Лучшие платы с ЧПУ для Arduino

Если вы собираете недорогой фрезерный станок с ЧПУ, платы с ЧПУ для Arduino — отличный вариант для его контроллера.

Прошивка для управления ЧПУ при использовании Arduino — GRBL. GRBL бесплатен для использования и имеет большую базу пользователей. Однако для использования GRBL на Arduino вам понадобится CNC Shield.

В этой статье я рассмотрю лучшие и самые надежные щиты с ЧПУ Arduino для станков с ЧПУ.

Также, я также расскажу о том, почему использование платы с ЧПУ для Arduino лучше, чем подключение шагового драйвера непосредственно к вашему Arduino.

Я перечислю все важные факторы, которые вы должны учитывать, прежде чем переходить к лучшим платам с ЧПУ в следующем разделе.

Драйверы шагового двигателя

Вы найдете платы с ЧПУ со встроенными драйверами и без них. Первые имеют шаговые драйвера, припаянные к плате, и ее трудно отремонтировать, если что-то случиться.

Кроме того, вы можете получитесь ненужные проблемы с вариантом драйвера OEM, но если он соответствует вашим требованиям, вы можете пойти на это.

Он имеет порты, к которым вы можете подключить драйверы шагового двигателя по вашему выбору, такие драйверы называются драйверами шагового контроллера. Это дает вам большую гибкость при выборе правильного драйвера в зависимости от требований к току и напряжению.

Если вы используете платы с ЧПУ с отдельными драйверами, вы можете легко заменить драйвер на новый, если вы его сожжете.

Номинальное напряжение и ток

Вы всегда должны сначала выбирать шаговые двигатели, а затем шаговый драйвер. Плата ЧПУ должна обеспечивать напряжение и ток, необходимые для шаговых двигателей, которые вы собираетесь использовать.

Проверьте, поддерживает ли плата ЧПУ требуемый драйвер.

Если у вам позволяет бюджет, вы можете выбрать решение с более высоким номинальным напряжением и током, так как это будет полезно, когда вы захотите обновить свою сборку в будущем.

Порты ввода / вывода

Чем больше тем лучше. Эти порты позволяют подключать переключатели ограничения, аварийного останова, возобновления и удержания, а также повышают удобство и безопасность использования вашего станка с ЧПУ.

Кроме того, вам также следует искать поддержку ШИМ (широтно-импульсной модуляции). Arduino поддерживает ШИМ, и если ваша плата этого не делает, это пустая трата возможностей Arduino.

Вы можете подключать маломощные шпиндели для гравировки непосредственно к ШИМ и управлять шпинделем.

Некоторые платы с ЧПУ для Arduino также имеют цифровые выходы, которые можно использовать для включения и выключения внешних устройств.

Например, вы можете использовать один для включения насоса охлаждающей жидкости в начале резки или подключить его к реле для автоматического включения шпинделя.

Эти контакты улучшают функциональность вашей сборки, и вы должны учитывать функции, которые вам нужны, при выборе.

Лучшие платы с ЧПУ для Arduino — совместимые с GRBL

Я составил этот список после тщательного рассмотрения каждого щита с точки зрения качества сборки, надежности, поддержки драйверов, имеющихся у него функций и поддержки клиентов.

Плата с ЧПУ
CNC плата V3/V4
Keyestudio V4.0
Synthetos gShield V5
Набор для станка с ЧПУ V3/V4

Лучший Grbl Arduino CNC Shield

Открытый исходный код. CNC плата V3/V4

Это наиболее распространенная конструкция Arduino CNC Shield и универсальный инструмент.

Это печатная плата, предназначенная для установки непосредственно поверх платы Arduino Uno или других плат Arduino с аналогичными выводами.

На плате нет встроенного шагового драйвера, и вам придется прикрепить платы драйверов шагового двигателя, которые называются шаговыми драйверами.

Они доступны для большинства популярных шаговых драйверов, таких как A4988 и DRV8825. Это также означает, что вы можете выбрать драйвер в соответствии с требованиями вашего проекта.

Драйверы не припаиваются к плате, вместо этого они подключаются с помощью выводов заголовка, и, следовательно, драйверы можно легко поменять местами в случае выхода из строя.

Вы можете подключить до четырех приводов двигателей для управления четырьмя осями. Он разработан для поддержки драйверов шаговых двигателей A4988, DRV8825 или аналогичных типов.

Кроме того, он имеет контакты для подключения до шести концевых выключателей (по два для каждой оси) и два контакта для использования любого другого устройства, такого как шпиндель (управление шпинделем), Z-зонд, E-stop или насос охлаждающей жидкости.

