Автономный контроллер для чпу своими руками

Автономный контроллер для CNC 3018 и 2418

самодельный контроллер чпу, обзор Автономного контроллера чпу для фрезера

Самодельный чпу контроллер для двух осевого станка на ардуино

Моя история постройки ЧПУ-станка своими руками / Habr

Приветствую всех жителей Geektimes! Сегодня я хочу вам рассказать свою историю постройки бюджетного классического портального фрезерного станка.

Так как в основе проекта был положен интерес я, конечно же, взялся за него. Но все бы ничего, но на предложенный проект не было денег, да и свободного времени тоже. Тогда, исходя из задач, возложенных на станок, было спроектировано следующее:

В итоге на весь станок выделили 20 т.р. Рабочее поле — 550х950 мм. В качестве управления выбрал китайскую синюю плату на драйверах TB6560 на 4 оси, в комплект еще входит 4 двигателя, блок питания, диск с ПО и провод для подключения к ПК, на тот момент она обошлась мне в 14 с копейками т.р.

Так как планировалось сделать что-то вроде конструктора, и не прибегая к фрезерным, расточным, шлифовальным работам, вся конструкция изготовлялась из конструкционной листовой стали толщиной 8мм, раскроенной на лазерным ЧПУ станке. Но без токарной обработки не обошлось, так как надо точить подшипниковые опоры, втулки скольжения, обтачивать концы винтов и в этом помогла наша дочерняя фирма. И вообще то, что касается металлообработки в России, я постарался, высказать свои мысли в блоге, чтобы здесь не флудить.

Подшипниковая опора.

В итоге раскрой всех деталей к станку из металлического листа вышло в 1,5т.р., еще 2т.р. отдал за токарную обработку, остальное потратилось на крепеж, подшипники и прочие невспомненные мной моменты.

Далее хотелось бы продемонстрировать несколько видео о процессе сборки и работы станка, а также фото того, что пробовал вырезать я.

И еще один момент: в качестве шпинделя решил использовать обыкновенную дрель, ввиду невысокой скорости работы станка.

Попробовали выжигать

По итогам сборки наладки и проверки можно сказать, что станок оказался работоспособным, но достаточно «жидким», но это и так было понятно по закладываемому бюджету. И свои задачи он выполнял отлично… Станок был собран к концу февраля и окупился у друга до лета, после чего он успешно его продал за 30 т.р. Продал по причине – надоело, пропал интерес, и нежелание работать.

Я, возможно, что-то упустил и не описал, надеюсь, что на видео найдётся вся отсутствующая здесь информация. В другом же случае оставляйте комментарии.

habr.com

STEP/DIR контроллер 3-х шаговых двигателей на микроконтроллере (для станка ЧПУ)

STEP/DIR контроллер 3-х шаговых двигателей на микроконтроллере (для станка ЧПУ)

Добрый день!

Как-то загорелся я построить себе домашний ЧПУ станок для сверления плат, а в будущем, может, и для их гравировки. Купил шаговики (униполярные), от старых матричных принтеров, материалы. Несколько месяцев ушло на сборку, большая часть времени ушла на поиск нужных материалов (фторопласт, направляющие). В результате станок был готов.

Вот пришло время собрать электронику. Сразу покопавшись в просторах инета, начитался, что обязательно нужна опторазвязка LPT-порта. Относительно контролера, сразу захотелось на микроконтроллере – если что и прошивку можно переписать, и подправить. В общем, нашел одну схему на PIC, с контролем по току, ШИМом и прочей ерундой. После сборки и прошивки схема сразу заработала, но… рано обрадовался! После первого же запуска станка появилась куча глюков – то ШИМ пропадал, то включался в ненужное время, пропуск шагов, зависание. Настраивал, переделывал я эту схему пару дней, в результате просто забил.

Решил применить самое популярное в инете решение L297+L298. Сразу же сжег одну L298. В общем, после настройки и отладки L298 дико грелась даже при довольно большом радиаторе (двигатели брали до 3-х ампер). Во время 10-минутного теста станка разорвалась вторая L298, при том, что никакого замыкания нигде не было и температура и ток была в пределах нормы. Заменил все L298 на полевики IRFZ34n, и все кардинально улучшилось! Они почти не грелись даже на максимальной нагрузке, так что могли спокойно обходится без радиатора совсем. Но не все так хорошо. С полевиками в режиме удержания не запускался ШИМ. Может где-то был косяк в схеме, так как ШИМ не работал ни на одной из трех плат. В общем наигрался я и с этой схемой, в результате чего просто добавили таймер на ne555, который бы отключал двигатель после секундного простоя.

После запуска появилась куча глюков – станок растягивал все по осям, корявил и дергался. Причина оказалась в опторазвязке. Прикинув, что станок у меня питаться будет от отдельного компьютерного блока питания и что LPT порту ничего не угрожает, выбросил ее совсем, поигрался с настройками в MACh4 — часть глюков исчезла, но не все. В конце концов забил я и на эту схему и на станок в общем.

Прошло пол года, а станок все пылился в углу комнаты. Как-то вечером, после сверления вручную очередной платы, опять появилось вдохновение. Решил сделать станку новые мозги – на контроллере со своей прошивкой.

Почему выбор пал именно на Atmega16? Такой жирный и дорогой с кучей ненужной периферии? (Впрочем, дороговизна относительна — 3шт. L297 – 75 грн., Мега16 – 36 грн.)

1. У меня валялись несколько не востребованных мег16 в дип корпусе – это основная причина.
2. У него куча выводов. Не очень то хотелось играться со всякими сдвиговыми регистрами. Кроме того (по опыту предыдущих схем) — чем оно проще тем лучше.
3. У меги16 целых три внешних прерывания, что очень удобно. Конечно, можно было обойтись без них совсем, но см. пункт 1 и 2.
4. Хотелось бы в будущем добавить всяких полезных функций – датчики температуры на двигатели, управление вытяжкой и охлаждением.

Вырисовалась вот такая схема (сразу извините за месиво, делалось очень быстро):

Все резисторы по 27 Ом., кроме R1,R27 (4.7k), R6,R28,R33,R34 (100Ом. Впрочем их можете не ставить, как и светодиоды – они нужны были только для отладки). Колодка J1 – питание (1 +12, 2-3 земля, 4 +5). +12 можете не подводить (в будущем планировалось управлять реле). Если будете питать схему не от компьютерного БП, то поставьте 7805 в цепь питания.

Так же стоит добавить пару конденсаторов по 100nF возле ног контроллера.

