Die Wahl der Steuerung für Schrittmotoren, Gravieren, Fräsen, Drehmaschinen, Schaumstoffschneider. CNC-Fräsmaschine mit Offline-Steuerung auf STM32 Offline-CNC-Steuerung

Unter der großen Vielfalt an Controllern suchen Anwender zum Selbstaufbau jene Schaltungen, die akzeptabel und am effektivsten sind. Es kommen sowohl einkanalige als auch mehrkanalige Geräte zum Einsatz: 3-Achs- und 4-Achs-Steuerungen.

Geräteoptionen

Mehrkanalsteuerungen von Schrittmotoren (Schrittmotoren) mit einer Größe von 42 oder 57 mm werden bei einem kleinen Arbeitsfeld der Maschine verwendet - bis zu 1 m. Bei der Montage einer Maschine mit einem größeren Arbeitsfeld - über 1 m , wird eine Größe von 86 mm benötigt. Es kann mit einem einkanaligen Treiber angesteuert werden (Steuerstrom größer 4,2 A).

Um eine Maschine mit numerischer Steuerung zu steuern, ist es insbesondere möglich, eine Steuerung zu verwenden, die auf der Grundlage spezieller Mikroschaltungen erstellt wurde - Treiber, die für Schrittmotoren bis 3A bestimmt sind. Die CNC-Steuerung der Maschine wird von einem speziellen Programm gesteuert. Es wird auf einem PC mit einer Prozessorfrequenz von über 1 GHz und einer Speicherkapazität von 1 GB installiert). Bei einem kleineren Volumen wird das System optimiert.

BEACHTEN SIE! Im Vergleich zu einem Laptop, dann beim Anschluss eines stationären Computers - die besten Ergebnisse und es ist billiger.

Wenn Sie den Controller an einen Computer anschließen, verwenden Sie den USB- oder LPT-Parallelanschluss. Wenn diese Ports nicht verfügbar sind, verwenden Sie Erweiterungskarten oder Konverter-Controller.

Ausflug in die Geschichte

Die Meilensteine ​​des technologischen Fortschritts lassen sich schematisch wie folgt beschreiben:

• Der erste Controller auf dem Chip wurde bedingt als "Blue Board" bezeichnet. Diese Option hat Nachteile und das Schema musste verbessert werden. Der Hauptvorteil besteht darin, dass es einen Anschluss gibt und das Bedienfeld daran angeschlossen wurde.
• Nach dem Blau erschien ein Controller, der als "rotes Brett" bezeichnet wurde. Es verwendete bereits schnelle (Hochfrequenz-) Optokoppler, ein 10-A-Spindelrelais, eine Leistungsentkopplung (galvanisch) und einen Anschluss, an dem Treiber für die vierte Achse angeschlossen werden würden.
• Ein anderes ähnliches Gerät mit einer roten Markierung wurde ebenfalls verwendet, jedoch vereinfachter. Mit seiner Hilfe war es möglich, eine kleine Desktop-Maschine zu steuern - unter den 3-Achsen-Maschinen.

• Der nächste technische Fortschritt war ein Controller mit galvanischer Trennung, schnellen Optokopplern und Spezialkondensatoren, der ein staubgeschütztes Aluminiumgehäuse besitzt. Anstelle eines Steuerrelais, das die Spindel einschalten würde, hatte das Design zwei Ausgänge und die Möglichkeit, ein Relais oder eine PWM-Geschwindigkeitssteuerung (Pulsweitenmodulation) anzuschließen.
• Für die Herstellung einer selbstgebauten Fräs- und Graviermaschine mit Schrittmotor gibt es jetzt Optionen - eine 4-Achsen-Steuerung, einen Schrittmotortreiber von Allegro, einen Einkanaltreiber für eine Maschine mit großem Arbeitsbereich.

WICHTIG! Überlasten Sie den Schrittmotor nicht, indem Sie große und hohe Geschwindigkeiten verwenden.

Schrott-Controller

Die meisten Heimwerker bevorzugen die Steuerung über den LPT-Anschluss für die meisten Steuerungsprogramme auf Amateurniveau. Anstatt zu diesem Zweck eine Reihe spezieller Mikroschaltkreise zu verwenden, bauen manche Leute einen Controller aus improvisierten Materialien - Feldeffekttransistoren von verbrannten Motherboards (bei einer Spannung von über 30 Volt und einem Strom von mehr als 2 Ampere).