Он может обрабатывать до 2,6 А токов для каждого из шаговых двигателей и управлять шаговыми двигателями с номинальным напряжением между 1 и 3.

Вы даже можете выбрать различные уровни микрошага, меняя перемычки на определенных контактах, плата поддерживает до 1/32 микрошага.

Для связи она оснащена портами I2C и UART, которые можно напрямую подключать к другим печатным платам, таким как Arduino.

Совместима с прошивкой GRBL версии 0.9 и довольно прост в установке и настройке.

Keyestudio V4.0

Keyestudio V4.0 CNC использует аналогичную конструкцию, что и платы V3.0, но предназначен для работы с Arduino Nano с использованием прошивки GRBL.

Он может управлять до трех двигателей и подходит для фрезерных и гравировальных станков с ЧПУ с небольшой рабочей зоной.

Для фрезерных станков с ЧПУ с большой площадью резки лучше использовать четыре мотора. Это связано с тем, что вы должны использовать двойной привод для оси Y, чтобы контролировать перекатывание широкого портала.

Вы можете использовать A4988 или аналогичные драйверы шагового двигателя с этой платой с ЧПУ, и она поддерживает до 1/16 микрошага.

Однако вы должны сочетать его только с 42-шаговым шаговым двигателем.

Для работы требуется источник постоянного тока 12 В, он предназначен для питания Arduino Nano и шаговых двигателей.

Это также означает, что вы не можете использовать шаговые двигатели 24 В или 36 В с этим щитом ЧПУ.

Есть шесть выводов для подключения до шести концевых выключателей по 3 осям.

Keyestudio — это китайский бренд, и вы можете получить эту плату менее чем за 10 долларов.

Однако драйверы Arduino или шагового двигателя не входят в комплект поставки.

Synthetos gShield Arduino CNC shield

Если вам нужно простое решение для взаимодействия вашего Arduino с шаговыми двигателями, хорошим вариантом будет gShield от adafruit.

Вы можете использовать любую плату Arduino с этой платой, и она может управлять до 3-х четырехпроводных шаговых двигателей.

Однако, если вы делаете фрезерный станок с ЧПУ с широким порталом, вам нужно будет использовать два двигателя для оси Y и вам понадобится дополнительный четвертый драйвер шагового двигателя.

Для подключения двигателей и источника питания он поставляется с завинчивающимися клеммами, которые гарантируют, что провода никогда не отсоединятся случайно.

В Synthetos gShield Arduino CNC shield три интегрированные в плату шаговые драйвера TI DRV8818. Это означает, что вам не нужно беспокоиться о подключении шаговых драйверов.

Однако это также означает, что если вы сожжете один из драйверов, вы не сможете поменять их местами, и вы получите двухосный щит.

Вы можете управлять шаговыми двигателями, требующими максимум 2,5 А на фазу. Кроме того, он также поддерживает до ⅛ микрошага.

Плата может поддерживать двигатели с номинальным напряжением от 12 до 30 В, а экран может работать от источника питания 3,3 В или 5 В от платы контроллера (Arduino).

Если вы знаете, что делаете, gShield — очень хороший вариант, который быстро настраивается и достаточно надежен.

Набор для станка с ЧПУ V3/V4

Набор плат и драйверов на базе V3/V4. Это полная копия первой платы, но уже в комплекте со всем необходимом для сборки контроллера для ЧПУ станка.

Как правило, покупка такого набора выгоднее, нежели покупка плат по отдельности. Несомненным плюсом является то, что все компоненты идеально подходят друг другу.

Аналог CNC Shield

Более эффективная, но дорогая альтернатива платы с ЧПУ для Arduino — это контроллер ЧПУ .

Контроллеры ЧПУ, как правило, намного мощнее и требуют гораздо меньше усилий, чтобы заставить их работать.

Некоторые из наиболее дорогих — это решения plug-and-play.

Зачем нужна плата с ЧПУ для Arduino

Вам действительно нужен ЧПУ? Разве вы не можете управлять шаговым двигателем напрямую с помощью Arduino? В конце концов, Arduino может делать практически все.

Первая проблема, которая возникает, когда вы пытаетесь связать шаговый двигатель напрямую с Arduino, — это номинальное напряжение и ток шаговых двигателей.

Шаговый двигатель, используемый для любительского ЧПУ, потребует напряжения питания не менее 12 В для каждой фазы.

Arduino предназначены для подачи сигналов с напряжением и током, намного меньшими, чем требуемые шаговым двигателем.

Более того, шаговый двигатель будет иметь как минимум четыре контакта, требующие индивидуальных сигналов. Поэтому, если вы делаете 3-осевой станок с ЧПУ, вам понадобится как минимум 12 аналоговых выходных контактов на Arduino.

Здесь на помощь приходит драйвер шагового двигателя. ИС драйвера получает низковольтные сигналы низкого тока от контроллера и преобразует их в сигналы с правильным уровнем напряжения и тока для двигателей.

Это упрощает работу с Arduino, поскольку вам нужны только два выходных контакта Arduino для управления шаговым двигателем, будь то 4, 6 или 8-проводный шаговый двигатель.

Один контакт для установки направления вращения, другой для подачи импульсов. Двигатель перемещается на один шаг за импульс.

Что ж, вы могли бы подумать, что вы можете связать шаговый двигатель с Arduino, используя драйвер шагового двигателя. Это можно сделать, но не все так просто.

Типичный шаговый двигатель для любительского ЧПУ требует питания 12 В, 24 В или 36 В. Вы можете подключить источник питания к выводам на микросхеме драйвера, но вам придется подключить конденсатор фильтра между выводами.

Кроме того, микросхемы драйверов шагового двигателя будут иметь функцию микрошага, которую необходимо выбирать, подавая правильный сигнал на определенные контакты.

Все эти задачи включают в себя пайку компонентов в нужном месте и проверку правильности соединений и их правильного расположения.

Кроме того, вам придется использовать выходные контакты на Ардуино, чтобы обеспечить правильный сигнал для микрошага для каждого двигателя.

Выполнение этого для трех или четырех двигателей может быть обременительным и трудоемким без реальной пользы.

Вот где появляются платы с ЧПУ для Arduino , типичный плата может быть установлен поверх Arduino Uno или клона и имеет порты для подключения драйверов шаговых двигателей и шаговых двигателей.

Обычно пайка не требуется, и вы можете подключить четыре шаговых двигателя к Arduino менее чем за 30 минут.

Источник

Станок с ЧПУ на Ардуино

«Что такое Arduino», — вопрос, который рано или поздно задает себе каждый начинающий специалист по ЧПУ-станкам. В этой статье мы подробно объясняем сущность и предназначение «Ардуино», а также объясняем принцип сборки станка на базе этой платформы.

Читайте нашу статью и узнайте больше о том, как собрать станок с ЧПУ своими руками на основе Arduino.

Содержание

Что такое Arduino

Программная часть состоит из бесплатной программной оболочки (IDE) для написания программ, их компиляции и программирования аппаратуры.

Аппаратная часть представляет собой набор смонтированных печатных плат, продающихся как официальным производителем, так и сторонними производителями. Полностью открытая архитектура системы позволяет свободно копировать или дополнять линейку продукции Arduino.

Чаще всего термин «Ардуино» используют для обозначения контроллера с собственным процессором и памятью. Arduino пользуются большой популярностью среди начинающих инженеров и опытных энтузиастов, из-за низкой цены и простоты настройки.

Открытая архитектура плат Arduino позволяет проектировать микроконтроллеры людям с минимальным знанием электротехники. Существенным достоинством можно назвать и доступные в Интернете схемы и коды, созданные для различных типов станков.

К числу самых популярных у инженеров контроллеров Arduino принадлежат UNI, R3, Mega 2560 и Nano.

Подбор электроники

После приобретения Arduino, на неё необходимо установить программное обеспечение, написанное на языке C++. Именно на этом этапе проявляется важное достоинство платформы — доступность готовых решений в Интернете. Существуют готовые библиотеки, а функции, классы и операторы многократно описаны, поэтому учиться программировать для Arduino можно сразу на практике.

Что нужно для создания фрезерного станка на Ардуино своими руками

Для самостоятельного создания фрезерного станка с ЧПУ рекомендуется приобрести проверенный комплект электроники и оборудования:

• Контроллер Arduino;
• Плату расширения CNC Shield v3 / v4;
• Драйверы DRV8825 / A4988;
• 4-контактные шаговые двигатели (по 2 на каждую ось);
• Блоки питания для двигателей;
• Необходимый рабочий инструмент.

Для загрузки на плату прошивки потребуется компьютер и USB-кабель. Также для соединения всех электрических элементов станка необходим электрокабель.

Для сборки корпуса станка необходимы такие материалы:

• Фанерные листы (размер зависит от габаритов проектируемого станка);
• Резьбовые валы;
• Стальные стержни;
• Шариковые подшипники;
• Болты и гайки;
• Втулки из нейлона (капролона, фторопласта) и металлические втулки.

Станок с ЧПУ своими руками на базе Arduino: пошаговая инструкция

Сборка своими руками станка на платформе «Ардуино» — задача относительно простая, благодаря унификации всех элементов электрической схемы.

Этапы выполнения проекта:

• Подключить к Arduino шилд;
• Распараллелить с помощью CNC Shield шаговые двигатели — напротив соответствующей оси установить 2 джампера;
• Настроить ток драйверов для моторов, для полного шага;
• Настроить микрошаг моторов;
• Подключить питание и соединить плату с компьютером;
• Подключить к цепи шаговые двигатели через 4-контактных разъема Dupont;
• Загрузить прошивку GRBL для Arduino;
• После проверки работы системы, все элементы установить на опорную раму.

При самостоятельной сборке ЧПУ-станка следует помнить, что от качественной сборки механических компонентов зависит безотказность и точность его работы. Проектировать основание станка следует с учетом размеров рабочего стола и мощности инструмента. Чем мощнее установленное оборудование и крупнее станок, тем мощнее должен быть корпус.

Работа начинается со сборки основания и направляющих оси X. К цельному основанию крепятся деревянные балки. В крайних высверлены или фрезерованы пазы, в расположенных в центре — просверлены отверстия. Через отверстия с упором в пазы проходят стальные валы, которые служат направляющими оси Х. Через продольную ось станка проходит резьбовой вал, который обеспечивает перемещение стола вдоль оси Х.

Затем необходимо установить ось Y. Конструктивно ось Y напоминает ось Х. Разница заключается в том, что ось Y размещается на подвижном столе. Заключительная часть сборки механической составляющей — размещение элементов оси Z, которая отвечает за вертикальное перемещение рабочего инструмента. На данном этапе важно установить вал и направляющие строго вертикально и обеспечить прочность конструкции, чтобы ось Z с инструментом не расшаталась со временем от вибрации.

Второй этап сборки — подключение Arduino, драйверов и установка шаговых двигателей. Для каждого мотора предназначен один драйвер, к каждому драйверу надо подвести питание. Выбор драйверов обусловлен силой тока в амперах, необходимой для обеспечения работы шаговых двигателей. Соединение драйверов, моторов и Arduino происходит по такой схеме:

• Полюса A+, A-, B+, B- соответствуют катушкам моторов;
• CLK+ (Clock) — к Arduino, к пину step (шаг);
• CW+ (Clock Wise) — к пину direction (направление);
• CLK- и CW — к пину GND;
• EN+ и EN- остаются неподключенными.

Чтобы загрузить GRBL на Arduino, достаточно отправить код GRBL на контроллер через приложение XLoader. Подключение Arduino к ПК осуществляется через приложение GCodeSender.

Для чего нужны шилды

Добавление в схему шилдов, таких как CNC Sheild v3 или v4, расширяет возможности ЧПУ-станка. К Arduino можно одновременно подключить несколько шилдов, для выполнения разных задач. Основные функции оборудования:

• Обеспечение автономной от компьютера работы;
• Подключение и вывод информации на периферийные устройства;
• Параллельное управление несколькими моторами;
• Подключение к Wi-Fi или мобильным сетям.

Как сделать станок для выжигания на различных материалах

Станок с ЧПУ для выжигания отличается от фрезера только рабочим инструментом. Вместо шпинделя с фрезой используется нихромовая нить, разогретая до высокой температуры. Собрать такой станок еще проще, чем фрезерный, поскольку вместо вращающейся фрезы используется неподвижный нагреваемый элемент.

Пиропринтер — выжигатель с ЧПУ, — подходит для решения задач в образовании, штучном и мелкосерийном производстве художественных и ремесленных изделий, декорировании элементов мебели и галантереи. Устройство аппарата обеспечивает более высокий уровень безопасности, чем фрезер. Если провести соответствующую настройку электроники, управлять пиропринтером можно с ноутбука, без LPT-соединения.

Преимущества использования Arduino при создании ЧПУ-станков своими руками

Построение станка с ЧПУ на базе Arduino обладает несколькими ценными преимуществами:

• Низкая цена платы;
• Минимальные требования к квалификации, поэтому подходит для начинающих специалистов;
• Совместимость с различными операционными системами.

Проектирование и самостоятельная сборка станка с ЧПУ на базе Arduino позволяет сэкономить большое количество средств, если цель — создание аппарата для бытовых нужд или изучение на практике устройства подобных станков.

Для использования в профессиональных целях лучше подойдет станок заводского производства, с досконально известными характеристиками и предсказуемостью работы, на гарантии.

Источник