3020 CNC + Arduino + GRBL + CNC Shield V3
Trasformiamo una macchina CNC cinese economica da Parallel Port ad Arduino e GRBL.
Bene ragazzi, questo è il culmine di settimane di lettura, ricerca e determinazione. È il mio primo istruttore, quindi spero che questo ti aiuti ad arrivare dove devi andare.
Un po 'di background, prima di iniziare:
Le fresatrici a controllo numerico 3020, 3040 e 6040 (e le più oscure del 2015, 2016 e 2020) che escono dalla Cina sono estremamente popolari nei circoli di hobbisti e professionisti. Se sei un tipo fai-da-te, queste macchine offrono un ottimo modo per ripetere i processi e sostanzialmente fanno alcune cose che nessuno strumento manuale ti permetterà di fare. Per i professionisti, queste macchine con i loro gruppi di viti a ricircolo di sfere relativamente precisi consentono a un'altra macchina di pompare via facendo parti se la macchina è occupata con un lavoro. Tutto sommato, queste macchine economiche (che vanno da $ 600-2500 spedite da DHL) sono un ottimo modo per entrare nel CNC. Possono essere trovati su eBay e Aliexpress, nella mia esperienza, puoi trovare opzioni leggermente più economiche su Aliexpress e la loro protezione dell'acquirente è molto meglio di eBay.
I numeri di modello indicano la dimensione dell'area lavorabile, ad es. il 3040 è 30 cm x 40 cm, il 6040 è 60 cm x 40 cm ecc ecc. La gamma di questi modelli rende abbastanza facile la scelta di quello giusto per il tuo negozio, quelli più costosi e più grandi (in genere 3040 e 6040) avranno il più preciso movimenti lineari a vite a ricircolo di sfere anziché una vite di comando tipicamente trapezoidale le macchine 2015, 2016 e 3020 (circa 3020 avranno viti a ricircolazione di sfere) avranno un dado in nylon o Delrin per spostamenti lineari.
Puoi capire quale modello ha la vite o le viti a ricircolo di sfere dalla lettera dopo il modello. 3040T avrà "viti trapezoidali" e un 3040Z avrà viti a ricircolazione di sfere (vite a sfere?): D
Ho esperienza sia con i movimenti della vite a ricircolo di sfere che con i tipi di viti a testa cilindrica, per i soldi che stai pagando, è meglio ottenere una macchina con viti a ricircolo di sfere poiché si consumano meglio e molto poco, se non è presente alcun gioco (gioco laterale). Queste macchine verranno installate con motori passo-passo e in genere dispongono già di canaline per cavi incorporate, inoltre verranno fornite con un controller box.
La scatola del controller su quasi tutte queste macchine verrà fornita con un'interfaccia Port parallela stile Mach 3 molto vecchia. Gli impulsi di segnale verranno inviati dal software Mach 3 alla porta e questo guida i motori e fa prendere vita alla macchina CNC. Questo tipo di sistema è vecchio, datato ed è solo Windows. Sono una persona Mac dal 2003, quindi non tornerò presto al PC, quindi quando ho sentito che potresti convertirlo in Arduino, sono passato da "quel CNC è uno strumento pulito" a "quel CNC sarà mio ".
Passaggio 1: raccogli i tuoi pezzi e bob
Quindi, dopo quella lunga introduzione, ecco come ho cambiato su una macchina 3020 con i seguenti bit e bob:
1) 3020 macchina CNC //www.aliexpress.com/wholesale?catId=0&initi ...
2) Arduino Uno (funzionerà anche un clone)
3) Protoneer CNC Shield V3.XXX (le nuove schede sono dovute in qualsiasi momento, i cloni sono anche disponibili)
//www.ebay.com/itm/Arduino-CNC-Shield-V3-10-G ...
4) 3 x driver del motore passo-passo A4899 (questi si attaccano allo scudo CNC, assicurarsi che si fissino nella giusta direzione!)
5) 3 connettori femmina Dupont a 4 pin (uno per ciascun asse, la scheda mostra dove collegarli)
6) Cavo USB schermato (per Arduino, questo dovrebbe essere abbastanza lungo da passare dalla scatola del controller al laptop / PC)
7) Firmware GRBL //www.ebay.com/itm/Arduino-CNC-Shield-V3-10-G ...
8) Generatore di codice G di scelta (plugin inkscape, makercam, JSCUT)
9) Mittente del codice G di scelta (mittente universale del codice G, controller GRBL, Chilipeppr, ecc. Ecc.)
Passaggio 2: crack Aprire la scatola del controller.
Vedrai nel video che la conversione è completa, ma quando apri la finestra, vedrai sostanzialmente tre componenti principali.
1. La fonte di energia, questa sarà una bobina o, nel mio caso, una scatola di metallo perforata. Avrà i cavi di alimentazione principali provenienti dall'interno. Un set di fili CC sarà collegato alla scheda del driver ...
2. La scheda del driver, lo riconoscerai perché i cavi dai cavi di connessione alle porte XYZ saranno collegati a questo. Se avessi una scheda come la mia 3020, sarà super facile da annullare poiché sono terminali a vite. Annullali e puoi estrarli. Dovrebbero essere presenti anche i cavi di alimentazione dalla fonte di alimentazione, anche questo deve essere annullato)
3. Il mandrino VFD (Driver a frequenza variabile), forse una scatola chiusa o una scheda a circuito aperto. Lo riconoscerai poiché avrà una scheda di controllo e un quadrante per controllare la velocità del mandrino.
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Se dimentichi l'etichetta dei cavi XYZ, non preoccuparti, basta seguirli alle porte sul retro e puoi vedere quale è quale.
Passaggio 3: preparare Arduino e CNC Shield.
È necessario eseguire il flashing di Arduino con la versione più recente di GRBL. Cosa significa GRBL? Nessuna idea, la giuria è ancora fuori.
GRBL è un interprete G-Code open source, lo è per le macchine CNC come lo è il firmware Marlin per le stampanti 3D. Puoi trovarlo qui: //github.com/grbl/grbl
Una volta che hai GRBL sul tuo Arduino, puoi montarlo nella custodia. MA prima di farlo, è necessario rimuovere la vecchia scheda del driver della porta parallela. Non buttarlo fuori, ci sono probabilmente alcuni fantastici componenti elettronici che puoi recuperare da esso. Hai già slacciato i fili, quindi questo non dovrebbe essere troppo difficile.
Ho dovuto montare la mia scheda Arduino prima con un paio di viti (nei bossoli della vecchia scheda) prima di collegare lo scudo CNC.
Passaggio 4: Impostazioni fisiche dello scudo CNC
Lo scudo CNC ha punti per 4 chip driver. Accetta A4988 o DRV8825, il secondo è più potente e in grado di accettare fino a 36 volt e 1/32 microstepping.
Avevo solo A4988 disponibile, quindi sono andato con quelli.
Prima di installare i chip del driver, devi decidere in quanti micro passaggi vuoi far funzionare la tua macchina. Regola empirica è, più micro passi, più fluidi sono i movimenti, ma si abbassa la coppia. Viceversa, meno micro passi, maggiore è la coppia dei motori passo-passo.
Devi usare i jumper per impostare quanti micro passi, volevo 1/8 microstep, che credo sia un buon compromesso tra movimento regolare e coppia.
Per scoprire come configurarlo:
//blog.protoneer.co.nz/arduino-cnc-shield-v3 -...
CNC Shield NOTA: ho un clone di CNC Shield V3, quindi le mie impostazioni dei jumper differivano da quelle pubblicizzate sul blog Protoneer. Questa potrebbe essere un'anomalia o potrebbe essere un errore di ampia diffusione.
NOTA: durante l'installazione dei chip del driver, assicurarsi che siano installati con l'orientamento corretto. Puoi vedere sulla scheda dove si trovano i pin dei motori passo-passo e sui chip dei driver vedrai quale set di pin deve andare verso i pin. In alternativa, puoi semplicemente guardare le molte immagini del CNC Shield online.
Passaggio 5: cavi del motore passo-passo per saldatura
Ok ... quindi hai rimosso i cavi XYZ dalla vecchia scheda driver, Arduino e roba montata ... ora devi interfacciare il vecchio con il nuovo.
I cavi XYZ avranno bisogno di connettori femmina Dupont per il collegamento allo schermo CNC. Puoi farlo in alcuni modi, il modo più semplice era creare un connettore femmina con cavi a cui saldare i vecchi cavi. I cavi saranno già codificati a colori in coppie, quindi cerca di mantenerli con lo stesso orientamento. Sarà ROSSO / ROSSO e NERO / NERO, non Nero / Rosso, Nero / Rosso. La saggezza dell'elettronica convenzionale lo dice, ma questa volta non lo è.
I motori passo-passo funzionano con 2 coppie di cavi, ciò determina la direzione che spingono quando viene passata una corrente, se si trova la direzione invertita quando si accende la macchina e si fa jogging, è una semplice questione di prendere quel cavo dell'asse sul bordo e ruotarlo di 180 gradi.
Passaggio 6: collegare Power, USB, Arduino e PC
Per la mia conversione, ho un cavo USB dedicato che ho inserito nell'Arduino ed è semplicemente uscito dalla scatola di controllo, non mi sono preoccupato di posizionare la scheda in modo da poterlo scollegare. Questa presa USB non solo collega il computer ad Arduino, ma lo alimenta anche.
Anche lo scudo CNC ha bisogno di energia, questo è per alimentare i motori passo-passo. Il potere non si alimenta nell'Arduino, quindi non preoccuparti di friggerlo. Dovrebbe esserci un morsetto a vite per collegare il cavo dall'alimentatore allo scudo CNC, fare questo.
Dopo averlo collegato, è possibile avviare il software del controller GRBL preferito.
Passaggio 7: TAGLIO! INCIDERE! FARE COSE!
Questo è tutto ... questo può sembrare un lungo processo ma onestamente, se hai letto tutta questa cosa, ci vorrà più tempo a leggerlo che a convertirlo. L'intero processo mi ha richiesto circa 45 minuti.
Quindi ... se non hai guardato il video. Eccolo di nuovo
Divertiti!
Step 8: BONUS! Matematica!
Ecco un breve mini tutorial su come scoprire il valore da inserire nelle impostazioni GRBL per la quantità corretta di passaggi per la traduzione accurata dei progetti nel mondo reale.
Un tipico motore passo-passo ha 200 gradini PER giro. Questi sono noti come passi COMPLETI o 1, 8 ° per passo. Questa impostazione ha la coppia maggiore ed è la più veloce, tuttavia non la più regolare.
La maggior parte di queste macchine elencherà il tipo e la dimensione del piombo / vite a ricircolo di sfere che ha. Sul mio 3020, la vite di comando è 1404.
14: 14mm di diametro della filettatura (OD)
04: passo 4mm (o la distanza tra i fili)
Ci occupiamo principalmente del numero 04 poiché descrive la quantità di corsa lineare che qualcosa collegato alla vite di comando viaggerà con UN giro. Quindi un filo 1205 ha un diametro di 12 mm e una dimensione del filo di 5 mm, e così via. Questo vale anche per le viti a sfere, 1603 ha un diametro di 16 mm e una filettatura di 3 mm.
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Ora possiamo collegare i due numeri insieme.
Stepper: 200 / giro
Vite di comando: 4 mm / giro
Le impostazioni in GRBL richiedono un numero PER mm, quindi è davvero una semplice matematica.
200/4 = 50 passaggi per far viaggiare qualcosa di 1 mm
(se abbiamo un filo da 3mm, sarebbe 200/3 ecc ecc.)
50 è il numero che ho inserito in GRBL
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Ecco dove abbiamo fantasia, micro stepping.
Ho la mia macchina a controllo numerico impostata su 1/8 micro stepping, il che significa che ogni passaggio è diviso in 8 microstep.
200 passi x 8 micro passi = 1600 passi totali / giro
Si applica la stessa matematica
1600/4 = 400 passi per far muovere qualcosa di 1 mm (di nuovo, se il tuo filo è diverso, il numero del divisore sarà diverso)
400 è il numero che ho inserito in GRBL
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Più passi più fluidi sono i movimenti, ma più lenta sarà e meno potenza sulla coppia.
GRAZIE, le macchine a controllo numerico cinese sono tutte metriche, il che rende questa matematica molto semplice. Se questi fossero thread ACME, ci sarebbero alcune conversioni metriche / imperiali che porterebbero a numeri molto strani.
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Ok ora vai a tagliare qualcosa di divertente!