Und seit eine Maschine zum Schneiden von Schaumstoff entwickelt wurde, verwendete der Erfinder Autoglühlampen als Strombegrenzer, und SD wurde aus alten Druckern oder Scannern entfernt. Ein solcher Regler wurde ohne Änderungen in der Schaltung eingebaut.

Um die einfachste CNC-Maschine mit Ihren eigenen Händen herzustellen, werden durch Demontage des Scanners neben dem Schrittmotor auch der ULN2003-Chip und zwei Stahlstangen entfernt, die zum Testportal gehen. Außerdem benötigen Sie:

• Karton (der Gerätekörper wird daraus zusammengesetzt). Eine Variante mit Textolite oder Sperrholzplatte ist möglich, aber Karton ist einfacher zu schneiden; Holzstücke;
• Werkzeuge - in Form von Drahtschneidern, Scheren, Schraubendrehern; Klebepistolen und Lötzubehör;
• eine Platinenoption, die für eine selbstgebaute CNC-Maschine geeignet ist;
• Anschluss für LPT-Port;
• eine zylinderförmige Buchse zum Anordnen einer Stromversorgung;
• Verbindungselemente - Gewindestangen, Muttern, Unterlegscheiben und Schrauben;
• Programm für TurboCNC.

Zusammenbau eines selbstgebauten Geräts

Nachdem die Arbeit an einer selbstgebauten CNC-Steuerung begonnen hat, besteht der erste Schritt darin, den Chip sorgfältig auf ein Steckbrett mit zwei Stromschienen zu löten. Als nächstes folgt die Verbindung des ULN2003-Ausgangs und des LPT-Anschlusses. Als nächstes werden die verbleibenden Schlussfolgerungen gemäß dem Schema verbunden. Der Null-Pin (25. paralleler Anschluss) ist mit dem negativen Pin des Leistungsbusses der Platine verbunden.

Dann wird der Schrittmotor mit dem Steuergerät verbunden und die Stromversorgungsbuchse mit dem entsprechenden Bus verbunden. Für die Zuverlässigkeit der Drahtverbindungen werden sie mit Heißkleber fixiert.

Es wird nicht schwierig sein, Turbo CNC anzuschließen. Das Programm funktioniert mit MS-DOS, es ist auch mit Windows kompatibel, aber in diesem Fall sind einige Fehler und Ausfälle möglich.

Indem Sie das Programm so einstellen, dass es mit der Steuerung zusammenarbeitet, können Sie eine Testachse erstellen. Die Reihenfolge der Aktionen zum Verbinden von Maschinen ist wie folgt:

• In drei Holzleisten werden Stahlstäbe in gleicher Höhe in Löcher gesteckt und mit kleinen Schrauben befestigt.
• SD wird mit der zweiten Stange verbunden, auf die freien Enden der Stangen gesteckt und mit Schrauben verschraubt.
• Eine Führungsschraube wird durch das dritte Loch geschraubt und eine Mutter wird platziert. Die in das Loch der zweiten Stange eingeführte Schraube wird bis zum Anschlag eingeschraubt, so dass sie nach dem Passieren dieser Löcher auf die Motorwelle hinausgeht.
• Als nächstes wird die Stange mit einem Stück Gummischlauch und einer Drahtklemme mit der Motorwelle verbunden.
• Zur Befestigung der Mutter sind zusätzliche Schrauben erforderlich.
• Der fertige Ständer wird ebenfalls mit Schrauben an der zweiten Stange befestigt. Die horizontale Ebene wird mit zusätzlichen Schrauben und Muttern eingestellt.
• Üblicherweise werden Motoren mit Steuerungen verbunden und auf korrekten Anschluss geprüft. Anschließend wird die Skalierung der CNC überprüft und das Testprogramm ausgeführt.
• Es bleibt, den Körper des Geräts herzustellen, und dies wird die letzte Phase der Arbeit derjenigen sein, die hausgemachte Maschinen herstellen.