ХА – выход управляющих сигналов для первого двигателя.

ХВ – для второго.

ХС – для третьего.

ХD – запасной разъем. Для платы с реле.

JP1 – разъем ISP для программирования контроллера.

X9 – подключение аварийной кнопки.

С LPT порта должны приходить такие сигналы:

2 – STEP A

3 – STEP B

4 – STEP C

5 – DIR A

6 – DIR B

7 – DIR C

В разъеме управляющих сигналов для двигателей 1 контакт – ШИМ выход, 2 – 5 – управляющие выходы, 6 – земля.

Так же с LPT порта выведена пара запасных контактов – на всякий случай.

Силовые цепи размещаются на отдельных платах.

Тут есть два варианта:

1. 

Все силовые цепи коммутируются через полевики Q2-Q5, ШИМ сигнал отдельно коммутирует + питания через полевик Q6. Кому ШИМ не нужен, можете его выкинуть.

Достоинства: упрощение конструкции из-за отсутствия логики, нет необходимости применять отдельные радиаторы для каждого полевика или изолировать их друг от друга – в основном греется только Q6.

2.

Здесь применены элементы лог. «И» для вывода ШИМ сигнала через полевики.

Достоинства: на один полевик и транзистор меньше.

Недостатки: Придется на каждый полевик цеплять радиатор, либо изолировать их друг от друга. Еще нужно будет развезти логику.

Так же контроллер должен работать и с мостовыми схемами для биполярных двигателей, но такой вариант не проверялся. Кто сильно горит желанием, может втулить вместо полевиков L298… но я б такого не делал.

Для себя я выбрал первый вариант. В конце вместо IRF520 поставил IRFZ34N, а вместо IRF9530 – IRF9Z34N.

Еще лучше добавить шунтирующие диоды или поставить сборку L6210. Я никакие диоды не ставил и еще ничего не сгорело.

Контроля по току нет —  это усложнило бы схему и сделало бы ее менее надежной, без него все прекрасно работает вот уже пол года. Кроме того, мне он был не нужен.

Логика работы такова: По спадающему фронту сигнала STEP происходит переключение обмоток в направлении, которое определяет сигнал DIR. При отсутствии сигнала STEP больше 750мс, включается режим удержания, при котором на двигатель подается 20-процентный ШИМ. Каждый двигатель управляется независимо от других. Все просто и банально.

После прошивки контроллера, схема должна сразу заработать. Ах да, забыл… во фьюзах выберете работу от внешнего кварца и выключите JTAG.

В настройках MACh4 сигнал STEP – низкоуровневый.

Если двигатель дергается, но не крутится, проверьте правильность подключения обмоток.

Работает сей девайс уже несколько месяцев, глюков не наблюдалось. По сравнению с предыдущими вариантами мозгов станка – это небо и земля.

Извините, если что не по госту или не красиво или не рационально — все делал для себя и на том, что было под рукой, а тут, думаю, выложу в инет, мож кому нужно будет

Спасибо за внимание, надеюсь, кому-то пригодится.

 Если есть вопросы, пишите на почту или на форум.

Удачи!

Файлы:
Прошивка МК

Все вопросы в
Форум.

www.radiokot.ru

ЧПУ станок своими руками. Часть 1. Введение

• Статьи
• Конструирование портальных станков с ЧПУ

КАК РАБОТАЕТ СТАНОК С ЧПУ?

Портальный станок с ЧПУ во многом схож с любыми другими станками с ЧПУ. ЧПУ станок(станок с числовым программным управлением) — это станок , который оснащен специализированным программно-аппаратным обеспечением для управления механической частью. Использование ЧПУ систем делает производство более предсказуемым, увеличивает повторяемость результата механообработки и снижает потребность в рабочих руках высококвалифицированных рабочих-станочников и операторов. Если в случае обычного станка перемещением рабочего инструмента(резца, шпинделя, рабочего стола) или заготовки вручную управляет рабочий-станочник, то в станке ЧПУ вся траектория рассчитывается заранее в специальных программах — CAM-системах, и сохраняется в пригодном к исполнению формате. Как правило, таким форматом является G-код. В программе управления задаются координаты траектории, а точнее — синхронизированные во времени инструкции по перемещению каждой оси станка. Непосредственно станком управляет специализированное устройство — контроллер, в задачи которого стоит интерпретация программы, и превращение инструкций в последовательность управляющих импульсов. Управляющие импульсы поступают на специализированные приводы, подключенные к осям, шаговые или сервоприводы, которые и превращают их в движение оси путем, например, вращения вала двигателя. Программная часть систем ЧПУ отделена от собственно станка — станком с ЧПУ можно управлять разными контроллерами и даже просто с персонального компьютера, если приводы осей поддерживают протокол STEP/DIR. Поэтому мы рассмотрим наиболее сложную часть — механику и мехатронику станка.

Наиболее распространенная конструкция портального станка может перемещаться в 3х направлениях(координатах). Такие станки называются 3-хкоординатными, но с их помощью нельзя выполнить полностью 3-хмерную деталь, так как конструкция не позволяет фрезеровать поднутрения. Поэтому говорят, что обработка происходит в 2.5 координатах(2.5D-фрезеровка). Оси станка обычно обозначают X,Y и Z, где X и Y — оси, лежащие в горизонтальной плоскости, а Z — вертикальная ось. Говоря «ось Z», также часто под этим понимают собственно конструкцию оси с её направляющими, передачей и рабочим блоком(шпинделем, плазморезом и т.п.). Выбор осей X и Y — вопрос неоднозначный, в его решении нет устоявшегося стандарта. Чаще всего под осью X понимают самую длинную из осей. Однако, это не всегда удобно при работе с пультом станка с ЧПУ . Оператору, который стоит лицом к рабочему полю, привычней под осью X понимать(и управлять с пульта, соответственно) ось, идущую слева направо — как правило, это более короткая ось, которая проходит через балку портала. Схожая дилемма стоит при выборе положительного направления каждой из осей.

