Shield CNC V3 für Arduino UNO, 4 Achsen, kompatibel mit A4988 und DRV8825

Das CNC Shield V3 verwandelt eine Arduino-UNO-Platine in einen vollständigen Controller für CNC-Fräsmaschinen, Lasergravierer, Plotter und andere Projekte mit Schrittmotoren. Es wird direkt auf die Arduino-UNO-Platine oder auf jede kompatible ATmega328P-basierte Klonplatine aufgesteckt. Es ist für die Open-Source-Firmware GRBL gedacht, die die vom PC empfangenen G-Code-Befehle interpretiert und die Schritt- und Richtungssignale für die Treiber erzeugt.

Die Platine verfügt über 4 Steckplätze für Schrittmotor-Treiber vom Typ A4988 oder DRV8825 für die Achsen X, Y, Z und A. Die Achse A wird per Jumper konfiguriert, entweder um eine der Achsen X, Y oder Z zu duplizieren, was bei Maschinen mit zwei Motoren auf derselben Achse nützlich ist, oder für die unabhängige Steuerung über die Pins D12 und D13 mit spezieller Firmware. Jeder Steckplatz hat Jumper zur Auswahl des Microsteppings, bis zu 1/16 mit A4988 und bis zu 1/32 mit DRV8825, sowie einen 4-poligen Anschluss für den Motor.

Das Shield bietet außerdem Anschlüsse für 6 Endschalter, jeweils zwei pro Achse X, Y und Z. Es hat Ausgänge zur Ansteuerung der Spindel (Enable und Richtung), einen Ausgang für Kühlung (Coolant) und Eingänge für die Tasten Abort, Hold und Resume. Außerdem enthält es einen Header für den Not-Aus (E-Stop) sowie Zugriff auf die I2C- und seriellen Pins. Die Motoren werden separat über eine Schraubklemme mit 12 - 36V DC versorgt, während die Logik direkt 5V von der Arduino-Platine erhält. Es ist eine erschwingliche und leicht zu verdrahtende Lösung für den Aufbau eines DIY-CNCs, eines Lasergravierers oder eines Plotters, geeignet für Hobby, Bildungsprojekte und Prototyping.

Spezifikationen:

Modell: CNC Shield V3

Kompatible Platine: Arduino UNO R3 und Klone mit ATmega328P

Motorversorgungsspannung: 12 - 36V DC (maximal 35V mit A4988-Treibern)

Logikversorgung: 5V von der Arduino-Platine

Treibersteckplätze: 4 (X, Y, Z, A)

Kompatible Treiber: A4988, DRV8825 und Treiber mit kompatiblem Pinout

Microstepping: per Jumper konfigurierbar, bis 1/16 (A4988) oder 1/32 (DRV8825)

Achse A: Klonen von X, Y oder Z per Jumper oder unabhängige Steuerung über D12 / D13

Endschalter-Anschlüsse: 6 (X+, X-, Y+, Y-, Z+, Z-)

Spindel-Ausgänge: Enable, Richtung

Kühlungs-Ausgang: Coolant Enable

Steuereingänge: Abort, Hold, Resume, E-Stop

Motoranschlüsse: 4-polig pro Achse

Kompatible Firmware: GRBL

Jumper-Konfiguration je nach verwendetem Treiber:

Unter jedem Treibersteckplatz befinden sich drei Jumper (M0, M1, M2). In der Tabelle steht 1 für einen gesetzten Jumper und 0 für dessen Fehlen.

Die Jumper sind NICHT im Lieferumfang enthalten.

Hinweis: Die Beschriftungen auf der Platine entsprechen GRBL 0.8. In GRBL 0.9 und 1.1, mit standardmäßig aktivierter variabler Drehzahl, wird der Endschalter der Z-Achse an den mit SpnEn (D12) gekennzeichneten Pin angeschlossen. Das PWM-Signal für Spindel oder Laser wird von den mit Z+ / Z- (D11) gekennzeichneten Pins abgegriffen.

Verwendung:

Laden Sie das GRBL-Archiv herunter und entpacken Sie es. Wählen Sie im Arduino IDE Sketch > Include Library > Add .ZIP Library und wählen Sie den Ordner grbl innerhalb des entpackten Archivs aus.

Öffnen Sie File > Examples > grbl > grblUpload und laden Sie es auf die Arduino-UNO-Platine hoch.

Stellen Sie die Microstepping-Jumper unter jedem Steckplatz gemäß der obigen Tabelle ein, je nach Treiber und gewünschter Auflösung.

Montieren Sie das Shield auf die Arduino-UNO-Platine und achten Sie darauf, dass alle Pins korrekt in die Steckverbinder eingeführt werden.

Setzen Sie die Treiber in der richtigen Ausrichtung ein: Der EN-Pin des Shields muss mit dem Enable-Pin des Treibers übereinstimmen. Eine falsche Montage zerstört den Treiber und kann das Shield beschädigen.

Montieren Sie die Kühlkörper auf den Treiberchips.

Wenn Sie die Achse A zum Klonen verwenden, setzen Sie die Jumper auf die STEP- und DIR-Positionen der Achse, die Sie verdoppeln möchten (X, Y oder Z).

Schließen Sie die Schrittmotoren an die 4-poligen Anschlüsse an und beachten Sie dabei die Spulenpaare (1A-1B und 2A-2B). Wenn sich ein Motor in die falsche Richtung dreht, drehen Sie den Stecker um 180 Grad oder kehren Sie die Richtung in der Einstellung $3 um.

Schließen Sie die Endschalter zwischen dem Signalpin und GND an. GRBL verwendet interne Pull-up-Widerstände, daher funktionieren normalerweise offene Kontakte (NO) ohne zusätzliche Bauteile. Für die Z-Achse verwenden Sie in GRBL 0.9 und 1.1 den Pin SpnEn (D12).

Schließen Sie die 12 - 36V DC-Stromversorgung an die Schraubklemme an und achten Sie auf die Polarität. Mit A4988-Treibern dürfen Sie 35V nicht überschreiten.

Bei eingeschalteter Versorgung stellen Sie den Strom jedes Treibers über das Potentiometer auf dem Treiber ein (Vref-Spannung). Verwenden Sie die Formel aus der Dokumentation des Treibers und den Nennstrom des Motors.

Verbinden Sie die Arduino-Platine per USB mit dem PC und öffnen Sie GRBLcontrol oder ein anderes GRBL-Steuerprogramm mit 115200 Baud.

Konfigurieren Sie die Schritte pro Millimeter ($100, $101, $102), die maximalen Geschwindigkeiten ($110 - $112) und die Beschleunigungen ($120 - $122) entsprechend der Mechanik der Maschine.

Testen Sie die Bewegung jeder Achse mit manuellen Fahrbefehlen (Jog), ohne eingesetztes Werkzeug.

Für Lasergravierer mit GRBL 1.1 aktivieren Sie den Lasermodus mit $32=1 und schließen Sie den Lasersteuerbefehl an den PWM-Ausgang an (Pins Z+ / Z-, D11).

Achtung: Schließen Sie Motoren oder Treiber nicht an und trennen Sie sie nicht, solange das Shield mit Strom versorgt wird, da die Treiber augenblicklich zerstört werden können.

Hinweise:

Für den Bau eines CNC mit diesem Shield empfehlen wir die Verwendung des GRBL-Codes aus dem folgenden Tutorial: CNC-Tutorial mit Uno und CNC Shield

GitHub-Code: GRBL-Code im .zip-Format für die Arduino IDE

CNC-Steuersoftware für Fräsen für den PC: GRBLcontrol

Steuersoftware für Laser-CNC: GRBL Laser