GRBL如何对刀

对于购买和使用入门级 CNC雕刻机的使用者来说，probing可能会让人产生许多疑问，因为入门级 CNC雕刻机的硬体和软体都未必内建 probing功能。Probing究竟是什么呢？Probing就 CNC雕刻机利用一个 probe(探针 )去探测一个工件 (workpiece)的位置。最简单的 Z轴 probing，雕刻机就可以自动探测到工件表面 (surface)的位置，并把这个位置设置成 Z轴的零。这样子 对好刀之后，你雕刻的深度才有保证。

在未有自动化的 Z-probing之前，一般人是如何对刀的呢？很多教学都会叫你拿一张纸，放在雕刻刀和工件之间，如果纸张可以自由移动，就是未够贴近，可以把雕刻刀再降低一些，直到纸张仅仅不能移动，就把这位置设成 Z轴的零 (通常雕刻机控制软体都有 Zero Z/ResetZero这样的一个按钮 )。

那 GRBL的 Z-probing是如何做到全自动的呢？GRBL把 Arduino的 A5pin专门留给 probing使用。如果是预设状态的话 ($6=0)，A5pin平常处于高电位水平 (HIGH)，而当 A5的讯号变为 LOW的时候 (一般而言，把 A5 接地就会变为 LOW了 )，GRBL就知道对刀动作完成了。

接线方面，一般就会把 Arduino的 GND接到刀具上，然后 A5就接到一片金属造的对刀块。开始时先把对刀块放到刀具的下方，然后启动对刀程序。刚开始时两者是没有接触的，所以没有通电。刀具会缓缓下降，直到接触到对刀块，两者通电，A5的讯号由 HIGH变为  LOW，令 GRBL知道对刀完成，程式就会把当时 Z轴的位置设成零。

使用上面这种方法对刀时，大家要特别留意一下雕刻刀导不导电。虽说我未曾遇到过唔导电的雕刻刀，但据说某些雕刻刀的 coating是不导电的。使用了不导电的雕刻刀去对刀的话，对刀程序是不会自动停止的，这样很可能会损害刀具、工件和雕刻机。

实际使用上，市面有一些十分便宜的接触式对刀块，只要买回来，插到 GRBLcontroller上面就能用。部分雕刻机控制软体 (Gcodesender)，例如 UniversalGCodeSender(简称 UGCS)，本身内建了对刀的模组，只要设定好对刀块的厚度和对刀时刀具运行的 距离和方向，就能立即使用对刀功能 

另外一些雕刻机控制软体，例如我最喜爱的 Candle，它的自动对刀按钮是要自行输入Gcode命令的，这时我们就要学一点点 Gcode了。对刀用的 Gcode命令就是 G38.2(probetowardworkpiece，stoponcontact)。

G90G21G38.2Z-50F100;        
G92Z1.6;        
G0Z20;

上面的三行 Gcode是我购买那个便宜对刀块时，店家给的用来对刀的 Gcode码，让我们看看它们代表什么。第一行的 G90是使用绝对座标，G21是指单位用 mm，G38.2就是对刀，其后的 Z-50指明了方向和距离，之后的 F100就是 feedrate，即 是行进的速度。这一行的命令是会进行到有接触为止 (stoponcontact)。

当第一行命令执行完成之后，刀具是会停留在接触点那个位置的，这时会执行第二行的命令。G92就是原点设定，就是一般我们按 ZeroZ时所执行的命令。其后的 Z1.6，就是指定现在的 Z位置是 1.6。那为什么不是零呢，而是 1.6呢？因为这个 1.6就 是对刀块的厚度，要减去对刀块的厚度，才会是工件的表面的位置。

最后的第三行，就是快速移动 (G0)到 Z20的位置。

Candle—Settings

当然，以上只是店家的建议，例如我的小型雕刻机，Z轴的行程没有那么大，所以我就改为 G0Z5。又例如我觉得用相对座标 G91比较好。

G91G21G38.2Z-50F100;        
G92Z1.6;        
G0Z5;

