Elektronik_Header_3LŘftersteuerung mit ESP-01

 

Aufbau der Fr├Ąse

Mein neues Spielzeug, eine CNC-Fr├Ąse LCF-1 steht im Keller und harrt der Dinge, die da zu fr├Ąsen sind...

Der Weg vom “fast fertig” Mechanik-Bausatz zum funktionierenden  Werkzeug ist hier beschrieben.

Als Zuhause f├╝r die komplette Elektrik und Elektronik sowie f├╝r den Steuerrechner habe ich ein Midi-Tower-Geh├Ąuse plus Netzteil besorgt. Damit alle Teile der Fr├Ąsen-Ansteuerung Platz im Geh├Ąuse finden, muss das Motherboard vom Typ Mini ITX sein.

Zuerst werden alle Teile f├╝r die Ansteuerung der Fr├Ąse eingebaut, da dieses Unterfangen mit Bohren und Feilen einher geht. Da w├╝rde ein bereits eingebautes Motherboard Gefahr laufen mit Eisensp├Ąnen beworfen zu werden.

Hier das Stepper-Netzteil, die drei Endstufen sowie die Interface-Platine. Der rote Netzschalter schaltet alle Teile der Fr├Ąsensteuerung zweipolig ab, der Rechner l├Ąuft dabei weiter.

Stepper-Treiber + Netzteil

Zus├Ątzlich ist in Serie mit dem Netzschalter ein Notaus-Schalter oben auf dem Deckel des Rechnergeh├Ąuses vorhanden der ebenfalls zweipolig trennt. Sp├Ąter habe ich noch drei weitere Kippschalter in den Strompfad gesetzt um das Netzteil der Stepper-Motoren, die K├╝hlwasserpumpe und die Spindelsteuerung getrennt voneinander einschalten zu k├Ânnen. Die Notwendigkeit hierzu ergab sich im Laufe der Tests f├╝r die Joystick-Steuerung. Der L├╝fter des Inverters und die Wasserpumpe sind sehr laut und wenn man diese beiden Funktionsgruppen nicht ben├Âtigt ist es sehr angenehm, wenn man sie abschalten kann.

Notaus und Einzelschalter

Die Steuerung f├╝r die Spindel (Inverter) passt wunderbar in den ausger├Ąumten Laufwerksk├Ąfig des Rechners. Zur Befestigung habe ich einen Alu-Winkel am hinteren Ende des K├Ąfigs angeschraubt.

Inverter f├╝r die Spindel

Die Fr├Ąsspindel ist eine wassergek├╝hlte Version, weshalb ein 60 Liter Plastikfass mit Aquariumpumpe unter dem Tisch aufgebaut wird. Hier ist die Fr├Ąse schon fast fertig aufgebaut und steht an ihrem vorgesehenen Platz:

Wasserbeh├Ąlte rf├╝r Spindelk├╝hlung

Die Leitungen zwischen Steuerrechner und Motoren sind ├ľlflex 4x0,75 Kabel von Lapp die an der Fr├Ąse in Energieketten gef├╝hrt werden. Der ├ťbergang von ├ľlflex auf die Anschlusskabel der Stepper-Motoren findet in kleinen Plastik-K├Ąstchen statt, die mit 4 Schrauben an den Alu-Teilen der Stepper-Halterungen angeschraubt werden. Die 4 Schrauben dienen gleichzeitig der Befestigung der Zugentlastungen und erden den Schirm der Leitungen.

Anschlusskasten f├╝r Stepper

Um die Energieketten seitlich an der Fr├Ąse f├╝hren zu k├Ânnen, wurden Stege aus Alu am Grundk├Ârper angeschraubt:Energieketten-F├╝hrung

Befestigung am Grundk├Ârper der Fr├Ąse

Da die Leitungen nach hinten zur Wand von der Fr├Ąse weg gef├╝hrt werden, sich die Energiekette der X-Achse aber ebenfalls nach hinten abrollen soll um den Arbeitsraum zum Hantieren seitlich frei zu halten, mussten alle Leitungen unter der Fr├Ąse hindurch nach hinten gef├╝hrt werden. Um das Ganze aufger├Ąumt ├╝ber die B├╝hne zu bringen wurden neben der X -Achsen Spindel zwei Aluwinkel montiert, auf denen die Leitungen und Schl├Ąuche f├╝r das K├╝hlwasser der Fr├Ąsspindel liegen, ohne Gefahr zu laufen, mit der Spindel zu interferieren.

