教程如何自己动手制作一台大型激光雕刻机？_安博电竞

产品详细描述：

大家都知道，要想成为一名合格的Maker，使用激光雕刻机绝大多数都是入门必修课了，但其中也有一定的可能存在不少问题，如果自己能量身定制一台，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作的大型激光切割机。激光切割机我相信我们大家并不陌生，也是创客制作项目的神器，其快速化的工艺流程、对板材的高效利用、实现传统工艺所不能够做到的切割技术等优点，深受大家的喜爱。

平时在使用数控CNC机床加工时，对比激光切割加工存在以下几个问题：加工前需要装刀换刀、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，于是萌生了想自己动手制作一台激光切割机的想法。

有了这个想法后便开始对这个想法进行可行性研究，经过多方考证，以及各种各样不同型号的激光切割机对比，结合自己条件和加工需求，权衡利弊后，采用分模块设计制造，可拆卸可升级，阶梯制造方案。

前后经过了10个月的周期，机床各部分采用模块化的设计，通过模块化的理念使加工制作变得方便，最后组装就行，并且金钱上的压力也不会太大，可以逐步按阶段采购所需零部件，完成后的机器尺寸达到了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、刻字划线等功能。

整个项目制作涉及到了七大部分的内容，分别是：运动控制管理系统、机械结构设计、激光管控制管理系统、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。

1.制作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，可以省去预先切割板材的困扰，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正常的使用其激光划线功能对大型板材直接排板划线，解决了手工划线.因为行程的增大激光切割机的功率不能太低，因为激光在空气中传导会有一定损耗，总体功率不能低于100W。

3.为了保证激光切割机的精度和运行的平稳，整体材料选择必须是全金属。第四、使用操作要方便。第五、设计的结构能够完全满足后续的升级计划。

有了大体的思路框架接下来就是每个部分的制作的步骤，接下来我将详细阐述一下具体的制作的步骤和涉及到的细节。

比如：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。控制管理系统供电用的是24V直流，要使用到24V的开关电源，为了能够更好的保证系统的稳定分别使用了两个24V的开关电源，一个24V2A直接供应主板，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，保证系统的工作稳定。

参数设定好后，可以连接电机进行空转测试，在此阶段可以验证，电机连接线路、电机方向、屏幕操作方向、步进电机细分设置、导入切割文件试运行等。电机我选择的是两相57步进电机长度57mm，因为之前制作项目时刚好有剩余3台，就本着不浪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。

在安全保护系统方面，整体的线路布局高压与低压一定要分开，接线时必须要格外注意不能有交叉的情况，当中最重要的一点是一定要接地。因为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感觉，这时一定要注意，要做到有效接地，最好接地电阻不大于4欧姆（需要测试地线），防止发生触电事故，另外总电源开关还需要加一个漏电保护开关。

操作面板还需要加装急停开关，带钥匙的电源开关，各运动轴安装X、Y、Z轴限位开关，激光管安装恒温水保护开关，开盖保护急停开关等，提高激光切割机的安全系数。

一张木工板的尺寸是1220mm*2400mm，为了最好能够降低裁板次数，以木工板宽度1200mm为长度加工范围，加工的宽度则必须要大于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。这样就能保证实际的有效加工范围为1200mm*700mm。根据加工行程的范围大体估算了一下，整体尺寸接近2米，没有超过快递的最大范围2米，符合要求。

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，因为XY轴的安装精度决定了以后加工精度，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，因为X轴长度总跨度有接近1700mm，当激光头处于中间位置时，铝型材强度如果不够会发生形变。

X轴的传动是通过步进电机经同步带轮减速，输出到同步带，而同步带开口端与激光头相连，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，需要用一条光轴将两个直线模组并联在一起，再通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轴能长期处在水平位置。

XY轴铝型材框架安装中，在此过程中一定要保证框架的垂直度与平行度，所以过程中有必要进行反复的测量，保证尺寸精准。安装Y轴两条直线导轨时，一定要保证导轨与铝型材平行，通过百分表测量，保证其平行度在0.05mm以内。

安装直线导轨时，一定要保证导轨与铝型材平行，每一节的导轨都一定要通过百分表测量，保证其平行度在0.05mm以内，为后续的安装打好基础。

接下来安装Y轴同步带，首先要保证X轴处于水平状态，用百分表打表，经过测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。

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，测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，这时由于右侧的安装操作，肯定会导致水平误差增大，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，将水平误差调节到0.1mm以内，用夹子固定住扭紧联轴器。

现在可以松开两侧夹子，测试Y轴移动时X轴是否处于水平位置，扭动Y轴同步轮，再重复之前的测量过程。假如发现X轴不同步则可能是同步带的松紧程度两边不同或者是各个结构的精度没有调整好，那就要重新回到之前的阶段重新调整一次。只要是调节了同步带的松紧度，也要将X轴重新调整一次，直到移动Y轴时，X轴长期处在0.1mm的水平误差范围以内。注意此阶段务必耐心

检查两侧同步带松紧度是否保持一致，轻轻下压深度为1-2cm为宜，要使两侧的深度一致。

将步进电机装入，电机安装时必须要格外注意调节其松紧度，同步带过松会导致运动回差，过紧则会导致同步带开裂。

连接控制管理系统测试机械结构稳定性，连接电脑调试电机参数，测量绘制的图形与设计尺寸之间的偏差，根据实际的距离偏差调整步进电机的脉冲量，同时检验测试的机构是不是真的存在回差间隙，看每一笔画是否连贯、交叉点是否连接。进行反复绘制，通过重复的绘制检测重复定位精度，当然还能够最终靠固定百分表，通过打表的方式来检验测试的机构的重复定位精度。

