Как подключить шаговые двигатели к контроллеру чпу

CNC-DESIGN

Настройка тока драйвера шагового двигателя

Драйвер шагового двигателя является достаточно важным компонентом любого ЧПУ устройства, управляя движением каждой из осей. Перед использованием необходимо убедиться, что они правильно установлены и настроены, чтобы не допустить перегорание шаговых моторов или платы контроллера Arduino Sheild.

Настройку тока драйвера необходимо сделать для решения нескольких достаточно важных моментов:
— уменьшить вероятность пропуска шагов при низком токе;
— снижение нагрева драйвера и шагового двигателя при высоком напряжении;
— снизить шум при высоких значениях тока;

Для настройки тока нам понадобится:
— контроллеры с установленными драйверами;
— драйвера А4988 или DRV8825 ;
— мультиметр;
— отвертка.

Для начала необходимо собрать и подключить всю систему в полношаговом режиме. После сборки «бутерброда» из контроллера Ардуино, ЧПУ шилда и драйверов шаговых двигателей необходимо подключить шаговые двигатели. В описании к выбранным моторам надо узнать значение максимального тока Imax (для примера у шагового двигателя 17HS8401 это значение 1,8А)
Затем надо рассчитать значение опорного напряжения Vref на переменном резисторе для каждого типа драйверов, у нас их два: А4988 или DRV8825.
Формула опорного напряжения Vref для драйверов отличается.

Расчет для драйвера типа А4988.
Для A4988 формула расчета зависит от номинала резисторов, которые распаяны на плате драйвера. Если присмотреться, то можно увидеть надписи R050 или R100.

На приведенной фотографии они обведены черными кружками, их значение R100.
В общем виде формула выглядит как:

Imax — максимальный ток на обмотках двигателя, из описания;
RS — сопротивление резистора, если резистор подписан R100, то RS=0,100, при R050 значение RS=0,05.

Для двигателя из нашего примера 17HS8401

Vref = 1,8 * 8 * 0,100 = 1,44 В.

Из-за того, что рабочий ток двигателя обычно рекомендуется ограничивать в 70% от максимального тока, для уменьшения перегрева двигателя, полученное значение необходимо умножить на 0,7.

Расчет для драйвера типа DRV8825.

Формула опорного напряжение для данного типа драйвера:

При рекомендованной работе на 70% от максимального тока двигателя, подставив значения для нашего примера, получим следующие значения:

Vref = 0.7*1,8 / 2 = 0.63V

Настройка тока драйвера на контроллере.

Для настройки необходимо подключить сборку плат к компьютеру,

Включить на мультиметре измерение постоянного напряжения напротив положения «20».

Для измерения напряжения необходимо минусовой щуп приложить к минусу на CNC Sheild, а положительный щуп замкнуть с подстроечным резистором, который по совместительству является «+» в данной схеме.

Настройку расчетных значений необходимо повторить это для всех активных драйверов в сборке.

Источник

Схема ЧПУ станка

Схема ЧПУ станка

Схема подключения ЧПУ

Я нарисовал и конечно проверил работу схемы чпу. Так как в силу своих привычек и специальности я привык к работе по схемам. Схема ЧПУ станка особо ничем не выделяется. Но есть некоторые особенности. Возможно кто то уже делал так и до меня. Но я ничего не находил в интернете.

Принципиальная схема ЧПУ. Описание.

Я использовал в своём станке драйвера шагового двигателя TB6600. Потому что это не дорогие и не плохие драйвера. Лучше конечно поискать что то другое. Но на тот момент я не имел достаточно средств.

На схеме я всё понятно нарисовал как подключать драйвера. Поэтому на этом не будем останавливаться. В качестве блоков питания я использовал уже готовые источники. Но приведённые на схеме блоки питания вполне работоспособны. Источники 5 вольт и 12 вольт должны длительное время держать токи 1 ампер и 500 ма соответственно. Для питания шаговых двигателей не менее трёх ампер. Лучше посмотрите параметры на свои шаговые двигатели. Внимание! Минусовые провода +5 в и +12 не соединять вместе. Так как они должны быть гальванически развязаны. +5 это питание микросхем платы. А +12 вольт необходимо для питания оптронов на входной колодке и ШИМ. К которой подключаются концевики и другие входные устройства.

Подключение концевых выключателей ЧПУ

Ну вот я и подошёл к главному, что требует объяснения. Левая колодка служит для входных сигналов. Как вы видите, концевые выключатели ЧПУ и выключатели баз подключены к разным клеммам. Но все они имеют последовательное соединение. Особенностью являются параллельное соединение базовых выключателей по оси Y. На канале железкин я выложил видео Подключение концевых выключателей чпу

Так как по оси Y я использую двигатель Nema 17 два штуки, возможно нарушение синхронизации. Для этого я и поставил два концевых выключателя ЧПУ. Один концевой с левой стороны. Второй концевой с правой стороны. При нажатии на кнопку возврат в базы, ось Y остановится только когда будут разомкнуты оба выключателя. Если есть нарушение синхронизации, то левый и правый ШВП поставят ось Y в своё начальное положение не сразу. Сначала подойдёт одна из сторон, а потом другая. Так вот, пока отстающая сторона не достигнет своего положения, нажатия на концевой не будет. А будет продолжение движения до нажатия на концевые выключатели ЧПУ. Таким образом устраняется нарушение синхронизации.

Подключение концевых выключателей ЧПУ осуществляется к контакту Р 13 платы. Как и базовые они соединены последовательно. Но к контакту Р 13 я подключил ещё и кнопку, которую назвал «откат». Для чего она нужна? Потому что при работе станка возможны выходы за границы рабочего поля. Так как в таких случаях невозможно будет вывести ось в рабочее положение из за нажатого концевого выключателя. Поэтому придётся сначала освободить концевой от нажатия. Это возможно сделать разными способами. Но всё это долго и не очень удобно. Вот поэтому я и поставил такую кнопку.

Заключение.

Кнопку я подключил параллельно с концевыми. При выходе оси за пределы достаточно нажать на кнопку, и не отпуская её вывести ось в рабочее положение. Другими словами кнопка при нажатии шунтирует работу концевых Остальное я думаю не требует пояснений. В настройках программы я сконфигурировал концевые и базы таким образом. При нажатии на кнопку принять базы, концевые подключенные к Р 11 работают как базовые. Но при выполнении программы эти же концевые ЧПУ будут выполнять функцию аварийных концевых. По настройке программы можно почитать в моей статье, а также на канале Железкин в ютуб есть видео схема ЧПУ станка. А так же много по чпу и другим самоделкам.

Ответ на комментарий Евгения.

Подключение индуктивного датчика к контроллеру

На каждом индуктивном датчике поставьте сопротивление по 1к-2.7к, между проводами чёрного цвета и синего.Концевые по минусу движения осей соедините последовательно, как на схеме ниже.

схема подключения индуктивного датчика

коричневый плюс (+),синий GND,чёрный сигнальный

Например вариант конфигурации:

X Home 11,он же концевик по x+. провод чёрный

Z Home 12,он же концевик по z+. провод чёрный

Y Home 13,он же концевик по y+. провод чёрный

x—,z—,y— к контакту 15,соединение трёх датчиков последовательное. Как на схеме выше.

Какие настройки сделать в мач3

Синий GND подключите к контакту GND на интерфейсной плате, но именно на колодке входных сигналов. Коричневый плюс (+) подключите к контакту +12-24 на интерфейсной плате.В меню настройка (mach3) (Config) выберите порты и контакты (ports and pins). Нажмите на кнопку входящие сигналы (input signals) и Вы попадёте в настройки концевых и баз. В первом столбике Enabled поставьте галочки напротив.

В столбике Pin Number укажите номера контактов к которым подключите датчики.

X Home 11
Z Home 12
Y Home 13
X Home 11
Z Home 12
Y Home 13
x++ 11
z++ 12
y++ 13
x— 15
z— 15
y— 15

В столбике Active Low поставьте галочки напротив выбранных контактов.

Посмотрите видео подключение концевых выключателей на канале Железкин и поймёте суть. Наверное сделаю видео mach3 настройка датчиков.

Евгений спасибо за комментарий, это поможет мне устранить недоработки, допущенные мной. Я к станку не подключал индуктивный датчик, но думаю что я не допустил ошибки.Указывайте на ошибки, я тоже не эксперт.

Задавайте вопросы и я буду устранять недоработки в видео и на сайте.

Скачать схему можно по ссылке с Яндекс диск

Источник

Самодельный ЧПУ станок

Разделы сайта

Интересное предложение

Лучшее

Статистика

Простой в изготовлении контроллер шагового двигателя из старых деталей сканера

Итак, для создания небольшого станка нам потребуется выпотрошить старый сканер, из него можно извлечь следующие полезные вещи: микросхему ULN2003, шаговый двигатель и пару стальных прутков.

Кроме этого возьмем картонную коробку для изготовления корпуса нашего контроллера. Можно сделать ее и из текстолита или фанеры, особой разницы тут нет, просто картон легче обрабатывается простыми ножницами.

Подготовим инструменты, вот список того, что мы будем использовать:

Кусачки
Ножницы
Клеевой пистолет
Паяльник и принадлежности для пайки

Для изготовления контроллера нам так же понадобиться:
Разъем DB-25 (на LPT порт) с проводом
Цилиндрическое гнездо для питания контроллера ЧПУ станка

Для испытательного стенда
Стержень с резьбой в качестве ходового винта
Подходящая под ходовой винт гайка
А так же разные шурупы, шайбы и куски древесины

Подключать все это будем к компьютеру, который имеет порт принтера, а в качестве программного обеспечения будем использовать программу для работы на ЧПУ станке TurboCNC.

Приступаем к работе по изготовлению самодельного контроллера ЧПУ

Для того, чтобы изготовить самодельный контроллер для ЧПУ станка извлекаем из сканера плату управления и шаговый двигатель. Для этого нужно просто снять стекло сканера и вывернуть несколько винтов.
Кроме шагового двигателя и платы управления снимаем стальные стержни, которые будем использовать для изготовления тестового портала.

Нам нужна микросхема управления ULN2003. Если если ваш сканер собран на другой микрухе, то не беда, ULN2003 можно приобрести отдельно, стоимость ее не велика, около 10-20 рублей. Но если она имеется на плате, то ее нужно аккуратно выпаять. Сначала разгореваем паяльником олово и при помощи отсоса удаляем его. Потом аккуратно засовываем под микросхему конец отвертки и осторожно прикасаясь жалом паяльника к каждому выводу микросхемы, нажимаем на отвертку.

Изготовление схемы контроллера для ЧПУ станка

Теперь припаиваем шаговый двигатель к управляющему устройству.
Делать это придется методом научного тыка или найдя документацию на выводы вашего электродвигателя.

Легче всего припаять провода так, чтобы потом цеплять на них зажимы-крокодилы. Так же можно использовать клеммы с винтовым креплением или еще что-нибудь подобное.
Соединяем провода с выводами 16, 15, 14 и 13 микросхемы ULN2003.
Теперь припаиваем провод к положительной шине питания.

Управляющее устройство почти готово.

Остается подсоединить к шинам электропитания на макетной плате гнездо электропитания.
Для того, чтобы провода не отламывались, фиксируем из термоклеем из пистолета.

Установка Turbo CNC

С контроллером на базе микросхемы ULN2003 точно будет работать ПО Turbo CNC.

Настройка Turbo CNC

После загрузки Turbo CNC появиться экран, похожий на изображенный ниже.
Нажимаем пробел. Теперь мы находимся в главном меню программы.
Жмем F1, и при помощи клавиш со стрелками выбираем меню «Configure».
Затем выбераем «number of axis». Жмем Enter.
Вводим количество осей, которые будут использоваться. Поскольку у нас только один мотор, выбираем «1». Жмем Enter чтобы продолжить. Снова жмем F1 и в меню «Configure» выбираем пункт «Configure axes», затем дважды жмем Enter.

Появится следующий экран. Нажимайте Tab пока не перейдете к ячейке «Drive Type». При помощи стрелки вниз выбираем пункт «Phase». Снова при помощи Tab выбираем ячейку «Scale». Чтобы использовать калькулятор, нам нужно найти число шагов, которые двигатель делает за один оборот. Зная номер модели двигателя, можно установить на сколько градусов он поворачивается за один шаг. Чтобы найти число шагов, которые двигатель делает за один оборот, теперь нужно поделить 360 на число градусов за один шаг. Например, если мотор поворачивается за один шаг на 7,5 градусов, 360 поделить на 7,5 получится 48. Число, которое получится у вас, забиваем в калькулятор шкалы (scale calculator).

Копируем следующее в четыре первых ячейки:

Остальные ячейки оставляем без изменений. Выбираем OK.
Теперь Turbo CNC настроен на работу с нашим контроллером.

Изготавливаем тестовую ось ЧПУ станка

Отрезаем 3 деревянных бруска и скрепляем их друг с другом. Чтобы получить ровные отверстия проводим на поверхности дерева ровную линию. Сверлим на линии два отверстия. Еще 1 отверстие делаем посередине ниже первых двух. Отсоединяем бруски друг от друга.

Через два отверстия, что находятся на одной линии, вставляем стальные прутки. Закрепить прутки проще всего с помощью небольших шурупов.
Продеваем прутки на второй деревянный брусок.
На одной стороне крепим двигатель.

Чтобы закрепить шаговый электродвигатель, можно воспользоваться двумя отрезками стержня с резьбой 1/8.
Брусок с шаговым двигателем надеваем на свободный конец стальных прутов.
Снова крепим их шурупами.
Сквозь третье отверстие продеваем ходовой винт. На него ставим гайку и затем вставляем в отверстие во втором бруске.
Поворачиваем винт до тех пор, пока он не пройдет сквозь все отверстия и не дойдет до вала двигателя.
Соединить вал двигателя и стержень проще всего при помощи резинового шланга и зажимов из проволоки.

На втором бруске ходовая гайка удерживается с помощью дополнительных гаек и винтов.
И в завершение, отрезаем брусок из дерева для подставки.
Крепим ее шурупами ко второму бруску.
Проверяем, установлена ли подставка ровно на поверхности.
Регулировать положение подставки на поверхности можно при помощи дополнительных винтов и гаек.

Тестирование

Соединяем двигатель с контроллером.

Для этого соедините общий провод шагового двигателя (смотрите документацию к двигателю) с проводом, который был припаян к положительной шине питания.

Другие четыре провода соединяем путем проб и ошибок.
Просто цепляем их все, и затем меняем порядок соединения, если шаговый двигатель делает два шага вперед и один назад или что-либо подобное.

Для тестирования подключаем 12 В 350 мА источник питания постоянного тока, проще всего использовать блок питания от компьютера.

Затем соединяем разъем DB25 c компьютером.
Смотрим и тестируем в TurboCNC правильно ли соединен двигатель.

В результате тестирования и проверки правильного подсоединения двигателя у вас должен получиться полностью работоспособная ость ЧПУ станка.

Чтобы проверить масштабирование нашего ЧПУ, прикрепляем к нему маркер и прогоняем тестовую программу.
Измеряем получившуюся линию. Если длина линии составляет порядка 2-3 см, устройство работает правильно.
В ином случае, проверяем вычисления которые мы делали выше.

Если все получилось, то поздравляю, самое трудное уже позади! Остаются мелочи.

Делаем корпус для контроллера ЧПУ станка

У нашего образца плата имеет размер 5 на 7,5 см, поэтому корпус сделаем размером 7,5 на 10 на 5 см, чтобы оставить достаточно места для проводов.

Из картонной коробки вырезаем стенки.

Вырезаем 2 прямоугольника размером 7,5 на 10 см, еще 2 размером 5 на 10 см и еще 2 размером 7,5 на 5 см.

В них нужно вырезать отверстия для разъемов. Обведите контуры разъема параллельного порта на одной из 5 х 10 стенок.

На этой же стенке обведите контуры цилиндрического гнезда для питания постоянного тока. Вырежьте по контурам оба отверстия.
То, что вы будете делать дальше, зависит от того, припаивали ли вы к проводам двигателя разъемы.

Если да, то закрепите их снаружи второй пока пустой стенки размером 5 х 10. Если нет, проткните в стенке 5 отверстий для проводов. При помощи клеевого пистолета соедините все стенки вместе. Снаружи углы можно зафикстировать прозрачным скотчем. Корпус нашего контроллера ЧПУ станка можно покрасить.

Теперь нужно вставить все компоненты внутрь корпуса.
Убедитесь, что на разъемы попало достаточно много клея, потому что они будут подвергаться большим нагрузкам.
Чтобы коробка оставалась закрытой, нужно сделать защелки. Из пенопласта вырезаем пару ушек. Затем вырезаем пару полос и четыре небольших квадратика. Приклеиваем по два квадратика к каждой из полос как показано на рисунке. Клеим ушки по обеим сторонам корпуса. Сверху коробки приклеи ваем полосы. Этим и завершаем изготовление корпуса.

Возможные применения нашего контроллера и собранного ЧПУ станка

Этот контроллер и наш ЧПУ станок можно применять как плоттер, небольшой фрезер по дереву, пластику и гравировке. Необходимо только помнить о том, что двигатели не могут выдать большую мощность, и не пытаться работать фрезой на 10 с большой скоростью.

А вот схема и инструкции по изготовлению контроллера с тремя осями.

Чтобы настроить TurboCNC, повторяем все то, что у нас было указано выше, но в поле «number of axis» ставим 3.

Для настройки первой оси ничего из сделанного не меняем, для второй оси тоже, но в строках первых четырех фаз вводим следующее:

Для третьей оси в строках первых четырех полях вводим:

Данная статья является переводом с английского : Easy To Build Stepper Controller from Recycled Materials.

Источник

Подбор и расчет шаговых двигателей для ЧПУ

При подборе шагового двигателя для ЧПУ необходимо отталкиваться от планируемой сферы применения станка и технических характеристик. Ниже представлены критерии выбора, классификация наиболее популярных двигателей и примеры расчета.

Как выбрать шаговый двигатель для ЧПУ: критерии

Тип двигателя

Важный критерий – тип шагового двигателя для ЧПУ станка. Широко распространены биполярные, униполярные и трехфазные модели. Каждая из них имеет свои особенности:

Примеры расчетов шаговых двигателей для ЧПУ

Определяем силы, действующие в системе

Рассчитываем мощность

Формулы, приведенные ниже, представлены без учета инерции вала самого шагового двигателя и других вращающихся механизмов. Поэтому для большей точности рекомендуется увеличить или убавить требования по ускорению на 10%.

Для расчета мощности шагового двигателя следует воспользоваться формулой F=ma, где:

Для определения механической мощности необходимо умножить силу сопротивления движения на скорость.

Рассчитываем редукцию оборотов

Определяется на основании номинальных оборотов сервопривода и максимальной скорости перемещения стола. Например, скорость перемещения составляет 1 000 мм/мин, шаг винта шариковой винтовой передачи – 10 мм. Тогда скорость вращения винта ШВП должна быть (1 000 / 10) 100 оборотов в минуту.

Для расчета коэффициента редукции учесть номинальные обороты сервопривода. Например, они равны 5 000 об/мин. Тогда редукция будет равна (5 000 / 100) 50.

Классификация шаговых двигателей для ЧПУ

Советские модели

В станках часто применяют шаговые двигатели индукторного типа, изготовленные в СССР. Речь о моделях ДШИ-200-2 и ДШИ-200-3. Они обладают следующими характеристиками:

При выборе следует обратить внимание на наличие индекса ОС. Это особая серия с военной приемкой. Имеет более высокое качество исполнения, чем обычные модели.

Китайские модели

Примеры китайских шаговых двигателей для ЧПУ и их характеристики представлены ниже.

Биполярные шаговые двигатели для ЧПУ от CNC Technology

Зная критерии выбора и ориентируясь в предложениях по шаговым двигателям на рынке можно подобрать подходящую модель для станка ЧПУ. Главное – покупать у проверенных поставщиков.

3 причины купить шаговый двигатель для ЧПУ в компании CNC Technology

Получить консультацию по выбору шагового двигателя можно по телефону 8 (800) 350 33 60.

Источник