3020 CNC + Arduino + GRBL + CNC Shield V3

Lassen Sie uns eine kostengünstige chinesische CNC-Maschine von Parallel Port auf Arduino und GRBL umrüsten.

Okay Leute, dies ist ein Höhepunkt wochenlanger Lektüre, Recherche und Entschlossenheit. Es ist meine erste Anweisung, also hoffe, dies hilft dir, dorthin zu gelangen, wo du hin musst.

Ein bisschen Hintergrundwissen, bevor wir anfangen:

Die aus China stammenden CNC-Fräserfräsmaschinen 3020, 3040 und 6040 (und die dunkeleren 2015, 2016 und 2020) sind in Hobby- und Fachkreisen äußerst beliebt. Wenn Sie ein Heimwerker sind, bieten diese Maschinen eine großartige Möglichkeit, Prozesse zu wiederholen und im Grunde einige Dinge zu tun, die kein Handwerkzeug Ihnen erlaubt. Für die Profis ermöglichen diese Maschinen mit ihren relativ genauen Leitspindel- / Kugelumlaufspindel-Baugruppen, dass eine andere Maschine Teile abpumpt, wenn die Maschinenmaschine mit einem Auftrag beschäftigt ist. Alles in allem sind diese kostengünstigen Maschinen (zwischen 600 und 2500 US-Dollar DHL) eine großartige Möglichkeit, in die CNC einzusteigen. Sie sind überall bei eBay und Aliexpress zu finden. Meiner Erfahrung nach finden Sie bei Aliexpress geringfügig günstigere Optionen, und ihr Käuferschutz ist viel besser als bei eBay.

Die Modellnummern bezeichnen die Größe des Arbeitsbereichs, dh. Der 3040 ist 30 cm x 40 cm groß, der 6040 ist 60 cm x 40 cm groß usw. Die Auswahl dieser Modelle erleichtert die Auswahl des richtigen Modells für Ihren Shop. Je teurer und größer (normalerweise 3040 und 6040), desto genauer Lineare Bewegungen vom Kugelumlaufspindeltyp anstelle einer typischen trapezförmigen Gewindespindel. Die Maschinen 2015, 2016 und 3020 (einige 3020 haben Kugelumlaufspindeln) haben eine Nylon- oder Delrin-Mutter für den linearen Hub.

An dem Buchstaben nach dem Modell können Sie erkennen, bei welchem ​​Modell die Leitspindel oder die Kugelumlaufspindeln vorhanden sind. Der 3040T hat "trapezförmige Leitspindeln" und ein 3040Z hat Kugelumlaufspindeln (Kugelumlaufspindel?): D.

Ich habe Erfahrung sowohl mit Kugelumlaufspindeln als auch mit Gewindespindeln. Für das Geld, das Sie bezahlen, ist es besser, eine Maschine mit Kugelumlaufspindeln zu kaufen, da diese sich besser und sehr wenig abnutzen, wenn kein Spiel (Spiel von Seite zu Seite) vorhanden ist. Diese Maschinen werden mit Schrittmotoren ausgestattet und haben normalerweise bereits eingebaute Kabelbahnen. Außerdem werden sie mit einer Steuerbox geliefert.

Die Controller-Box auf fast allen dieser Maschinen wird mit einer sehr alten Mach 3-Parallelport-Schnittstelle geliefert. Signalimpulse werden von der Mach 3-Software an den Port gesendet, der die Motoren antreibt und die CNC-Maschine zum Leben erweckt. Diese Art von System ist alt, veraltet und nur Windows. Ich bin seit 2003 ein Mac-Mensch, daher werde ich nicht so schnell wieder auf PCs umsteigen. Als ich hörte, dass Sie dies auf Arduino-fähig umstellen können, ging ich von "CNC ist ein ordentliches Werkzeug" zu "CNC gehört mir" ".

Schritt 1: Sammeln Sie Ihre Bits und Bobs

Nach dieser langwierigen Einführung habe ich eine 3020-Maschine mit den folgenden Details umgestellt:

1) 3020 CNC-Maschine //www.aliexpress.com/wholesale?catId=0&initi ...

2) Arduino Uno (ein Klon funktioniert auch)

3) Protoneer CNC Shield V3.XXX (neue Karten sind jederzeit fällig, Klone sind ebenfalls verfügbar)

//www.ebay.com/itm/Arduino-CNC-Shield-V3-10-G ...

4) 3 x A4899 Schrittmotortreiber (diese werden am CNC-Schild befestigt, stellen Sie sicher, dass sie in der richtigen Richtung angebracht sind!)

5) 3 x 4-polige Dupont-Buchsen (eine für jede Achse, die Platine zeigt Ihnen, wo Sie sie anbringen können)

6) Abgeschirmtes USB-Kabel (für Arduino sollte dies lang genug sein, um von der Controller-Box zu Ihrem Laptop / PC zu gelangen)

7) GRBL-Firmware //www.ebay.com/itm/Arduino-CNC-Shield-V3-10-G ...

8) G-Code-Generator Ihrer Wahl (Inkscape-Plugin, Makercam, JSCUT)

9) G-Code-Absender Ihrer Wahl (universeller G-Code-Absender, GRBL-Controller, Chilipeppr usw. usw.)

Schritt 2: Öffnen Sie die Controller Box.

Sie werden im Video sehen, dass die Konvertierung abgeschlossen ist, aber wenn Sie die Box aufbrechen, sehen Sie im Grunde drei Hauptkomponenten.

1. Die Stromquelle ist entweder eine Spule oder in meinem Fall eine perforierte Metallbox. Die Hauptstromkabel kommen von innen. Ein Satz Gleichstromkabel wird an die Treiberplatine angeschlossen ...

2. Auf der Treiberplatine erkennen Sie dies, da die Kabel von den Verbindungskabeln zu den XYZ-Ports daran angeschlossen werden. Wenn Sie eine Platine wie meine 3020 hatten, können diese sehr einfach rückgängig gemacht werden, da es sich um Schraubklemmen handelt. Machen Sie sie einfach rückgängig und Sie können sie herausziehen. Die Stromkabel von der Stromquelle sollten ebenfalls vorhanden sein, dies muss ebenfalls rückgängig gemacht werden.

3. Der Spindel-VFD (Variable Frequency Driver), dies kann eine geschlossene Box oder eine offene Leiterplatte sein. Sie werden dies erkennen, da es eine Steuerplatine und ein Einstellrad zur Steuerung der Spindeldrehzahl hat.

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Wenn Sie die Beschriftung der XYZ-Kabel vergessen haben, machen Sie sich keine Sorgen, folgen Sie ihnen einfach zu den Anschlüssen auf der Rückseite und Sie können sehen, welche welche ist.

Schritt 3: Bereiten Sie das Arduino- und CNC-Schild vor.

Das Arduino muss mit der aktuellsten Version von GRBL geflasht werden. Wofür steht GRBL? Keine Ahnung, die Jury ist immer noch nicht da.

GRBL ist ein Open-Source-G-Code-Interpreter für CNC-Maschinen wie die Marlin-Firmware für 3D-Drucker. Sie finden es hier: //github.com/grbl/grbl

Sobald Sie GRBL auf Ihrem Arduino haben, können Sie es in das Gehäuse montieren. ABER bevor Sie das tun, müssen Sie die alte Parallelport-Treiberplatine entfernen. Werfen Sie es nicht weg, es gibt wahrscheinlich einige großartige Elektronikkomponenten, die Sie daraus retten können. Sie haben die Drähte bereits gelöst, damit dies nicht zu schwer wird.

Ich musste meine Arduino-Platine zuerst mit ein paar Schrauben (in die Schraubnaben der alten Platine) montieren, bevor ich die CNC-Abschirmung anbrachte.

Schritt 4: Physikalische Einstellungen für CNC-Abschirmung

Das CNC-Schild hat Platz für 4 Treiberchips. Es akzeptiert den A4988 oder den DRV8825, wobei der spätere leistungsstärker ist und bis zu 36 Volt und 1/32 Mikroschritt aufnehmen kann.

Ich hatte nur A4988 zur Verfügung, also ging ich mit diesen.

Vor der Installation der Treiberchips müssen Sie entscheiden, mit wie vielen Mikroschritten Ihr Computer ausgeführt werden soll. Als Faustregel gilt: Je mehr Mikroschritte, desto sanfter die Bewegungen, aber desto geringer das Drehmoment. Umgekehrt gilt: Je weniger Mikroschritte, desto mehr Drehmoment haben die Schrittmotoren.

Sie müssen Jumper verwenden, um die Anzahl der Mikroschritte festzulegen. Ich wollte 1/8 Mikroschritte, was meiner Meinung nach ein guter Kompromiss zwischen sanfter Bewegung und Drehmoment ist.

So finden Sie heraus, wie Sie dies einrichten:

//blog.protoneer.co.nz/arduino-cnc-shield-v3 -...

CNC Shield HINWEIS: Ich habe einen Klon des CNC Shield V3, daher unterscheiden sich meine Jumper-Einstellungen von den im Protoneer-Blog angegebenen. Dies könnte eine Anomalie sein, oder es könnte ein weit verbreiteter Boardfehler sein.

HINWEIS: Stellen Sie bei der Installation der Treiberchips sicher, dass sie in der richtigen Ausrichtung installiert sind. Sie können auf der Platine sehen, wo sich die Stifte für die Schrittmotoren und auf den Treiberchips befinden, welche Stifte in Richtung der Stifte gehen müssen. Alternativ können Sie sich einfach die vielen vielen Bilder des CNC Shield online ansehen.

Schritt 5: Schrittmotorleitungen löten

Ok ... also hast du die XYZ-Kabel von der alten Treiberplatine entfernt, das Arduino und das Zeug ist montiert ... jetzt musst du das alte mit dem neuen verbinden.

Die XYZ-Kabel benötigen Dupont-Buchsen, um mit dem CNC-Shield verbunden zu werden. Sie können dies auf verschiedene Arten tun. Am einfachsten war es, eine Buchse mit Kabeln herzustellen, an die Sie die alten Kabel anlöten können. Die Kabel sind bereits paarweise farbcodiert. Versuchen Sie daher, sie in derselben Ausrichtung zu halten. Es wird ROT / ROT und SCHWARZ / SCHWARZ sein, nicht Schwarz / Rot, Schwarz / Rot. Konventionelle Elektronik Weisheit sagt es, aber diesmal ist es nicht.

Schrittmotoren arbeiten mit 2 Leitungspaaren. Dies bestimmt die Richtung, in die sie drücken, wenn ein Strom durchgelassen wird. Wenn Sie feststellen, dass die Richtung beim Starten der Maschine und beim Joggen umgekehrt ist, ist es einfach, diese Achsleitung auf der Leitung zu nehmen Brett und drehen Sie es um 180 Grad.

Schritt 6: Schließen Sie Power, USB, Arduino und PC an

Für meine Konvertierung habe ich ein dediziertes USB-Kabel, das ich in das Arduino gesteckt habe, und es kommt einfach aus der Steuerbox. Ich habe mich nicht darum gekümmert, das Board zu positionieren, damit ich es herausziehen kann. Dieser USB-Stecker verbindet Ihren Computer nicht nur mit dem Arduino, sondern versorgt ihn auch mit Strom.

Die CNC-Abschirmung benötigt auch Strom, um die Schrittmotoren anzutreiben. Die Energie fließt nicht in den Arduino, also mach dir keine Sorgen, dass du ihn brätst. Es sollte eine Schraubklemme vorhanden sein, um das Kabel von der Stromversorgung an die CNC-Abschirmung anzuschließen.

Sobald Sie es angehängt haben, können Sie Ihre bevorzugte GRBL-Controller-Software starten.

Schritt 7: SCHNITT! GRAVIEREN! SACHEN MACHEN!

Das war's ... das mag wie ein langer Prozess erscheinen, aber ehrlich gesagt, wenn Sie das Ganze gelesen haben, wird es länger gedauert haben, dies zu lesen, als es zu konvertieren wäre. Dieser ganze Prozess dauerte ungefähr 45 Minuten.

Also ... wenn du das Video nicht gesehen hast. Hier ist es wieder.

Habe Spaß!

Schritt 8: BONUS! Mathematik!

In diesem kurzen Mini-Tutorial erfahren Sie, welchen Wert Sie in Ihre GRBL-Einstellungen eingeben müssen, um die richtigen Schritte für die genaue Übersetzung von Designs in die reale Welt zu finden.

Ein typischer Schrittmotor hat 200 Stufen pro Umdrehung. Diese werden als VOLLSTÄNDIGE Schritte oder 1, 8 ° pro Schritt bezeichnet. Diese Einstellung hat das meiste Drehmoment und ist die schnellste, jedoch nicht die glatteste.

Die meisten dieser Maschinen geben die Art und Größe der Blei / Kugelumlaufspindel an. Bei meinem 3020 ist die Leitspindel 1404.

14: 14 mm Durchmesser des Schraubengewindes (AD)

04: 4 mm Abstand (oder der Abstand zwischen den Gewinden)

Wir beschäftigen uns hauptsächlich mit der Nummer 04, da sie den Umfang des linearen Hubs beschreibt, den etwas, das mit der Leitspindel verbunden ist, mit EINER Umdrehung zurücklegt. Ein 1205-Gewinde hat also einen Durchmesser von 12 mm und eine Gewindegröße von 5 mm usw. Dies gilt auch für Kugelumlaufspindeln, 1603 hat einen Durchmesser von 16 mm und eine Gewindegröße von 3 mm.

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Jetzt können wir die beiden Zahlen miteinander verbinden.

Schritt: 200 / U

Leitspindel: 4 mm / Umdrehung

Die Einstellungen in GRBL erfordern eine PER-mm-Zahl, so dass es wirklich eine einfache Mathematik ist.

200/4 = 50 Schritte, damit sich etwas 1 mm bewegt

(Wenn wir ein 3mm Gewinde haben, wäre es 200/3 usw. usw.)

50 ist die Nummer, die ich in GRBL eingegeben habe

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Hier, wo wir ausgefallene Mikroschritte bekommen.

Ich habe meine CNC-Maschine auf 1/8 Mikroschritte eingestellt, was bedeutet, dass jeder Schritt in 8 Mikroschritte unterteilt ist.

200 Schritte x 8 Mikroschritte = 1600 Gesamtschritte / Umdrehung

Die gleiche Mathematik gilt

1600/4 = 400 Schritte, um etwas um 1 mm zu bewegen (wieder, wenn Ihr Faden anders ist, ist die Teilernummer anders)

400 ist die Nummer, die ich in GRBL eingegeben habe

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Je mehr Schritte, desto sanfter die Bewegungen, aber langsamer und weniger Drehmoment.

DANKE, die chinesischen CNC-Maschinen sind alle metrisch, was diese Mathematik sehr einfach macht. Wenn dies ACME-Threads wären, würde es einige metrische / imperiale Konvertierungen geben, die zu sehr ungeraden Zahlen führen würden.

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Ok, jetzt mach dir was Spaß!

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