重复三次绘制后的图形，能够正常的看到所有笔画都是一根没有一点重影的地方，说明重定位是OK的。目前XY轴已能绘制出图形，如果增加上抬笔功能完全能变成一台大型的绘图仪，当然真正的目的是制作一台激光切割机，所以还需要继续努力。

XY轴完成后接下来是制作Z轴，在制作Z轴之前我们应该先进行3D建模，将整体框架设计出来。因为Z轴与切割平台相连，固定在框架模块上，所以要一起设计制作。Z轴实现上升和下降功能，再将XY轴模块直接放上去，组合起来就能实现了XYZ轴的功能。

给框架焊上4个滚轮，左侧留下一个600mm的缺口，主要用途是为了预留放置恒温水和气泵的空间。现在移动平台的框架已经焊接完成，还需要在顶部和底部各装上一层木板就算完成了。

将搭建完成的框架放在移动平台上，再把调试好的XY轴安装在机器框架上，整体效果还是可以的。

：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，实现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。在安装蜂窝板时必须要格外注意平面度的调节，用百分表测量整个边框的高度差，将高低差调节到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涉及到相应系统的时候再详细讲解，接下来介绍第三部分。

射频管采用30V低压精度高，光斑细，寿命长，但价格贵，而玻璃管常规使用的寿命大概在1500个小时左右，光斑比较大，高压驱动，但价格实惠公道，如果只是切割木材和皮革、亚克力，玻璃管能够完全胜任，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

激光管电源我选择的是振宇的100W激光电源。介绍下激光电源的作用，在激光管的正极放出接近1万伏的高压，由于高压放电激发管内高浓度

接下来是冷却用恒温水，激光管在正常使用时会产生高温，需要用水循环进行冷却，如果温度过高没有及时冷却会使激光管造成不可逆伤害导致寿命急剧下降或激光管炸裂，而恒温的控制和水温下降的速度也决定了激光管的性能发挥。

水冷方面有两种，一种是风冷，一种是利用空气压缩机制冷的冷却方式，如果激光管是80W左右，风冷可以胜任，但超过80W，就必须用到压缩机的冷却方式，不然热量根本就压不住，恒温水我选择的是CW5000的型号，如果升级激光管功率这款恒温水依然可以胜任，机器整体包含控温系统、蓄水桶、空气压缩机、散热板几大模块组成。

将激光管安装到管座上，调节激光管高度使其跟设计时高度一致，要注意轻拿轻放。

连接恒温水出水管，必须要格外注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，再经过水循环保护开关回到恒温水箱，完成一次循环周期，当水循环停止时，水保护开关断开，反馈信号给控制主板，控制主板关闭激光管工作防止过热。

激光管负极连接电流表，再回到激光电源负极，当激光管工作时，电流表可以实时显示激光管电流，通过数值可以对比设定功率与实际功率，判断激光管是否正常工作。

连接好激光电源的电路、恒温水、水保护开关、电流表，准备好防护眼镜（因为激光管发出的是不可见光，要使用到10.6um专用的防护眼镜），将激光管功率设置到40%，开启点射模式，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，测试效果很好。

这个系统难点在于激光头不管在机器加工行程的任何地方，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，不然会出现激光射偏导致不出光的情况。

一反镜片支架的调节过程：一反镜片与激光成45度角，会很难判断激光点，需要3D打印出45度的支架进行辅助调节，在通孔的地方贴上美纹纸，激光开启点射模式（接通时间0.1S功率20%防止射穿），调节支架高度、位置、旋转角度，使光斑控制在圆孔中心。

通过二反光路打3D设计得出二反镜片支架精确的安装的地方和安装高度，通过游标卡尺测量将二反支架精确安装（先安装至初始位置）。

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，如果近点更高，远点更低则需要调节一反镜片往上旋转，反之亦然；下一步继续打点，远近各一点，如果近点偏左，远点偏右，则需要调节一反镜片往左旋转，反之亦然，直到近点与远点重合为一个点，则说明二反的光路与Y轴的运动方向完全平行。

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，此时观察是不是近点更高远点更低，则需要调节二反镜片往上旋转，反之亦然；下一步继续打点，远近各一点，如果近点偏左，远点偏右，则需要调节二反镜片往左旋转，反之亦然，直到近点与远点重合为一个点，则说明近端三反的光路与X轴的运动方向完全平行；然后移动Y轴到远端，X轴近端和远端各打一个点，如果不重合则说明二反光路并不重合，需要返回去调节一反镜片角度，直到Y轴近端X轴两点和Y轴远端X轴两点四点完全重合才行。

到这一步其实调节并没结束，观察三反镜片支架的光斑点是否处于圆中心处，当光斑偏左，需要将二反镜片支架往后移动，反之亦然；当光斑偏上时，则需要调节整个激光管的位置往下移动，反之亦然；当改变二反支架时，我们应该重新再将二反镜片角度调节过程重复一遍；当改变激光管高度时，我们应该将全部镜片调节过程重复一遍（包括：一反支架、一反镜片、二反镜片的调节过程），再次打点直到光斑处于中心位置并且四点完全重合。