Avtoargon.ru

АвтоАргон
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Песочница: CNC Shield v3

Песочница: CNC Shield v3.0 — Железо

Подпишитесь на автора

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

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Добрый день уважаемые читатели!

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

Как говориться дешево и сердито!

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

Arduino UNO (аналог) – 250 руб.

CNC Shield v3.0 – 250 руб.

Драйверы A4988 – 75 руб. / шт.

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

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

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

Характеристики платы:

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

Для работы CNC Shield необходимо:

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

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

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

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

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

    Колодка D12 замыкается для управления шагом.

    Колодка D13 замыкается для управления направлением вращения.

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

    Меняются местами контакты B- и B+.

    На плате CNC Shield есть контакты для подключения:

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

    Как это работает?

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

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

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

    Схема подключения Arduino UNO

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

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

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

    Благодарю Вас за внимание, продолжение следует …

    Подпишитесь на автора

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

    Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

    Подключение шагового двигателя к «Ардуино»

    При работе с Arduino многие радиолюбители пользуются шаговыми двигателями. Но что же это такое? Как его подключать? А как работать с ним? И вообще, где они используются? Ответы на все эти вопросы будут представлены в этой статье.

    О шаговых двигателях

    Можно сказать, что шаговые двигатели являются основой точной робототехники. Они применяются везде благодаря их точности. Дело в том, что шаговые двигатели при повороте вала используют маленькие шаги, это позволяет им быть сверхточными при работе. Именно благодаря «шагам» их и стали называть шаговыми двигателями. Взять, например, принтер. Там тоже используется шаговый двигатель. Или какой-нибудь манипулятор, где точность очень важна, ведь если даже робот сделает ошибку на половину градуса — уже все пойдет не так. Аналогом шаговых двигателей можно считать сервоприводы, так как при их программировании также указывается градус поворота, однако серво уступают шаговым двигателям в точности. Но есть множество ситуаций, где использование сервоприводов целесообразнее, нежели использование «шаговиков».

    Шаговый двигатель 28BYJ-48

    Среди множества выбора шаговых двигателей следует обратить внимание именно на шаговый двигатель модели 28BYJ-48. Стоит она достаточно дешево, всего лишь 100-150 рублей за штуку. Как выглядит шаговый двигатель для «Ардуино», можно увидеть на фото ниже.

    Многие радиолюбители отдают предпочтение именно этой модели из-за низкой цены и хорошей точности. Тип мотора — униполярный, число фаз — 4. Потребляет шаговый двигатель для «Ардуино» от 5 до 12V. Однако рекомендуется использовать 6-7V. Двигатели могут работать в двух режимах: полношаговый и полушаговый. Рекомендуется для использования в полушаговом режиме. Это 5.625 градуса на шаг. При полношаговом на шаг дается 11.25 градуса. Вес двигателя — 30 грамм.

    Драйвер ULN2003

    Для подключения шагового двигателя к «Ардуино» используется специальный драйвер. Одним из таких является ULN2003. Связано это с тем, что при работе шагового двигателя достаточно мощная сила тока, которую контакты Arduino просто не могут выдержать. Для этого и используется драйвер. Сам двигатель подключается к драйверу, перепутать все почти невозможно, так как есть ключ, который показывает, как именно надо подключить. Ну, и далее уже сам драйвер подключается к Arduino для дальнейшей работы. Зачастую в магазинах драйвер уже идет в комплекте с шаговым двигателем. Однако есть случаи, когда двигатели продаются без драйвера, на это надо обращать внимание. Если покупать на Aliexpress, то лучше работать только с проверенными продавцами, у которых много отзывов.

    Подключение

    Как уже говорилось выше, для работы шагового двигателя с «Ардуино» используется драйвер. Для питания двигателя следует использовать иной источник, чтобы не перегружать плату Arduino. А остальные выводы, начиная с IN1 до IN4, подключаем к любым цифровым контактам на «Ардуино». Как можно заметить, подключение шагового двигателя к «Ардуино» достаточно простое. На фотографии можно увидеть пример подключения.