Bei der Programmierung des Betriebs einer 3-Achsen-Maschine in den Einstellungen für die ersten beiden Achsen - keine Änderung. Aber bei der Programmierung der ersten 4 Phasen der dritten werden Änderungen eingeführt.

Beachtung! Wenn Sie das vereinfachte Diagramm des ATMega32-Controllers (Anhang 1) verwenden, können Sie in einigen Fällen auf eine falsche Verarbeitung der Z-Achse im Halbschrittmodus stoßen. Aber in der Vollversion seines Boards (Anhang 2) werden die Achsströme durch eine externe Hardware-PWM geregelt.

Fazit

In Steuerungen, die von CNC-Maschinen montiert werden - ein breites Anwendungsspektrum: in Plottern, kleinen Fräsmaschinen, die mit Holz- und Kunststoffteilen arbeiten, Stahlgravuren, Miniaturbohrmaschinen.

Auch in Plottern kommen Geräte mit axialer Funktionalität zum Einsatz, mit denen sich Leiterplatten zeichnen und herstellen lassen. Der Aufwand für die Montage durch Handwerker zahlt sich also beim künftigen Controller definitiv aus.

Für die Selbstmontage der Fräsmaschine müssen Sie eine CNC-Steuerung auswählen. Steuerungen sind als Mehrkanal erhältlich: 3- und 4-Achsen Schrittmotorsteuerungen, und Einkanal. Mehrkanal-Controller werden am häufigsten verwendet, um kleine Schrittmotoren der Größe 42 oder 57 mm (nema17 und nema23) zu steuern. Solche Motoren eignen sich zur Selbstmontage von CNC-Maschinen mit einem Arbeitsfeld von bis zu 1m. Bei der Selbstmontage einer Maschine mit einem Arbeitsfeld von mehr als 1m sollten Schrittmotoren der Größe 86mm (nema34) verwendet werden, um solche Motoren anzusteuern, benötigen Sie leistungsstarke Einkanaltreiber mit einem Steuerstrom von 4,2A oder mehr.

Zur Steuerung von Desktop-Fräsmaschinen sind beispielsweise Steuerungen auf Basis spezialisierter Mikrochip-Treiber zur Schrittmotorsteuerung weit verbreitet, TB6560 bzw A3977. Dieser Chip enthält einen Controller, der die richtige Sinuswelle für verschiedene Halbschrittmodi erzeugt und die Fähigkeit hat, die Wicklungsströme programmgesteuert einzustellen. Diese Treiber sind für den Betrieb mit Schrittmotoren bis 3 A, Schrittmotorgrößen NEMA17 42 mm und NEMA23 57 mm ausgelegt.

Controller-Verwaltung mit spezialisiertem oder oder Linux EMC2 und anderen, die auf einem PC installiert sind. Es wird empfohlen, einen Computer mit mindestens 1 GHz Prozessor und 1 GB Arbeitsspeicher zu verwenden. Ein Desktop-Computer liefert bessere Ergebnisse als Laptops und ist viel billiger. Darüber hinaus können Sie diesen Computer für andere Aufgaben verwenden, wenn er nicht mit dem Betrieb Ihrer Maschine beschäftigt ist. Bei der Installation auf einem Laptop oder PC mit 512 MB Speicher wird empfohlen, die .

Der parallele LPT-Anschluss dient zum Anschluss an einen Computer (bei einem Controller mit USB-Schnittstelle der USB-Anschluss). Wenn Ihr Computer nicht mit einem parallelen Anschluss ausgestattet ist (immer mehr Computer werden ohne diesen Anschluss auf den Markt gebracht), können Sie eine PCI-LPT- oder PCI-E-LPT-Anschlusserweiterungskarte oder einen speziellen USB-LPT-Controller-Konverter erwerben, der eine Verbindung herstellt den Computer über einen USB-Anschluss. .

Mit einer Desktop-Aluminium-Gravier- und Fräsmaschine CNC-2020AL, komplett mit einer Steuereinheit mit der Möglichkeit, die Spindeldrehzahl einzustellen, Abbildung 1 und 2, enthält die Steuereinheit einen Schrittmotortreiber auf einem TB6560AHQ-Chip, Schrittmotortreiber-Netzteile und ein Spindelnetzteil.

Bild 1

Figur 2

1. Eine der ersten CNC-Fräsmaschinensteuerungen auf Basis des TB6560-Chips erhielt den Spitznamen „Blue Board“, Bild 3. Diese Board-Option wurde in den Foren viel diskutiert, sie hat eine Reihe von Nachteilen. Der erste sind langsame PC817-Optokoppler, die beim Einrichten des MACH3-Maschinensteuerungsprogramms die Eingabe des maximal zulässigen Werts in den Feldern Step pulse und Dir pulse = 15 erfordern.Der zweite ist eine schlechte Anpassung der Optokopplerausgänge an die Eingänge des TB6560-Treiber, der durch die Fertigstellung der Schaltung gelöst wird, Abbildung 8 und 9. Drittens - Lineare Stromversorgungsregler der Platine und infolgedessen eine große Überhitzung, Schaltregler werden auf nachfolgenden Platinen verwendet. Viertens - das Fehlen einer galvanischen Trennung des Stromkreises. Spindelrelais 5A, was in den meisten Fällen nicht ausreicht und den Einsatz eines stärkeren Zwischenrelais erfordert. Zu den Vorteilen gehört das Vorhandensein eines Steckers zum Anschließen des Bedienfelds. Dieser Controller gilt nicht.

Figur 3

2. Die CNC-Maschinensteuerung kam nach dem „blauen Brett“ auf den Markt, das auch als rotes Brett bezeichnet wird, Bild 4.

Hier kommen eher hochfrequente (schnelle) 6N137 Optokoppler zum Einsatz. Spindelrelais 10A. Das Vorhandensein einer galvanischen Trennung für die Stromversorgung. Es gibt einen Stecker zum Anschließen des Treibers der vierten Achse. Praktischer Stecker zum Anschluss von Endschaltern.

Figur 4

3. Der mit TB6560-v2 gekennzeichnete Schrittmotorcontroller ist ebenfalls rot, aber vereinfacht, es gibt keine Leistungsentkopplung, Bild 5. Kleine Größe, aber dadurch ist auch die Größe des Kühlers kleiner.

Abbildung 5

4. Controller in einem Aluminiumgehäuse, Bild 6. Das Gehäuse schützt den Controller vor dem Eindringen von Staub von Metallteilen, es dient auch als guter Kühlkörper. Galvanische Leistungstrennung. Es gibt einen Anschluss für die Stromversorgung zusätzlicher Schaltkreise + 5 V. Schnelle Optokoppler 6N137. H Kondensatoren mit niedriger Impedanz und niedrigem ESR. Es gibt kein Steuerrelais zum Einschalten der Spindel, aber zwei Ausgänge zum Anschließen eines Relais (Transistor schaltet mit OK) oder PWM-Steuerung der Spindeldrehzahl. Beschreibung des Anschlusses der Relaissteuersignale auf der Seite

Abbildung 6

5. 4-Achsen-Controller des CNC-Fräsers, USB-Schnittstelle, Abbildung 7.

Abbildung 7

Diese Steuerung arbeitet nicht mit dem MACH3-Programm, sie wird mit einem eigenen Maschinensteuerungsprogramm geliefert.

6. CNC-Maschinensteuerung auf dem Schrittmotortreiber von Allegro A3977, Abbildung 8.

Abbildung 8

7. Einkanal-Schrittmotortreiber für CNC-Maschine DQ542MA. Dieser Treiber kann bei der Eigenfertigung einer Maschine mit einem großen Arbeitsfeld und Schrittmotoren für Ströme bis zu 4,2 A verwendet werden, er kann auch mit Nema34 86-mm-Motoren arbeiten, Bild 9.

Abbildung 9

Foto der Fertigstellung der blauen Schrittmotor-Steuerplatine auf dem TB6560, Abbildung 10.

Abbildung 10.

Diagramm zur Befestigung der blauen Stepper-Controller-Platine auf TB6560, Abbildung 11.

