Arduino cnc shield схема

Arduino cnc shield схема

В корзине пусто!

Набор Arduino Uno и CNC Sheild v3 — это комплект электроники, позволяющий управлять шаговыми двигателями и различными периферийными устройствами для реализации проектов различных ЧПУ устройств, таких как фрезерные и токарные станки, лазерные граверы и т. п. Данный комплект позволяет реализовать параллельную работу шаговых двигателей, что необходимо для некоторых проектов, когда используются два мотора на одной оси, обычно это ось Y.

В комплект входят:

1. Плата Arduino Uno R3.0 ;
2. Плата расширения CNC Shield V3.0 ;
3. Четыре драйвера А4988 или DRV8825 для шаговых двигателей, с радиаторами;
4. Кабель для связи с компьютером USB.

Характеристики комплекта:

– совместим с прошивкой GRBL и стандартным G-кодом;

– к оличество осей: до 4 (X, Y, Z, A);

– до 6-ти концевых выключателей;

– управление шпинделем (включение, направление вращения, охлаждение) или другим исполнительным устройством;

– драйверы шаговых двигателей: A4988, DRV8825 или аналогичные;

– интерфейсы: UART, I2C

– напряжение питания: 12…36В;

– размеры — 65×55×20 мм;

С чего начать?

Для базовой настройки набора понадобится:

— компьютер для загрузки прошивки;

— шаговые двигатели NEMA17 с разъемом Dupont с 4 контактами;

блок питания для моторов, обычно это 12В и не менее 3А;

Шаг первый.

Сборка «бутерброда» из плат Arduino Uno и CNC Sheild v. 3.

На фотографии показана установка платы CNC Sheild v. 3 на Arduino Uno. Перепутать достаточно сложно.

Шаг второй.

Плата CNC Sheild V.3 интересна тем, что позволяет распараллеливание шаговых двигателей для любой из осей. Это позволяет реализовывать проекты с двумя шаговыми двигателями на одну ось без дополнительных проблем.

Для реализации данной функции необходимо установить 2 джемпера в соответствующие выводы, напротив нужной оси.

Шаг третий.

Настройка тока драйверов шаговых двигателей.

Драйвера шаговых двигателей A4988 являются наиболее дешевыми и распространенными, но имеют два основных недостатка:

— шум при работе моторов;

— максимальное значение микрошага 1/16.

Замечательно подходят для построения максимально дешевой системы управления оборудованием.

Драйвера DRV8825 немного дороже, но позволяют реализовать более точную систему с микрошагом 1/32, с более низкими шумами при работе моторов.

При использовании драйверов шаговых двигателей А4988 или DRV8825 необходимо помнить, что драйвера при установке необходимо ориентировать по разному. Ориентиром может служить подстроечный резистор.

Настройку тока драйверов мы рассматривали в статье « Настройка тока драйвера шагового двигателя ».

Для настройки тока необходимо:

— установить драйвера в соответствующие слоты CNC Sheild v. 3;

— подключить плату к компьютеру при помощи USB кабеля;

Напомним основные моменты при настройке тока:

— настройка тока важна для правильной работы шагового двигателя, снижения нагрева моторов при работе и снижения вероятности пропуска шагов;

— настройка происходит при полном шаге, т. е. джемперы настройки микрошага нельзя устанавливать;

— настройка происходит для каждого драйвера отдельно, в том слоте, в котором он будет дальше использоваться.

После настройки тока необходимо удалить драйвера шаговых двигателей, чтобы перейти к следующему этапу.

Шаг четвертый.

Выбор и настройку микрошага для шагового двигателя мы описывали в статье « Микрошаг – выбор и применение ».

Напомним основные моменты:

— повышение значения микрошага ведет к потере крутящего момента на шаговом двигателе;

— высокие значения микрошага не ведет к кратному увеличению точности работы оборудования, из-за наличия люфта в подвижных элементах конструкции.

Например, при использовании ЧПУ станках трапецеидальных винтов с ходом 2 мм. Рассчитаем точность позиционирования при основном шаге. Двигатель Nema17 имеет 200 шагов на оборот.

Точность позиционирования получается следующая:

— перемещение на один оборот — 2 мм;

— шагов на оборот — 200 шагов;

2 мм/ 200 шагов = 0,01 мм/шаг

Подобная точность достаточна для самостоятельных проектов.

При использовании шкивов GT2 20 зубьев (дать ссылку) в приводе, получим следующие значения:

— перемещение на один оборот — 40 мм;

— шагов на оборот — 200 шагов;

40 мм/ (200 шагов * 16) = 0,0125 мм/шаг

После настройки микрошага необходимо установить драйвера шаговых двигателей.

Шаг пятый.

Помимо подключения к компьютеру кабелем USB необходимо подать силовое напряжение 12 В.

Читайте также:  Удлиненные стрижки с короткой макушкой

На CNC Sheild v. 3 это можно реализовать двумя путями:

— подключить блок питания с помощью разъема DC;

— подключит блок питания к клеммной колодке проводами.

Первый случай подходит для небольших проектов, типа мини лазерного гравера , второй для более энергоемких проектов, типа фрезерных станков.

При выборе мощности источника питания необходимо помнить, что его мощность должна быть больше суммарной энергоемкости устройства. Под энергоемкостью проекта надо понимать потребную мощность всех компонентов системы, таких как шаговые двигатели, исполнительный механизм (лазерный модуль или шпиндель).

Шаг шестой.

Подключение шаговых двигателей.

Подключение шаговых двигателей происходит посредством разъемов Dupont на 4 контакта, шаг разъема 2,54 мм.

Если вы купили двигатели без таких разъемов, то необходимо самостоятельно обжать их, соблюдая соответствие проводов вашего двигателя и выводом на плате CNC Sheild v.3.

На рисунке выделены подписанные контакты для подключения шагового мотора.

Они должны совпадать с описанием к выбранным шаговым двигателям.

Шаговый двигатель ноебходимо подключать в слот рядом с драйвером.

Шаг седьмой.

После подключения блока питания и шаговых двигателей необходимо залить в контроллер прошивку GRBL. Мы описывали это в статье "Прошивка GRBL – скачиваем, прошиваем" .

После того как вы убедитесь, что все двигатели вращаются можно приступать к установке двигателей и контроллера на устройстве и переходить к настройке параметров прошивки GRBL для конкретного проекта.

Если Вы делаете покупки в интернет магазинах AliExpress, GearBest, Banggood, ASOS, Ozon, то вступайте в мою партнерскую программу. Таким образом поможете развитию моего сайта и скорейшему выходу новых статей. Ваша выгода возврат до 18% потраченных средств. Кэшбэк проверенный. Деньги выводят быстро и без лишних проволочек.

Мой первый станок оказался без блока управления. Беда. Дело было так…

У нового станка был сильный резонанс с потерей шагов и даже заклиниванием вала по оси Х, причем на невысоких скоростях. Я попробовал подключить ШД оси Х через драйвер Geckodrive. У него было заявлено подавление резонансов. Geckodrive был установлен в блоке управления первым станком, пришлось изъять его оттуда. С ним все заработало. Резонанс остался, но сильно уменьшился. Пропуска шагов и заклинивания не стало. Я все так и оставил.

Для другого проекта я заказывал Arduino CNC Shield V3.0 и драйверы шаговых двигателей DRV8825 к шилду. Тот проект пока находится в стадии обдумывания исполнения механической части. В ближайшее время его реализация не предвидится.

Решил я посмотреть, что может Arduino Uno с установленным CNC Shield и DRV8825, надеясь применить его для управления первым станком.

Модуль управления шаговым двигателем DRV8825.

Основой модуля драйвера ШД является микросхема DRV8825.

Основные характеристики DRV8825;

  • Напряжение питания – 8,2-45В;
  • Ток обмотки двигателя – до 2,5А;
  • Деление шага – до 1/32;
  • Частота step/dir – 250кГц;
  • Защита – по току от перегрева, перенапряжения.

Как выставить ток ШД на драйвере DRV8825? А вот так. Ток выставляется переменным резистором, расположенным на плате драйвера.

Для того, чтобы узнать значение тока, необходимо измерять напряжение между минусом питания платы CNC shield и металлической частью переменного резистора.

Ток двигателя = Измеренное напряжение * 2

С модулем в комплекте идет микроскопический радиатор.

Может быть этого радиатора и достаточно для двигателей с током 0,5А и при условии интенсивного обдува, но у меня на станке установлены двигатели NEMA23 с 57 фланцем и номинальным током 2,8А. Попытка включить двигатель с установленным током 2А без интенсивного обдува (небольшой ветерок от потолочного вентилятора все таки был) привела к сильному нагреву.

Дальше я греть не стал, запахло канифолью и я выключил питание.

Я решил улучшить охлаждение, поставив два радиатора с большей площадью поверхности. Охлаждать одним радиатором пластиковый корпус микросхемы неэффективно. Для охлаждения у микросхемы предусмотрена площадка с нижней стороны.

На плате под этой площадкой сделаны металлизированные переходы для распределения тепла на обе стороны платы.

Вот это место с переходами и надо охлаждать. Радиаторы я изготовил из радиатора с материнской платы персонального компьютера. Для этого я порезал его на кусочки необходимого размера и прижал к плате через теплопроводные прокладки металлической скобой, сделанной из пружины от прищепки. Радиаторы сидят очень плотно. Для того, чтобы радиатор снизу поместился и ничего не мешало его обдуву, пришлось с CNC шилда перенести на другую сторону конденсаторы и удалить штыри для установки джамперов выбора режима деления шага. Необходимые соединения я сделал с обратной стороны платы. Также на обратную сторону был перенесен предохранитель.

Читайте также:  Белая краска на темные волосы

Для сравнения старый и новый радиатор.

Модуль, установленный на плату.

Теперь в тех же условиях температура колебалась от 37 до 40 градусов в зависимости от нагрузки на двигатель.

CNC shield V3.0

Плата предназначена для управления станком с ЧПУ.

Цена на Али порядка 250 рублей. Устанавливается на Arduino UNO или другие совместимые платы. На плату устанавливаются 4 драйвера шаговых двигателей. Ось А может дублировать одну из осей X, Y или Z (выставляется джамперами). Отдельно на плате выведены интерфейсы UART, I2C. Ходят слухи, что есть прошивка GRBL с поддержкой экрана. Также к плате можно подключить 4 кнопки (reset/abort, feed hold, start/resume, E-stop) и концевики осей X, Y и Z. Есть еще и управление охлаждением/подачей смазывающе-охлаждающей жидкости. Есть выход Enable для драйверов ШД.

В версии прошивки GRBL 0.9 ребята что-то придумали по-другому, и в итоге получилось так, что в CNC Shield v3.0 поменялись местами контакты Z+ (контакт концевика) и SpnEn (запуск шпинделя). Я думаю, что они освободили ШИМ вывод 11 Arduino для PWM управления оборотами шпинделя, который был занят концевиком. Если Вам в руки попала плата CNC Shield RGBL 0.9 Compatible, то на ней изменение выводов учтено.

Запуск «бутерброда»

Для того, чтобы двигатели ожили, необходимо прошить в Arduino прошивку c «нежным» названием GRBL. Прошивка ориентирована на станки с ЧПУ в отличие от Marlin, которая ориентирована в первую очередь на 3D принтеры. Далее отправляем команды G-кода с компьютера в Arduino, прошивка рассчитывает количество импульсов для драйверов в соответствии с настройками прошивки.

Прошивка GRBL.

GRBL доступна на Github. Скачиваем архив. А теперь внимание! Распаковываем архив в любую директорию. Из распакованного архива папку grbl копируем в директорию, содержащую библиотеки Arduino IDE.

Копировать содержимое всего архива не надо. Только содержимое папки grbl. Перезагружаем Arduino IDE. Заходим в меню ЭСКИЗ – Include Library выбираем grbl.

Получаем нечто подобное.

Нажимаем прошить. Соответственно COM-порт и тип платы уже должны быть выбраны. После завершения прошивки открываем консоль.

Видим строку Grbl 0.9j [‘$’ for help] (1). Пишем команду $$ в поле (2), жмем ввод. В ответ получаем список настроек (3). Для изменения настроек набираем (например, для изменения количества шагов на мм по оси Х) $100=3200 и жмем ввод. В моем случае 3200 шагов на один мм.

Расчет, кому интересно.

  • Двигатель 1,8 градуса на шаг, 360 градусов на оборот – 360/1,8 =200 шагов на один оборот
  • режим микрошага 1/32, 200*32=6400 шагов на оборот
  • шаг винта 2мм, 6400/2=3200 шагов на мм.

Основные параметры прошивки для первоначальной настройки:

  • количество шагов на мм $100, $101, $102
  • максимальная скорость $110, $111, $112
  • ускорение $120, $121, $122.

После настройки этих параметров двигатели начнут адекватно отрабатывать траекторию движения инструмента станка. После этого можно настроить остальные параметры. Подробнее про настройки можно почитать на GitHub или здесь

Программа отправки G-кода.

Самая популярная GRBL Controller.

Качается отсюда. Ставите. Запускаете, выбираете COM-порт и скорость. Дальше сложностей возникнуть не должно. Программа очень простая. Шлет в COM-порт построчно выбранный файл с G-кодом.

Вторая программа Universal G-code Sender. Качать здесь.

Очень похожа на первую. Работает на Яве. Антивирус у меня по умолчанию запустил ее в песочнице, пришлось ему объяснять, что все хорошо, все свои.

