操作指南

如何为 Arduino CNC 机床编程

要为 Arduino CNC 机床硬件编程，需要按顺序完成三件事：烧录控制器、正确设置运动参数、生成机床能安全执行的 G 代码。本指南涵盖接线、GRBL 1.1 设置，以及防止断刀的首刀检查。

GRBL 1.1Arduino Uno步骤 3-8首刀检查

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快速解答

先烧录再接线仅连接 USB 上传 GRBL，然后再接驱动器和电机。

先设每毫米步数根据丝杠螺距和细分设置 $100-$102，否则每次移动尺寸都不对。

不装刀具试运行首次运行 G 代码时关闭主轴，并将 Z 轴抬高 20 mm。

最后调加速度先将 $120-$122 设低，逐步提高直到电机失步，再回退 20%。

开始之前

Arduino CNC 搭建是一套小型运动系统：控制器板、步进驱动器、步进电机、电源，以及主轴或刀具。Arduino 运行固件（通常是 GRBL），通过串口读取 G 代码，并将每行转换为驱动器的步进和方向脉冲。

GRBL 是固定固件，不是需要从零编写的编程语言。烧录一次后，通过 EEPROM 中保存的设置改变行为。因此本指南大部分内容是关于配置，而非编写 sketch。

适用板卡：Arduino Uno 配 GRBL 1.1，或引脚兼容板如 CNC Shield v3。步进驱动器通常为 A4988、DRV8825 或 TMC2209。TMC2209 运行更安静，能稳定处理 1/16 细分，这对小型雕刻机很重要。

电源选型常出错。将所有步进电机的额定电流相加，再加 30% 余量。三轴、1.5 A 电机的搭建至少需要 24 V、6 A 电源。欠压表现为丢步，而非明显故障。

接线与烧录

分阶段接线。第一阶段仅 USB：将 Arduino 连接 PC，确认其显示为 COM 端口。第二阶段在电机电源关闭时添加驱动器，以便无风险检查细分跳线位置。

第三阶段添加电机。保持电源关闭，用手转动每个电机轴。应能自由旋转。若通电前感觉有顿挫，说明线圈通过驱动器短路，驱动器很可能已损坏。

第四阶段是主轴或继电器。使其与步进电机分开供电。有刷主轴与步进电机共用电源轨产生的噪声，是加工中途随机复位的常见原因。

烧录 GRBL 很简单。打开 Arduino IDE，加载 GRBL sketch，选择板卡和端口，然后上传。上传期间不要连接电机电源。上传后，以 115200 波特率打开串口监视器并发送问号。返回状态行说明固件正常运行。

参数设置

每毫米步数（$100、$101、$102）设定某轴移动 1 mm 所需的脉冲数。计算方法：电机每转步数乘以细分，再除以丝杠螺距（mm）。200 步电机、1/16 细分、5 mm 螺距丝杠：200 x 16 / 5 = 640 步/毫米。

若数值错误，机床仍会移动和切削，只是尺寸不对。50 mm 测试方块测得 63 mm，说明每毫米步数约低了 20%。

最大速率（$110-$112）是各轴最快移动速度。小型雕刻机 X、Y 轴从 2,000 mm/min 开始，Z 轴从 500 mm/min 开始。加速度（$120-$122）控制达到该速度的快慢。从 100 mm/s² 开始，缓慢提高。

最大行程（$130-$132）防止机床撞入自身框架。测量实际可用行程，然后两端各减去 5 mm。这一设置比任何其他设置都能减少断刀。

G 代码

实际零件很少手写 G 代码。在 CAD 中设计，然后使用 CAM（如 Fusion 360、Carbide Create，2D 工作可用 Inkscape）。CAM 步骤选择刀路、进给率和切削深度，然后导出 .nc 文件。

后处理器必须与固件匹配。GRBL 与 Mach3 或 LinuxCNC 并不相同。选错后处理器会生成 GRBL 拒绝的圆弧和固定循环，任务在第 12 行停止。

运行前先读前 30 行。检查单位指令、工件偏置和主轴转速。若出现 G20 而 CAM 设置为毫米，机床将多走 25.4 倍距离。

小型 Arduino 雕刻机的进给和转速应保守。铝材中，6 mm 两刃立铣刀、12,000 rpm 约 800-1,200 mm/min，切削深度 0.5 mm。MDF 中，同刀具可 2,000 mm/min、切深 3 mm。

操作步骤

1
步骤 1：烧录 GRBL仅连接 USB。通过 Arduino IDE 上传 GRBL 1.1。以 115200 波特率打开串口。发送 ? 并确认收到状态报告。
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步骤 2：设置每毫米步数对于 5 mm 螺距丝杠、1/16 细分，发送 $100=640、$101=640、$102=640。根据实际丝杠和细分重新计算。
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第 3 步：设置行程限位将实测行程每端减去 5 mm 后填入 $130、$131、$132。这样机床在撞到机架前就会限位。
4
第 4 步：设置速率和加速度先设 $110=2000、$111=2000、$112=500，$120-$122=100。以 50 mm/s² 为步进提高加速度，直到电机失步，然后降低 20%。
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第 5 步：验证方向用 G91 G0 X10 让各轴点动 10 mm。如果方向相反，就反转 $3 中的方向位。不要通过重新接线来修正方向。
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第 6 步：空走不装刀具、Z 抬高 20 mm 加载程序。以 50% 进给倍率观察整条刀路。这里撞机不产生任何成本。
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第 7 步：切测试方块在废料上按实际切深切一个 50 mm 方块。测量它。按实测比例调整每毫米步数，再切一次。
8
第 8 步：设工件零点并运行在毛坯角上设 G54 零点，在顶面碰 Z 对刀，装好吸尘罩后以 100% 进给运行程序。

参考

选择与你的机床尺寸和所需公差相匹配的选项。