КОМПОНОВКА ТИПИЧНОГО ПОРТАЛЬНОГО DIY СТАНКА С ЧПУ

Подавляющая часть портальных станков с ЧПУ имеет весьма схожую структуру. Фрезерный портальный станок с ЧПУ можно условно поделить на следующие части:

• Станина. 
  Станина — скелет станка, его несущая конструкция,в каком-то смысле станина и есть станок. От её правильной проектировки и исполнения(сварки, сборки) зависит самый важный параметр станка — жесткость, а следовательно, и точность обработки станка. Станины портальных станков изготавливаются из разнообразных материалов, однако наибольшее распространение получили станины, изготовленные из алюминиевого конструкционного профиля, фрезерованных алюминиевых деталей и сварные станины из стали(прокат или листовая сталь). Все более набирают обороты также литые станины из полимерных материалов, но задача литья такой станины не под силу начинающим. Подробней вопросы изготовления станины для станка будут освещены в отдельной статье
• Рабочий стол. 
  Рабочий стол — это собственно поверхность, над которой перемещается рабочий инструмент станка (фреза, гравер и т.д.). Стол служит для закрепления обрабатываемой заготовки, и это накладывает определенные требования на его конструктивное исполнение. Стол должен быть достаточно ровным, и обеспечивать возможность закрепить заготовку в любом месте. Основными решениями для этого являются использование стола с Т-пазами(«Т-стол») и вакуумных столов. Стол с Т-пазами позволяет закрепить практически любую заготовку с помощью специальных зажимов. Вакуумные столы прижимают заготовку к себе за счет создания разрежения под сеткой на поверхности, поэтому они способны фиксировать только заготовки с плоской нижней частью(разнообразные листовые материалы), а также они существенно дороже. Однако вакуумные столы позволяют равномерно прижать заготовку по всей её площади, тогда как при фиксации большой плоской заготовки на Т-столе заготовка в центральной своей части может прогнуться вверх, что приведет к снижению соответствия размеров у конечной детали.
• Приводы осей. Двигатели. 
  Двигатели — связующее звено между электронной частью системы ЧПУ и механической частью, они(точнее, их управляющие модули — драйверы) получают сигналы с контроллера ЧПУ(часто в этой роли выступает персональный компьютер) и преобразуют их во вращательное движения собственного вала. В станках с ЧПУ используются 2 вида двигателей: серводвигатели и шаговые двигатели(а также линейные двигатели — разновидность серводвигателей. Линейные двигатели одновременно являются и трансмиссией для оси). Сказанное далее будет относиться к классическим шаговым и сервоприводам. Шаговые двигатели распространены в самодельных станках с ЧПУ и бюджетных моделях промышленных гравировально-фрезерных станков, а также станков лазерной, плазменной резки и т.п. Причина — в их низкой стоимости и простоте управления. Драйверы шаговых двигателей — достаточно бюджетные устройства, широко представлены на рынке от самых простых моделей до весьма продвинутых цифровых драйверов. Платой за простоту и бюджет становится низкий КПД шаговых двигателей, их низкая удельная мощность, слабая способность к ускорению, высокие вибрации, гул и резонанс, что в сумме сильно влияет на эксплуатационные характеристики станка. 
  Серводвигатели — двигатели с установленным датчиком угла поворота. Это семейство представлено достаточно широко, существуют щеточные и бесщеточные двигатели, постоянного и переменного тока. В целом про серводвигатели можно скзаать, что их отличает высокая плавность хода, высокий КПД, способность переносить кратковременные перегрузки. Однако управление серводвигателем гораздо сложнее, серводрайверы — устройства существенно более дорогие и сложны в настройке(см. статью о выборе привода для фрезерного станка с ЧПУ). Существует также бюджетные варианты щеточных серводвигателей, однако из-за наличия изнашивающейся части(щеток) они менее предпочтительны, чем бесщеточные.
• Приводы осей. Драйверы двигателей. 
  Блоки управления двигателями отличаются разным набором функций, а также разными электротехническими характеристиками. И если к серводвигателям блок как правило поставляется в паре, то шаговые моторы идут обычно без драйверов, а попробовав самостоятельно подобрать что-либо, можно очень надолго задержаться на этом этапе, так как предложений на рынке очень много. См. также: Как выбрать драйвер для шагового двигателя.
• Передачи осей. 
  Задача трансмиссии, или передачи, — превратить вращательное движение вала двигателя в поступательное перемещение по данной оси. Как правило, передача реализуется одним из 3 способов: передача винт-гайка, ШВП или зубчатая передача (шестерня-рейка или шкив-ремень). Как выбать передачу для осей — тема отдельной статьи. Здесь достаточно указать на то, что передача вместе с видом двигателя(и его управления) определяет скорость перемещения по оси, разрешение задания позиции, а также влияет на точность. Каждый вид передачи изготавливается с определенной точностью. С помощью указанного производителем класса точности для данного элемента трансмиссии можно определить, какая погрешность будет вноситься им в работу станка.
• Направляющие. 
  Направляющие обеспечивают перемещение рабочего узла станка строго по заданной траектории. Качество самих направляющих и, что очень важно, качество их установки на станину — второй по важности фактор(после станины), определяющий точность вашего станка. К выбору направляющих стоит подойти очень ответственно.
• Шпиндель. 
  Вообще говоря, вместо шпинделя может быть установлен другой узел — лазерный гравер, установка плазменной или лазерной резки, экструдер. Мы рассмотрим шпиндель, как наиболее нагруженный узел. Шпиндель — как правило, это электродвигатель, особенностью которого является низкое биение вала и возможность регулировать скорость вращения в достаточно широких пределах. Вал шпинделя оканчивается конусом, в который устанавливается зажимная цанга, которая держит режущий инструмент — фрезу или гравер. Ключевыми характеристиками шпинделя являются: биение вала(как правило, измеряется биение на конусе) и мощность шпинделя(указывается в ваттах). Большинство шпинделей предназначены для обработки дерева, пластика, камня, металлообработки. Скорость вращения варьируется обычно от 6000 до 30000 оборотов в минуту. Для фрезеровки и гравировки металлов используются мощные шпиндели с низкими оборотами(2000-10000 об/мин). Многие портальные станки, предназначенные для обработки дерева и пластика, могут гравировать металлы, и даже иногда фрезеровать цветные металлы, однако в этом случае станок испытывает сильную вибрацию из-за отдачи на фрезу, которая не может быть погашена легкой станиной, и это резко снижает качество обработки и ресурс станка. Фрезеровка и гравировка металлов и некоторых видов пластика требует охлаждения режущего инструмента. В настоящее время существует множество способов охлаждения рабочей области, но основным остается подача смазывающе-охлаждающей жидкости на фрезу. Некоторые шпиндели, управляемые инвертором, позволяют контролировать скорость вращения из системы ЧПУ, путем подачи на вход инвертора(частотного преобразователя) аналогового сигнала 0..+10 В.

purelogic.ru

homecnc.ru

Самодельный контроллер для ЧПУ станка

Еще одна схема контроллера для самодельного ЧПУ станка. Ее можно установить на ЧПУ станок из фанеры или на любой другой станок с числовым программным управлением.

Скачать схему контроллера ЧПУ станка, прошивку к нему и разводку платы можно по ссылке в конце статьи.

В основе контроллера лежат три  PIC12F629 (или PIC12C509) эти контроллеры ставятся без изменений в схеме, меняется только их прошивка, в архиве, что лежит по ссылке в конце статьи присутствуют обе. Кроме этого используются полевые транзисторы типа 15N30. Впрочем, подходят любые с напряжением 30 или больше вольт и током от 2 ампер.

В качестве токоограничеющего элемента используются автомобильные лампы накаливания на 24 Вольта. Как говорится — дешево и сердито! ?

Шаговый двигатель подключается к контроллеру следующим образом.

В дополнение привожу раскладку фаз по выходам наиболее используемым шаговым двигателям.

Схемы подключения шаговых двигателей.

Фотография и схема EM-178. Использовался в принтере.

Таблица подключения к контроллерам .

Фотография и схема FL57STH51-1006A.

Таблица подключения к контроллерам .

Фотография и схема EM-207. Использовался в принтере.

Скачать схему контроллера ЧПУ станка, прошивку к нему и разводку платы можно здесь.

Самодельный ЧПУ станок

tr

homecnc.ru

ЧПУ станок своими руками | all-he

В статье описан самодельный станок с ЧПУ. Главное достоинство данного варианта станка – простой метод подключения шаговых двигателей к компьютеру через порт LPT.

Механическая часть

---

Станина
Станина нашего станка сделана из пластмассы толщиной 11-12мм. Материал не критичен, можно использовать алюминий, органическое стекло фанеру и любой другой доступный материал. Основные детали каркаса прикрепляются с помощью саморезов, при желании можно дополнительно оформить места креплений клеем, если используете древесину, то можно использовать клей ПВА.

Суппорта и направляющие
В качестве направляющих использованы стальные прутки с диаметром 12мм, длина 200мм (на ось Z 90мм), две штуки на ось. Суппорта изготавливаются из текстолита размерами  25Х100Х45. Текстолит имеет три сквозных отверстия, два из них для направляющих и одно для гайки. Направляющие части крепятся винтами М6. Суппорты Х и У в верхней части имеют 4 резьбовых отверстия для крепления стола и узла оси Z.

Суппорт Z
Направляющие оси Z крепятся к суппорту Х через стальную пластину, которая является переходной, размеры пластины 45х100х4.

Шаговые двигатели устанавливаются на крепежи, которые можно изготовить из листовой стали с толщиной 2-3мм. Винт нужно соединить с осью шагового двигателя при помощи гибкого вала, в качестве которого может быть использован резиновый шланг. При использовании жесткого вала, система будет работать не точно. Гайку делают из латуни, которую вклеивают в суппорт.

Сборка
Сборка самодельного ЧПУ станка, осуществляется в следующей последовательности:

• Для начала нужно установить в суппорта все направляющие компоненты и прикрутить их к боковинам, которые вначале не установлены на основание.
• Суппорт передвигаем по направляющим до тех пор, пока не добьемся плавного хода.
• Затягиваем болты, фиксируя направляющие части.
• К основанию крепим суппорт, узел направляющие и боковину, для крепления используем саморезы.
• Собираем узел Z и вместе с переходной пластиной прикрепляем его к суппорту X.
• Далее устанавливаем ходовые винты вместе с муфтами.
• Устанавливаем шаговые двигатели, соединяя ротор двигателя и винт муфтой. Обращаем строгое внимание на то, чтобы ходовые винты вращались плавно.

Рекомендации по сборке станка:
Гайки можно изготовить также из чугуна, использовать другие материалы не стоит, винты можно купить в любом строительном магазине и обрезать под свои нужды.  При использовании винтов с резьбой М6х1, длина гайки будет 10 мм.

---

Чертежи станка.rar

---

Переходим ко второй части сборки ЧПУ станка своими руками, а именно к электронике.

Электроника

---

Блок питания
В качестве источника питания был использован блок на 12Вольт 3А. Блок предназначен для питания шаговых двигателей. Еще один источник напряжения на 5Вольт и с током 0.3А был использован для запитки микросхем контролера. Источник питания зависит от мощности шаговых двигателей.

Приведем расчет блока питания.  Расчет прост — 3х2х1=6А, где 3 — количество используемых шаговых двигателей, 2 — число запитанных обмоток, 1 — ток в Амперах.

Контролер управления
Управляющий контроллер был собран всего на 3-х микросхемах серии 555TM7. Контроллер не требует прошивки и имеет достаточно простую принципиальную схему, благодаря этому, данный ЧПУ станок своими руками может сделать человек не особо разбирающийся в электронике.

Описание и назначение выводов разъема порта LPT.

Для эксперимента был использован шаговый двигатель от старого 5,25-дюймов. В схеме 7 бит не используется т.к. применено 3 двигателя. На него можно повесить ключ включение главного двигателя (фреза или сверло).

Драйвер для шаговых двигателей
Для управления шаговым двигателем используется драйвер, который из себя представляет усилитель с 4-я каналами. Конструкция реализована всего на 4-х транзисторах типа КТ917.

Применять можно и серийные микросхемы, к примеру — ULN 2004 (9 ключей) с током 0,5-0.6А.

Для управления используется программа vri-cnc. Подробное описание и инструкция по использованию программы находится на официальном сайте.

Собрав данный ЧПУ станок своими руками, вы станете обладателем машины способной выполнять механическую обработку (сверление, фрезерование) пластмасс. Гравировку по стали. Также самодельный станок с ЧПУ может использоваться как графопостроитель, на нем можно рисовать и сверлить печатные платы.

По материалам сайта: vri-cnc.ru

all-he.ru

Контроллер для ЧПУ станка

На сайте Самодельный ЧПУ станок уже есть описание и схема самодельного контроллера для ЧПУ.

Сегодня мы поговорим о другой схеме управления ЧПУ станком собранной на 555TM7 и проверенной армией любителей изготавливать самодельные ЧПУ станки в домашних условиях. Основная прелесть этого контроллера в том, что он не требует прошивки и настройки, этот самодельный контроллер ЧПУ станка настолько прост, что работает сразу после сборки!

Схему можно разделить на 3 части: Блок питания с подачей 5-ти и 12-ти вольт, собственно сам контроллер и драйвера шаговых двигателей.