也有人会连续做两次对刀，第一次行得快一点 (F100)，完成之后只退后一点点 (例如 2mm，G0Z2)，再用慢速进行第二次对刀 (F10)。

G91G21G38.2Z-30F100;        
G92Z1.6;        
G0Z2;        
G91G21G38.2Z-10F10;        
G92Z1.6;        
G0Z20;

有人认为这样用慢速进行第二次对刀会准确一点 (当然你可以第一次就用超慢速，但可能你对一次刀要用几分钟，哈哈哈 )。但以我个人的经验，用 F100对一次就很准了。可能因为我自己以雕木为主，对准确度的要求没有那么的高。如果是雕 PCB的话，对准确度的 要求就会高一点。

既然有了 Z-probing，那有没有 X轴和 Y轴的 probing呢？当然是有的，不过 X轴和 Y轴天生有一个问题，就是不像 Z轴可以轻易的把对刀块放上去，因为工件的另外两个平面都垂直的。

市面上也有一些很聪明的角位对刀块，可以于在工件的角位上，以方便一次过做齐 X/Y/Z的 probing。不过这些对刀块都很难买得到，自己动手做也不那么容易。

于是，就有人想出了世界上最便宜的对刀块，就是可导电的胶纸。例如上面这种铜的胶纸，我淘回来也不用十块钱一卷，有 30米长，够用很久的了。(也有人会用锡纸，但钖纸本身无黏力，个人觉得比较麻烦 )

胶纸可以直接贴在工件的边缘，一般我自己会在最后接叠成一个尾巴，以方便用鳄鱼夹夹住。

按照上图的情况，我自己对刀用的 Gcode便会如下：

G91G21G38.2X50F100;(向 X为正的方向对刀，最多行 50mm)        
G92X-1.1; (图中单刃铣刀半径是 1mm，加上胶纸的厚度，所以是 1.1mm)        
G0X-2;(在 X轴的方向往后退一点点 )        
G0Z5;(刀具升高到我的安全距离 5mm)        
G0X0;(刀具行进到 X0的位置 )

使用 X/Y轴的 probing的时候，除了要减去对刀块的厚度 (用铜胶纸的话，就是 0.1mm)，也记得要减去刀刃的半径。因为很可能你每次使用的刀具的半径都不一样，所以每次换刀之后也要注意一下要不要修改对刀用的 Gcode，或在对刀程序设定好刀具 的半径。

我用开的 Candle软体可以设定 4个 custombuttons，所以我也习惯把对刀用的 Gcode储存到 custombuttons里面。

使用 X/Y轴 probing的时候，必须使用圆枉体形状的刀具，例如铣刀。其他形状，例如平底尖刀，它刀尖的半径是会变化而且不规则的，对刀得出来的数据并不可靠。

做 X/Yprobing的时候，不只可以寻找边缘，其实亦可以寻中心点的。例如 SourceRabbitG-codeSender，就内建了自动寻找中心点的功能。不过，如果你不介 意自己用人手去计算的话，其实自己用 Gcode去 probe两边加埋再除二其实也很简单。

除了把铜胶带直接贴在工件上，我也会把它贴在定位块上。这样铜胶带可以重覆使用，也不用每次雕刻都要贴一次。而且有些工件，例如 1mm厚的木板，也不适合在边缘贴上铜胶带。

Probing其实亦唔止係找到工件的位置咁简单。许多进阶的 CAM软体，都有 autoleveling的功能，可以自动把水平的刀路 map到放置得不水平的工件上 (常用于 PCB雕刻 )。做 autoleveling时 CAM软体就会多点取样工件的表面，再 按得到的数据去重新计算刀路。

例如上面的这个 Estlcam软体，更可以把平面的刀路，map到滑鼠这样的曲面上呢。

自从 GRBL支援了 probing之后，probing再也不是遥不可及的了。现在差的，就是各大 Gcodesender加强对 probing的支援。