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

 
 
 
17

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

Разместил alchedat 2 октября 2012. Просмотров: 91 026


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+IRFZ44 активно обсуждаемой на форуме. Схема наверное и в самом деле неубиваемая т.к. полевики драйвера по амперам в несколько раз превышают то, что нужно подавать на моторы. Пусть и самому паять надо (это же только в плюс), и по стоимости деталей выходило чуть больше, чем китайский контроллер, зато надежно, что важнее.

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

Дело паяльника боится

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 IRFZ44 (50В/49А), как в оригинале. На мотор будет идти максимум 3А, так что запаса в 14А хватит с избытком, а вот разница в цене почти в 2 раза в пользу 530-ых.
Так вот, проверяю полевики и что я вижу…не припаял одну ножку! И на выход этой "ирки" полетели все 30В с полевика. Припаял ножку, ещё раз внимательно всё осмотрел, ставлю ещё одну IR2104, сам волнуюсь – это же последняя. Включил и был очень счастлив, когда двигатель не остановится после двух секунд работы. Режимы оставил такие: двигатель Vexta – 1,5А, двигатель NEMA 2,5А. При таком токе достигаются обороты примерно 2000, но лучше ограничить их программно во избежании пропуска шагов, и температура двигателей при длительной работе не превышает безопасную для моторов. Трансформатор питания справляется без проблем, ведь обычно одновременно крутятся только 2 мотора, но радиатору желательно дополнительное воздушное охлаждение.

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

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

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

В лицевой панели просверлил отверстия под многочисленные светодиоды индикации режимов работы.

Для быстро подключения/отключения двигателей и блока управления использовал разъёмы из прошлого тысячелетия. И контакт хороший и нужный ток держат без каких-либо последствий для себя.

Для того, чтобы не запутаться где какой индикатор и тумблер, нарисовал, приклеил такую бумажку, пропущенную через ламинатор.

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

Одно из первых испытаний двигателей и контроллера




Файлы

Все материалы найдены в свободном доступе на просторах Сети. У каждой схемы есть автор и не хочется никого обидеть - на авторство никак не претендую.
Ниже чертежи платы развязки и самого контроллера, подстроенные под себя.
el.rar | Файл 126,74 Kb загружен 297 раз.

Спасибо за внимание! Продолжение следует.
Виктор (alchedat)
с. Алчедат, Кемеровская обл.
Профиль alchedat
О себе автор ничего не сообщил.
 

Понравилось? Палец вверх!

  • всего лайков: 125

Поделись с друзьями!

Связанные материалы:


Схема на Датагоре. Новая статья Домашний CNC. Часть 1. Драйвер шагового двигателя для мини-станка с ЧПУ... При конструировании очередного станка с ЧПУ, а попросту 3-х осевого фрезерного-сверлильного...
Схема на Датагоре. Новая статья Сверлильный станок для печатных плат на базе механизмов дисковых приводов... Сейчас аппаратура быстро устаревает. Всё, что остаётся не у дел, надо снова пускать в дело! ...
Схема на Датагоре. Новая статья Намоточный станок с проводоукладчиком... Давно была идея о создании намоточного станка с проводоукладчиком. На просторах Интернета много...
Схема на Датагоре. Новая статья Станок для намотки трансформатора R-Core... Попал ко мне в руки трансформатор на железе R-Core. По внешнему виду очень понравился. После...
Схема на Датагоре. Новая статья Станок для сверления печатных плат из каретки принтера... У меня был МФУ Эпсон, умер в нём сканер (полетела матрица) и ремонт оказался слишком дорог....
Схема на Датагоре. Новая статья Руководство по созданию фрезерного CNC ЧПУ станка. Глава 2. Рама и механика... Всех приветствую! Судя по количеству просмотров первой части статьи, тема ЧПУ людям...
Схема на Датагоре. Новая статья Фанерный робот. Мой первый в жизни ЧПУ-станок из подножных материалов... Приветствую всех земляков Датагорцев! Планировал написать очередную статью конечно же о новом...
Схема на Датагоре. Новая статья Сделай сам сверлильный станок из каретки пишущей машинки... Предлагаю свою конструкцию небольшого сверлильного станка. Однажды из бухгалтерии выбрасывали...
Схема на Датагоре. Новая статья Как я сделал станочек для намотки трансформаторов, простой и точный... Прошло почти два года после моего вселения в наш Дата-город. Пришло время отсчитаться о проделанной...
Схема на Датагоре. Новая статья Современный станок с ЧПУ. А. Ловыгин, А. Васильев, С. Кривцов... От автора А. А. Ловыгина: Ни для кого не секрет, что на полках отечественных книжных магазинов...
Схема на Датагоре. Новая статья Микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы ATMEL, Евстифеев А.В.... Издательство: Додэка XXI [М.], 560 стр. 2005 г. Книга посвящена вопросам практического применения...
Схема на Датагоре. Новая статья Программируемые роботы. Дж. Вильямс... Программируемые роботы. Дж. Вильямс Год: 2006 Страниц: 240 Формат: DjVu Размер: 6.39 mb...
<
  • Гражданин
2 октября 2012 12:43

