Arduino в токарном станке

Как настроить GRBL и управлять станком с ЧПУ на Arduino

Если вы хотите собрать или находитесь в процессе создания собственного станка с ЧПУ, то, скорее всего, вы встретите термин GRBL. Итак, в этом руководстве мы узнаем, что такое GRBL, как установить и как использовать его для управления вашим станком с ЧПУ на базе Arduino.

Кроме того, мы узнаем, как использовать Universal G-code Sender, популярное программное обеспечение контроллера GRBL с открытым исходным кодом.

Что такое GRBL?

GRBL — это программное обеспечение или прошивка с открытым исходным кодом, которая позволяет управлять движением для станков с ЧПУ. Мы можем легко установить прошивку GRBL на Arduino и сразу же получить недорогой высокопроизводительный контроллер ЧПУ. GRBL использует G-код в качестве ввода и выводит управление движением через Arduino.

Для лучшего понимания мы можем взглянуть на следующую схему:

Из схемы мы можем видеть место GRBL в принципе работы станка с ЧПУ. Это прошивка, которую нам нужно установить или загрузить в Arduino, чтобы она могла управлять шаговыми двигателями станка с ЧПУ. Другими словами, функция прошивки GRBL заключается в переводе G-кода в движение двигателя.

Требуемое оборудование

  • Arduino — Как мы уже говорили, нам понадобится Arduino для установки GRBL. В частности, нам нужна плата Arduino на базе Atmega 328, а это означает, что мы можем использовать либо Arduino UNO, либо Nano.
  • Шаговые двигатели. Очевидно, что шаговые двигатели обеспечивают движение машины.
  • Драйверы — для управления шаговыми двигателями нам нужны драйверы, и распространенный выбор, когда дело доходит до небольших станков с ЧПУ DIY (использующих шаговые двигатели NEMA 14 или 17), — это драйверы A4988 или DRV8825.
  • Arduino CNC Shield — для подключения шаговых драйверов к Arduino самый простой способ — использовать Arduino CNC Shield. Он использует все контакты Arduino и обеспечивает простой способ подключения всего, шаговых двигателей, шпинделя / лазера, концевых выключателей, охлаждающего вентилятора и т. д.
Читайте также:  Станки точечной сварки арматурной сетки

Обратите внимание, что это только основные электронные компоненты, которые нам нужны, чтобы понять, как работает станок с ЧПУ.

В качестве примера того, как все должно быть соединено, мы можем взглянуть на одну из машин для резки пенопласта с ЧПУ сделанную своими руками.

Здесь вы можете проверить и получить основные электронные компоненты, необходимые для сборки этого станка с ЧПУ:

Главный инструмент этого станка с ЧПУ — это горячая проволока, которая может легко расплавить или прорезать пенополистирол и придать любую форму, которую мы хотим.

Как установить GRBL

Во-первых, чтобы иметь возможность установить или загрузить GRBL в Arduino, нам понадобится Arduino IDE .

Загрузите файл .ZIP и выполните следующие действия:

  • Откройте файл grbl-master.zip и извлеките файлы
  • Откройте IDE Arduino, перейдите в Sketch> Включить библиотеку> Добавить библиотеку .ZIP…

Перейдите в извлеченную папку «grbl-master», в ней выберите папку «grbl» и щелкните открытый файл. Теперь нам нужно использовать GRBL как библиотеку Arduino.

  • Затем перейдите в Файл> Примеры> grbl> grblUpload. Откроется новый скетч, и нам нужно загрузить его на плату Arduino. Код может выглядеть странно, так как это всего лишь одна строка, но не беспокойтесь, все происходит в фоновом режиме в библиотеке. Итак, нам просто нужно выбрать плату Arduino, COM-порт и нажать эту кнопку загрузки, и все готово.

Конфигурация GRBL

На этом этапе мы должны настроить GRBL для нашей машины. Мы можем сделать это через Serial Monitor IDE Arduino. Как только мы откроем Serial Monitor, мы получим сообщение типа «Grbl 1.1h [‘$’ for help]». Если вы не видите это сообщение, убедитесь, что вы изменили скорость передачи данных на 115200.