С блоком питания нет никаких проблем — просто покупаем компьютерный БП средней стоимости, они достаточно мощные для наших целей, хорошо изготовлены и стоят не дорого.

Схема контроллера проста до безобразия, 3 микросхемы и горстка резисторов на 1кОм.

Описание и назначение выводов разъема порта LPT.

Это таблица разъемов стандартного LPT порта, в нашей схеме мы используем только разъемы со 2го по 9тый, ну еще используется «земля», она подается и на корпус соединительного кабеля (надеюсь вы не будете паять его самостоятельно, а купите готовый), так что отдельного провода для нее можно и не использовать. Обратно на компьютер ничего не передаем, компьютер управляет шаговыми двигателями фактически напрямую.

Если вы не хотите заморачиваться и вникать в логику управления ЧПУ станком, то следующие абзацы можете пропустить, переходите сразу к описанию драйверов шаговых двигателей. Все равно все эти премудрости будет выполнять программа управления ЧПУ станком.

Итак, 8 бит идущих от LPT разделяются на две группы по 4бит: данные и управляющие. При получении сигнала одним из трех триггеров, данные записываются в триггер ТМ7 и поступают на драйвер шагового двигателя. При снятии с ТМ7 разрешающего сигнала данные в триггере сохраняются (триггер с защелкой) и т.д.

Таким образом, для подачи на второй двигатель сигнала 0101 необходимо подать разрешающий сигнал на второй ТМ7 то есть передать в LPT порт сигнал:

<В нашей схеме мы не используем 7 бит, так как у нас всего 3 оси. Но него, при желании, можно подключить ключ для включения шпинделя (бормашины или дремеля). Однако в домашних условиях гораздо проще шпиндель включать руками при начале работ и отключать в конце.

При желании имеющуюся схему можно расширить и подключить к ней до 32-х шаговых двигателей, для этого необходимо на управляющие биты установить дешифратор 4 бит=32 в десятичной системе. Однако для домашне-хоббийных дел 3-х осевого ЧПУ станка вполне достаточно.

Драйвер шагового двигателя

Драйвер шагового двигателя самодельного ЧПУ станка так же очень прост в изготовлении и представляет собой 4-х канальный усилитель (4 ключа). Собирается каждый драйвер на 4х транзисторах КТ917, 4-х диодах, резисторе и конденсаторе. Такую простую схему сможет спаять даже начинающий, кто паяльник приобрел только пару недель назад.

Можно не парится с транзисторами и использовать готовую микросхему — ULN 2003, схему ее подключения смотрите ниже.

Схему можно собрать на любой макетной плате или изготовить плату с помощью метода лазерноутюжной технологии и травления в хлорном железе. Для любителей последнего — смотрите разводку платы ниже, там применена микросхема крен для стабилизированного 5ти вольтового питания. Если вы используете 5 вольт от блока питания компьютера. то устанавливать ее не обязательно, просто переделайте дорожку 5ти вольтового питания.

Картинка монтажной платы контроллера ЧПУ станка и драйвера кликабельна

Вот, собственно и все, что хотелось рассказать о самодельном контроллере ЧПУ станка. Как видите — работа по сборке контроллера не сложная, займет максимум пару часов вечером, при наличии всех радио деталей.

В статье использовались материалы с сайта vri-cnc.narod.ru

Самодельный ЧПУ станок

homecnc.ru

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.

Поскольку я давно собрал для себя ЧПУ станок и давно и регулярно эксплуатирую его для хоббийных целей, то мой опыт, надеюсь, будет полезен, как и исходные коды контроллера.

Постарался написать только те моменты, которые лично мне показались важными.

Ссылка на исходники контроллера и настроенную оболочку Eclipse+gcc и пр. лежат там же, где ролик:

Регулярно сталкиваясь, с необходимостью сделать ту или иную мелкую «штучку» сложной формы, первоначально задумался о 3D принтере. И даже начал его делать. Но почитал форумы и оценив скорость работы 3D принтера, качество и точность результата, процент брака и конструкционные свойства термопластмассы, понял, то это не более чем игрушка.

Заказ на комплектующие из Китая пришел за месяц. И уже через 2 недели станок работал с управлением от LinuxCNC. Собирал из всякой фигни, что была под рукой, поскольку хотелось побыстрее (профиль + шпильки). Собирался потом переделать, но, как оказалось, станок получился достаточно жесткий, и гайки на шпильках не пришлось подтягивать ни разу. Так что конструкция осталась без изменений.

Начальная эксплуатация станка показала что:

1. Использовать в качестве шпинделя бормашинку “china noname” на 220V не лучшая идея. Перегревается и жутко громко работает. Боковой люфт фрезы (подшипников?) ощущается руками.
2. Бормашинка Proxon работает тихо. Люфт не ощутим. Но перегревается и выключатся через 5 минут.
3. Компьютер, взятый на время, с LPT двунаправленным портом — не удобен. Взят на время (найти PCI-LPT оказалось проблемой). Занимает место. И вообще..

После первоначальной эксплуатации заказал шпиндель с водяным охлаждением и решил сделать контроллер для автономной работы на самом дешевом варианте STM32F103, продаваемом в комплекте с 320×240 LCD экраном.
Почему народ до сих пор упорно мучает 8-и разрядные ATMega для относительно сложных задач, да еще через Arduino для меня загадка. Наверное любят трудности.

Разработка контроллера

Программу создавал после вдумчивого просмотра исходников LinuxCNC и gbrl. Однако ни те, ни те исходники расчета траектории не взял. Захотелось попробовать написать модуль расчета без использования float. Исключительно на 32-х разрядной арифметике.
Результат меня устраивает для всех режимов эксплуатации и прошивку не трогал уже давно.
Скорость максимальная, подобранная экспериментально: X:2000мм/мин Y:1600 Z:700 (1600 step/mm. режим 1/8).
Но ограничена не ресурсами контроллера. Просто выше уже мерзкий звук пропуска шагов даже прямых участках по воздуху. Бюджетная китайская плата управления шаговиками на TB6560 не самый лучший вариант.
Фактически скорость по дереву (бук, 5мм заглубления,d=1мм фреза, шаг 0.15мм) больше 1200 мм не ставлю. Возрастает вероятность поломки фрезы.

В результате получился контроллер со следующим функционалом:

• Подключение к внешнему компу как стандартное usb mass storage device (FAT16 на SD карте). Работа с файлами стандартного формата G-code
• Удаление файлов через пользовательский интерфейс контроллера.
• Просмотр траектории по выбранному файлу (насколько позволяет экран 640×320) и расчет времени выполнения. Фактически эмуляция выполнения с суммированием времени.
• Просмотр содержимого файлов в тестовом виде.
• Режим ручного управления с клавиатуры (перемещение и выставления «0»).
• Запуск выполнения задания по выбранному файлу (G-code).
• Приостанов/продолжить выполнение. (иногда полезно).
• Аварийный программный стоп.

Контроллер подключатся к плате управления шаговиками через тот же разъем LPT. Т.е. он выполняет роль управляющего компьютера с LinuxCNC/Mach3 и взаимозаменяем с ним.

После творческих экспериментов по вырезанию собственноручно нарисованных рельефов на дереве, и экспериментов с настройками ускорений в программе, захотел дополнительно еще и энкодеры на осях. Как раз на e-bay нашел относительно дешевые оптически экодеры (1/512), шаг деления которых для моих ШВП был 5/512= 0.0098мм.
Кстати, использование оптических энкодеров высокого разрешения, без аппаратной схемы работы с ними (в STM32 она есть) – бессмысленно. Ни обработка по прерыванию, ни, тем более, программный опрос никогда не справятся с «дребезгом» (это говорю для любителей ATMega).

В первую очередь, я хотел для следующих задач:

1. Ручное позиционирование на столе с высокой точностью.
2. Контроль пропуска шагов с контролем отклонение траектории от расчетной.

Однако, нашел им еще одно применение, пусть и в довольно узкой задаче.

Заметил, что при вырезании рельефа, при задании ускорения по Z больше определенной величины, ось Z начинает медленно, но уверенно ползти вниз. Но, время вырезания рельефа при этом ускорении на 20% меньше. По окончанию вырезания рельефа 17×20 см с шагом 0.1мм фреза может уйти вниз на 1-2 мм от расчетной траектории.
Анализ ситуации в динамике по энкодерам, показал, что при подъеме фрезы иногда теряется 1-2 шага.
Простой алгоритм коррекции шагов с использованием энкодера дает отклонение не более 0.03 мм и позволяет уменьшить время обработки на 20%. А даже 0.1 мм выступ на дереве заметить сложно.

Идеальным вариантом для хоббийных целей посчитал настольный вариант с полем чуть больше чем A4. И до сих пор мне этого хватает.

Подвижный стол

Для меня до сих пор остается загадкой, почему все выбирают для настольных станков конструкцию с подвижным порталом. Единственное её преимущество – возможность обработать по частям очень длинную доску или, если приходится регулярно обрабатывать материал вес которого больше веса портала.

За все время эксплуатации ни разу не было необходимость выпилить по частям рельеф на 3-х метровой доске или сделать гравировку на каменной плите.

Подвижный стол обладает следующими преимуществами для настольных станков:

1. Конструкция проще и, в общем случае, конструкция более жесткая.
2. На неподвижный портал навешиваются все потроха (блоки питания, платы и пр.) и станок получается компактнее и удобнее для переноски.
3. Масса стола и куска типичного материала для обработки существенно ниже чем масса портала и шпинделя.
4. Практически исчезает проблема с кабелями и шлангами водяного охлаждения шпинделя.

Шпиндель

Хотел бы заметить, что данный станок не для силовой обработки. ЧПУ станок для силовой обработки проще всего сделать на базе обычного фрезерного станка.

На мой взгляд, станок для силовой обработки металла и станок с высоко оборотистым шпинделем для обработки дерева/пластмасс — это совершенно разные типы оборудования.

Создать в домашних условия универсальный станок как минимум не имеет смысла.

Выбор шпинделя для станка с данным типом ШВП и направляющими с линейными подшипниками однозначен. Это высоко оборотистый шпиндель.

Для типичного высоко оборотистого шпинделя (20000 об/мин) фрезеровка цветных металлов (про сталь даже речи не идет) – это экстремальный режим для шпинделя. Ну, разве что очень надо и тогда съем по 0.3 мм за проход с поливом ОЖ.
Шпиндель для станка рекомендовал бы с водяным охлаждением. С ним слышно во время работы только «пение» шаговых двигателей и бульканье аквариумного насоса в контуре охлаждения.

В первую очередь у меня ушла проблема корпусов. Любой формы корпус фрезеруется из «оргстекла» и по идеально по гладким срезам склеивается растворителем.

Стеклотекстолит отказался универсальным материалом. Точность станка позволяет вырезать посадочное место под подшипник, в которое он холодный зайдет, как положено с легким натягом, а после уже не вытащить. Шестерни из текстолита отлично вырезаются с честным эвольвентным профилем.

Обработка дерева (рельефы и пр.) – широкий простор для реализации своих творческих порывов или, как минимум, для реализации чужих порывов (готовые модели).

Вот только ювелирку не пробовал. Негде опоки прокаливать/плавить/лить. Хотя брусок ювелирного воска ждет своего часа.

В статье описан самодельный станок с ЧПУ. Главное достоинство данного варианта станка – простой метод подключения шаговых двигателей к компьютеру через порт LPT.

Механическая часть

Станина

Станина нашего станка сделана из пластмассы толщиной 11-12мм. Материал не критичен, можно использовать алюминий, органическое стекло фанеру и любой другой доступный материал. Основные детали каркаса прикрепляются с помощью саморезов, при желании можно дополнительно оформить места креплений клеем, если используете древесину, то можно использовать клей ПВА.

Суппорта и направляющие

В качестве направляющих использованы стальные прутки с диаметром 12мм, длина 200мм (на ось Z 90мм), две штуки на ось. Суппорта изготавливаются из текстолита размерами 25Х100Х45. Текстолит имеет три сквозных отверстия, два из них для направляющих и одно для гайки. Направляющие части крепятся винтами М6. Суппорты Х и У в верхней части имеют 4 резьбовых отверстия для крепления стола и узла оси Z.

Суппорт Z

Направляющие оси Z крепятся к суппорту Х через стальную пластину, которая является переходной, размеры пластины 45х100х4.

Шаговые двигатели устанавливаются на крепежи, которые можно изготовить из листовой стали с толщиной 2-3мм. Винт нужно соединить с осью шагового двигателя при помощи гибкого вала, в качестве которого может быть использован резиновый шланг. При использовании жесткого вала, система будет работать не точно. Гайку делают из латуни, которую вклеивают в суппорт.

Сборка

Сборка самодельного ЧПУ станка, осуществляется в следующей последовательности:

• Для начала нужно установить в суппорта все направляющие компоненты и прикрутить их к боковинам, которые вначале не установлены на основание.
• Суппорт передвигаем по направляющим до тех пор, пока не добьемся плавного хода.
• Затягиваем болты, фиксируя направляющие части.
• К основанию крепим суппорт, узел направляющие и боковину, для крепления используем саморезы.
• Собираем узел Z и вместе с переходной пластиной прикрепляем его к суппорту X.
• Далее устанавливаем ходовые винты вместе с муфтами.
• Устанавливаем шаговые двигатели, соединяя ротор двигателя и винт муфтой. Обращаем строгое внимание на то, чтобы ходовые винты вращались плавно.

Рекомендации по сборке станка:
Гайки можно изготовить также из чугуна, использовать другие материалы не стоит, винты можно купить в любом строительном магазине и обрезать под свои нужды. При использовании винтов с резьбой М6х1, длина гайки будет 10 мм.

Чертежи станка.rar

Переходим ко второй части сборки ЧПУ станка своими руками, а именно к электронике.

Электроника

Блок питания

В качестве источника питания был использован блок на 12Вольт 3А. Блок предназначен для питания шаговых двигателей. Еще один источник напряжения на 5Вольт и с током 0.3А был использован для запитки микросхем контролера. Источник питания зависит от мощности шаговых двигателей.

Приведем расчет блока питания. Расчет прост — 3х2х1=6А, где 3 — количество используемых шаговых двигателей, 2 — число запитанных обмоток, 1 — ток в Амперах.

Контролер управления

Управляющий контроллер был собран всего на 3-х микросхемах серии 555TM7. Контроллер не требует прошивки и имеет достаточно простую принципиальную схему, благодаря этому, данный ЧПУ станок своими руками может сделать человек не особо разбирающийся в электронике.

Описание и назначение выводов разъема порта LPT.

Для эксперимента был использован шаговый двигатель от старого 5,25-дюймов. В схеме 7 бит не используется т.к. применено 3 двигателя. На него можно повесить ключ включение главного двигателя (фреза или сверло).

Драйвер для шаговых двигателей

Для управления шаговым двигателем используется драйвер, который из себя представляет усилитель с 4-я каналами. Конструкция реализована всего на 4-х транзисторах типа КТ917.

Применять можно и серийные микросхемы, к примеру — ULN 2004 (9 ключей) с током 0,5-0.6А.

Для управления используется программа vri-cnc. Подробное описание и инструкция по использованию программы находится на .

Собрав данный ЧПУ станок своими руками, вы станете обладателем машины способной выполнять механическую обработку (сверление, фрезерование) пластмасс. Гравировку по стали. Также самодельный станок с ЧПУ может использоваться как графопостроитель, на нем можно рисовать и сверлить печатные платы.

По материалам сайта: vri-cnc.ru

Контроллер для станка легко сможет собрать и домашний мастер. Задать нужные параметры не сложно, достаточно учесть несколько нюансов.

Без правильного выбора контроллера для станка не удастся собрать сам контроллер для ЧПУ на Atmega8 16au своими руками. Эти устройства делятся на две разновидности:

• Многоканальные. Сюда входят 3 и 4-осевые контроллеры для шаговых двигателей.
• Одноканальные.

Небольшие шаровые двигатели наиболее эффективно управляются многоканальными контроллерами. Стандартные типоразмеры в данном случае – 42, либо 57 миллиметров. Это отличный вариант для самостоятельной сборки ЧПУ станков, у которых рабочее поле имеет размер до 1 метра.

Если же самостоятельно собирается станок на микроконтроллере с полем более чем в 1 метр – надо использовать двигатели, выпускающиеся в типоразмерах до 86 миллиметров. В данном случае рекомендуется организовывать управление мощными одноканальными драйверами, с током управления от 4,2 А и выше.

Контроллеры со специальными микросхемами-драйверами получили широкое распространение в случае необходимости организовать контроль работы станков с фрезерами настольного типа. Оптимальным вариантом будет микросхема, обозначаемая как TB6560 или A3977. У этого изделия внутри есть контроллер, способствующий формированию правильной синусоиды для режимов, поддерживающих разные полушаги. Токи обмотки могут быть установлены программным способом. При микроконтроллерах добиться результата просто.

Управление

Контроллером легко управлять, используя специализированное программное оборудование, установленное на ПК. Главное, чтобы у самого компьютера память была минимум 1 ГБ, а процессор – не менее 1 GHz.

Можно использовать ноутбуки, но стационарные компьютеры в этом плане дают лучшие результаты. И обходятся гораздо дешевле. Компьютер можно использовать для решения других задач, когда станки не требуют управления. Хорошо, если есть возможность оптимизировать систему перед началом работы.

Параллельный порт LPT – вот какая деталь помогает организовать подключение. Если контроллер имеет порт USB, то используется разъем соответствующей формы. При этом выпускается все больше и больше компьютеров, у которых параллельный порт отсутствует.

Изготовление самого простого варианта сканера

Одно из самых простых решений для самодельного создания ЧПУ станка – использование деталей от другого оборудования, снабженного шаровыми двигателями. Функцию отлично выполняют старые принтеры.

Берем следующие детали, извлеченные из прежних приборов:

1. Сама микросхема.
2. Шаговый двигатель.
3. Пара стальных прутков.

При создании корпуса контроллера надо взять и старую картонную коробку. Допустимо использовать коробки из фанеры или текстолита, исходный материал не имеет значения. Но картон проще всего обработать, используя обычные ножницы.

Список инструментов будет выглядеть следующим образом:

• Паяльник вместе, дополненный принадлежностями.
• Пистолет с клеем.
• Ножничный инструмент.
• Кусачки.

Наконец, изготовление контроллера потребует следующих дополнительных деталей:

1. Разъем с проводом, для организации удобного подключения.
2. Цилиндрическое гнездо. Такие конструкции отвечают за питание устройства.
3. Ходовыми винтами служат стержни, имеющие определенную резьбу.
4. Гайка с подходящими для ходового винта размерами.
5. Шурупы, шайбы, древесина в форме кусков.

Начинаем работу по созданию самодельного станка

Шаговый двигатель вместе с платой должны быть извлечены из старых устройств. У сканера достаточно снять стекло, а затем – вывернуть несколько болтов. Снимать потребуется и стальные стержни, используемые в дальнейшем, создавая тестовый портал.

Микросхема управления ULN2003 станет одним из главных элементов. Возможно отдельное приобретение деталей, если в сканере используются другие разновидности микросхем. В случае наличия нужного устройства на плате его аккуратно выпаиваем. Порядок действий при сборке контроллера для ЧПУ на Atmega8 16au своими руками выглядит следующим образом:

• Сначала разогреваем олово, используя паяльник.
• Удаление верхнего слоя потребует использования отсоса.
• Одним концом отвертку устанавливаем под микросхему.
• Жало паяльника должно касаться каждого вывода микросхемы. Если это условие соблюдается, на инструмент можно нажимать.

Далее микросхема припаивается на плату, тоже с максимальной аккуратностью. Для первых пробных шагов можно использовать макеты. Используем вариант с двумя шинами электропитания. Одна из них соединяется с положительным выводом, а другая – с отрицательным.

На следующем этапе идет соединение вывода у второго коннектора параллельного порта с выводом в самой микросхеме. Выводы у коннектора и микросхемы должны быть соединены соответствующим образом.

Нулевой вывод присоединяется к отрицательной шине.

Один из последних этапов – припайка шагового двигателя к устройству управления.

Хорошо, если есть возможность изучить документацию от производителя устройств. Если нет, то придется самостоятельно искать подходящее решение.

Провода соединяются с выводами. Наконец, один из них соединяется с положительной шиной.

Шины и гнезда электропитания нужно соединить.

Термоклей из пистолета поможет закрепить детали, чтобы они не откалывались.

Используем Turbo CNC – программу для управления

ПО Turbo CNC точно будет работать с микроконтроллером, который использует микросхему ULN2003.

• Используем специализированный сайт, откуда можно скачать программное оборудование.
• Любой пользователь разберется в том, как провести установку.
• Именно данная программа лучше всего работает под MS-DOS. В режиме совместимости на Windows могут появляться некоторые ошибки.
• Но, с другой стороны, это позволит собрать компьютер с определенными характеристиками, совместимыми именно с данным программным обеспечением.

1. После первого запуска программы появится специальный экран.
2. Надо нажать пробел. Так пользователь оказывается в главном меню.
3. Нажимаем F1, а потом выбираем пункт Configure.
4. Далее надо нажать пункт «number of Axis». Используем клавишу Enter.
5. Остается только ввести количество соей, которые планируется использовать. В данном случае у нас один мотор, потому и нажимаем на цифру 1.
6. Для продолжения используем Enter. Нам снова понадобится клавиша F1, после ее применения в меню Configure выбираем Configure Axis. Затем – два раза нажимаем пробел.

Drive Type – вот какая вкладка нам нужна, до нее доходим многочисленными нажиманиями Tab. Стрелка вниз помогает дойти до пункта Type. Нам нужна ячейка, которая носит название Scale. Далее определяем, сколько шагов двигатель совершает только за время одного оборота. Для этого достаточно знать номер детали. Тогда легко будет понять, на сколько градусов он поворачивается всего за один шаг. Далее число градусов делится на один шаг. Так мы вычисляем количество шагов.

Остальные настройки можно оставить в первоначальном виде. Число, получившееся в ячейке Scale, просто копируется в такую же ячейку, но на другом компьютере. Значение 20 должно быть присвоено ячейке Acceleration. По умолчанию в этой области стоит значение 2000, но оно слишком большое для собираемой системы. Начальный уровень – 20, а максимальный – 175. Далее остается нажимать TAB, пока пользователь не доходит до пункта Last Phase. Здесь нужно поставить цифру 4. Далее жмем Tab, пока не дойдем до ряда из иксов, первого в списке. Первые четыре строчки должны содержать следующие позиции:

1000XXXXXXXX
0100XXXXXXXX
0010XXXXXXXX
0001XXXXXXXX

В остальных ячейках не нужно проводить никаких изменений. Просто выбираем ОК. Все, программа настроена для работы с компьютером, самими исполнительными устройствами.

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.

Кстати, в той статье я забыл показать фотографии изготовленных поделок. Исправляю это. Пенопластовый медведь и фанерное растение.

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».

Пока тот ехал через всю Россию, сидел вечерами на разных ЧПУ-шных форумах и пытался определиться в выборе контроллера STEP/DIR
и драйвера шаговых двигателей. Рассматривал три варианта: на микросхеме L298
, на полевиках, либо же купить готовый китайский TB6560
о котором были очень противоречивые отзывы.

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+
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

Начну с блока питания. Планировал сделать импульсный, провозился с ним наверное неделю, но так и не смог победить возбуд, который шел непонятно откуда. Мотаю транс на 12в – всё ОК, мотаю на 30-полная неразбериха. Пришел к выводу, что какая-то бяка лезет по обратной связи с 30в на TL494
и сносит ей башню. Так и забросил этот импульсник, благо было несколько ТС-180 один из которых пошел служить родине в качестве транса питания. Да и что ни говори, а кусок железа и меди будет надежнее кучки рассыпухи. Трансформатор перемотал на нужные напряжения, а нужно было +30в на питание моторчиков, +15в на питание IR2104
, +5в на L297
, и вентилятор. На двигатели можно подавать 10, а можно и 70, главное не превышать по току, но, если сделать меньше – снижаются максимальные обороты и сила, а вот больше не позволял трансформатор т.к. нужно было 6-7А. Напряжения 5 и 15в застабилизировал, 30 оставил «плавающими» на усмотрение нашей электросети.

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

Для безопасности LPT порта, контроллер и компьютер соединил через плату опторазвязки. Схему и печатку взял на одном известном сайте, но опять же пришлось немного переделать её под себя и убрать лишние детали.

Одна сторона платы питается через USB порт, другая, подключенная к контроллеру — от источника +5в. Сигналы передаются через оптроны. Все подробности о настройке контроллера и развязки напишу в третьей главе, здесь же упомяну только основные моменты. Данная плата развязки предназначена для безопасного подключения контроллера шагового двигателя к LPT порту компьютера. Полностью электрически изолирует порт компьютера от электроники станка, и позволяет управлять 4-х осевым ЧПУ станком. Если станок имеет только три оси, как в нашем случае, ненужные детали можно оставить висеть в воздухе, либо вообще их не впаивать. Имеется возможность подключения концевых датчиков, кнопки принудительной остановки, реле включения шпинделя и другого устройства, например пылесоса.

Это было фото платы опторазвязки взятое из интернета, а вот так выглядит мой огород после установки в корпус. Две платы и куча проводов. Но вроде бы наводок никаких нет, и всё работает без ошибок.

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 (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.