Сергей / metrolog

Цитата
  • С нами с 5.01.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 90 комментариев
  • 5 публикаций
 
  • 0
Классно!
Будет на чем поучиться, когда дорасту до такого.
Респект за отличную статью, прочитал на одном дыхании.

<
  • Гражданин
2 октября 2012 12:59

Андрей / andrew_spb

Цитата
  • С нами с 21.02.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 129 комментариев
  • 2 публикации
 
  • 0
Ух ты, здорово! Вот теперь я верю в создание космического корабля в отдельно взятой мастерской....

<
  • Прохожий
2 октября 2012 13:08

/ KiberPank

Цитата
  • С нами с --
  • 0 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Спасибо! Очень жду продолжения!
Давно мечтаю собрать небольшой станочек, возможно на вашем примере всетаки сделаю.

<
  • Кандидат
2 октября 2012 13:36

Александр / alx25v

Цитата
  • С нами с 10.10.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 73 комментария
  • 4 публикации
 
  • 0
Я себе фанерный собрал, по Графовскому принципу, контролёр синий китаец. Сижу в свободное время настраиваю, косяки выискиваю...

<
  • Подписчик
2 октября 2012 14:06

Андрей / 66Andy17

Цитата
  • С нами с 3.04.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 36 комментариев
  • 2 публикации
 
  • 0
Получилось суперски. Без шуток. Думаю начать тоже собирать такую берендейку. Пока читаю литературу и сайты. Хочется точности и не очень дорого. Ну и знаний подкопить тоже надо. Чисто для придирки, NEMA это не название фирмы, а типа стандартов. В часности на фото двигатель размера NEMA 23. Амеры повернуты на этих номерных стандартах. Применительно к этим движкам, посадочный размер будет у всех одинаков под 23 номер, а усилие будет зависеть от тока или длины движка. Прошу прощения, если рассказываю то, что всем известно.

<
  • Гражданин
2 октября 2012 22:19

Дмитрий / dvkhorzov1976

Цитата
  • С нами с 20.03.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 15 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Хорошая статья! Попытаюсь сам сваять нечто подобное!

<
  • Кандидат
3 октября 2012 02:49

Александр / AlViS

Цитата
  • С нами с 25.09.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 98 комментариев
  • 1 публикация
 
  • 0
Классная конструкция!!!
Мечта!!!
Если взять кабель USB-LPT, упростить не получится? Там, вроде, опторазвязка тоже есть, а LPT сейчас всё меньше и меньше.

<
  • Кандидат
3 октября 2012 17:31

Петр / pdrap

Цитата
  • С нами с 28.12.2008
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 комментарий
  • 0 публикаций
 
  • 0
Хорошая конструкция!

<
  • Кандидат
4 октября 2012 00:40

Александр / alx25v

Цитата
  • С нами с 10.10.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 73 комментария
  • 4 публикации
 
  • 0
AlViS, неее, не получится.

<
  • Кандидат
4 октября 2012 00:58

Александр / AlViS

Цитата
  • С нами с 25.09.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 98 комментариев
  • 1 публикация
 
  • 0
Жаль...
А отчего? Вроде, сейчас эти кабелюшки и их дрова работают прилично.
Я помню, как лет 10 назад это было мучение, а сейчас - так без проблем. СОМ - так я ими регулярно работаю с разными устройствами, и преобразователями интерфейсов, LPT, правда, только один раз - с год назад принтер подключал, так тоже без проблем...

<
  • Гражданин
4 октября 2012 01:04

Алексей / Pritorius

Цитата
  • С нами с 18.03.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 21 комментарий
  • 0 публикаций
 
  • 0
Всегда хотелось сделать нечто подобное. Надеюсь решусь )

<
  • Гражданин
4 октября 2012 16:41

Тарас / _taras_

Цитата
  • С нами с 20.07.2008
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 14 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
кабель USB-LPT не годятся т.к. сами программы управляющие станком (мач3 и т.п) работают напрямую с LPT портом. Но есть плагины и платы которые позволяют управлять станком через USB порт. Понимо плюса - ненадо искать материнку LPT портом, есть и минусы - несколько снижается скорость работы, заморочки с подключением концевых датчиков . Считается ): непреспективным. Если же на машине нет USB порта, то мач вполне может работать с LPT портом, который устанавливвается рсі порт. Цена вопроса 10 у.е. В маче можно использовать 2 LPT порта в Linuxcnc -3.

<
  • Гражданин
4 октября 2012 18:51

Виктор / alchedat

Цитата
  • С нами с 20.03.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 57 комментариев
  • 9 публикаций
 
  • 0
Два дня без интернета. УЖОС !!! Смотрю, на вопросы уже другие люди ответили ))
Цитата: AlViS
Если взять кабель USB-LPT, упростить не получится?

Как уже ответил _taras_ обычные переходники не годятся для этой цели. Сейчас нашел на иностранном сайте вот такую плату "3 Axis CNC USB Card Mach3" видимо специально для Мача - цена 155 УЁ. Можно и самому спаять на какой-то спец.микрухе, но пока не интересовался серьёзно этим. А вообще удобная вещица была бы в плане мобильности - принёс ноутбук к станку, сдела вещь и унёс.

alx25v, и как китаец в работе, глюков много?

<
  • Кандидат
5 октября 2012 00:31

Александр / alx25v

Цитата
  • С нами с 10.10.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 73 комментария
  • 4 публикации
 
  • 0
Alchedat, первый раз при вкличении пыхнул канал не подключенный, у меня питание от транса, около граничного, поменял все три 1560, второй раз по тупости, поставил электронный демпфер, а м/с запитываются через диоды, перемычки поставил, одну не на тот диод...

<
  • Гражданин
5 октября 2012 01:39

Леонид / KLSOF

Цитата
  • С нами с 14.03.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 11 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Буду делать как автор.
Давно хотел сделать свой станок.

<
  • Гражданин
9 октября 2012 16:37

Владимир / vladomir

Цитата
  • С нами с 6.09.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 46 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Грандиозный проект! Браво! Я знаком с подобными проектами, там ко всему ещё задействована и пневматика - но это всё на частной фирмочке где есть станки, люди и деньги. Но и результат впечатляющий - производительность выросла в разы, что дало возможность конкурировать на рынке.

<
  • Гражданин
12 апреля 2014 11:55

Алексей / SLAYER

Цитата
  • С нами с 3.11.2008
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 77 комментариев
  • 10 публикаций
 
  • 0
А какая управляющая программа ?

Добавление комментария


Налетай! Паяльники, станции, жала с доставкой
  • smilelolbyewinkyahoocoollaughing
    crazybadcryingsadirefulsickstraight
    ballooncakegooddrinksmailbombsun
    nightrainstarscolddashguitar-manhandshake
    musicnegativenopardonshoksleepunknown
    wackoyawnblushbullyhashsmokingwhew
Скопируйте текст вашего комментария на случай неверного ответа на контрольный вопрос.