Выбор контроллера управления шаговыми двигателями, гравировальными, фрезерными, токарными станками, пенорезками. Выбор контроллера управления шаговыми двигателями, гравировальными, фрезерными, токарными станками, пенорезками Автономный контроллер для чпу

1. Внешний вид платы

1 - СЛОТ для SD карты;

2 - кнопка пуск;

3 - джойстик ручного управления;

4 - светодиод (для осей X и Y);

5 светодиод (для оси Z);

6 - выводы для кнопки включения шпинделя;

8 - выводы низкого уровня (-GND);

9 - выводы высокого уровня (+5v);

10 - выводы на 3 оси (Xstep, Xdir, Ystep, Ydir, Zstep, Zdir) по 2 вывода на каждый;

11 - выводы LPT разъема (25 пинов);

12 - LPT разъем (мама);

13 - USB разъем (только для питания +5v);

14 и 16 - управление частотой шпинделя (ШИМ 5 в);

15 - GND (для шпинделя);

17 - вывод для ВКЛ и ВЫКЛ шпинделя;

18 - управление частотой оборотов шпинделя (аналог от 0 до 10 в).

При подключении к готовой плате с драйверами для 3-х осевого ЧПУ на которой есть LPT выход:

Установите перемычки между 10 выводами и 11 Выводами.

8 и 9 выводы с 11, они нужны если для драйверов выделены дополнительные пины включения и отключения (нет определенного стандарта поэтому это могут быть любые комбинации, найти их можно в описании,или методом тыка:) -)

При подключении к отдельным драйверам с моторами:

Установите перемычки между 10 выводами Step, Dir платы "RFF" и Step, Dir ваших драйверов. (не забудьте к драйверам и моторам подать питание)

Включите "RFF" в сеть. Загорятся два светодиода.

Вставьте отформатированную SD карту в ЛОТ 1. Нажмите на RESET. Подождите, пока загорится правый светодиод. (Примерно 5 сек) Вытащите SD карту.

На ней появится текстовый файл с именем "RFF".

Откройте этот файл и введите следующие переменные (Вот в таком виде и последовательности):

Пример:

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

V - условное значение от 0 до 10 начальной скорости при разгоне (акселерации).

Пояснения по командам

D - дробление шага, установленное на драйверах моторов (на всех трех должно быть одинаковое).

L - длина прохождения каретки (портала), при одном обороте шагового двигателя в мм (на всех трех должно быть одинаковое). Вставьте вместо фрезы стержень от ручки и вручную прокрутите мотор один полный оборот, эта линия и будет значение L.

S - какой сигнал включает шпиндель, если 0 значит - GND если 1 значит +5v (можно подобрать опытным путем).

Dir X, Dir Y, Dir Z, направление движения по осям, тоже можно подобрать опытным путем, устанавливая 0 или 1 (станет понятно в ручном режиме).

F - скорость при холостом ходе (G0), если F=600, то скорость 600мм/сек.

H - максимальная частота вашего шпинделя (нужна для управления частотой шпинделя с помощью ШИМ, допустим если H=1000, а в G-коде прописано S1000 то на выходе при таком значении будет 5v, если S500 то 2.5 v и т.д., переменная S в G-коде не должна быть больше переменной H на SD.

Частота на этом выводе около 500 Гц.
UP - логика управления драйверами ШД, (нет стандарта, может быть как высоким уровнем +5V, так и низким -) установите 0 или 1. (у меня работает в любом случае. -)))

Сам контроллер

См. видео: плата упарвления с 3-х осевым ЧПУ

2. Подготовка управляющей программы (G_CODE)

Плата разрабатывалась под ArtCam, поэтому Управляющая программа должна быть с расширением. TAP (не забудьте поставить в мм, а не в дюймах).
Сохраненный на SD карте файл с G-кодом должен быть с именем G_CODE.

Если у вас другое расширение, например CNC, то откройте свой файл с помощью блокнота и сохраните его в следующем виде G_CODE.TAP.

x, y, z в G-коде должны быть с большой буквы, точка должна быть точкой, а не запятой и даже целое число должно быть с 3-мя нулями после точки.

Вот в таком виде:

X5.000Y34.400Z0.020

3. Ручное управление

Ручное управление осуществляется с помощью джойстика, если вы не ввели переменные в настройках указанные в пункте 1, плата "RFF"
работать не будет даже в ручном режиме!!!
Для перехода в ручной режим необходимо нажать на джойстик. Теперь попробуйте управлять им. Если смотреть на плату сверху (СЛОТ 1 внизу,
разъем 12 LPT наверху).

Вперед Y+, назад Y-, вправо X+, влево X-, (при неправильном ходе в настройках Dir X, Dir Y, поменяйте значение на противоположное).