В ходе прогона двигателей в течении нескольких часов потери шагов не было. Как только появится свободное время, соберу новый блок управления для первого станка.

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Читайте также:  Не образует пневой поросли

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Добрый день уважаемые читатели!

В данной статье мне хотелось бы рассмотреть неплохой вариант железа для создания CNC машин для домашнего использования.

Как говориться дешево и сердито!

Разрешите представить Вам – «CNC Shield v3.0 для Arduino UNO», который с легкостью можно найти у Алика по разумной цене.

Arduino UNO (аналог) – 250 руб.

CNC Shield v3.0 – 250 руб.

Драйверы A4988 – 75 руб. / шт.

Плата расширения CNC Shield v3.0 для Arduino UNO создана, что бы на её основе можно создать CNC машины (ЧПУ станки):

  • 3D принтер (необходимо реле для нагрева хотэнда и стола);
  • Гравировальный роутер;
  • Фрезерный роутер;
  • Лазерный роутер.

Плата расширения может работать с драйверами двигателей A4988 или DRV8825 при помощи прошивки GRBL.

Характеристики платы:

  • Модель – CNC Shield version 3.0;
  • Размер – Arduino UNO и другие совместимые платы;
  • Количество осей – 4 (X, Y, Z, A);
  • Напряжение питания логической части – 5 В;
  • Напряжение питания силовой части – 12 – 36 В;
  • Драйверы – A4988 или DRV8825 и другие;
  • Интерфейсы – UART, I2C;
  • Прошивка – Arduino GRBL;
  • Размеры – 65 х 55 х 20 мм;
  • Вес – 32 г.

Для работы CNC Shield необходимо:

  • Вставить драйверы в желтые слоты. Драйверы A4988 или DRV8825 вставляются по разному будьте ВНИМАТЕЛЬНЫ.
  • Настроить токи двигателей, согласно токам шаговых двигателей (регулятор на драйвере и вольтметр);
  • Установить перемычки, которые входят в комплект поставки, в красные контакты М0, М1, М2, для определения режима работы драйвера согласно таблицы;
  • Подключить к USB ПК и залить прошивку GRBL.

Ось A может дублировать одну из осей X, Y, Z с помощью дополнительного двигателя и драйвера. То есть входной сигнал приходит одинаковый, а драйверы и шаговые двигатели разные, но двигаются одинаково.

У RAMPS устроено иначе (например ось Z), у него один драйвер и две пары контактов. Драйвер один, мотора два.

Например ось A может быть использована для двигателя экструдера в случае 3D-принтера.

Для настройки дублирования осей X, Y, Z на плате есть контакты, обозначенные X, Y, Z, D12, D13, которые необходимо замкнуть перемычками из комплекта.

Колодка D12 замыкается для управления шагом.

Колодка D13 замыкается для управления направлением вращения.

Направление вращение двигателя меняется путем смены контактов двигателя или изменение маски в прошивки.

Меняются местами контакты B- и B+.

На плате CNC Shield есть контакты для подключения:

  • Аварийной кнопки остановки (E-STOP);
  • Кнопка паузы (Hold);
  • Кнопка продолжения (Resume);
  • Кнопка возвращения на исходную позицию (Abort);
  • Включения шпинделя (SpnEn);
  • Направления шпинделя (SpnDir);
  • Включения подачи охлаждения (CoolEn);
  • Концевики (X+ X- Y+ Y- Z+ Z-).

Как это работает?

Мы заливаем в Arduino готовую прошивку (GRBL), как есть. В ней ничего менять не надо. Все настройки производятся в консоли ПО (Universal-G-Code-Sender).

Прошивка (GRBL) внутри контролера обменивается информацией с ПК при помощи G-кодов.

ПК из программы управления (Universal-G-Code-Sender) , через USB порт ПК посылает на COM порт ARDUINO строчки с GCODE формата G91 G1 X10 Y10 F3000. Шаговые двигатели вращаются.

Схема подключения Arduino UNO

Если рассматривать сборку 3D принтера, то данное железо конечно не может тягаться с RAMPS+MEGA2560. Построить 3D принтер на этой связке можно, но как Вы уже догадались, есть ряд ограничений. Надо как-то отдельно колхозить нагрев хотэнда и стола. В этом вопросе скорее всего помогут реле или другие изыски.

Если рассматривать сборку других CNC машин, то данная связка хорошо себя позиционирует, так как есть все необходимое.

В следующей статье мы будет прошивать железо и обозревать настройку и возможности прошивки GRBL.

Благодарю Вас за внимание, продолжение следует …

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector