Автономный контроллер для шагового двигателя своими руками

Без правильного выбора контроллера для станка не удастся собрать сам контроллер для ЧПУ на Atmega8 16au своими руками. Эти устройства делятся на две разновидности:

• Многоканальные. Сюда входят 3 и 4-осевые контроллеры для шаговых двигателей.
• Одноканальные.

Небольшие шаровые двигатели наиболее эффективно управляются многоканальными контроллерами. Стандартные типоразмеры в данном случае – 42, либо 57 миллиметров. Это отличный вариант для самостоятельной сборки ЧПУ станков, у которых рабочее поле имеет размер до 1 метра.

Если же самостоятельно собирается станок на микроконтроллере с полем более чем в 1 метр – надо использовать двигатели, выпускающиеся в типоразмерах до 86 миллиметров. В данном случае рекомендуется организовывать управление мощными одноканальными драйверами, с током управления от 4,2 А и выше.

Контроллеры со специальными микросхемами-драйверами получили широкое распространение в случае необходимости организовать контроль работы станков с фрезерами настольного типа. Оптимальным вариантом будет микросхема, обозначаемая как TB6560 или A3977. У этого изделия внутри есть контроллер, способствующий формированию правильной синусоиды для режимов, поддерживающих разные полушаги. Токи обмотки могут быть установлены программным способом. При микроконтроллерах добиться результата просто.

Прошу совет по выбору контроллера управления станком

Сообщение Yan » 23 ноя 2012, 12:08

Re: Прошу совет по выбору контроллера управления станком

Сообщение User1711 » 23 ноя 2012, 14:02

На самом деле контроллеров «с разными функциями» в продаже практически нет, во всяком случае я не знаю, где искать, а очень бы хотелось найти что-нибудь приличное.
Для самодельных станков почти все используют в качестве контроллера компьютер с установленной программой Mach3 и подключают к нему силовую часть — интерфейсную плату -> драйверы двигателей с блоком питания -> шаговые моторы.
А вот различные функции, такие, как «учет криволинейности рабочей плоскости» как раз выполняет контроллер, или в большинстве случаев задача ложится на программу в компьютере.

Так что вам, наверное, нужен набор драйверов с интерфейсной платой.

А я вот как раз очень интересуюсь контроллерами (которые работают без Mach3), и если знаете где искать. я был бы очень рад.

Re: Прошу совет по выбору контроллера управления станком

Сообщение Yan » 23 ноя 2012, 16:58

Re: Прошу совет по выбору контроллера управления станком

Сообщение User1711 » 23 ноя 2012, 18:12

Да у них там есть какой то один в виде внешнего пульта, можно найти по словам CNC DSP или CNC Motion Control, они такой на многие свои станки ставят, программу берет с флешки, и вроде бы неплохой, но современные модели я в работе не видел.

А драйверы для двигателей — купите какие нибудь обычные leadsine (либо копию), подходящие по характеристикам для ваших двигателей. Вариантов то не много — либо такие, либо отечественные воронежские, либо дорогую модель leadshine DM серия (как продает Dirk Diggler http://cncmasterkit.ru/viewtopic.php?f=9&t=3255), но их будет сложно настроить.

А я не говорил, что ищу автономный контроллер, меня бы устроил вариант и с компьютером (мне даже кажется, что это удобнее), и платы промышленных контроллеров то продаются, и стоят относительно не дорого, только вот программы управления то к ним нет!, нужно самому писать на основе библиотек для разработчика ПО.

Еще очень интересует такой вариант, как законченная панель с экраном, клавиатурой, внутренним контроллером (как и пульт, но более продвинутый),
но я никогда не сталкивался в жизни и не уверен, что это то, что мне нужно.

Re: Прошу совет по выбору контроллера управления станком

Сообщение Yan » 23 ноя 2012, 21:00

Re: Прошу совет по выбору контроллера управления станком

Сообщение User1711 » 23 ноя 2012, 22:00

Драйвер — это силовая часть,
а контроллер — электроника, генерирующая сигналы step/dir,
но многие называют многоканальные драйверы — контроллерами, хотя в реальности — контроллер представляет из себя компьютер с программой, которая изменяет состояния выходов LPT разъема.