Нажмите на джойстик еще раз. Загорится 4 светодиод, значит, вы перешли на управление осью Z. Джойстик вверх - шпиндель
должен подниматься Z+, джойстик вниз - опускаться Z- (при неправильном ходе в настройках Dir Z поменяйте значение
на противоположное).
Опустите шпиндель, чтобы фреза дотронулась до заготовки. Нажмите на кнопку 2 пуск, теперь это нулевая точка отсюда начнется выполнение G-кода.

4. Автономная работа (Выполнение Резки по G-коду)
Нажмите на кнопку 2 еще раз, с небольшим удержанием в нажатом состоянии.

После отпускания кнопки плата "RFF" начнет управлять вашим ЧПУ станком.

5. Режим паузы
Кратковременно нажмите на кнопку 2 при работе станка, выполнение резки прекратится и шпиндель поднимется на 5мм над заготовкой. Теперь можно управлять осью Z как вверх так и вниз, не бояться даже углубиться в заготовку, так как после повторного нажатия кнопки 2, резка продолжится с приостановленного значения по Z. В состоянии паузы доступно отключение и включение шпинделя кнопкой 6. Осями X и Y в режиме паузы управлять не получится.

6. Экстренная остановка работы с выездом шпинделя на ноль

Продолжительно удерживая кнопку 2 при автономной работе, шпиндель поднимется на 5 мм над заготовкой, не отпускайте кнопку, начнется попеременное мигание 2-х светодиодов, 4-го и 5-го, когда мигание прекратится, отпустите кнопку и шпиндель переместится на нулевую точку. Повторное нажатие кнопки 2 приведет к выполнению работы с самого начала G-кода.

Поддерживает такие команды, как G0, G1, F, S, M3, M6 для управления частотой вращения шпинделя есть отдельные выводы: ШИМ от 0 до 5 в и второй аналоговый от 0 до 10 в.

Принимаемый формат команд:

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

Строки нумеровать не надо, пробелы ставить не надо, указывать F и S только при изменении.

Небольшой пример:

T1M6 G0Z5.000 G0X0.000Y0.000S50000M3 G0X17.608Y58.073Z5.000 G1Z-0.600F1000.0 G1X17.606Y58.132F1500.0 X17.599Y58.363 X17.597Y58.476 X17.603Y58.707 X17.605Y58.748

Демнострация работы контроллера RFF

Среди большого разнообразия контроллеров, пользователи ищут для самостоятельной сборки те схемы, которые будут приемлемы и наиболее эффективны. Применяются и одноканальные устройства и многоканальные: 3-х и 4-х осевой контроллеры.

Варианты устройств

Многоканальные контроллеры ШД (шаговых двигателей) при типоразмерах 42 или 57 мм используется в случае небольшого рабочего поля станка – до 1 м. Когда собирают станок большего рабочего поля – свыше 1м, нужен типоразмер 86 мм. Управлять ним можно, пользуясь одноканальным драйвером (ток управления, превышающий 4,2 А).

Управлять станком с числовым программным управлением, в частности, можно контроллером, созданным на базе специализированных микросхем –драйверов, предназначенных к применению для ШД до 3А. Контроллер ЧПУ станка управляется спецпрограммой. Ее устанавливают на ПК, имеющий частоту процессора свыше 1GHz, а объем памяти 1 Гб). При меньшем объеме, систему оптимизируют.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Если сравнивать с ноутбуком, то в случае подключения стационарного компьютера – лучшие результаты, да и обходится он дешевле.

Подключая контроллер к компьютеру, используют USB или разъем параллельного порта LPT. Если этих портов нет, то пользуются платами-расширителями или контроллерами-преобразователями.

Экскурс в историю

Вехи техпрогресса схематически можно обозначить так:

• У первого контроллера на микросхеме был условно назван «синей платой». У этого варианта есть недостатки и схема требовала доработки. Главное достоинство – есть разъем, к нему и подключали пульт управления.
• Вслед за синим, появился контроллер, называемый «красной платой». В нём уже использовались быстрые (высокочастотные) оптроны, реле шпинделя на 10А, развязка по питанию (гальваническая) и разъем, куда бы подключались драйверы четвертой оси.
• Применялось также еще одно подобное устройство с красной маркировкой, но более упрощенное. При его помощи можно было управлять небольшим станком настольного типа – из числа 3-осевых.

• Следующим в линейке техпрогресса стал контроллер с гальванической развязкой по питанию, быстрыми оптронами и особыми конденсаторами, имеющий алюминиевый корпус, который обеспечивал защиту от пыли. Вместо реле управления, которое включало бы шпиндель, в конструкции было два выхода и возможность, чтобы подключить реле или ШИМ (широтно-импульсная модуляция) управление скоростью вращения.
• Сейчас же для изготовления самодельного фрезерно-гравировального станка, имеющего ШД, есть варианты – 4-х осевой контроллер, драйвер ШД от Allegro, одноканальный драйвер для станка, имеющего большое рабочее поле.