1. Aussehen des Vorstandes

1 - SLOT für SD-Karte;

2 - Startknopf;

3 - Joystick zur manuellen Steuerung;

4 - LED (für X- und Y-Achse);

5 LED (für Z-Achse);

6 - Schlussfolgerungen für den Spindel-Einschaltknopf;

8 - Ausgänge mit niedrigem Pegel (-GND);

9 - High-Level-Ausgänge (+5 V);

10 - Pins für 3 Achsen (Xstep, Xdir, Ystep, Ydir, Zstep, Zdir) je 2 Pins;

11 - Pins des LPT-Anschlusses (25 Pins);

12 - LPT-Anschluss (weiblich);

13 - USB-Anschluss (nur für Stromversorgung + 5 V);

14 und 16 - Spindelfrequenzsteuerung (PWM 5 V);

15 - GND (für Spindel);

17 - Ausgang für EIN und AUS der Spindel;

18 - Spindeldrehzahlregelung (analog von 0 bis 10 V).

Bei Anschluss an eine fertige Platine mit Treibern für eine 3-Achsen-CNC mit LPT-Ausgang:

Installieren Sie Jumper zwischen 10 Pins und 11 Pins.

Pins 8 und 9 von 11, sie werden benötigt, wenn zusätzliche Aktivierungs- und Deaktivierungspins für die Treiber zugewiesen werden (es gibt keinen bestimmten Standard, daher kann es eine beliebige Kombination sein, Sie finden sie in der Beschreibung oder durch Eingabe :) -)

Bei Anschluss an einzelne Treiber mit Motoren:

Setzen Sie Jumper zwischen den 10 Pins Step, Dir der "RFF"-Platine und Step, Dir Ihrer Treiber. (Vergessen Sie nicht, Treiber und Motoren mit Strom zu versorgen)

Schalten Sie "RFF" im Netzwerk ein. Zwei LEDs leuchten auf.

Setzen Sie eine formatierte SD-Karte in LOT 1 ein. Drücken Sie RESET. Warten Sie, bis die rechte LED aufleuchtet. (ca. 5 Sek.) Entfernen Sie die SD-Karte.

Darauf erscheint eine Textdatei mit dem Namen "RFF".

Öffnen Sie diese Datei und geben Sie folgende Variablen ein (hier in dieser Form und Reihenfolge):

Beispiel:

V=5 D=8 L=4.0 S=0 Richtung X=0 Richtung Y=1 Richtung Z=1 F=600 H=1000 UP=0

V - bedingter Wert von 0 bis 10 der Anfangsgeschwindigkeit während der Beschleunigung (Beschleunigung).

Befehlserklärungen

D - Pitch-Splitting-Einstellung bei Motortreibern (sollte bei allen drei gleich sein).

L ist die Länge des Durchgangs des Schlittens (Portal) bei einer Umdrehung des Schrittmotors in mm (sollte bei allen drei gleich sein). Führen Sie die Stange aus dem Griff anstelle des Messers ein und drehen Sie den Motor manuell um eine volle Umdrehung, diese Zeile ist der Wert L.

S - welches Signal schaltet die Spindel ein, wenn 0 bedeutet - GND, wenn 1 + 5 V bedeutet (Sie können empirisch wählen).

Dir X, Dir Y, Dir Z, die Bewegungsrichtung entlang der Achsen, kann auch empirisch durch Setzen von 0 oder 1 ausgewählt werden (wird im manuellen Modus deutlich).

F - Leerlaufgeschwindigkeit (G0), wenn F=600, dann beträgt die Geschwindigkeit 600 mm/s.

H - die maximale Frequenz Ihrer Spindel (wird benötigt, um die Spindelfrequenz mit PWM zu steuern, sagen wir, wenn H = 1000 und S1000 in den G-Code geschrieben ist, dann beträgt die Ausgabe bei diesem Wert 5 V, wenn S500 dann 2,5 V usw., Variable S im G-Code darf nicht größer als H in SD sein.

Die Frequenz an diesem Pin beträgt etwa 500 Hz.
UP - Steuerlogik des Schrittmotortreibers (es gibt keinen Standard, es kann sowohl high + 5V als auch low sein -) auf 0 oder 1 setzen. (bei mir funktioniert es trotzdem. -)))

Die Steuerung selbst

Siehe Video: 3-Achsen-CNC-Steuerplatine

2. Erstellung des Steuerprogramms (G_CODE)

Das Board wurde unter ArtCam entwickelt, daher muss das Steuerprogramm mit einer Erweiterung versehen werden. TAP (denken Sie daran, mm, nicht Zoll einzugeben).
Die auf der SD-Karte gespeicherte G-Code-Datei muss G_CODE heißen.

Wenn Sie eine andere Erweiterung haben, z. B. CNC, öffnen Sie Ihre Datei mit Notepad und speichern Sie sie als G_CODE.TAP.

x, y, z im G-Code müssen groß geschrieben werden, der Punkt muss ein Punkt sein, kein Komma, und sogar eine ganze Zahl muss mit 3 Nullen nach dem Punkt stehen.

Hier in dieser Form:

X5.000Y34.400Z0.020

3. Manuelle Steuerung

Die manuelle Steuerung erfolgt mit dem Joystick, wenn Sie die Variablen nicht in den Einstellungen gemäß Absatz 1, „RFF“-Tafel eingegeben haben
funktioniert nicht einmal im manuellen Modus!
Um in den manuellen Modus zu wechseln, drücken Sie den Joystick. Versuchen Sie jetzt, es zu verwalten. Blick von oben auf die Platine (SLOT 1 unten,
12 LPT-Anschluss oben).

Vorwärts Y+, rückwärts Y-, rechts X+, links X-, (wenn die Bewegung in den Einstellungen Dir X, Dir Y falsch ist, ändern Sie den Wert in das Gegenteil).

Drücken Sie den Joystick erneut. Die 4. LED leuchtet, dh Sie haben auf die Steuerung der Z-Achse umgeschaltet Joystick nach oben - Spindel
sollte Z+ nach oben gehen, Joystick nach unten - Z- nach unten (bei falscher Bewegung in den Dir Z-Einstellungen ändern Sie den Wert
zum Gegenteil).
Senken Sie die Spindel ab, bis der Fräser das Werkstück berührt. Drücken Sie die Starttaste 2, jetzt ist dies der Nullpunkt, von hier aus beginnt die Ausführung des G-Codes.

4. Offline-Betrieb (G-Code-Schneiden durchführen)
Drücken Sie die Taste 2 erneut und halten Sie sie leicht gedrückt.

Nach dem Loslassen der Taste beginnt die "RFF"-Platine mit der Steuerung Ihrer CNC-Maschine.

5. Pausenmodus
Taste 2 bei laufender Maschine kurz drücken, der Schnitt stoppt und die Spindel hebt sich 5 mm über das Werkstück. Jetzt können Sie die Z-Achse sowohl nach oben als auch nach unten steuern, haben Sie keine Angst, auch nur in das Werkstück einzutauchen, denn nach erneutem Drücken der Taste 2 wird das Schneiden ab dem angehaltenen Wert entlang Z fortgesetzt. Im Pausenzustand Aus- und Einschalten verfügbar ist die Spindel mit Taste 6. X- und Y-Achsen im Pause-Modus können nicht gesteuert werden.

6. Notstopp der Arbeit, wenn sich die Spindel auf Null bewegt

Wenn Sie Taste 2 während des autonomen Betriebs lange gedrückt halten, hebt sich die Spindel 5 mm über das Werkstück, lassen Sie die Taste nicht los, 2 LEDs beginnen abwechselnd zu blinken, die 4. und 5., wenn das Blinken aufhört, lassen Sie die Taste los und die Spindel bewegt sich zum Nullpunkt. Durch erneutes Drücken der Taste 2 wird der Job ab dem Anfang des G-Codes ausgeführt.

Unterstützt Befehle wie G0, G1, F, S, M3, M6 zur Steuerung der Spindeldrehzahl Es gibt separate Ausgänge: PWM von 0 bis 5 V und der zweite analog von 0 bis 10 V.

Akzeptiertes Befehlsformat:

X4.000Y50.005Z-0.100 M3 M6 F1000.0 S5000

Zeilen müssen nicht nummeriert werden, Leerzeichen sollten nicht gesetzt werden, F und S sollten nur beim Wechseln angegeben werden.

Kleines Beispiel:

T1M6 G0Z5.000 G0X0.000.000S50000M3 G0X17.608Y58.073Z5 G1Z-0.600F1000.0 G1X17.606Y58.132F17.599Y58.363 x17.597YA58.476 X17.603Y58.7057 X18.6057

Demonstration des RFF-Controllers