可 以 自 由 移 動 ,就 是 未 夠 貼 近 ,可 以 把 雕 刻 刀 再 降 低 一 些 ,直 到 紙 張 僅 僅 不 能 移 動 ,就 把 這 位 置 設 成 Z 軸 的 零 ( 通 常 雕 刻 機 控 制 軟 體 都 有 Zero Z / Reset Zero 這 樣 的 一 個 按 鈕 )。

那 GRBL 的 Z-probing 是 如 何 做 到 全 自 動 的 呢 ?GRBL 把 Arduino 的 A5 pin 專 門 留 給 probing 使 用 。如 果 是 預 設 狀 態 的 話 ( $6=0 ),A5 pin 平 常 處 於 高 電 位 水 平 ( HIGH ),而 當 A5 的 訊 號 變 為 LOW 的 時 候 ( 一 般 而 言 ,把 A5 接 地 就 會 變 為 LOW 了 ),GRBL 就 知 道 對 刀 動 作 完 成 了 。

接 線 方 面 ,一 般 就 會 把 Arduino 的 GND 接 到 刀 具 上 ,然 後 A5 就 接 到 一 片 金 屬 造 的 對 刀 塊 。開 始 時 先 把 對 刀 塊 放 到 刀 具 的 下 方 ,然 後 啟 動 對 刀 程 序 。剛 開 始 時 兩 者 是 沒 有 接 觸 的 ,所 以 沒 有 通 電 。刀 具 會 緩 緩 下 降 ,直 到 接 觸 到 對 刀 塊 ,兩 者 通 電 ,A5 的 訊 號 由 HIGH 變 為 LOW,令 GRBL 知 道 對 刀 完 成 ,程 式 就 會 把 當 時 Z 軸 的 位 置 設 成 零 。

使 用 上 面 這 種 方 法 對 刀 時 ,大 家 要 特 別 留 意 一 下 雕 刻 刀 導 不 導 電 。雖 說 我 未 曾 遇 到 過 唔 導 電 的 雕 刻 刀 ,但 據 說 某 些 雕 刻 刀 的 coating 是 不 導 電 的 。使 用 了 不 導 電 的 雕 刻 刀 去 對 刀 的 話 ,對 刀 程 序 是 不 會 自 動 停 止 的 ,這 樣 很 可 能 會 損 害 刀 具 、工 件 和 雕 刻 機 。

小 型 激 光 雕 刻 机 — GRBL 小 型 DIY雕 刻 机 对 刀 块 ¥8.00

實 際 使 用 上 ,市 面 有 一 些 十 分 便 宜 的 接 觸 式 對 刀 塊 ,只 要 買 回 來 ,插 到 GRBL controller 上 面 就 能 用 。部 分 雕 刻 機 控 制 軟 體 ( G code sender ),例 如 Universal G Code Sender ( 簡 稱 UGCS ),本 身 內 建 了 對 刀 的 模 組 ,只 要 設 定 好 對 刀 塊 的 厚 度 和 對 刀 時 刀 具 運 行 的 距 離 和 方 向 ,就 能 立 即 使 用 對 刀 功 能 。

Universal Gcode Sender Probe Module Demo

另 外 一 些 雕 刻 機 控 制 軟 體 ,例 如 我 最 喜 愛 的 Candle,它 的 自 動 對 刀 按 鈕 是 要 自 行 輸 入 G code 命 令 的 ,這 時 我 們 就 要 學 一 點 點 G code 了 。對 刀 用 的 G code 命 令 就 是 G38.2 ( probe toward workpiece,stop on contact )。

G90G21G38.2Z-50F100;
G92Z1.6;
G0Z20;

上 面 的 三 行 G code 是 我 購 買 那 個 便 宜 對 刀 塊 時 ,店 家 給 的 用 來 對 刀 的 G code碼 ,讓 我 們 看 看 它 們 代 表 什 麼 。第 一 行 的 G90 是 使 用 絕 對 座 標 ,G21 是 指 單 位 用 mm,G38.2 就 是 對 刀 ,其 後 的 Z-50 指 明 了 方 向 和 距 離 ,之 後 的 F100 就 是 feedrate,即 是 行 進 的 速 度 。這 一 行 的 命 令 是 會 進 行 到 有 接 觸 為 止 ( stop on contact )。