ВАЖНО! Не стоит перегружать ШД, применяя крупную и большую скорость.

Контроллер из подручных материалов

Большинство умельцев предпочитают управление через LPT порт для большинства программ управления любительского уровня. Вместо применения комплекта спецмикросхем для этой цели, кое-кто строит контроллер из подручных материалов – полевых транзисторов из сгоревших материнских плат (при напряжении свыше 30 вольт и током больше 2 ампер).

А поскольку создавался станок для нарезания пенопласта, в качестве ограничителя тока изобретатель использовал автомобильные лампы накаливания, а ШД снимали со старых принтеров или сканеров. Такой контроллер устанавливали без изменений в схеме.

Чтобы сделать простейший станок ЧПУ своими руками, разбирая сканер, помимо ШД, извлекается и микросхема ULN2003, и два стальные прутки, они пойдут на тестовый портал. К тому же понадобятся:

• Коробка из картона (из нее смонтируют корпус устройства). Возможен вариант с текстолитом или фанерным листом, но картон резать легче; куски древесины;
• инструменты – в виде кусачек, ножниц, отверток; клеевой пистолет и паяльные принадлежности;
• вариант платы, которая подходит на самодельный ЧПУ станок;
• разъем для LPT порта;
• гнездо в форме цилиндра для обустройства блока питания;
• элементы соединения – стержни с резьбой, гайки, шайбы и шурупы;
• программа для TurboCNC.

Сборка самодельного устройства

Приступив к работе над самодельным контроллером для чпу, первый шаг – аккуратно припаять микросхему на макетную плату с двумя шинами электропитания. Дальше последует соединение вывода ULN2003 и коннектора LPT. Далее оставшиеся выводы подключаем по схеме. Нулевой вывод (25-ый параллельного порта) соединяется с отрицательным на шине питания платы.

Затем ШД соединяют с устройством управления, а гнездо для электропитания – с соответствующей шиной. Для надёжности соединений проводов выполняют их фиксацию термоклеем.

Не составит труда подключение Turbo CNC. Программа эффективна с MS-DOS, совместима и с Windows, но в этом случае возможны некоторые ошибки и сбои.

Настроив программу на работу с контроллером, можно изготовить тестовую ось. Последовательность действий по подключению станков такова:

• В отверстия, просверленные на одном уровне в трех деревянных брусках, вставляют прутки из стали и закрепляют шурупами небольшого размера.
• ШД соединяют со вторым бруском, надевая его на свободные концы прутов и прикручивают, применяя шурупы.
• Через третье отверстие продевается ходовой винт и ставится гайка. Винт, вставленный в отверстие второго бруска, завинчивают до упора, чтобы он, пройдя через эти отверстия, вышел на вал двигателя.
• Далее предстоит соединение стержня с валом двигателя отрезком шланга из резины и проволочным зажимом.
• Для крепления ходовой гайки нужны дополнительные винты.
• Сделанная подставка также крепится к второму бруску при помощи шурупов. Горизонтальный уровень регулируется дополнительными винтами и гайками.
• Обычно вместе с контроллерами подключаются и двигатели и тестируются на предмет правильного соединения. Далее следует проверка масштабирования ЧПУ, прогонка тестовой программы.
• Остается сделать корпус устройства и это будет завершающим этапом работы тех, кто созидает самодельные станки.

Программируя работу 3-осевого станка, в настройках по первым двум осям – без перемен. А вот при программировании первых 4-х фаз третьей – вводятся изменения.

Внимание! Используя упрощенную схему контроллера ATMega32 (Приложение 1), в отдельных случаях можно столкнуться с некорректной обработкой оси Z – режим полушага. А вот в полной версии его платы (Приложение 2), токи осей регулируются внешним аппаратным ШИМом.

Заключение

В контроллерах, собранных ЧПУ станков – широкий спектр использования: в плоттерах, небольших фрезерах, работающих с древесиной и пластиковыми деталями, граверах по стали, миниатюрных сверлильных станках.

Устройства с осевым функционалом используют также в графопостроителях, на них можно рисовать и изготовлять печатные платы. Так что усилия, затраченные на сборку мастерами-умельцами, в будущем контроллере обязательно окупятся.

Для самостоятельной сборки фрезерного станка необходимо выбрать контроллер управления ЧПУ. Контроллеры бывают как многоканальные: 3х и 4х осевые контроллеры шаговых двигателей , так и одноканальные. Многоканальные контроллеры чаще всего встречаются для управления небольшими шаговыми двигателями, типоразмера 42 или 57мм(nema17 и nema23). Такие двигатели подходят для самостоятельной сборки ЧПУ станков с рабочим полем до 1м. При самостоятельной сборке станка с рабочим полем более 1м следует использовать шаговые двигатели типоразмера 86мм(nema34), для управления такими двигателями понадобятся мощные одноканальные драйвера с током управления от 4,2А и выше.

