自动泡棉切割机

标签：Arduino 电动工具 DIY

HelloPlanet 发布于 2015-04-08 15:50

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少年的青春就像卷纸，一撸，再撸，再撸，又撸…就没了。
为了保护国家的花朵，让懵懂的少年面对成卷的青春懂得珍惜，我们用Arduino制作了一台卷纸切割机。

“作为一位卖家，每天打包发货过程中都有许多重复劳动。切割泡棉就是其中最累的一种，切啊切，累趴下也切不完。于是我自己动手做了一台泡棉切割机，解放自己。”

原作者：
jgschmidt

原文地址：
http://www.instructables.com/id/Robot-Foam-Cutter/

关于设计…
为了简化设计，制作过程中使用了步进电机。通过固定行进的步数，就可以控制电机在指定范围内往复，省去了限位开关和长度计量电路，也简化了对应的电路设计。为了保证泡棉在推进的过程中不打滑，我们在泡棉的推送部分使用了一片牙盘。只要压力适当，推进长度就能很均匀，切割出来的形状也就十分完美。

Step 1： 备料

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机械部件
  • 复合板 3/4英寸 x 15英寸 x 18英寸 （约2cm x 38cm x 45cm）
  • #4 x 3/8英寸 （约等于M4 x 10mm，请以电机和支架的孔位为准）平头螺丝
  • #6 x 3/4英寸 （约等于M6 x 20mm，请以电机和支架的孔位为准）平头螺丝
  • 特氟龙片，或其他光滑材料
  • 双面胶
  • 大号十字螺丝刀
  • 内六角扳手
  • 长镊子
  • 1.5mm钻头
  • 万能胶
    平头自攻钉
    扁头螺丝（要与你的轨道和步进电机配套）

电子部件
  • Arduino Nano
  • 2片步进电机驱动板
  • 面包板和跳线
  • DC12V 1.5A电源
  • 2.1mm 电源插座（和电源配套）
  • 3个按钮微动开关
  • 2个1.5A14步步进电机
  • 绝缘套管
  • 热缩管

ACTOBOTICS™ 步进电机配件
  • （编者：这些器件的原始型号在国内不一定能买到，可以用步进电机滑轨、支架等代替）
  • 轨道，
  • 拐角支架，
  • 步进电机齿轮（带动皮带的一个，皮带对端从动轮一个，推送泡棉用的两个），传动杆，
  • 皮带，皮带夹具，皮带用滑轨，滑块，刀片夹具，轨道固定件。





Step 2： 准备基板

Base.jpg

这块基板原本是一块桌板，2cm纤维板和0.6cm的橡木复合而成。
选材的时候需要注意尺寸是否足够，以及基板是否有足够自重保证机器运行时的稳定。

我的基板大小是45x38cm，我把长边作为前边，并且用锯床推出了一条切割槽。
刀片深入切割槽推送，可以更好地保证切割的效果。如果你没有条件开槽，可以考虑垫高切割处的两侧。

我把一条较短的的轨道与基板的中线平行排列，距离大概15cm，你可以根据你的需要确定宽度，并把它用自攻钉固定在基板上。
固定之前可以用1.5mm的钻头给自攻钉开好孔。

轨道与基板的切割槽之间预留了1.5cm的空间，以便稍后刀头组件和铝制导轨能够顺利装入。

Step 3： 放置第二条轨道

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第一条进料导轨固定好之后，我们需要做一点组装来定位 第二条导轨。

准备好第二条较短的进料轨道，与中线平行放置在左侧，和之前的轨道距离大概30cm，略宽于我所用的泡棉。
把你手里的长轨道放在上面，垫好6mm垫片，并且用螺丝紧固这两条轨道。参考图上白色圈中标记出的螺丝位。

按照手头泡棉的宽度，我在长轨道的右侧对出一个宽度合适的孔位，并且用垫片固定位置（如图中红圈和绿圈所示）。
这个步骤红色圈里的螺钉是从上向下穿过的，绿色的则需要用内六角从下向上固定。
你可能已经注意到了，红绿圈的位置很奇怪，这是因为我手头的泡棉宽度不太一致，需要有一些活动余地，保证泡棉的两侧都在轨道内齿轮能压到的地方。

用三角板检查，确保两条短轨道相互平行，间距31cm（请以你手头的泡棉尺寸而定），距离切割槽1.5cm，位置确定后，打孔并固定左侧的短轨道。

固定完成后，摘掉长轨道。

Step 4： 送料机构

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如图所示，送料机构由齿轮、台阶、传动轴、轴承和步进电机组成。

在齿轮下方，我贴上了一些特氟龙胶带，齿轮的齿会轻轻压入泡棉，推动泡棉流畅滑出。
而后，将步进电机安上轴套和传动轴，并固定在两侧的轨道上。步骤可以参考第二张图片。

把齿轮和齿轮用的轴套套上传动轴，对好位置并固定齿轮轴套。安装的位置可以参考第二张图片。

参考第三张图片，组装剩余的部件。我在左侧安装了一个轴套，以便手动转动转轴。

Step 5： 滑动刀架

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送料完成后，我们就要对泡棉开刀了。
我们的长轨道在这时就变身成滑轨，引导刀架自由地穿梭啦!

参考第一张图片，用C字型的框架和连接块，组成刀架的基本结构。
之后，用一个直片组件做出刀架的基本形状（如第一张图黑色描边的螺丝孔所示）。

刀架组装好之后，按照第三步定好的位置组装横向的长轨道。第二张图片中红圈的那个垫片，上下各固定了一个螺丝，所以可以前后微调。
按照第二张图片中的样子前后微调刀架的位置，保证刀架能够与切割槽平行滑动后，上紧长轨道。

轨道紧固之后，再次测试滑动刀架，检查框架是否因为紧固螺丝的力道偏移。

如果刀架在轨道上滑动不畅，你可能需要手动掰一掰长轨道的开口。

Step 6： 传动皮带从动轮

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从动轮组件如第一张图所示，短短的转轴和2个轴套，以及从动轮本身。

这一步比较简单，按照第二张图片组装起来即可。

Step 7： 组装传动皮带

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将皮带的一头穿过从动轮，另一头绕过准备安装步进电机的位置，并且松松地放入皮带夹具。

Step 8： 安装切割电机

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我本打算直接把轴套上到电机上去，对了一下位置发现因为电机转轴的台阶太浅，齿轮偏向轨道的另一侧。
于是我找了垫片把电机垫得靠外一点来解决这个问题，如第三张图所示。

组装这个部分的时候，注意要用低帽螺丝，避免齿轮、轴套和螺丝接触。
组装完毕的样子如第四张图所示。

Step 9： 紧固皮带

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两头的夹具和齿轮都安装好之后，就可以把皮带上紧了。
因为刀口的行程比泡棉的宽度要大，所以在精度上没有特殊的要求，只要把皮带绷紧，避免跳齿就可以了。

上紧的时候，如图中黄色圈出部分所示，先绷紧皮带，然后一只手抓紧皮带，另一只手把螺丝上紧，夹具的螺丝要轮着上紧，避免因为皮带的张力造成夹具偏移。

之后，把刀架的其余部分固定在皮带夹具上。前后移动刀架，再次检查刀架的运动是否与切割槽平行。

Step 10： 安装刀架

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检查刀架与切割槽平行之后，拆下刀架组件，如果刀架下面有毛刺，用砂纸或者锉刀打磨一下，免得刀架运动时勾住泡棉。

准备2片模型刀片或手术刀片，用方形垫片把他们固定在刀架上。把刀架摆在轨道上比划一下，调整刀片以便它们的位置贴合切割槽。

*** 小心哦，刀片很锋利的！***

检查OK之后，把刀架固定在皮带夹具上，轻轻地推动刀架沿切割槽运动，检查刀片是否会刮到切割槽的边缘。
如果没有，这一步就大功告成了。

Step 11： 进料压片

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第一次送入泡棉并且滑动刀架的时候，泡棉弹来弹去的，切出来弯弯曲曲的。
于是我决定加装一个压片，解决这个问题。

我用了一条角铝，两头打孔，用自攻钉和垫片把它固定在切割槽的边缘，垫高高度刚刚够泡棉穿过就可以了。

Step 12： 控制软件和硬件

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这一步我们来完成控制总成。

12V输入从左侧接入，并联到两个步进电机控制板的VMOT。

右侧控制板的+12V是从左侧控制板下面穿过去的。
左侧控制板控制进料电机，右侧控制板控制切割电机。
左侧控制板的5V输出被接到了Arduino Nano做供电用。

两个接到控制板的10K电阻用来拉高控制板的使能脚。这样，Arduino启动的时候，电机就不会受到干扰。
不这样做的话Arduino启动的时候电机会轻微颤抖几下。

第14格的橙色线把电机打到半步步进模式，以便提高精度。
我把电机的线穿上了绝缘管，并且在两头的接线处点上了万能胶，以便增加强度。

点击下载步进电机驱动板和Arduino Nano的资料。
代码也已作为附件上传到本教程。

三个按键的功能分别定义如下，
棕色：进料电机送入一张泡棉；
黑色：刀架往复一次；
白色：连续切割10张泡棉。

附件：

Foamcutter.ino

Step 13： 总结

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这件作品就像一个庞大的3D拼图，有时候为了安装某个地方，我不得不把更大的地方拆散。
比如说，驱动刀架的齿轮总是要先套在电机上，但又必须先固定好电机再固定这个齿轮。
但有些步骤也是可以调整的，如果你乐意，当然可以安好刀架电机再开始穿皮带。

这一切的一切都是挑战，我总觉得步骤图够多够详细了，可是写教程的时候又捉襟见肘。
总之，相信这一切都不能阻挡你创作的脚步，加油！
 
不是隔壁老王2015-07-22 14:18:52
同学附件打不开
小可小飞2015-04-11 15:26:32
里面那些 支架 哪里有卖，淘宝上没找到啊。。
HelloPlanet2015-04-15 12:27:35
ACTOBOTICS这套支架在国内还没得买，可以搜“万能角钢轨道”找到一些替代品
动力老男孩2015-04-08 23:59:38
从远处看，还以为是卫生纸自动切割机，哈哈
锅盖2015-04-09 17:22:07
我正想说呢，做一个切割卫生纸的吧
小可小飞2015-04-11 15:11:44
回复 锅盖 : me too

作者

HelloPlanet

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