Драйверов с USB я вообще не встречал, попадались только интерфейсные платы с питанием от USB,
есть еще контроллеры, принимающие данные по USB от программы типа Mach, это, действительно, проблемные устройства, хотя, с LPT еще больше проблем.

На интерфейсной плате DSP контроллера справа 4 разъема для подключения драйверов двигателей (силовая электроника).
Вроде таких:

Их придется приобрести в соответствии с количеством моторов.

А если подключать к LPT компьютера, то нужна будет недорогая интерфейсная плата.
Можно сразу набор приобрести, вроде такого:

Re: Прошу совет по выбору контроллера управления станком

Сообщение okan_vitaliy » 24 ноя 2012, 00:23

Re: Прошу совет по выбору контроллера управления станком

Сообщение Yan » 24 ноя 2012, 12:43

Re: Прошу совет по выбору контроллера управления станком

Сообщение User1711 » 24 ноя 2012, 14:20

okan_vitaliy, краем глаза взглянул на ваш проект в теме «Эти безумные эксперименты . «, серьезная разработка, и, наверняка будет интересна многим, кто увлекается электроникой,
но мне не понравилось многое, в частности, я вообще считаю рассуждения о морфинге ошибочными, хотя многие мысли очень заманчивы, например, очень хотелось бы иметь в своих драйверах плавное изменение тока в зависимости от скорости, а не просто ступенчатый спад тока в режиме простоя.

В общем, имея большой собственный опыт в разработке и постройке различных по сложности драйверов ШД (к сожалению, моих публикаций нигде нет, т.к. данная тема 8 лет назад была не актуальна, и подобных форумов не было), я все же пришел к выводу, что лучше посоветовать в данном случае относительно недорогой, безпроблемный, надежный вариант с китайскими драйверами. Подобные драйверы практически не имеют недостатков, и хорошо подойдут для обсуждаемого станка. А в плавности/мягкости работы ваших драйверов я не уверен (хотя, вполне могу ошибаться), что может создать серьезные проблемы для станка с приводом на рейках (что наиболее логично для таких размеров).

А почти все остальные проекты хуже в работе, чем TB6560, так что не стоит и обсуждать.

Драйвер шагового двигателя своими руками

Драйвер шагового двигателя своими руками — хотя биполярные шаговые двигатели относительно дороги, для своих физических размеров они обеспечивают высокий вращающий момент. Однако для двух обмоток мотора требуется восемь управляющих транзисторов, соединенных в четыре Н-моста. Каждый транзистор должен выдерживать перегрузки и короткие замыкания и быстро восстанавливать работоспособность. А драйверу, соответственно, требуются сложные схемы защиты с большим количеством пассивных компонентов.

Рисунок 1

Рисунок 1. Одна микросхема в корпусе для поверхностного монтажа и несколько пассивных компонентов могут управлять биполярным шаговым двигателем.

Управление биполярным шаговым двигателем

Драйвер шагового двигателя своими руками — на Рисунке 1 показана альтернативная схема драйвера двигателя, основанная на аудио усилителе класса D компании Maxim. Микросхема МАХ9715 в миниатюрном корпусе для поверхностного монтажа может отдавать мощность до 2.8 Вт в типичную нагрузку 4 или 8 Ом. Каждый из двух выходов микросхемы образован Н-мостами из мощных MOSFET, управляющими парами линий OUTR+, OUTR- и OUTL+, OUTL-, которые подключаются к обмоткам А и В шагового двигателя, соответственно. Каждая пара формирует дифференциальный широтно-модулированный импульсный сигнал с номинальной частотой переключения 1.22 МГц. Малый уровень помех, создаваемых схемой, исключает необходимость в выходных фильтрах.

Конденсаторы развязки

Конденсаторы С1, С3, С4 и С6 служат развязкой для входов питания и смещения, а С5 и С7 выполняют накопительные функции для мощных выходных усилителей класса D. Конденсаторы С8 и С9 ограничивают полосу пропускания усилителя до 16 Гц, а ферритовые бусины L2 и L3 ослабляют электрические помехи, наводимые на длинные кабели. П-образный фильтр C1, C2, L1 подавляет помехи на входе питания микросхемы IС1. Входные сигналы микросхемы Шаг_А и Шаг_В, управляющие, соответственно, правым и левым каналами двигателя, могут формироваться любым подходящим контроллером. Внутренние цепи защищают усилитель от коротких замыканий и перегрева в случае неисправности шагового двигателя или неправильного подключения его выводов.

Таблица 1

Иллюстрация последовательности импульсов

Таблица 1 иллюстрирует последовательность импульсов Шаг_А и Шаг_В, управляющих вращением типичного шагового двигателя в одном направлении путем непрерывной подачи комбинаций сигналов от 0 до 4. Шаг 4 возвращает вал двигателя в исходное положение, завершая оборот в 360°. Чтобы изменить направление вращения мотора, начинайте формировать временную диаграмму импульсов снизу таблицы и последовательно двигайтесь по ней вверх. Подав напряжение низкого логического уровня на вход SHDN микросхемы (вывод 8), можно отключить оба канала усилителя. Формы сигналов на входах и выходах схемы представлены на Рисунке 2.

Рисунок 2

Формы сигналов в схеме на Рисунке 2: вход Шаг_А (Канал 1), вход Шаг_В (Канал 2), выходы OUTR+ (Канал 3), OUTR- (Канал 4) и сигнал на обмотках двигателя (OUTR+ минус OUTR-, средняя осциллограмма), вычисленный с помощью математической функции осциллографа.

Что можно сделать на таком станке

В первую очередь у меня ушла проблема корпусов. Любой формы корпус фрезеруется из «оргстекла» и по идеально по гладким срезам склеивается растворителем.

Стеклотекстолит отказался универсальным материалом. Точность станка позволяет вырезать посадочное место под подшипник, в которое он холодный зайдет, как положено с легким натягом, а после уже не вытащить. Шестерни из текстолита отлично вырезаются с честным эвольвентным профилем.

Обработка дерева (рельефы и пр.) – широкий простор для реализации своих творческих порывов или, как минимум, для реализации чужих порывов (готовые модели).

Вот только ювелирку не пробовал. Негде опоки прокаливать/плавить/лить. Хотя брусок ювелирного воска ждет своего часа.

Это мой первый станок с ЧПУ собранный своими руками из доступных материалов. Себестоимость станка около 170$.

Собрать станок с ЧПУ мечтал уже давно. В основном он мне нужен для резки фанеры и пластика, раскрой каких-то деталей для моделизма, самоделок и других станков. Собрать станок руки чесались почти два года, за это время собирал детали, электронику и знания.

Станок бюджетный, стоимость его минимальна. Далее я буду употреблять слова, которые обычному человеку могут показаться очень страшными и это может отпугнуть от самостоятельной постройки станка, но на самом деле это всё очень просто и легко осваивается за несколько дней.

Электроника собрана на Arduino + прошивка GRBL

Механика самая простая, станина из фанеры 10мм + шурупы и болты 8мм, линейные направляющие из металического уголка 25*25*3 мм + подшипники 8*7*22 мм . Ось Z движется на шпильке M8, а оси X и Y на ремнях T2.5 .

Шпиндель для ЧПУ самодельный , собран из бесколлекторного мотора и цангового зажима + зубчатая ременная передача. Надо отметить, что мотор шпинделя питается от основного блока питания 24 вольта. В технических характеристиках указано, что мотор на 80 ампер, но реально он потребляет 4 ампера под серьёзной нагрузкой. Почему так происходит я объяснить не могу, но мотор работает отлично и справляется со своей задачей.

Изначально ось Z была на самодельных линейных направляющих из уголков и подшипников, позже я переделал её, фотки и описание ниже.

Рабочее пространство примерно 45 см по X и 33 см по Y, по Z 4 см. Учитывая первый опыт, следующий станок я буду делать с большими габаритами и на ось X буду ставить два мотора, по одному с каждой строны. Это связано с большим плечом и нагрузкой на него, когда работа ведётся на максимальном удалении по оси Y. Сейчас стоит один мотор и это приводит к искажению деталей, круг получается немного элипсом из-за возникающего прогибания каретки по X.

Родные подшипники у мотора быстро разболтались, потому что не рассчитаны на боковую нагрузку, а она тут серьёзная. Поэтому сверху и снизу на оси установил два больших подшипника диаметром 8 мм, это надо было бы делать сразу, сейчас из-за этого есть вибрация.

Здесь на фото видно, что ось Z уже на других линейных направляющих, описание будет ниже.

Сами направляющие имеют очень простую конструкцию, её я как-то случайно нашел на Youtube . Тогда мне эта конструкция показалась идеальной со всех сторон, минимум усилий, минимум деталей, простая сборка. Но как показала практика эти направляющие работают не долго. На фото видно какая канавка образовалась на оси Z после недели моих тестовых запусков ЧПУ станка.

Самодельные направляющие на оси Z я заменил на мебельные, стоили меньше доллара за две штуки. Я их укоротил, оставил ход 8 см. На осях X и Y ещё остались направляющие старые, менять пока не буду, планирую на этом станке вырезать детали для нового станка, потом этот просто разберу.

Пару слов о фрезах. Я никогда не работал с ЧПУ и опыт фрезерования у меня тоже очень маленький. Купил я в Китае несколько фрез, у всех 3 и 4 канавки, позже я понял, что эти фрезы хороши для металла, для фрезерования фанеры нужны другие фрезы. Пока новые фрезы преодолевают расстояние от Китая до Беларуси я пытаюсь работать с тем, что есть.

На фото видно как фреза 4 мм горела на берёзовой фанере 10 мм, я так и не понял почему, фанера чистая, а на фрезе нагар похожий на смолу от сосны.

Далее на фото фреза 2 мм четырёхзаходная после попытки фрезерования пластика. Этот кусок расплавленного пластика потом очень плохо снимался, откусывал по чуть-чуть кусачками. Даже на малых оборотах фреза все равно вязнет, 4 канавки явно для металла:)

На днях у дяди был день рождения, по этому случаю решил сделать подарок на своей игрушке:)

В качестве подарка сделал аншлаг на дом из фанеры. Первым делом попробовал фрезеровать на пенопласте, чтобы проверить программу и не портить фанеру.

Из-за люфтов и прогибаний подкову получилось вырезать только с седьмого раза.

В общей сложности этот аншлаг (в чистом виде) фрезеровался около 5 часов + куча времени на то, что было испорчено.

Как-то я публиковал статью про ключницу , ниже на фото эта же ключница, но уже вырезанная на станке с ЧПУ. Минимум усилий, максимум точность. Из-за люфтов точность конечно не максимум, но второй станок я сделаю более жестким.

А ещё на станке с ЧПУ я вырезал шестерёнки из фанеры , это намного удобнее и быстрее, чем резать своими руками лобзиком.

Позже вырезал и квадратные шестерёнки из фанеры , они на самом деле крутятся:)

Итоги положительные. Сейчас займусь разработкой нового станка, буду вырезать детали уже на этом станке, ручной труд практически сводится к сборке.

Нужно освоить резку пластика, потому как встала работа над самодельным роботом-пылесосом . Собственно робот тоже подтолкнул меня на создание своего ЧПУ. Для робота буду резать из пластика шестерни и другие детали.

Update: Теперь покупаю фрезы прямые с двумя кромками (3.175*2.0*12 mm), режут без сильных задиров с обоих сторон фанеры.