Плата розширення ЧПУ Arduino UNO CNC Shield v3.0

Плата розширення ЧПУ Arduino UNO CNC Shield v3.0 використовується для створення на основі контролера Arduino UNO (інших контролерів сумісних по типорозміру) верстатів з числовим програмним управлінням, 3D принтерів, гравіювання або фрезерної машини тощо Плата розширення CNC Shield ver . 3.0 може працювати з Arduino UNO і драйверами двигунів за допомогою програмного забезпечення Arduino GRBL. Програмне забезпечення обмінюється інформацією з « залізом » з допомою G - кодів. Програмне забезпечення можна завантажити тут.
Загальний вигляд схеми :

Перед використанням CNC Shield ver. 3.0 потрібно встановити на Ваш комп'ютер програмне забезпечення Arduino GRBL.
Тепер потрібно підготувати до роботи CNC Shield ver. 3.0. Для цього нам знадобляться джемпери (в комплект поставки не входять). CNC Shield ver. 3.0 має чотири слоти, по 16 контактів кожен, для підключення чотирьох драйверів двигунів. Для підключення чотирьох крокових двигунів біля кожного слота є колодка, що складається з чотирьох контактів GND, STEP, DIR, VCC. Біля кожного слота для підключення драйвера двигуна є колодка, що складається з шести пінів для управління кроком двигуна. Ці колодки позначені на малюнку вище червоним кольором. Піни можна об'єднати в пари. Позначення пар пінів M0, M1, M2.
Таблиця установки джемперів для управління кроком або мікрошагом:

Як згадувалося вище, CNC Shield ver. 3.0 має чотири слота, по 16 контактів кожен, для підключення чотирьох драйверів двигунів. Кожен слот відповідає за свою вісь. Слоти, позначені жовтим кольором, відповідають за осі X, Y, Z, червоний слот за вісь A. На текстоліті плати є відповідні піктограми для ідентифікації осей.
Функції осі A: вона може дублювати одну з осей X, Y, Z за допомогою додаткового двигуна на вісь або використовуватися як незалежна додаткова вісь. Ось A може бути використана в певних умовах для передачі сигналу в екструдер (в разі 3D-принтера) або для приведення в дію шпинделя т.п. Для настройки дублювання осей X, Y, Z на платі CNC Shield ver. 3.0 є колодки контактів, позначені X, Y, Z, D12, D13. Для дублювання осей потрібно встановити джемпери на ці колодки.
Для дублювання осі X:

Для дублювання осі Y:

Для дублювання осі Z:

Для автономної роботи оси A:

Колодка D12 замикається для можливості управління кроком, колодка D13 замикається для можливості керування напрямком обертання.
Програмне забезпечення GRBL на даний момент не підтримує запуск осі A, але за допомогою CNC Shield ver. 3.0 це завдання можна реалізувати.
На платі CNC Shield ver. 3.0 є контакти для підключення аварійних кнопок зупинки всього процесу або окремої осі, кнопки паузи, продовження, повернення на вихідну позицію, включення шпинделя, напрямки шпинделя, включення подачі охолодження.

• E - STOP - кнопка аварійної зупинки всього процесу ;
• Abort - кнопка повернення на вихідну позицію ;
• Hold - пауза ;
• Resume - кнопка продовження ;
• X + X- Y + Y- Z + Z- - кнопка аварійної зупинки осей X, Y, Z ;
• SpnEn -включення шпинделя ;
• SpnDir - напрямок шпинделя ;
• CoolEn - включення подачі охолодження .

На платі CNC Shield ver . 3.0 є контакти для підключення кінцевих датчиків. Кінцеві датчики потрібні, щоб двигуни не вдарялися об стінки корпусу верстата або 3D принтера.
Колодка для підключення кінцевих датчиків :

Для розширення можливостей CNC Shield ver. 3.0 на платі передбачено два інтерфейси зв'язку UART і I2C :

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

Також на платі CNC Shield ver. 3.0 є кнопка скидання параметрів і перезавантаження, позначена RST.
Після настройки і підготовки CNC Shield ver. 3.0 з'єднуємо його з контролером Arduino UNO (або іншим сумісним) і з драйверами двигунів. Зробити помилку при з'єднанні вкрай важко тому типорозмір стандартизований.
Сполучені CNC Shield ver. 3.0 і Arduino UNO і драйвери двигунів виглядають так :

Картинка підказка по з'єднанню Arduino UNO і CNC Shield ver. 3.0 :

Підписані контакти відповідають контактам на CNC Shield ver. 3.0.
Далі потрібно підключити Arduino UNO до комп'ютера і синхронізувати з програмним забезпеченням. Далі підключаємо живлення силової частини CNC Shield ver. 3.0. Для цього на корпусі плати є дві клеми затиску. Напруга живлення силової частини 12 - 36 В. Напруга живлення силової частини потрібно підбирати під наявні драйвера двигунів. Не всі драйвери двигунів працюють з високою напругою живлення і можуть вийти з ладу при подачі високої напруги.
Сумісні з CNC Shield ver. 3.0 драйвери двигунів: A4988 і DRV8825, А також інші з подібними характеристиками.
Тепер можна підключати крокові двигуни і робити пробний запуск. Потрібно буде воювати мультиметром і викруткою для налаштування оптимальної напруги на контрольних точках драйверів двигунів. Під час проведення настройки двигун повинен бути включений. Для настройки напруги потрібно встановити щупи мультиметра на точки, зображені на картинці :

Напруга між цими двома точками повинно відповідати формулі V = I * 0,4 ( напруга дорівнює номінальному струму двигуна , помноженому на коефіцієнт 0,4 ) . Напруга виставляємо налаштуванням потенціометра драйвера двигуна . Таку настройку потрібно провести окремо для кожної осі .

Характеристики:

модель : CNC Shield ver . 3.0 ;
типорозмір : Arduino UNO та інші сумісні ;
кількість осей : 4 ( X , Y , Z , A ) ;
напруга живлення логічної частини : 5 В ;
напруга живлення силової частини : 12 - 36 В ;
сумісні драйвери двигунів :A4988 й DRV8825, а також інші подібні ;
зв'язок з іншими пристроями : UART , I2C ;
програмне забезпечення : Arduino GRBL ;
розміри : 65 х 55 х 20 мм ;
вага : 32 г