Плата расширения ЧПУ Arduino UNO CNC Shield v3.0

Плата расширения ЧПУ Arduino UNO CNC Shield v3.0 используется для создания на основе контроллера Arduino UNO (других контроллеров совместимых по типоразмеру) станков с числовым программным управлением, 3D принтеров, гравировальной или фрезерной машины т.п. Плата расширения CNC Shield ver. 3.0 может работать с Arduino UNO и драйверами двигателей с помощью программного обеспечения  Arduino GRBL. Программное обеспечение обменивается информацией с «железом» с помощь G-кодов. Программное обеспечение можно скачать здесь.
Общий вид схемы:

Перед использованием CNC Shield ver. 3.0 нужно установить на Ваш компьютер программное обеспечение Arduino GRBL.
Теперь нужно подготовить к работе CNC Shield ver. 3.0. Для этого нам понадобятся джамперы (в комплект поставки не входят). CNC Shield ver. 3.0 имеет четыре слота, по 16 контактов каждый, для подключения четырех драйверов двигателей. Для подключения четырех шаговых двигателей возле каждого слота есть колодка, состоящая из четырех контактов GND, STEP, DIR, VCC. Возле каждого слота для подключения драйвера двигателя есть колодка, состоящая из шести пинов для управления шагом двигателя. Эти колодки обозначены на рисунке выше красным цветом. Пины можно объединить в пары. Обозначение пар пинов M0, M1, M2.
Таблица установки джамперов для управления шагом или микрошагом:

Как упоминалось выше, CNC Shield ver. 3.0 имеет четыре слота, по 16 контактов каждый, для подключения четырех драйверов двигателей. Каждый слот отвечает за свою ось. Слоты, обозначенные желтым цветом, отвечают за оси X, Y, Z, красный слот за ось A. На текстолите платы есть соответствующие пиктограммы для идентификации осей.
Функции оси A: она может дублировать одну из осей X, Y, Z с помощью дополнительного двигателя на ось или использоваться как независимая дополнительная ось. Ось A может быть использована в определенных условиях для передачи сигнала в экструдер (в случае 3D-принтера) или для приведения в действие шпинделя т.п. Для настройки дублирования осей X, Y, Z на плате CNC Shield ver. 3.0 есть колодки контактов, обозначенные X, Y, Z, D12, D13. Для дублирования осей нужно установить джамперы на эти колодки.
Для дублирования оси X:

Для дублирования оси Y:

Для дублирования оси Z:

Для автономной работы оси A:

Колодка D12 замыкается для возможности управления шагом, колодка D13 замыкается для возможности управления направлением вращения.
Программное обеспечение GRBL на данный момент не поддерживает запуск оси A, но с помощью CNC Shield ver. 3.0 эта задача реализуема.
На плате CNC Shield ver. 3.0 есть контакты для подключения аварийных кнопок остановки всего процесса или отдельной оси, кнопки паузы, продолжения, возвращения на исходную позицию, включения шпинделя, направления шпинделя, включения подачи охлаждения.

• E-STOP – кнопка аварийной остановки всего процесса;
• Abort – кнопка возвращения на исходную позицию;
• Hold – пауза;
• Resume – кнопка продолжения;
• X+ X- Y+ Y- Z+ Z- – кнопка аварийной остановки осей X, Y, Z;
• SpnEn –включение шпинделя;
• SpnDir – направление шпинделя;
• CoolEn – включения подачи охлаждения.

На плате CNC Shield ver. 3.0 есть контакты для подключения концевых датчиков. Концевые датчики нужны, чтобы двигатели не ударялись о стенки корпуса станка или 3D принтера.
Колодка для подключения концевых датчиков:

Для расширения возможностей CNC Shield ver. 3.0 на плате предусмотрено два интерфейса связи UART и I2C:

• Контакты UART: RX, TX, 5V, 3V3;
• Контакты I2C: SCL, SDA, GND, RST.

Также на плате CNC Shield ver. 3.0 есть кнопка сброса параметров и перезагрузки, обозначенная RST.
После настройки и подготовки CNC Shield ver. 3.0 соединяем его с контроллером Arduino UNO (или другим совместимым) и с драйверами двигателей. Сделать ошибку при соединении крайне трудно т.к. типоразмер стандартизирован.
Соединенные CNC Shield ver. 3.0 и Arduino UNO и драйверы двигателей выглядят так:

Картинка подсказка по соединению Arduino UNO и CNC Shield ver. 3.0:

Подписанные контакты соответствуют контактам на CNC Shield ver. 3.0.
Далее нужно подключить Arduino UNO к компьютеру и синхронизировать с программным обеспечением. Далее подключаем питание силовой части CNC Shield ver. 3.0. Для этого на корпусе платы есть две клеммы зажима. Напряжение питания силовой части 12 – 36 В. Напряжение питания силовой части нужно подбирать под имеющиеся драйвера двигателей. Не все драйверы двигателей работают с высоким напряжением питания и могут выйти из строя при подаче высокого напряжения.
Совместимые с CNC Shield ver. 3.0 драйверы двигателей: A4988 и DRV8825, а также другие с подобными характеристиками.
Теперь можно подключать шаговые двигатели и делать пробный запуск. Нужно вооружится мультиметром и отверткой для настройки оптимального напряжения на контрольных точках драйверов двигателей. Во время проведения настройки двигатель должен быть включен. Для настройки напряжения нужно установить щупы мультиметра на точки, изображенные на картинке:

Напряжение между этими двумя точками должно соответствовать формуле V=I*0,4 (напряжение равняется номинальному току двигателя, умноженному на коэффициент 0,4). Напряжение выставляем настройкой потенциометра драйвера двигателя. Такую настройку нужно провести отдельно для каждой оси.

Характеристики:

модель: CNC Shield ver. 3.0;
типоразмер: Arduino UNO и другие совместимые;
количество осей: 4 (X, Y, Z, A);
напряжение питания логической части: 5 В;
напряжение питания силовой части: 12 – 36 В;
совместимые драйверы двигателей: A4988 и DRV8825, а также другие подобные;
связь с другими устройствами: UART, I2C;
программное обеспечение: Arduino GRBL;
размеры: 65 х 55 х 20 мм;
вес: 32 г.