當 第 一 行 命 令 執 行 完 成 之 後 ,刀 具 是 會 停 留 在 接 觸 點 那 個 位 置 的 ,這 時 會 執 行 第 二 行 的 命 令 。G92 就 是 原 點 設 定 ,就 是 一 般 我 們 按 Zero Z 時 所 執 行 的 命 令 。其 後 的 Z1.6,就 是 指 定 現 在 的 Z 位 置 是 1.6。那 為 什 麼 不 是 零 呢 ,而 是 1.6 呢 ?因 為 這 個 1.6 就 是 對 刀 塊 的 厚 度 ,要 減 去 對 刀 塊 的 厚 度 ,才 會 是 工 件 的 表 面 的 位 置 。

最 後 的 第 三 行 ,就 是 快 速 移 動 ( G0 ) 到 Z20 的 位 置 。

Candle — Settings

當 然 ,以 上 只 是 店 家 的 建 議 ,例 如 我 的 小 型 雕 刻 機 ,Z 軸 的 行 程 沒 有 那 麼 大 ,所 以 我 就 改 為 G0Z5。又 例 如 我 覺 得 用 相 對 座 標 G91 比 較 好 。

G91G21G38.2Z-50F100;
G92Z1.6;
G0Z5;

也 有 人 會 連 續 做 兩 次 對 刀 ,第 一 次 行 得 快 一 點 (F100),完 成 之 後 只 退 後 一 點 點 ( 例 如 2mm,G0Z2 ),再 用 慢 速 進 行 第 二 次 對 刀 ( F10 )。

G91G21G38.2Z-30F100;
G92Z1.6;
G0Z2;
G91G21G38.2Z-10F10;
G92Z1.6;
G0Z20;

有 人 認 為 這 樣 用 慢 速 進 行 第 二 次 對 刀 會 準 確 一 點 ( 當 然 你 可 以 第 一 次 就 用 超 慢 速 ,但 可 能 你 對 一 次 刀 要 用 幾 分 鐘 ,哈 哈 哈 )。但 以 我 個 人 的 經 驗 ,用 F100 對 一 次 就 很 準 了 。可 能 因 為 我 自 己 以 雕 木 為 主 ,對 準 確 度 的 要 求 沒 有 那 麼 的 高 。如 果 是 雕 PCB 的 話 ,對 準 確 度 的 要 求 就 會 高 一 點 。

既 然 有 了 Z-probing,那 有 沒 有 X 軸 和 Y 軸 的 probing 呢 ?當 然 是 有 的 ,不 過 X 軸 和 Y 軸 天 生 有 一 個 問 題 ,就 是 不 像 Z 軸 可 以 輕 易 的 把 對 刀 塊 放 上 去 ,因 為 工 件 的 另 外 兩 個 平 面 都 垂 直 的 。

Shapeoko Touch Probe

市 面 上 也 有 一 些 很 聰 明 的 角 位 對 刀 塊 ,可 以 於 在 工 件 的 角 位 上 ,以 方 便 一 次 過 做 齊 X / Y / Z 的 probing。不 過 這 些 對 刀 塊 都 很 難 買 得 到 ,自 己 動 手 做 也 不 那 麼 容 易 。

旺 兴 数 码 专 营 店 — 铜 箔 胶 带

於 是 ,就 有 人 想 出 了 世 界 上 最 便 宜 的 對 刀 塊 ,就 是 可 導 電 的 膠 紙 。例 如 上 面 這 種 銅 的 膠 紙 ,我 淘 回 來 也 不 用 十 塊 錢 一 卷 ,有 30 米 長 ,夠 用 很 久 的 了 。( 也 有 人 會 用 錫 紙 ,但 鍚 紙 本 身 無 黏 力 ,個 人 覺 得 比 較 麻 煩 )

膠 紙 可 以 直 接 貼 在 工 件 的 邊 緣 ,一 般 我 自 己 會 在 最 後 接 疊 成 一 個 尾 巴 ,以 方 便 用 鱷 魚 夾 夾 住 。

按 照 上 圖 的 情 況 ,我 自 己 對 刀 用 的 G code 便 會 如 下 :

G91G21G38.2X50F100; ( 向 X 為 正 的 方 向 對 刀 ,最 多 行 50mm )
G92X-1.1;  ( 圖 中 單 刃 銑 刀 半 徑 是 1mm,加 上 膠 紙 的 厚 度 ,所 以 是 1.1mm)
G0X-2; ( 在 X 軸 的 方 向 往 後 退 一 點 點 )
G0Z5; ( 刀 具 升 高 到 我 的 安 全 距 離 5mm )
G0X0; ( 刀 具 行 進 到 X0 的 位 置 )

使 用 X / Y 軸 的 probing 的 時 候 ,除 了 要 減 去 對 刀 塊 的 厚 度 ( 用 銅 膠 紙 的 話 ,就 是 0.1 mm ),也 記 得 要 減 去 刀 刃 的 半 徑 。因 為 很 可 能 你 每 次 使 用 的 刀 具 的 半 徑 都 不 一 樣 ,所 以 每 次 換 刀 之 後 也 要 注 意 一 下 要 不 要 修 改 對 刀 用 的 G code,或 在 對 刀 程 序 設 定 好 刀 具 的 半 徑 。

我 用 開 的 Candle 軟 體 可 以 設 定 4 個 custom buttons,所 以 我 也 習 慣 把 對 刀 用 的 G code 儲 存 到 custom buttons 裡 面 。

使 用 X / Y 軸 probing 的 時 候 ,必 須 使 用 圓 枉 體 形 狀 的 刀 具 ,例 如 銑 刀 。其 他 形 狀 ,例 如 平 底 尖 刀 ,它 刀 尖 的 半 徑 是 會 變 化 而 且 不 規 則 的 ,對 刀 得 出 來 的 數 據 並 不 可 靠 。

做 X / Y probing 的 時 候 ,不 只 可 以 尋 找 邊 緣 ,其 實 亦 可 以 尋 中 心 點 的 。例 如 SourceRabbit G-code Sender,就 內 建 了 自 動 尋 找 中 心 點 的 功 能 。不 過 ,如 果 你 不 介 意 自 己 用 人 手 去 計 算 的 話 ,其 實 自 己 用 G code 去 probe 兩 邊 加 埋 再 除 二 其 實 也 很 簡 單 。

除 了 把 銅 膠 帶 直 接 貼 在 工 件 上 ,我 也 會 把 它 貼 在 定 位 塊 上 。這 樣 銅 膠 帶 可 以 重 覆 使 用 ,也 不 用 每 次 雕 刻 都 要 貼 一 次 。而 且 有 些 工 件 ,例 如 1mm 厚 的 木 板 ,也 不 適 合 在 邊 緣 貼 上 銅 膠 帶 。

Probing 其 實 亦 唔 止 係 找 到 工 件 的 位 置 咁 簡 單 。許 多 進 階 的 CAM 軟 體 ,都 有 auto leveling 的 功 能 ,可 以 自 動 把 水 平 的 刀 路 map 到 放 置 得 不 水 平 的 工 件 上 ( 常 用 於 PCB 雕 刻 )。做 auto leveling 時 CAM 軟 體 就 會 多 點 取 樣 工 件 的 表 面 ,再 按 得 到 的 數 據 去 重 新 計 算 刀 路 。

例 如 上 面 的 這 個 Estlcam 軟 體 ,更 可 以 把 平 面 的 刀 路 ,map 到 滑 鼠 這 樣 的 曲 面 上 呢 。

自 從 GRBL 支 援 了 probing 之 後 ,probing 再 也 不 是 遙 不 可 及 的 了 。現 在 差 的 ,就 是 各 大 G code sender 加 強 對 probing 的 支 援 。

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 ……
This entry was posted in GRBL + 3D 打印 and tagged , , , , , , . Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *