Блок управления для станка своими руками

Руководство по созданию фрезерного CNC ЧПУ станка. Глава 1. Электроника станка

Всем доброго времени суток! А вот и я с новой частью своего рассказа о ЧПУ — станке. Когда начинал писать статью даже не думал, что она получится настолько объемной. Когда написал про электронику станка посмотрел и испугался – лист А4 исписан с двух сторон, а ещё очень и очень много чего нужно рассказать.

В итоге получилось этакое руководство по созданию станка ЧПУ, рабочего станка, с ноля. Будет три части статьи об одном станке: 1-электронная начинка, 2-механика станка, 3-все тонкости настройки электроники, самого станка, и программы управления станком.
В общем попытаюсь объединить в одном материале всё полезное и необходимое каждому начинающему в этом интересном деле, то что сам прочел на разных интернет-ресурсах и пропустил через себя.

Содержание / Contents

↑ Предисловие

После того, как собрал свой маленький станочек без существенных затрат сил, времени и средств, меня всерьез заинтересовала эта тема. Посмотрел на ютубе, если не все, то почти все ролики, связанные с любительскими станками. Особенно впечатлили фотографии изделий, которые люди делают на своих «home CNC». Посмотрел и принял решение – буду собирать свой большой станок! Вот так на волне эмоций, хорошо всё не обдумал погрузился в новый и неизведанный для себя мир CNC.

Не знал с чего начать. Первым делом заказал нормальный шаговый двигатель Vexta на 12 кг/см, между прочим с гордой надписью «made in Japan».

У одних он работал без проблем продолжительное время, у других сгорал при малейшей ошибки пользователя. Кто-то даже писал, что у него сгорел, когда тот немножко провернул вал двигателя, подключенного в это время к контроллеру. Наверное факт ненадежности китайца и сыграл в пользу выбора схемы L297+IRFZ44 активно обсуждаемой на форуме. Схема наверное и в самом деле неубиваемая т.к. полевики драйвера по амперам в несколько раз превышают то, что нужно подавать на моторы. Пусть и самому паять надо (это же только в плюс), и по стоимости деталей выходило чуть больше, чем китайский контроллер, зато надежно, что важнее.

Немного отступлю от темы. Когда всё это делалось, даже не возникло мысли, что когда-нибудь буду об этом писать. Поэтому нет фотографий процесса сборки механики и электроники, только несколько фоток, сделанных на камеру мобильника. Всё остальное щелкал специально для статьи, в уже собранном виде.

↑ Дело паяльника боится

Всё это время ежевечернее сидел за компьютером и читал, читал, читал. Настройка контроллера, выбор программ: какой рисовать, какой управлять станком, как изготовить механику и тд. и тп. В общем, чем больше читал, тем страшнее становилось, и всё чаще возникал вопрос «нафига мне это надо?!». Но отступать было поздно, двигатель на столе, детали где-то в пути – надо продолжать.

Пришло время паять плату. Имеющиеся в интернете мне не подошли по трем причинам:
1 — В магазине, котором заказывал детали не оказалось IR2104 в DIP корпусах, и мне прислали 8-SOICN. На плату они припаиваются с другой стороны, перевернутые, и соответственно нужно было зеркалить дорожки, а их (IR2104) 12 штук.

2 — Резисторы и конденсаторы также взял в SMD корпусах для уменьшения количества отверстий, которые нужно было сверлить.
3 — Имеющийся у меня радиатор был меньшего размера и крайние транзисторы были вне его площади. Нужно было смещать полевики на одной плате вправо, а на другой влево, поэтому изготовил два вида платы.

↑ Схема контроллера станка

Первая плата контроллера готова, всё проверил и пошагово протестировал, как в инструкции. Подстроечником выставил небольшой ток (это возможно благодаря наличию ШИМ), и подключил питание (двигателей) через цепочку лампочек 12+24в, чтобы было «ничё, если чё». У меня же полевики стоят без радиатора.

Двигатель зашипел. Хорошая новость, значит ШИМ работает как надо. Нажимаю клавишу и он крутится! Забыл упомянуть, что этот контроллер предназначен для управления биполярным шаговым двигателем т.е. тем, у которого подключаются 4 провода. Игрался с режимами шаг/полушаг, током. В режиме полушаг двигатель ведёт себя стабильнее и развивает большие обороты + увеличивается точность. Так и оставил перемычку в «полушаге». С максимальным безопасным для двигателя током при напряжении примерно 30в получилось раскрутить двигатель до 2500 об/мин! Моему первому станку без ШИМ такое и не снилось. ))

Следующие два мотора заказал помощнее, Nema на 18кг/с, но уже «made in China».

По качеству они уступают Vexta, всё-таки Китай и Япония разные вещи. Когда вращаешь вал рукой у японца это происходит как-то мягко, а от китайцев ощущение другое, но на работе это пока что никак не сказалось. Замечаний к ним нет.

Спаял две оставшиеся платы, проверил через «светодиодный симулятор шагового двигателя», вроде бы всё хорошо. Подключаю один мотор – работает отлично, но уже не 2500 оборотов, а около 3000! По уже отработанной схеме подключаю третий мотор к третей плате, крутится пару секунд и встал… Смотрю осциллом – на одном выводе импульсов нет. Прозваниваю плату – одна из IR2104 пробита.

Ну ладно, может бракованная попалась, читал что часто такое бывает с этой микрухой. Впаиваю новую (брал с запасом 2 штуки), та же ерунда – пару секунд крутит и STOP! Тут я поднапрягся, и давай проверять полевики. Кстати, в моей плате установлены IRF530 (100В/17А) против IRFZ44 (50В/49А), как в оригинале. На мотор будет идти максимум 3А, так что запаса в 14А хватит с избытком, а вот разница в цене почти в 2 раза в пользу 530-ых.
Так вот, проверяю полевики и что я вижу…не припаял одну ножку! И на выход этой «ирки» полетели все 30В с полевика. Припаял ножку, ещё раз внимательно всё осмотрел, ставлю ещё одну IR2104, сам волнуюсь – это же последняя. Включил и был очень счастлив, когда двигатель не остановится после двух секунд работы. Режимы оставил такие: двигатель Vexta – 1,5А, двигатель NEMA 2,5А. При таком токе достигаются обороты примерно 2000, но лучше ограничить их программно во избежании пропуска шагов, и температура двигателей при длительной работе не превышает безопасную для моторов. Трансформатор питания справляется без проблем, ведь обычно одновременно крутятся только 2 мотора, но радиатору желательно дополнительное воздушное охлаждение.

Теперь про установку полевиков на радиатор, а их 24 штуки, если кто не заметил. В этом варианте платы они расположены лежа, т.е. радиатор просто на них ложится и чем-либо притягивается.

Конечно, желательно положить сплошной кусок слюды для изоляции радиатора от транзисторов, но у меня его не было. Выход нашел такой. Т.к. у половины транзисторов корпус идёт на плюс питания их можно крепить без изоляции, просто на термопасту. А под оставшиеся я положил кусочки слюды, оставшиеся от советских транзисторов. Радиатор и плату просверлил в трех местах насквозь и стянул болтиками. Одну большую плату я получил путем спаивания трех отдельных плат по краям, при этом для прочности впаял по периметру медный провод 1мм. Всю электронную начинку и блок питания разместил на каком–то железном шасси, даже не знаю от чего.

Боковые и верхнюю крышку вырезал из фанеры, и сверху поставил вентилятор.

Электронная часть закончилась. Следующая глава полностью посвящена железякам. До встречи!

↑ Одно из первых испытаний двигателей и контроллера

↑ Файлы

Все материалы найдены в свободном доступе на просторах Сети. У каждой схемы есть автор и не хочется никого обидеть — на авторство никак не претендую.
Ниже чертежи платы развязки и самого контроллера, подстроенные под себя.
▼ el.rar 126,74 Kb ⇣ 323

Спасибо за внимание! Продолжение следует.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Опробовано в лаборатории редакции или читателями.

Источник

Схема и сборка контроллера для ЧПУ станка

У умельцев, которые пытаются сами собрать программируемый станок, часто возникает проблема: как выбрать для него контроллер управления шаговыми двигателями. Понятно, что их интересует схема этого устройства.

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, фрезерным настольным 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 фрезу агрегата 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.

Источник