    Управление

    Для управления шаговым двигателям с «Ардуино» в составе среды разработки уже есть готовая библиотека, которая позволяет управлять двигателем, используя маленький программный код. Если бы его не было, пришлось бы при помощи специальной таблицы составлять и рассчитывать движение двигателя, что заняло бы очень много времени. Однако есть и минус этой библиотеки. Дело в том, что она дает возможность использования двигателя лишь в полношаговом режиме. Хотя изначально рекомендуется использование «шаговика» в полушаговом. Но для простых проектов с использованием одного шагового двигателя эта библиотека подойдет. Называется она Stepper. Можно написать код для управления шаговым двигателем с «Ардуино». Скетч выглядит так, как на примере ниже.

    Это пример из самой библиотеки для управления шаговыми двигателями. Вы можете сами указать, какое количество шагов нужно выполнить, а также с какой скоростью. Рассмотрим код более детально. В самом начале подключается библиотека Stepper, о которой уже было сказано выше. После чего создается константа с количеством шагов, которые должен выполнить шаговый двигатель. Далее создается переменная типа Stepper с данными, используя какие контакты подключен шаговый двигатель к «Ардуино». Устанавливается скорость и уже сам процесс движения шагового двигателя. Но если же вы желаете использовать более одного двигателя в своем проекте и работать в полушаговом режиме, то можно применять сторонние библиотеки. Одним из таких является Accel Stepper. Эта библиотека очень хорошо показала себя в работе, имеет много возможностей. При работе с ней шаги точные, двигатели не греются. В общем, рекомендовано к использованию. Для установки библиотеки ее необходимо скачать и перенести содержимое архива в папку Libraries в корневой папке Arduino.

    В этой статье был рассмотрен пример подключения шагового двигателя к «Ардуино», а также его управление с помощью программного кода. Каждый радиолюбитель должен хоть раз в своих проектах попробовать работать с ним!

    Управление шаговым двигателем с ардуины Комментировать

    Устройство для управления роботизированными системами и автоматикой – Arduino – имеет интерфейсы ввода-вывода, а также встроенную программируемую плату. В зависимости от модели Ардуино имеет различное количество устройств ввода-вывода, набор периферии платформы также может отливаться.

    Чем больше устройств внешней периферии установлено в составе Ардуины, тем большим функционалом он обладает: USB, Ethernet, GSM, card-reader и другие. Дополнительный аналоговый джойстик позволяет управлять системой более точно. Дополнительная плавность движений организуется при помощи регулировки движения по трем осям.

    Аппаратно вычислительная платформа Arduino

    Программирование модуля производится на языке С++, что дает возможность использовать программирование шагового двигателя с ардуины как профессионалам, так и любителям.

    NEMA 08 FL20STH30-0604 A Шаговый двигатель

    NEMA 11 FL28STH32-0956 A Шаговый двигатель

    NEMA 14 FL35ST26-0284 A Шаговый двигатель

    NEMA 16 FL39ST20-0506 A Шаговый двигатель

    Модуль управления Motor Shield

    Отдельный модуль Motor Shield используется в составе Ардуино для управления шаговым двигателем. В зависимости от модели он поддерживает различные типы силовых установок:

    • Постоянного тока
    • Шаговые двигатели (биполярные и униполярные)
    • Сервоприводы

    При помощи этого устройства может быть подключено одновременно несколько силовых установок в различных комбинациях. Разные модели Motor Shield используют различные комбинации. Имейте ввиду, что для соединения Arduino и модуля потребуется отдельный переходник, поскольку штатные разъемы не обеспечивают абсолютной совместимости плат.

    Микросхема (например L293D) является драйвером. Для управления силовой установки используется одновременно две микросхемы. Защита по напряжению организована посредствам обратных диодов.

    Схема имеет силовую и слаботочную цепи питания. Силовая цепь может быть запитана от внешнего источника (6…24В) или от управляющей платы. Для слаботочной цепи предусматривается питание от стабилизированного источника 5В. Подключение внешнего питания осуществляется при установленном джемпере, в обратном случае может возникнуть замыкание.

