ЧПУ СТАНОК НА ARDUINO: ДВИГАТЕЛИ И ДРАЙВЕРЫ

Перейти на AliExpress.com

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;

— количество 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;

Что такое Ардуино? Это свобода для изобретателя

— интерфейсы: UART, I2C

— напряжение питания: 12…36В;

— размеры — 65×55×20 мм;

— вес — 32 г.

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;

Мини фрезерный станок с ЧПУ - подробный обзор

— мультиметр.

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.

Дублирование оси.

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.

ОБОРУДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ

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.

Настройка микрошага.

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;

— микрошаг — 1.

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;

— микрошаг — 16.

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

После настройки микрошага необходимо установить драйвера шаговых двигателей.

Шаг пятый.

Подключение питания.

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

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.

Прошивка контроллера.

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 GRBLдля конкретного проекта.

Цена: 2432 р за два набора

Добрый день читатели блога Mysku, я собираюсь рассказать вам, как и для чего я приобрел комплект для сборки CNC гравера на основе Arduino Nano Board и CNC Shield V4.0. Этот кит приобретался с целью модернизации уже имеющего лазерного гравера NEJE DK-5. После установки комплекта для сборки CNC появилась возможность: 1. использовать сторонний софт; 2. печатать градациями серого, управляя током и длительностью импульсов лазера. Родной софт и стоковая плата управления гравером такого не позволяли. За подробностями под кат Итак, здесь на муське уже был обзор на мой гравер, и на подобные граверы (раз, два, три, четыре), во всех случаях отмечались недостатки (очень серьезные) интерфейса родного ПО, идущего в качестве управляющей программы гравера. Помимо неудобного интерфейса, отсутствует хоть сколько-то адекватная регулировка мощности лазера (есть ползунок, меняющий длительность импульса, значения которого выставляются в «попугаях»). Ток практически на всех моделях одинаковый, отсутствует термостабилизация диода (что сильно сказывается на итак не сильно надежных китайских диодах). Также необходимо отметить, что в ПО существует только одна степень прожига — для ч/б рисунков прожиг только «черного» цвета, без оттенков. Либо жжет, либо нет. Так как лазерная тема для меня несколько новая и сколько-нибудь стоящий опыт в разработке лазерных систем отсутствует, то я выбрал готовый набор для создания ЧПУ станка (CNC kit). При выборе руководствовался форумом (форум lasers.org.ru) и советами форумчан (Спасибо, Aslan54 !). Хочу сразу отметить, что в лоте два набора. Почему я приобрел сразу два, напишу позже. Также есть наборы CNC kit на основе CNC шилда и Arduino UNO. Отличий по производительности нет (одна и та же ATmega328), но Arduino Nano более компактная и имеет Mini-USB подключение. Также, хочу отметить, что данные CNC шилды не совместимы из-за различий в расположении гнезд расширения для Arduino (для NANO шилд версии V4 и для UNO — V2,V3 соответственно). Сразу укажу, что есть точно такой же лот, но одним комплектом. А также есть аналоги: комплект на основе CNC V3 shield на UNO , так и CNC V2 shield на UNO R3 и gearbest.com/3d-printer-parts/pp_226883.html. В этом случае есть смысл посмотреть V3 шилд — конкретно на него больше описания, а также шилд имеет больше разведенных (и сгруппированных, подписанных) на шилде выходов — под концевики, охлаждение, дополнительное оборудование. На Nano это тоже все есть, но разведены только пины под лазер, остальное все в общих пинах. Также можно взять не комплектом, а по отдельности все компоненты: Uno R3, Shield V3 и в этом случае имеет смысл приобретение не драйверов А4988, а драйверов типа DRV8825, которые имеют несколько больший рабочий ток, в том числе больший рабочий ток без радиатора охлаждения. Мне больше понравился комплект на Nano, три оси, плюс выход под лазер/шпиндель имеется, концевики осей тоже, остальное мне не нужно. Прошивки у всех шилдов совместимые, но хочу отметить, что необходимо уточнять управляющие выходы на шпиндель/лазер: обычно D11 (но для разных версиях CNC шилда могут быть разведены другиепины, например D12). Правится в прошивке заменой пинов соответственно..Описание лота. Фото посылкиПришло все в пакете, внутри обмотано пупыркой, наборы россыпью, но каждая деталь (кроме кабелей) в отдельном антистатическом запаянном пакетике.

Вот пару фото маркировки платы. Как видно, подписаны пины Nano и самого шилда, что очень удобно.

Дефект доставки. Не могу обойти стороной небольшое безобразие, которое приключилось при доставке. Так как комплект поставляется в пакете и пупырке, то есть некоторая вероятность, что содержимое может быть повреждено. Штекерная часть плат была закрыта пенополиэтиленом, но это все равно не спасло ее от Почты России!

На фото далее загнутые контакты А4988 и CNC шилда. Все это правится пинцетом, но достаточно неприятно. Если бы я не заметил, могло быть при включении что угодно, вплоть до КЗ. Претензию еще не писал продавцам, пока в раздумьях.. CNC arduino kit состоит из: 1. Плата Arduino Nano; 2. Плата расширения (CNC shield V4); 3. Три драйвера А4988 для шаговых двигателей, без радиаторов. 4. Кабель для связи с компьютером USB-mini USB Смысл комплекта заключается в том, что CNC arduino kit позволяет управлять тремя шаговыми двигателями с использованием драйверов А4988 (ток до 2А с радиатором, до 1А без радиатора, радиаторы лучше докупить и поставить). Также на плате имеются аналоговые и дискретные разъемы для подключения внешней периферии (например, датчиков и концевиков). Комплект в сборе.

Изначально мысли по модернизации лазерного гравера Neje высказывались в комментариях на Mysku неоднократно. Я решил попробовать модернизацию «малой кровью» — готовым набором CNC arduino kit с подключением в разъемам Neje в обход родной платы.Фото разъемов, подключение лазера

Коннектор двигателя от Neje подключается к Х иY разъему на шилде. Распиновка разъема следующая: пара Белый и Желтый это 1А и 1В, и пара Черный и Красный — это 2А и 2В соответственно (если порядок нарушен — переверните разъем). Обратите внимание, что выходы драйверов на плате должны подходить к коннекторам моторов. Не перепутайте сторону установке драйвера (резистором регулировки А4988 к стороне с разъемом питания платы. Nano ставиться наоборот, разъемом USB к другой стороне платы). Для драйверов DRV8825 установка наоборот. Проконтролировать можно по дорожкам и маркировке с обратной стороны плат.

Во время работы произвел замер тока в разрыве цепи питания лазерного диода при дефолтных настройках ПО (среднее время прожига). В режиме гравировки ток бы постоянен, 300 мА, при этом питание осуществлялось от 5В (замер напряжения во время работы: 4,7 В в цепи лазера). Насколько я смог сделать вывод по трассировке платы — используется ШИМ (с выхода чипа стоит транзистор) с емкостным фильтром, который и формирует заданное напряжение питания. Ток в цепи постоянный, задается резистивной цепочкой. Изменяя параметры ШИМ, можно менять длительность импульса (время воздействия), и соответственно, степень прожига материала в гравере NEJE. Обратной связи по температуре или регулировки тока не предусмотрено. Я решил пощадить лазерный диод и использовать драйвер тока на основе LM317. Коммутация происходит через транзистор с выхода ардуины(пин шпинделя). Ток я выставил около 130 мА, Это средний ток для данного лазерного диода, который позволит продлить часы работы. Если окажется мало, можно постепенно добавить до 300 мА. Лучше всего собрать источник питания с постоянной индикацией рабочего тока. На форуме полно готовых схем. Можно купить готовый, на Али или Ебее ищется по ключевым словам «LM317» и «DC-DC CV CC». Слова СС и CV обозначают функцию подстройки тока и напряжения соответственно. Софтовая часть. На Mysku уже были обзоры на граверы (не только лазерные) с указанием возможных комбинаций ПО для обработки изображения для гравировки и его адаптации для станка (перегон в g-code). Основные — это benbox, mDraw, ArtCAM, для конвертации в g-code: CNC Converter, StepCam, для пересылки кода: grblControl, gcodesender. Для создания изображений можно использовать Inkscape с плагином CNC-G-Code или Gcodetools. Итак, для настройки платы потребуется скачать среду Ардуино, прошивку GRBL, собрать и прошить Кстати, стоковая плата Neje не определяется средой Ардуино, то есть по мимо того, что у нее отсутствует загрузчик, плата еще и на несовместимом процессоре. Идентификаторы, указанные на скриншоте принадлежат конвертеру Winchipshead CH341. Примеры конфигурирования прошивки в обзоре, и еще ссылкии еще , и еще). Я прошивал не самой крайней прошивкойверсии 0,8 (крайняя 0,9). Это связано с совместимостью управляющих программ, в основном меньше проблем при использовании версии 0,8 (связано с возможными ошибками типа Alarm lock). Ориентироваться при оценке количества шагов на миллиметр для осей можно непосредственно по замерам винта шагового двигателя NEJE (разные версии — разные шаговики) и, на всякий случай, даташит на стандартный привод. Немного расскажу про софт. Очень удобно готовить изображения в среде inkscape. Перед экспортом в gcode необходимо обработать изображение: оконтурить. Команда так и называется: Существуют несколько плагинов для для экспорта в Gcode: Gcodetools и Laser Tool plugin.

Еще способ — экспорт из Корела в формате для плоттера (*.plt) и конвертация с помощью программ типа StepCam.

На скриншоте видно, что необходимо ввести ряд настроек при конвертации. Например, за длительность импульса лазера отвечает скорость перемещения кареток (feed, mm/min, скорость для G1) Например, при выполнении команды G1 X10 Y10 F300 лазер подойдет по координатам и выполнит импульс «со скоростью» 300, то есть значение тока будет эквивалентно 300 тысячных долей ШИМ-импульса. Значения достаточно условные, их можно подобрать в процессе наладки гравера. Степкамом у меня получилось без данных «скорости» для лазера — дописывал вручную (F100….F1000) для тестовой картинки. Тест печати на стоковом Neje и на Neje с установленным CNC кит и прошивкой GRBL. Слева направо: 1. исходник, 2. стоковый Neje (видно, что прожигалось на одной «скорости»), 3. последняя — тест «оттенков серого». Несколько неудачно выбрана фанерка для теста, она обугливается в широком диапазоне настроек (очень сухая), как только найду более плотное дерево или другой материал, тест переделаю. Но все равно заметны «переходы» оттенков при прожиге. Это как раз разные «скорости» для шпинтеля/лазера, прописанные в gcode. Считаю, что эксперимент по «прокачке» лазерного гравера Nеje удался. В планах подключить в прошивке использование вентилятора для обдува зоны реза и приделать индикатор (стрелочный или ЖК модуль) тока лазерного диода.Пока возился с гравером, понял…… что мне маловато области «печати» в 3,5х 3,5 и второй комплект я решил использовать в качестве основы для будущего гравера формата А3. Уже напилил профиль и напечатал каретки. Лазер в процессе сборки и отладки, позже выложу обзор, можно будет сравнить с Neje.

В заключение скажу, что для старта CNC arduino kit оказался очень удобный. Два сразу покупать конечно же ненужно, но я перестраховался. Если брать по отдельности, я бы взял драйверы StepStick.

Не смотря на то, что в интернете много информации по CNC shield v3 и драйвера A4988 для ЧПУ станка. Я решил собрать все необходимо по данным железкам.

CNC shield v3 и драйвера A4988

можно использовать для создания

CNC машины (ЧПУ станки)

фрезерный станок ;

3D-принтер;

лазерный гравер .

