Набор Arduino Uno и CNC Sheild v3 — это комплект электроники, позволяющий управлять шаговыми двигателями и различными периферийными устройствами для реализации проектов различных ЧПУ устройств, таких как фрезерные и токарные станки, лазерные граверы и т. п. Данный комплект позволяет реализовать параллельную работу шаговых двигателей, что необходимо для некоторых проектов, когда используются два мотора на одной оси, обычно это ось Y.

В комплект входят:

1. Плата Arduino Uno R3.0;
2. Плата расширения CNC Shield V3.0;
3. Четыре драйвера А4988 или DRV8825 для шаговых двигателей, с радиаторами;
4. Кабель для связи с компьютером USB.

 

 Характеристики комплекта:

- совместим с прошивкой GRBL и стандартным G-кодом;

- количество осей: до 4 (X, Y, Z, A);

- до 6-ти концевых выключателей;

- управление шпинделем (включение, направление вращения, охлаждение) или другим исполнительным устройством;

- драйверы шаговых двигателей: A4988, DRV8825 или аналогичные;

- интерфейсы: UART, I2C

- напряжение питания: 12…36В;

- размеры — 65×55×20 мм;

- вес — 32 г.

 

С чего начать?

Для базовой настройки набора понадобится:

— компьютер для загрузки прошивки;

— шаговые двигатели NEMA17 с разъемом Dupont с 4 контактами;

— блок питания для моторов, обычно это 12В и не менее 3А;

— мультиметр.

 

Шаг первый.

Сборка «бутерброда» из плат Arduino Uno и CNC Sheild v. 3.

 

На фотографии показана установка платы CNC Sheild v. 3 на Arduino Uno. Перепутать достаточно сложно.

 

Шаг второй.

Дублирование оси.

 

Плата CNC Sheild V.3 интересна тем, что позволяет распараллеливание шаговых двигателей для любой из осей. Это позволяет реализовывать проекты с двумя шаговыми двигателями на одну ось без дополнительных проблем.

Для реализации данной функции необходимо установить 2 джемпера в соответствующие выводы, напротив нужной оси.

 

Шаг третий.

Настройка тока драйверов шаговых двигателей.

 

Драйвера шаговых двигателей A4988 являются наиболее дешевыми и распространенными, но имеют два основных недостатка:

— шум при работе моторов;

— максимальное значение микрошага 1/16.

Замечательно подходят для построения максимально дешевой системы управления оборудованием.

Драйвера DRV8825 немного дороже, но позволяют реализовать более точную систему с микрошагом 1/32, с более низкими шумами при работе моторов.

При использовании драйверов шаговых двигателей А4988 или DRV8825 необходимо помнить, что драйвера при установке необходимо ориентировать по разному. Ориентиром может служить подстроечный резистор.

 

 Настройку тока драйверов мы рассматривали в статье «Настройка тока драйвера шагового двигателя».

Для настройки тока необходимо:

— установить драйвера в соответствующие слоты CNC Sheild v. 3;

— подключить плату к компьютеру при помощи USB кабеля;

Напомним основные моменты при настройке тока:

— настройка тока важна для правильной работы шагового двигателя, снижения нагрева моторов при работе и снижения вероятности пропуска шагов;

— настройка происходит при полном шаге, т. е. джемперы настройки микрошага нельзя устанавливать;

— настройка происходит для каждого драйвера отдельно, в том слоте, в котором он будет дальше использоваться.

После настройки тока необходимо удалить драйвера шаговых двигателей, чтобы перейти к следующему этапу. 

 

Шаг четвертый.

Настройка микрошага.

 

Выбор и настройку микрошага для шагового двигателя мы описывали в статье «Микрошаг - выбор и применение».

Напомним основные моменты:

— повышение значения микрошага ведет к потере крутящего момента на шаговом двигателе;

— высокие значения микрошага не ведет к кратному увеличению точности работы оборудования, из-за наличия люфта в подвижных элементах конструкции.

Например, при использовании ЧПУ станках трапецеидальных винтов с ходом 2 мм. Рассчитаем точность позиционирования при основном шаге. Двигатель Nema17 имеет 200 шагов на оборот.

Точность позиционирования получается следующая:

— перемещение на один оборот — 2 мм;

— шагов на оборот — 200 шагов;

— микрошаг — 1.

2 мм/ 200 шагов = 0,01 мм/шаг

Подобная точность достаточна для самостоятельных проектов.

При использовании шкивов GT2 20 зубьев (дать ссылку) в приводе, получим следующие значения:

— перемещение на один оборот — 40 мм;

— шагов на оборот — 200 шагов;

— микрошаг — 16.

40 мм/ (200 шагов * 16) = 0,0125 мм/шаг

После настройки микрошага необходимо установить драйвера шаговых двигателей.

 

Шаг пятый.

Подключение питания.

 

Помимо подключения к компьютеру кабелем USB необходимо подать силовое напряжение 12 В.

На CNC Sheild v. 3 это можно реализовать двумя путями:

— подключить блок питания с помощью разъема DC;

— подключит блок питания к клеммной колодке проводами.

Первый случай подходит для небольших проектов, типа мини лазерного гравера, второй для более энергоемких проектов, типа фрезерных станков.

При выборе мощности источника питания необходимо помнить, что его мощность должна быть больше суммарной энергоемкости устройства. Под энергоемкостью проекта надо понимать потребную мощность всех компонентов системы, таких как шаговые двигатели, исполнительный механизм (лазерный модуль или шпиндель).

 

 

Шаг шестой.

Подключение шаговых двигателей.

 

Подключение шаговых двигателей происходит посредством разъемов Dupont на 4 контакта, шаг разъема 2,54 мм.

Если вы купили двигатели без таких разъемов, то необходимо самостоятельно обжать их, соблюдая соответствие проводов вашего двигателя и выводом на плате CNC Sheild v.3.

 На рисунке выделены подписанные контакты для подключения шагового мотора. 

 

Они должны совпадать с описанием к выбранным шаговым двигателям.

 

Шаговый двигатель ноебходимо подключать в слот рядом с драйвером.

 

Шаг седьмой.

Прошивка контроллера.

 

После подключения блока питания и шаговых двигателей необходимо залить в контроллер прошивку GRBL. Мы описывали это в статье "Прошивка GRBL - скачиваем, прошиваем". 

 

После того как вы убедитесь, что все двигатели вращаются можно приступать к установке двигателей и контроллера на устройстве и переходить к настройке параметров прошивки GRBL для конкретного проекта.