Для управления настольными фрезерными станками широко распространены контроллеры на специализированных микросхемах-драйверах управления ШД, например, TB6560 или A3977. Эта микросхема содержит в себе контроллер, который формирует правильную синусоиду для разных режимов полушага и имеет возможность программной установки токов обмоток. Эти драйвера предназначены для работы с шаговыми двигателями до 3А, типоразмеры ШД NEMA17 42мм и NEMA23 57мм.

Управление контроллером с помощью специализированных или или Linux EMC2 и других, установленных на ПК. Рекомендуется использовать компьютер с процессором частотой не менее 1GHz и память 1 Гб. Стационарный компьютер дает лучшие результаты, по сравнению с ноутбуками и значительно дешевле. Кроме того, вы можете использовать этот компьютер и для других работ, когда он не занят управлением вашим станком. При установке на ноутбук или ПК с памятью 512Мб рекомендуется провести .

Для подключения к компьютеру используется параллельный порт LPT(для контроллера с USB интерфейсом порт USB). Если ваш компьютер не оборудован параллельным портом (всё больше и больше компьютеров выпускается без этого порта) вы можете приобрести плату расширителя портов PCI-LPT или PCI-E-LPT или специализированный контроллер-преобразователь - USB-LPT, который подключается к компьютеру через USB порт.

С настольным гравировально-фрезерным станком из алюминия CNC-2020AL, в комплекте блок управления с возможностью регулировки оборотов шпинделя, рисунок 1 и 2, блок управления содержит драйвер шаговых двигателей на микросхеме TB6560AHQ, блоки питания драйвера шаговых двигателей ШД и блок питания шпинделя.

рисунок 1

Рисунок 2

1. Один из первых контроллеров управления фрезерными станками с ЧПУ на микросхеме TB6560 был, получивший прозвище -"синяя плата" , рисунок 3. Этот вариант платы много обсуждался на форумах, она имеет ряд недостатков. Первый - медленные оптроны PC817, что требует при настройке программы управления станком MACH3, вводить максимально допустимое значение в поля Step pulse и Dir pulse = 15. Второй это плохое согласование выходов оптопар с входам драйвера TB6560, решается доработкой схемы, Рисунок 8 и 9. Третий - линейные стабилизаторы питания платы и в следствии этого большой перегрев, на последующих платах применены импульсные стабилизаторы. Четвертый - отсутствие гальванической развязки цепи питания. Реле шпинделя 5А, что в большинстве случаев недостаточно и требует применения более мощного промежуточного реле. К достоинствам можно отнести наличие разъема для подключении пульта управления. Этот контроллер в не применяется.

Рисунок 3.

2. Контроллер управления ЧПУ станком поступивший на рынок после "синей платы", получивший прозвище красная плата, рисунок 4.

Здесь применены более высокочастотные(быстрые) оптроны 6N137. Реле шпинделя 10А. Наличие гальванической развязки по питанию. Есть разъем для подключения драйвера четвертой оси. Удобный разъем для подключения концевых выключателей.

Рисунок 4.

3. Контроллер шаговых двигателей с маркировкой TB6560-v2 тоже красного цвета, но упрощенный, нет развязки по питанию, рисунок 5. Маленький размер, но и в следствии этого меньше размер радиатора.

Рисунок 5

4. Контроллер в алюминиевом корпусе, рисунок 6. Корпус защищает контроллер от пыли попадания металлических частей, он же служит и хорошим теплоотводом. Гальваническая развязка по питанию. Есть разъем для питания дополнительных цепей +5В. Быстрые оптроны 6N137. Низкоимпедансные и конденсаторы Low ESR. Нет реле управления включением шпинделя, но есть два выхода для подключения реле (транзисторные ключи с ОК) или ШИМ управления скоростью вращения шпинделя. Описание подключения сигналов управления реле на страничке

Рисунок 6

5. 4х осевой контроллер фрезерно-гравировального станка с ЧПУ, интерфейс USB, рисунок 7.

Рисунок 7

Данный контроллер не работает с программой MACH3, в комплекте своя программа управления станком.

6. Контроллер ЧПУ станка на драйвере ШД от Allegro A3977, рисунок 8.

Рисунок 8

7.Одноканальный драйвер шагового двигателя ЧПУ станка DQ542MA. Этот драйвер может использоваться при самостоятельном изготовлении станка с большим рабочим полем и шаговыми двигателями на ток до 4.2А, может работать и с двигателями Nema34 86mm, рисунок 9.

Рисунок 9

Фото доработки синей платы контроллера шаговых двигателей на TB6560, рисунок 10.

Рисунок 10.

Схема исправления синей платы контроллера ШД на TB6560, рисунок 11.