</h2>

Что же из себя представляет CNC shield v3:

Для сборки бутерброда — мозгов и управления ЧПУ нам нужны такие компоненты :

Arduino UNO —

http://ali.pub/2lizen

CNC Shield v3.0

http://ali.pub/2lizhk<font>

Драйверы A4988

</span></h4>

http://ali.pub/2lizko<font> (</font>1/4-step1/8-step1/16-шаг ток 1.8 А )

Или DRV8825

http://ali.pub/2lizl2<font> (</font>

1/4-step1/8-step1/16-шаг, 1/32-шаг больше градаций шага и ток 2.2А)

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

CNC Shield имеет четыре слота, для подключения четырех драйверов двигателей. Слоты, обозначенные желтым цветом, отвечают за оси X, Y, Z, красный слот за ось A.

</h3>

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.

1 – Кнопка сброса.2 – Колодки контактов для подключения внешних драйверов двигателей. 3 – Ось A может дублировать одну из осей X, Y, Z с помощью дополнительного двигателя и драйвера или работать автономно (например ось A может быть использована для двигателя экструдера, в случае 3D-принтера). Эти колодки контактов служат для настройки оси A. Для дублирования осей нужно установить джамперы на эти колодки следующим образом:

Для автономной работы оси A.

Колодка D12 замыкается для возможности управления шагом, колодка D13 замыкается для возможности управления направлением вращения. Направление вращение двигателя меняется путем смены контактов двигателя или изменение маски в прошивки.

4 – Разъем питания. На плату необходимо подавать питание 12 – 36 В.5 – Возле каждого слота для подключения драйвера двигателей имеется колодка управления микрошагом двигателя. В зависимости от выставленных перемычек вы можете добиться вплоть до 1/32 шага на драйверах DRV8825 и 1/16 шага на драйверах A4988 . Установки джамперов для управления шагом или микрошагом для драйвера A4988 показаны в таблице.

6 – Колодки для подключения биполярного шагового двигателя (на 4 провода).

7 – Колодка контактов для интерфейсов UART и I2C:

Контакты UART: RX, TX, 5V, 3V3;
Контакты I2C: SCL, SDA, GND, RST.

8 – Колодка контактов для подключения 3 концевиков. 9 – Колодка для подключения контактов:

Включения шпинделя (SpnEn);
Направления шпинделя (SpnDir);
Включения подачи охлаждения (CoolEn);

10 – Колодка для подключения контактов:

Внимание!!! С прошивки GBRL 9.0i были поменяны местами Z-Max (D12) и Spn_EN (D11).

Теперь, если вы желаете подключить концевик Z_Max, то его необходимо подключить в Spn_EN, а включение шпинделя необходимо подключать в Z+.

</span></h3>

напряжения питания: от 8 до 35 В;
возможность установки шага: от 1 до 1/16 от максимального шага;
напряжение логики: 3-5.5 В;
защита от перегрева;
максимальный ток на фазу: 1 А без радиатора, 2 А с радиатором;
расстояние между рядами ножек: 12 мм;
размер платы: 20 х 15 мм;
габариты драйвера: 20 х 15 х 10 мм;
габариты радиатора: 9 х 5 х 9 мм;
вес с радиатором: 3 г;
вес без радиатора: 2 г.

Схема подключения элементов без шилда (для наглядности )

Использование портов Arduino UNO

Итог : Данная сборка отлично подходит для создания домашних и не только станков ЧПУ , лазерных граверов и фрезеров . Конечно для 3д принтеров ардуны Уно будет мало , по этому там уже используется Arduino MEga2560 и шинд Ramps 1/4 .

Если вам понравился материал , пишите в комментариях +++ , и тогда я создам такой же талмуд , только для 3д принтера )

Geek каналы

➤ VK — https://vk.com/3dprintsumy

➤ Youtube — http://www.youtube.com/c/Denisgeek

★ Моя партнёрка с Aliexpress ★

http://ali.pub/1j9ks1

★ Получай 10.5% скидку с любой покупки на Aliexpress! ★

http://ali.pub/1lx67o

★ Полезное браузерное приложение для кэшбэка ★</ul></ul></ul>

ЧПУ СТАНОК НА ARDUINO: ДВИГАТЕЛИ И ДРАЙВЕРЫ