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

 
 
 

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

Разместил alchedat 2 октября 2012. Просмотров: 83451

17
Руководство по созданию фрезерного CNC ЧПУ станка. Глава 1. Электроника станка

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

В итоге получилось этакое руководство по созданию станка ЧПУ, рабочего станка, с ноля. Будет три части статьи об одном станке: 1-электронная начинка, 2-механика станка, 3-все тонкости настройки электроники, самого станка, и программы управления станком.
В общем попытаюсь объединить в одном материале всё полезное и необходимое каждому начинающему в этом интересном деле, то что сам прочел на разных интернет-ресурсах и пропустил через себя.
Кстати, в той статье я забыл показать фотографии изготовленных поделок. Исправляю это. Пенопластовый медведь и фанерное растение.
Руководство по созданию фрезерного CNC ЧПУ станка. Глава 1. Электроника станка


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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Следующие два мотора заказал помощнее, Nema на 18кг/с, но уже «made in China».
Руководство по созданию фрезерного CNC ЧПУ станка. Глава 1. Электроника станка

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

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

В лицевой панели просверлил отверстия под многочисленные светодиоды индикации режимов работы.
Руководство по созданию фрезерного CNC ЧПУ станка. Глава 1. Электроника станка

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

Для того, чтобы не запутаться где какой индикатор и тумблер, нарисовал, приклеил такую бумажку, пропущенную через ламинатор.
Руководство по созданию фрезерного CNC ЧПУ станка. Глава 1. Электроника станка

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.
Файловый сервис доступен только полноправным членам сообщества и подписчикам.
Пожалуйста, ознакомьтесь с условиями доступа.


Спасибо за внимание! Продолжение следует.

Об авторе

Виктор (alchedat)
с. Алчедат, Кемеровская обл.
О себе автор ничего не сообщил.
 

Понравилось? Палец вверх!

  • всего лайков: 124

Поделись с друзьями!


Связанные материалы:


Домашний CNC. Часть 1. Драйвер шагового двигателя для мини-станка с ЧПУ

При конструировании очередного станка с ЧПУ, а попросту 3-х осевого...

Сверлильный станок для печатных плат на базе механизмов дисковых приводов

Сейчас аппаратура быстро устаревает. Всё, что остаётся не у дел, надо снова...

Намоточный станок с проводоукладчиком

Давно была идея о создании намоточного станка с проводоукладчиком. На просторах Интернета много...

Станок для намотки трансформатора R-Core

Попал ко мне в руки трансформатор на железе R-Core. По внешнему виду очень...

Станок для сверления печатных плат из каретки принтера

У меня был МФУ Эпсон, умер в нём сканер (полетела матрица) и ремонт оказался слишком...

Руководство по созданию фрезерного CNC ЧПУ станка. Глава 3. Настройка и запуск

Вот мы плавно и добрались до третьей, заключительной руководства по созданию ЧПУ станка. Она будет...

Руководство по созданию фрезерного CNC ЧПУ станка. Глава 2. Рама и механика

Всех приветствую! Судя по количеству просмотров первой части статьи, тема ЧПУ людям...

Фанерный робот. Мой первый в жизни ЧПУ-станок из подножных материалов

Приветствую всех земляков Датагорцев! Планировал написать очередную статью конечно же о новом...

Сделай сам сверлильный станок из каретки пишущей машинки

Предлагаю свою конструкцию небольшого сверлильного станка. Однажды из бухгалтерии выбрасывали...

Как я сделал станочек для намотки трансформаторов, простой и точный

Прошло почти два года после моего вселения в наш Дата-город. Пришло время отсчитаться...

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...

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

  • Регистрация: 6.01.2010
  • Публикаций: 5
  • Комментариев: 90
 
  • 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

  • Регистрация: 21.02.2009
  • Публикаций: 2
  • Комментариев: 127
 
  • 0
Ух ты, здорово! Вот теперь я верю в создание космического корабля в отдельно взятой мастерской....

<
  • Прохожий
2 октября 2012 13:08

/ KiberPank

  • Регистрация: --
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 0
 
  • 0
Спасибо! Очень жду продолжения!
Давно мечтаю собрать небольшой станочек, возможно на вашем примере всетаки сделаю.

<
  • Гражданин
2 октября 2012 13:36

Александр / alx25v

  • Регистрация: 10.10.2009
  • Публикаций: 4
  • Комментариев: 73
 
  • 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

  • Регистрация: 3.04.2011
  • Публикаций: 2
  • Комментариев: 35
 
  • 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

  • Регистрация: 21.03.2009
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 15
 
  • 0
Хорошая статья! Попытаюсь сам сваять нечто подобное!

<
  • Гражданин
3 октября 2012 02:49

Александр / AlViS

  • Регистрация: 25.09.2010
  • Публикаций: 1
  • Комментариев: 98
 
  • 0
Классная конструкция!!!
Мечта!!!
Если взять кабель USB-LPT, упростить не получится? Там, вроде, опторазвязка тоже есть, а LPT сейчас всё меньше и меньше.

<
  • Гражданин
3 октября 2012 17:31

Петр / pdrap

  • Регистрация: 28.12.2008
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 1
 
  • 0
Хорошая конструкция!

<
  • Гражданин
4 октября 2012 00:40

Александр / alx25v

  • Регистрация: 10.10.2009
  • Публикаций: 4
  • Комментариев: 73
 
  • 0
AlViS, неее, не получится.

<
  • Гражданин
4 октября 2012 00:58

Александр / AlViS

  • Регистрация: 25.09.2010
  • Публикаций: 1
  • Комментариев: 98
 
  • 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

  • Регистрация: 18.03.2011
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 21
 
  • 0
Всегда хотелось сделать нечто подобное. Надеюсь решусь )

<
  • Гражданин
4 октября 2012 16:41

Тарас / _taras_

  • Регистрация: 20.07.2008
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 14
 
  • 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

  • Регистрация: 20.03.2009
  • Публикаций: 9
  • Комментариев: 57
 
  • 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?

<
  • Гражданин
5 октября 2012 00:31

Александр / alx25v

  • Регистрация: 10.10.2009
  • Публикаций: 4
  • Комментариев: 73
 
  • 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

  • Регистрация: 14.03.2010
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 11
 
  • 0
Буду делать как автор.
Давно хотел сделать свой станок.

<
  • Гражданин
9 октября 2012 16:37

Владимир / vladomir

  • Регистрация: 6.09.2009
  • Публикаций: 0
  • Комментариев: 46
 
  • 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

  • Регистрация: 3.11.2008
  • Публикаций: 10
  • Комментариев: 77
 
  • 0
А какая управляющая программа ?

Информация
Вы не можете участвовать в комментировании. Вероятные причины:
— Администратор остановил комментирование этой статьи.
— Вы не авторизовались на сайте. Войдите с паролем.
— Вы не зарегистрированы у нас. Зарегистрируйтесь.
— Вы зарегистрированы, но имеете низкий уровень доступа. Получите полный доступ.