    Увеличить максимальное пороговое напряжение модуля управления с 25 до 36В возможно при помощи использования в составе микросхемы отдельных конденсаторов.

    Программное обеспечение для Arduino

    Платформа Ардуино уже имеет штатную библиотеку софта, которая находится в библиотеке Hardware. Тем не менее для работы с Motor Shield существуют дополнительные библиотеки, которые в значительно мере упрощают работу, а также предусматривают поддержку дополнительных режимов работы.

    Управление шаговым двигателем постоянного тока с ардуины

    Модуль поддерживает одновременную работу с несколькими силовыми установками, которые могут быть использованы в различных устройствах. Отдельная библиотека AFMotor используется для организации работы как шаговых, так и двигателей постоянного тока.

    Выводы агрегата подключаются к Motor Shield и электрической цепи модуля GND. Количество шагов на оборот и номер канала задается командой Stepper. В зависимости от использования первых двух или третьего и четвертого канала при программировании используется команда 1 и 2 соответственно.

    Скорость вращения ротора задается командой SetSpeed в оборотах в минуту. Используйте частоту вращения, рекомендованную для использующейся вами модели шагового двигателя. В случае программирования показания выше рекомендованного система самостоятельно снизит обороты до максимально возможных.

    Индивидуальная настройка движения ротора программируется командой Step и предусматривает следующий функционал:

    • Задание часа шагов
    • Движение вперед и назад
    • Типы шагов: при помощи одной обмотки, с помощью двух обмоток, чередование режима 1 и 2, микрошаг

    Отключение силовой установки осуществляется через команду release.

    CNC-DESIGN

    В корзине пусто!

    Сборка и настройка Arduino Uno и CNC Sheild v.3

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

    В комплект входят:

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

    Характеристики комплекта:

    — совместим с прошивкой GRBL и стандартным G-кодом;

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

    — до 6-ти концевых выключателей;

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

    — драйверы шаговых двигателей: A4988, DRV8825 или аналогичные;

    — интерфейсы: UART, I2C

    — напряжение питания: 12…36В;

    — размеры — 65×55×20 мм;

    С чего начать?

    Для базовой настройки набора понадобится:

    — компьютер для загрузки прошивки;

    — шаговые двигатели NEMA17 с разъемом Dupont с 4 контактами;

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

    Шаг первый.

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

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

    Шаг второй.

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

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

    Шаг третий.

    Настройка тока драйверов шаговых двигателей.

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

    — шум при работе моторов;

    — максимальное значение микрошага 1/16.

    Замечательно подходят для построения максимально дешевой системы управления оборудованием.

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

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

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

    Для настройки тока необходимо:

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

    — подключить плату к компьютеру при помощи USB кабеля;

    Напомним основные моменты при настройке тока:

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

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

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

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

    Шаг четвертый.

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

    Напомним основные моменты:

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

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

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

    Точность позиционирования получается следующая:

    — перемещение на один оборот — 2 мм;

    — шагов на оборот — 200 шагов;

    2 мм/ 200 шагов = 0,01 мм/шаг

    Подобная точность достаточна для самостоятельных проектов.

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

    — перемещение на один оборот — 40 мм;

    — шагов на оборот — 200 шагов;

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

    После настройки микрошага необходимо установить драйвера шаговых двигателей.

    Шаг пятый.

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

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

    — подключить блок питания с помощью разъема DC;

    — подключит блок питания к клеммной колодке проводами.

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

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

    Шаг шестой.

    Подключение шаговых двигателей.

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

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

    На рисунке выделены подписанные контакты для подключения шагового мотора.

    Они должны совпадать с описанием к выбранным шаговым двигателям.

    Шаговый двигатель ноебходимо подключать в слот рядом с драйвером.

    Шаг седьмой.

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

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

    голоса
    Рейтинг статьи
    Читать еще:  Что разного в 402 и 406 двигателем
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector