用高频引弧等离子切割机搭建CNC切割机的方法

高频起弧（“HF start”）在等离子切割机上的问题是，引燃引导弧时会产生大量电磁干扰，对附近的电子设备造成影响，尤其是往往会断开与 CNC 运动控制器的 USB 连接。你可以通过 WiFi 与运动控制器通信来解决这个问题。这是我这台机器临时放在工作台上的样子：如果你还需要购买一台等离子切割机，那我显然建议尽量买一台“回吹起弧”（blowback start）的，而不是“HF start”的，这样就不用操这个心了。买 HF start 的机器是我的失误。但既然已经让它跑起来了，所以如果你手上已经有一台 HF start 的机器，又想拿它做 CNC，也许可以照同样的办法做。我之所以想要一台 CNC 等离子切割机，是因为我最近花了大量时间和立铣刀，以极低的进给率和切深，为我的 cyclecar 加工这样的平面零件：于是我开始在 eBay 上出价，结果意外以 80 英镑拍下了一台 Parkside PPS 30 B2：卖家说他一时兴起从 Lidl 买的，后来发现需要配空压机，而他没有。如果我事先做过功课，就不会对一台没有回吹起弧的机器出价了，但事已至此。到货后，我把它放在车库地上架好，试着一边引燃等离子弧、一边运行我的 6040 CNC 雕刻机。你可能已经猜到了，根本跑不起来。大多数时候，一引弧，UGS 就会和 Grbl 断开连接。但幸运的是，我当时跑的是一个测试程序，里面只有少量非常长、非常慢的运动，这意味着 Grbl 的缓冲区里还有好几分钟的运动量。我注意到，尽管 UGS 与 Grbl 断开了、完全废了……Grbl 仍然在移动机器！它仍然在完美地执行我的 gcode。所以问题并不在于 HF start 真的让 Grbl 无法工作，而只是它断开了 USB 串口连接。解决办法：在 ESP32 板子上用 FluidNC，通过 WiFi 与它通信。FluidNC 兼容 Grbl，但适用于更现代的微控制器。Charlie 建议通过光纤与控制器通信，这可能比 WiFi 效果更好，但搭建起来更麻烦。烦人的是，ESP32 的输出是 3.3v 而不是 5v。我在一块洞洞板上给 Arduino Nano ESP32 做了一块转接板，把一片 74HCT245 硬当作输出端的电平转换器，这样就足以从 3.3v 输入提供 5v 输出，不确定这有多正规。你可以在这里看到我定制的转接板：我最初用几个小步进电机加 A4988 驱动做了实验，这些是我拆掉那台 i3 克隆 3D 打印机时剩下的，我觉得它们本来也够用。但我还有一些闲置的 Leadshine easy servo，来自多年前买的、未完成的 CNC 迷你铣床项目。我原以为 Leadshine 伺服不行，因为我觉得干扰会扰乱编码器输入，但测试之后它们似乎没问题。而且它们功率更大、更好，所以我就用了它们。不过对于等离子切割机，我真不觉得需要高级伺服，切割负载基本为零，它就是个高级版的笔式绘图仪。Leadshine 的文档说它们至少需要 18v，但我手头只有一个 12v 电源，就试了试，似乎也没问题。后来我确实把伺服的错误报警输出接到了 FluidNC 的一个输入上，结果每次起弧它都会误触发（唉），所以我现在运行伺服时不接报警输入。反正这也不比我用开环步进电机差。我的运动平台由方管钢和 3D 打印件构成：用的是同一台 3D 打印机剩下的 GT2 皮带，以及打印的带轮。两个橙色零件中较大的那个打印了 36 小时，用了 700g 材料，是我迄今为止最大的 3D 打印件。全部用 ABS-GF 在 Bambu Studio 的“strength”设置下打印。“直线导轨”其实就是 608 轴承直接在方管钢上滚动。我没把任何一个做成可调的，但我应该这么做，因为它的间隙比我期望的略大。再说一遍，这对雕刻机来说远远不够，但对等离子切割机来说我觉得应该没问题。（缠在割炬导线上的铝箔是我用 FluidNC 之前做的一个屏蔽实验，没起作用，我只是还没把它拆下来）。为了触发等离子切割机的电弧，它有一个 2 针 GX16 接口，通常连接到割炬扳机。我把它接到一个由 FluidNC 控制的继电器上，这样我就能用 M3/M5 来开关它。（但注意，你需要给 FluidNC 一个非零的“主轴转速”，否则 M3 不会起任何作用，所以要习惯用“M3 S1”）。到这里，我就有了一个能用的 CNC 运动系统，配上一台可以从 CNC 控制触发的 HF start 等离子切割机。该切点东西了吧？不幸的是，我没有任何等离子切割经验，而且（我这辈子的老毛病）它比看起来要难。我反复调整气压、电流设置和进给率，就是无法在 4mm 钢板上切出干净的切口。这很令人失望，因为机器文档说它能切穿最厚 12mm 的钢板。但我试了一块 3mm 钢板，最初的测试切割效果好得多，于是我就试着切一个心形。（我让 ChatGPT 写了这段 gcode）。切到四分之三的时候，它把接线板的保险丝烧了，因为我愚蠢地把空压机和等离子切割机插在了同一个接线板上。哎！我把空压机换到另一个接线板上，然后一次就成功了，只不过切口下面积了很多熔渣：我用角磨机把这些清理掉，可以看到，沿着一个轴，我的机器切出的侧面很直，但在另一个轴上，斜切得相当严重：

（原文较长，此处译出前 6000 字，完整内容请点「打开原文」。）