Если мы введем «$$», мы получим список команд или текущих настроек, и они будут выглядеть примерно так:

$100 = 250 000 (x, шаг / мм)
$101 = 250 000 (y, шаг / мм)
$102 = 3200 000 (z, шаг / мм)
$110 = 500.000 (x макс. Скорость, мм / мин)
$111 = 500.000 (y макс. Скорость, мм / мин)
$ 112 = 500.000 (макс. скорость z, мм / мин)
$ 120 = 10.000 (ускорение x, мм / сек ^ 2)
$ 121 = 10.000 (ускорение y, мм / сек ^ 2)
$ 122 = 10.000 (ускорение z, мм / сек ^ 2)

Все эти команды могут или должны быть настроены в соответствии с нашим станком с ЧПУ. Например, с первой командой, $100 = 250,000 (x, шаг / мм), мы можем отрегулировать шаги на мм машины, или мы можем указать, сколько шагов должен сделать двигатель, чтобы наша ось X сместилась на 1 мм.

Однако я бы посоветовал оставить эти настройки как есть. Есть более простой способ настроить их в соответствии с нашей машиной с помощью программного обеспечения контроллера, который мы объясним в следующем разделе.

Контроллер GRBL

Итак, после того, как мы установили прошивку GRBL, теперь наш Arduino знает, как читать G-код и как управлять станком с ЧПУ в соответствии с ним. Однако, чтобы отправить G-код на Arduino, нам нужен какой-то интерфейс или программное обеспечение контроллера, которое сообщит Arduino, что делать. На самом деле для этого существует множество программ как с открытым кодом, так и коммерческих, подробно о них вы можете узнать из нашей статьи. Конечно, мы будем придерживаться открытого исходного кода, поэтому в качестве примера мы будем использовать Univarsal G-code Sender.

Как использовать универсальный отправитель G-кода

В этом примере я буду использовать версию платформы 2.0. После загрузки нам нужно извлечь zip-файл, перейти в папку «bin» и открыть любой из исполняемых файлов «ugsplatfrom». На самом деле это программа JAVA, поэтому для запуска этой программы сначала необходимо установить среду выполнения JAVA .

Как только мы откроем универсальный отправитель G-кода, сначала нам нужно настроить машину и настроить параметры GRBL, показанные ранее. Для этой цели мы воспользуемся мастером настройки UGS, который намного удобнее, чем вводить команды вручную через Serial Monitor IDE Arduino.

Первый шаг здесь — выбрать скорость передачи, которая должна быть 115200, и порт, к которому подключен наш Arduino. Как только мы подключим Univarsal G-code Sender к Arduino, на следующем шаге мы сможем проверить направление движения двигателей.

При необходимости мы можем изменить направление с помощью мастера или вручную переключить соединение двигателя на Arduino CNC Shield.

На следующем шаге мы можем настроить параметр шагов / мм, о котором мы упоминали ранее. Здесь гораздо проще понять, как его настроить, потому что мастер настройки вычислит и сообщит нам, до какого значения мы должны обновить параметр.

Значение по умолчанию — 250 шагов / мм. Это означает, что если мы нажмем кнопку перемещения «x +», двигатель сделает 250 шагов. Теперь, в зависимости от количества физических шагов двигателя, выбранного шагового разрешения и типа передачи, машина будет перемещаться на некоторое расстояние. Используя линейку, мы можем измерить фактическое перемещение машины и ввести это значение в поле «Фактическое перемещение». На основании этого мастер рассчитает и сообщит нам, на какое значение следует изменить параметр шаги / мм.

В моем случае станок сдвинулся на 3 мм. В соответствии с этим мастер предложил обновить параметр шаги / мм до значения 83.

После обновления этого значения станок теперь движется правильно, 1 мм в программном обеспечении означает 1 мм для станка с ЧПУ.

В консоли UGS, когда мы выполняем каждое действие, мы можем видеть выполняемые команды. Мы можем заметить, что, обновив параметр steps / mm, программа UGS фактически отправила в Arduino или прошивку GRBL команду, о которой мы упоминали ранее. Это было значение по умолчанию: $100 = 250 000 (x, шаг / мм), и теперь мы обновили значение до 83 шагов на мм: $100 = 83.

На следующем этапе мы можем включить концевые выключатели и проверить, правильно ли они работают.

В зависимости от того, являются ли они нормально разомкнутым или нормально замкнутым соединением, мы также можем инвертировать их здесь.

Здесь стоит отметить, что иногда нам нужно отключить концевой выключатель оси Z. Так было сj станком для резки пенопласта с ЧПУ, где мне не нужен был концевой выключатель оси Z, и мне пришлось отключить его, чтобы иметь возможность правильно разместить станок. Итак, для этого нам нужно отредактировать файл config.h, который находится в папке библиотеки Arduino (или Documents \ Arduino \ libraries).

Здесь нам нужно найти линии цикла возврата в исходное положение и прокомментировать установку по умолчанию для 3-х осевого станка с ЧПУ и раскомментировать настройку для 2-х осевых станков. Чтобы изменения вступили в силу, нам нужно сохранить файл и повторно загрузить эскиз grblUpload на нашу плату Arduino.

Тем не менее, на следующем шаге мы можем либо включить, либо отключить возвращение в исходное положение фрезерной обработки с ЧПУ.

Используя кнопку «Возврат в исходное положение», машина начнет движение к концевым выключателям. Если все пойдет наоборот, мы можем легко изменить направление.

Наконец, на последнем шаге мастера настройки мы можем включить мягкие ограничения для нашего станка с ЧПУ.

Мягкие ограничения не позволяют машине выходить за пределы установленной рабочей зоны.

Заключение

Итак, благодаря прошивке GRBL и Arduino мы можем легко настроить и запустить наш DIY-станок с ЧПУ. Конечно, в этом руководстве мы рассмотрели только основы, но я думаю, что этого было достаточно, чтобы понять, как все работает и как запустить и запустить ваш первый станок с ЧПУ.

Конечно, доступно множество других настроек и функций, так как GRBL действительно совместима с прошивкой контроллера ЧПУ. Все это подробно объясняется в документации GRBL, так что вы всегда можете проверить их на их вики-странице на github.com .

Кроме того, существует множество других программ контроллера GRBL с открытым исходным кодом, таких как Universal G-code Sender, и вот несколько: GRBLweb (веб-браузер), GrblPanel (графический интерфейс Windows), grblControl (графический интерфейс Windows / Linux), Easel (на основе браузера) и т. д. Вы должны изучить их и посмотреть, какой из них вам больше подходит.

Источник

Один из способов автоматизации работы на токарном станке — электронная гитара

Электронная гитара для токарного станка представляет собой узел, который направлен на уменьшение или увеличение скорости вращения или подачи. Обеспечивают возможность смены частоты вращения дополнительные зубчатые колеса, их может быть несколько пар (от 1 до 3).

Что это такое, функционал

Заводские токарные станки обычно довольно тяжело настраиваются для смены шага. Изменение подачи и нарезания резьбы получается выполнить только с помощью сменных шестерен. Задача требует большого количества времени — от получаса для замены и настройки деталей.

Блок для «электронных шестерен» позволяет:

  • менять направление нарезки;
  • изготавливать резьбу, шаг которой легко регулируется;
  • использовать синхронную и асинхронную подачу;
  • получать левую резьбу;
  • наглядно видеть угол наклона шпинделя (выполняет функцию делительной головки).

Конструкция

Электрогитары для станков состоят из:

  1. Сменных зубчатых колес (2–6 штук). Гитары с одной парой шестеренок встраиваются в цепи, работа которых не связана с точной настройкой. Две и три пары используют, когда необходима точная настройка кинематической цепи. Токарно-винторезные станки оборудуют набором колес, число присутствующих зубьев кратно 5. Обычно данный класс оборудования оснащен комплектом таких шестеренок, их количество составляет 22 штуки.
  2. Двух осей, на которые крепятся шестерни. Оси служат для вращения зубчатых колес.
  3. Шпинделя (или шпинделей), выполняющего функцию закрепления инструмента (сверла, развертки и др.).
  4. Энкодера, закрепляемого на шпинделе и измеряющего его вращение. Данную деталь можно достать из старого струйного принтера. Доставать лучше сразу с датчиком, его затем рекомендуется вставить в корпус из оргстекла.
  5. Блока управления, отвечающего за формирование сигналов.
  6. Кабелей.

Вращение, которое производит первая шестерня, сидящая на выходном валу передней бабки, передается на последующие зубчатые колеса, откуда импульс переходит на входной вал коробки подач.

На Aduino

Технические характеристики

  • синхронная подача: 0.01-0.25 мм/об;
  • асинхронная подача: 5–132 мм/мин;
  • произвольность шага: 0.001-4.500 мм;
  • точность угла поворота шпинделя — 0,05 градуса;
  • делитель шпинделя, с шагом в 0.1 градус, калькулятор деления;
  • наличие программных упоров (можно сохранить понравившиеся параметры для последующей работы);
  • ускоренная подача;
  • автоматическое нарезание резьбы;
  • многопроходный цикл точение/торцевание;
  • перемещение в масштабе с помощью РГИ.

Плюсы и минусы

Среди достоинств устройства следует выделить:

  1. Возможность более точной автоматизации производства. Человек здесь нужен только для проверки инструментов, их накладки, а также для установки и снятия заготовок. Таким образом, один мастер может работать сразу на нескольких токарных станках.
  2. Повышение производственной гибкости. При необходимости изготовления иной детали нужно всего лишь подкорректировать программу.
  3. Высокая точность работы станка, а также повторяемость обработки деталей. Благодаря этому токарный станок будет обрабатывать детали нужное количество раз и его производительность при этом не будет страдать в отличие от мастера, который устает в процессе работы.
  4. Возможность расчета времени обработки заготовок, т. к. на каждую отведено определенное количество времени. Это помогает планировать производство более регламентировано.
  5. Доступная стоимость деталей для сборки.

К недостаткам электронной гитары для токарного станка можно отнести:

  1. довольно высокую стоимость при покупке данного оборудования. Гораздо бюджетнее собрать приспособление самостоятельно. Однако и самостоятельная сборка, установка и настройка довольно непростой процесс. Новый станок с ЧПУ обойдется мастеру не менее, чем в 2 000 000 рублей.
  2. Сложность в подборе редуктора. Некоторые из-за высокочастотной подачи разгоняют станок так, что тот выходит за пределы номинала. Усилие также может превышать требуемое, поэтому рекомендуется учитывать работу используемого редуктора и других составляющих, они несомненно повлияют на качество работы.
  3. Если разрешение энкодера малое, есть вероятность возникновения проблем при работе с резьбой, шаг которой больше 10 мм.

Как правильно подключить?

План подключения электрической гитары, следующий:

  1. Перед началом подключения следует установить энкодер на шпиндель. Корпус устройства крепят к передней бабке (ПБ) латунными втулками (8 мм), энкодер крепят на втулке, которая поджимает задний подшипник шпинделя.
  2. Датчик удобно закрепить на шпинделе вместо шестеренки, а корпус датчика — на ПБ токарного станка.
  3. На вал подачи крепим шаговый двигатель. При желании можно убрать детали, предназначенные для крепления шестеренок.
  4. Для защиты электроники от летящей стружки прячем ее в кофр из оргстекла. Плату рекомендуется оборудовать USB разъемом, его удобно использовать для подключения датчика, а также кабелем, через него к электрогитаре можно подсоединить клавиатуру и кнопки. Макетная плата Ардуино легко позволяет включить все необходимые составляющие.
  5. На основании платы закрепляем отдельный выключатель питания и разъем, благодаря которому удастся подключить блок питания драйвера.
  1. Блок питания (для питания Ардуино хватит механизма на 12 вольт) устанавливается под блок управления. От него будут получать электроэнергию и вентиляторы, если они будут установлены.
  2. Управление можно облегчить, изготовив раздельную индикацию и кнопки.

Настройка электронной гитары:

  1. Для начала следует выполнить фазировку энкодера так, чтобы в момент прямого вращения шпинделя (на себя) угол увеличивался. В случае уменьшения угла следует поменять выходы А и В в энкодере местами.
  2. Далее, необходимо настроить количество рисок энкодера и подач.
  3. Вывести минимальные биения посадочного фланца.
  4. Выполнить настройку количества резьбы.

Электронная гитара для токарного станка довольно удобный инструмент для мастеров, которые ценят свое время и хотят добиться высокого качества и производительности труда. При грамотном подходе к сборке данного устройства удастся добиться превосходного эффекта в автоматизации производства.

Источник

Оцените статью