制作指南

如何制作 Arduino CNC 铣床：8 个经过验证的步骤

搭建一台基于 GRBL、三个步进驱动器和 24 V 电源的 Arduino CNC 铣床。本指南面向需要真实数据的制作者：轴行程、步/毫米、电机电流、加速度，以及在 6061 和 POM 上的首次切削。

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GRBL 1.1先做三轴24 V / 48 V台面目标 ±0.05 mm

本页内容

本文内容

1
要点速览
2
先选机架，再买电机
3
电机、驱动器与实际所需扭矩
4
Arduino、GRBL 与限位开关接线
5
Arduino CNC 铣床做不到的事
6
分步操作：从零件到首次切削
7
常用材料的起始参数

先读这一节

要点速览

先做机架，最后做电气刚性决定精度。刚性好的机架配慢速电机，切削效果优于反过来。

一次预算一个轴三轴布局覆盖大多数首次搭建。基础稳定后再加转台。

GRBL 需要 32 位或快速 8 位Uno 可用，但 32 位板能承受更高步进频率而不丢步。

预期 ±0.05 mm，而非 ±0.005 mm业余机架会变形。紧公差加工仍应交给量产 VMC。

机械布局

先选机架，再买电机

Arduino CNC 铣床的刚性取决于承载主轴的龙门。2020 或 2040 型材的 V-slot 铝型材是常见起点，因为无需焊接即可螺栓连接，400 mm 跨度内方正度约 0.2 mm。钢板龙门更刚，但需要台钻和找正端面的方法。

算出实际需要的行程。300 × 200 × 80 mm 的工作范围可覆盖大多数原型支架、小面板和壳体板。X 行程每多 100 mm 都会增加龙门质量，原本轻松驱动 300 mm 轴的步进电机在 500 mm 时会开始丢步，除非升级机架规格。

Z 轴是大多数首次搭建丢失精度的地方。短 Z 立柱、80–120 mm 行程，主轴在刀柄允许范围内尽量靠近龙门安装，能大幅减少颤振。长 Z 板像杠杆，会在深腔上表现为锥形壁。

为垫板和压板留出空间。Z 向减去 20 mm 工装板，再减去 10 mm 刀具伸出。忘记这一点的制作者，100 mm 轴只剩 40 mm 可用 Z，连 6 mm 立铣刀都夹不住。

1
导轨跨度超过 200 mm 时，MGN12 或 MGN15 直线导轨优于无支撑光轴。
2
滚珠丝杠1605 轧制滚珠丝杠，C7 级，对台面机足够。
3
垫板18 mm MDF，两面铣平，装配后表面再加工。

传动系统

电机、驱动器与实际所需扭矩

1.9–3.0 N·m 的 NEMA 23 步进电机驱动大多数业余铣床。0.4 N·m 的 NEMA 17 能带动轻型 3018 式机架，但把 6 mm 立铣刀压进铝时会堵转。按运动质量匹配扭矩，而不是按支架能装下的最大电机。

驱动器电流设为电机额定值的 70–80%。3.0 A 电机在 DM542 或 TB6600 上跑 2.1–2.4 A。更高电流换来一点扭矩和大量热量，电机变软，长任务中步距会漂移。

细分是取舍。1/8 细分在 1605 滚珠丝杠上运动平滑，200 步电机即每转 1600 步。1/16 细分分辨率翻倍，但可用扭矩减半，并提高 Arduino 必须产生的步进频率。对切削金属的 Arduino CNC 铣床，1/8 是更稳妥的默认值。

X、Y 用同步带传动更便宜更快，但切削负载下同步带会拉伸。若用 GT2 或 GT3 同步带，行程保持在 600 mm 以内，用张力计调到约 50–60 Hz，并预期前 10 小时后重新张紧。

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电源NEMA 17 搭建用 24 V 10 A，NEMA 23 用 36–48 V。
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联轴器刚性或 Oldham 联轴器，Z 轴绝不用弹性弹簧型。
3
接线屏蔽电机电缆，屏蔽层仅在驱动器端接地。

电子

Arduino、GRBL 与限位开关接线

Uno 加 CNC 扩展板跑 GRBL 1.1 是标准入门方案。扩展板将 X、Y、Z 的步进和方向映射到 D2–D7，使能接 D8，三个限位输入接 D9、D10、D11。步进电机线远离限位开关线，否则你会花一个周末排查幽灵触发。

限位开关应为常闭，每轴串联，若板子没有上拉则通过 10 kΩ 上拉电阻接 5 V。GRBL 默认常开，必须反转引脚掩码，设 $5=1，否则机器拒绝回零。

急停不是可选项。将自锁蘑菇开关串在使能线上，故障时切断驱动器，而不是依赖软件。软件停止只在板子还活着时有效。

若主轴是碳刷修边机，在每个限位输入上并 100 nF 电容。碳刷噪声耦合进开关电缆，会在切削中表现为随机硬限位。

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主轴控制通过继电器或 0–10 V 模块做 PWM，绝不要直接从 Arduino 引脚输出。
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切削液台面机加工铝，吹气足够。

限制

Arduino CNC 铣床做不到的事

铝型材加轧制滚珠丝杠的台面机，状态好时约 ±0.05 mm，计入热漂移和刀具磨损后为 ±0.1 mm。这对支架、工装夹具、原型板和壳体板没问题。对轴承内孔、密封面或任何标 ±0.005 mm 的零件不行。

步进频率是第二道墙。16 MHz 的 8 位 Arduino 跑 GRBL 约 30 kHz，在 320 步/mm 下快速移动上限接近 5,600 mm/min。切削足够，但限制了大零件上特征间的移动速度。

主轴还没到功率极限，颤振就先出现了。在 V 型槽龙门上用 6061 切 2 mm 切深，即使电机还有扭矩余量，也会啸叫并留下较差的侧壁表面。减小切深、缩短刀具伸出，或接受较慢的加工。

当零件需要 ±0.005 mm、Ra 0.8–1.6 μm 和可追溯的检测报告时，这类活应放到量产型立式加工中心上。钜亮五金（GreatLight）运行 127 台高精度 CNC 设备，包括 16 台同步五轴加工中心，公差 ±0.005 mm，出货前 100% 检测。承载装配的零件走这条路。

1
台面机保留用于原型、治具、面板、工装板、单件支架。
2
外发加工轴承配合、密封面、螺纹孔、批量生产。
3
混合流程自己切几何形状，关键特征再外发加工到公差。

构建顺序

分步操作：从零件到首次切削

按此顺序执行。跳过找方步骤是新机组切削出现锥度的最常见原因。

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1. 在平面上找方机架底座和龙门先松装，夹到花岗岩平板或已知平整的台面上，测量对角线。调整到两条对角线相差不超过 0.1 mm，然后按交叉顺序拧紧。
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2. 安装导轨并检查直线度沿每根导轨打表。300 mm 内偏差控制在 0.03 mm 以下。低点处用 0.05 mm 黄铜片垫高，不要靠过度拧紧螺栓。
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3. 安装滚珠丝杠和联轴器丝杠端部轴向窜动调到 0.02 mm 以内。手动全程旋转每根丝杠；有发紧点说明轴承座不对中，不是丝杠有问题。
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4. 接驱动器、Arduino 和限位驱动器电流设为电机额定值的 70–80%，细分设为 1/8。信号线离电机电源线至少 50 mm，必须交叉时按 90° 走线。
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5. 烧录 GRBL 并设置行程把 $130、$131、$132 设为实际行程（mm），$100–$102 设为算出的 steps/mm。1605 丝杠、1/8 细分、200 步电机，即 1600 / 5 = 320 steps/mm。
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6. 回零并调加速度从 $120–$122 = 100 mm/s² 开始，每次加 50 mm/s² 直到丢步，然后回退 30%。多数台面机稳定在 200 到 500 mm/s² 之间。
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7. 铣平垫板用 6 mm 平底立铣刀铣 MDF，8,000 rpm、600 mm/min、0.3 mm 切深。这样工作台与主轴平行，而不是与地面平行。
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8. 先用 POM 切测试件，再切 6061POM 用 12,000 rpm、800 mm/min、1 mm 切深。然后 6061 用 10,000 rpm、400 mm/min、0.5 mm 切深，吹气冷却。改任何参数前先测量零件。

参考

常见材料的起始参数

台面机配 1.5 kW 或 800 W 主轴，6 mm 两刃硬质合金立铣刀，1/8 细分。

材料	主轴转速	进给	切深
POM（Delrin）	12,000 rpm	800 mm/min	1.0 mm
ABS / 亚克力	14,000 rpm	900 mm/min	0.8 mm
6061 铝	10,000 rpm	400 mm/min	0.5 mm
7075 铝	8,000 rpm	300 mm/min	0.3 mm
黄铜 C36000	9,000 rpm	250 mm/min	0.3 mm
1018 钢	不建议	—	—