Керівництво по створенню фрезерного cnc чпу верстата

Всім доброго часу доби! А ось і я з новою частиною своєї розповіді про ЧПУ - верстаті. Коли починав писати статтю навіть не думав, що вона вийде настільки об'ємною. Коли написав про електроніку верстата подивився і злякався - аркуш А4 списаний з двох сторін, а ще дуже і дуже багато чого потрібно розповісти.

У підсумку вийшло отаке керівництво по створенню верстата ЧПУ. робочого верстата, з нуля. Буде три частини статті про одному верстаті: 1-електронна начинка, 2-механіка верстата, 3-всі тонкощі налаштування електроніки, самого верстата, і програми управління верстатом.
Загалом спробую об'єднати в одному матеріалі все корисне і необхідне кожному початківцю в цій цікавій справі, то що сам прочитав на різних інтернет-ресурсах і пропустив через себе.

До речі, в тій статті я забув показати фотографії виготовлених виробів. Виправляю це. Пінопластовий ведмідь і фанерне рослина.

Передмова

Після того, як зібрав свій маленький станочек без істотних витрат сил, часу і коштів, мене всерйоз зацікавила ця тема. Подивився на ютубі, якщо не все, то майже все ролики, пов'язані з аматорськими верстатами. Особливо вразили фотографії виробів, які люди роблять на своїх «home CNC». Подивився і прийняв рішення - буду збирати свій великий верстат! Ось так на хвилі емоцій, добре все не обдумав занурився в новий і незвіданий для себе мир CNC.

Чи не знав з чого почати. Насамперед замовив нормальний кроковий двигун Vexta на 12 кг / см, між іншим з гордим написом «made in Japan».

Поки той їхав через всю Україну, сидів вечорами на різних ЧПУ-шних форумах і намагався визначитися у виборі контролера STEP / DIR і драйвера крокових двигунів. Розглядав три варіанти: на мікросхемі L298. на польовиком, або ж купити готовий китайський TB6560 про який були дуже суперечливі відгуки.

У одних він працював без проблем тривалий час, у інших згорав при найменшій помилки користувача. Хтось навіть писав, що у нього згорів, коли той трошки провернув вал двигуна, підключеного в цей час до контролера. Напевно факт ненадійності китайця і зіграв на користь вибору схеми L297 + IRFZ44 активно обговорюваної на форумі. Схема напевно і справді не вбиває тому польовики драйвера по ампер в кілька разів перевищують те, що потрібно подавати на мотори. Нехай і самому паяти треба (це ж тільки в плюс), і за вартістю деталей виходило трохи більше, ніж китайський контролер, зате надійно, що важливіше.

Трохи відступлю від теми. Коли все це робилося, навіть не виникло думки, що коли-небудь буду про це писати. Тому немає фотографій процесу складання механіки і електроніки, тільки кілька фоток, зроблених на камеру мобільника. Все інше клацав спеціально для статті, в уже зібраному вигляді.

Справа паяльника боїться

Почну з блоку живлення. Планував зробити імпульсний, провозився з ним напевно тиждень, але так і не зміг перемогти возбуд, який йшов незрозуміло звідки. Машу транс на 12в - все ОК, мотаю на 30-повна плутанина. Дійшов висновку, що якась бяка лізе по зворотного зв'язку з 30в на TL494 і зносить їй вежу. Так і закинув цей імпульснік, благо було кілька ТС-180 один з яких пішов служити батьківщині в якості трансу харчування. Та й що не кажи, а шматок заліза і міді буде надійніше купки рассипухі. Трансформатор перемотав на потрібні напруги, а потрібно було + 30в на харчування моторчиков, + 15в на харчування IR2104. + 5в на L297. і вентилятор. На двигуни можна подавати 10, а можна і 70, головне не перевищувати по току, але, якщо зробити менше - знижуються максимальні оберти і сила, а ось більше не дозволяв трансформатор тому потрібно було 6-7А. Напруги 5 і 15в застабілізовано, 30 залишив «плаваючими» на розсуд нашої електромережі.

Весь цей час щовечірнє сидів за комп'ютером і Новомосковскл, Новомосковскл, Новомосковскл. Налаштування контролера, вибір програм: який малювати, який управляти верстатом, як виготовити механіку і тд. і т.п. Загалом, чим більше Новомосковскл, тим страшніше ставало, і все частіше виникало питання «нафіга мені це треба ?!». Але відступати було пізно, двигун на столі, деталі десь в дорозі - треба продовжувати.

Прийшов час паяти плату. Наявні в інтернеті мені не підійшли з трьох причин:
1 - В магазині, якому замовляв деталі не виявилося IR2104 в DIP корпусах, і мені прислали 8-SOICN. На плату вони припаиваются з іншого боку, перевернуті, і відповідно потрібно було зеркаліть доріжки, а їх (IR2104) 12 штук.

2 - Резистори і конденсатори також взяв в SMD корпусах для зменшення кількості отворів, які потрібно було свердлити.
3 - Наявний у мене радіатор був меншого розміру і крайні транзистори були поза ним площі. Потрібно було зміщувати польовики на одній платі вправо, а на інший вліво, тому виготовив два види плати.

Схема контролера верстата

Для безпеки LPT порту, контролер і комп'ютер з'єднав через плату опторазвязкі. Схему і печатку взяв на одному відомому сайті, але знову ж таки довелося трохи переробити її під себе і прибрати зайві деталі.

Одна сторона плати харчується через USB порт, інша, підключена до контролера - від джерела + 5в. Сигнали передаються через оптрони. Всі подробиці про налаштування контролера і розв'язки напишу в третьому розділі, тут же згадаю тільки основні моменти. Дана плата розв'язки призначена для безпечного підключення контролера крокового двигуна до LPT порту комп'ютера. Повністю електрично ізолює порт комп'ютера від електроніки верстата, і дозволяє управляти 4-х осьовим ЧПУ верстатом. Якщо верстат має тільки три осі, як в нашому випадку, непотрібні деталі можна залишити висіти в повітрі, або взагалі їх не впаивать. Є можливість підключення кінцевих датчиків, кнопки примусової зупинки, реле включення шпинделя і іншого пристрою, наприклад пилососа.

Це було фото плати опторазвязкі взяте з інтернету, а ось так виглядає мій город після установки в корпус. Дві плати і купа проводів. Але начебто наведень ніяких немає, і все працює без помилок.

Перша плата контролера готова, все перевірив і покроково протестував, як в інструкції. Подстроечніком виставив невеликий струм (це можливо завдяки наявності ШІМ), і підключив харчування (двигунів) через ланцюжок лампочок 12 + 24в, щоб було «нічо, якщо че». У мене ж польовики стоять без радіатора.

Двигун зашипів. Хороша новина, значить ШІМ працює як треба. Натискаю кнопку і він крутиться! Забув згадати, що цей контролер призначений для керування біполярним кроковим двигуном тобто тим, у якого підключаються 4 дроти. Грався з режимами крок / напівкрок, струмом. У режимі напівкрок двигун поводиться стабільніше і розвиває великі обороти + збільшується точність. Так і залишив перемичку в «півкроку». З максимальним безпечним для двигуна струмом при напрузі приблизно 30в вийшло розкрутити двигун до 2500 об / хв! Моєму першому станку без ШІМ таке і не снилося. ))

Наступні два мотора замовив потужніший, Nema на 18кг / с, але вже «made in China».

За якістю вони поступаються Vexta. все-таки Китай і Японія різні речі. Коли обертаєш вал рукою у японця це відбувається якось м'яко, а від китайців відчуття інше, але на роботі це поки що ніяк не позначилося. Зауважень до них немає.

Спаяв дві що залишилися плати, перевірив через «світлодіодний симулятор крокової двигуна», начебто все добре. Підключаю один мотор - працює відмінно, але вже не 2500 оборотів, а близько 3000! За вже відпрацьованою схемою підключаю третій мотор до третин плати, крутиться пару секунд і встав ... Дивлюся осціллом - на одному висновку імпульсів немає. Продзвонювати плату - одна з IR2104 пробита.

Тепер про установку полевиков на радіатор. а їх 24 штуки, якщо хтось не помітив. У цьому варіанті плати вони розташовані лежачи, тобто радіатор просто на них лягає і чим-небудь притягується.

Звичайно, бажано покласти суцільний шматок слюди для ізоляції радіатора від транзисторів, але у мене його не було. Вихід знайшов такий. Оскільки у половини транзисторів корпус йде на плюс харчування їх можна кріпити без ізоляції, просто на термопасту. А під залишилися я поклав шматочки слюди, що залишилися від радянських транзисторів. Радіатор і плату просвердлив в трьох місцях наскрізь і стягнув болтиками. Одну велику плату я отримав шляхом споювання трьох окремих плат по краях, при цьому для міцності упаяв по периметру мідний дріт 1мм. Всю електронну начинку і блок живлення розмістив на якомусь залізному шасі, навіть не знаю від чого.

Бічні і верхню кришку вирізав з фанери, і зверху поставив вентилятор.

У лицьовій панелі просвердлив отвори під численні світлодіоди індикації режимів роботи.

Для швидко підключення / відключення двигунів і блоку управління використовував роз'єми з минулого тисячоліття. І контакт хороший і потрібний струм тримають без будь-яких наслідків для себе.

Для того, щоб не заплутатися де який індикатор і тумблер, намалював, приклеїв такий папірець, пропущену через ламінатор.

Електронна частина закінчилася. Наступна глава повністю присвячена железякам. До зустрічі!

Одне з перших випробувань двигунів і контролера

Потрібен архів до статті?
Вибирайте свій варіант отримання повного доступу до матеріалів «Журналу практичної електроніки Датагор».

Дякую за увагу! Далі буде.