Kabelf├╝hrungen unter dem Fr├Ąsbett

Hier sind die Energieketten f├╝r X- und Y-Achse fertig montiert und alle Kabel sind verlegt. F├╝r die Y-Energiekette wurde ebenfalls eine F├╝hrung aus Alu-Winkeln an das Portal geschraubt.

Leitungsf├╝hrung

Das erste auf der selbst gebauten Fr├Ąse erstellte Werkst├╝ck ist die R├╝ckwand f├╝r das Rechnergeh├Ąuse mit Ausschnitten f├╝r die verschiedenen Steckverbindungen. F├╝r die Stepper-Motoren habe ich 9polige SUB-D Stecker und Buchsen mit Vollmaterial-Kontakten verwendet. Da die Spindel mit bis zu 400 V betrieben wird, bin ich hier auf einen passenden Hochvolt-Rundsteckverbinder ausgewichen. Die blaue Steckdose versorgt die K├╝hlwasserpumpe.

R├╝ckwand selbst gefr├Ąst

R├╝ckwand selbst gefr├Ąst, innen

Auf dem Boden ist der Arduino Nano V3 befestigt der GRBL ablaufen l├Ąsst, an der Wand, unterhalb des Motherboard sitzt die Interfaceplatine.

Das Interface war bei meinem Stepper-Endstufen-Set dabei, kann aber ├╝ber ebay auch einzeln erworben werden.
F├╝ndig wird man z.B. mit den Suchbegriffen “CNC 5 Achse Schrittmotor interface”, es ergeben sich sofort einige Treffer.

Inzwischen gibt es die von mir eingesetzte und eine neuere, kleinere Version. Die alte Version hat zus├Ątzlich Anschl├╝sse f├╝r Koordinatenanzeigen - die drei schmalen wei├čen Stecker in der Board-Mitte. Diese fehlen bei der Neuen.

Wichtig ist, dass neben den Schraubanschl├╝ssen auch der 15polige ”Hand control”-Stecker vorhanden ist, im Bild unten der kleinere D-Sub Stecker rechts:

CNC 5 Achse Schrittmotor Interface

Die Belegung  dieses Steckers muss dann noch gefunden werden. Bei einigen der Interfaces in ebay findet sich ein Link auf eine Beschreibung, aber leider nicht ├╝berall.

Zur Vereinfachung hier die Belegung bei meinem Interface:

15pol_Belegung

Der sicherere Weg ist aber auf jeden Fall, die passende Belegung f├╝r das eigene Interface in Erfahrung zu bringen.

Die Bezeichnung der Pins im Stecker ist im Bild unten angedeutet:

Hand-Control_ca_resize

Die drei Enable-Eing├Ąnge d├╝rfen nicht zusammen geschaltet, sondern m├╝ssen einzeln mit jeweils einem eigenen Pin des Joystick-Controllers angesteuert werden.


Um die Arbeitsfl├Ąche auszuleuchten habe ich ein sogenanntes Angel-Eye aus der Fahrzeugtechnik verwendet. Der Ring mit LEDs wird mit doppelseitigem Klebeband mit Schaumstoffzwischenlage, sogenanntem Spiegelklebeband, an drei Stellen an der Spindelhalterung befestigt. Das doppelseitige Klebeband erlaubt Bewegungen der Halterung , sollte der Spindelmotor mal gel├Âst werden m├╝ssen. So erf├Ąhrt die Tr├Ągerplatine der LEDs keinen mechanischen Stress.

Beleuchtung mit Angel-Eye


Soweit gediehen ist die Mechanik erst einmal fertig beschrieben, jetzt ein paar Worte zur Softwareumgebung.

Zur Erstellung einer Konstruktion ist ein CAD-Programm notwendig. Ich habe mich auf die von RS components kostenfrei zur Verf├╝gung gestellte Software DesignSpark mechanical festgelegt. Das Programm ist geeignet zur Erstellung von 2D- und 3D-Konstruktionen und kann DXF-Dateien f├╝r 2D- und STL-Dateien f├╝r 3D-Konstruktionen exportieren.

Mit Estlcam von Christian Kn├╝ll steht eine Software zur Verf├╝gung, die die weitere Verarbeitung der von DesignSpark mechanical erzeugten Dateien erlaubt. Estlcam generiert aus den DXF- oder STL-Dateien sogenannten G-Code, der von GRBL verstanden wird. Hat man sich f├╝r den Einsatz von Estlcam entschieden, wird eine Geb├╝hr f├Ąllig, danach fallen die Nagscreens weg, die bei der Freeware beim Speichern erscheinen und immer l├Ąngere Pausen aufzwingen.

Ich verwende die Version V8, inzwischen sind einige neuere Versionen vorhanden.
Erfreulich: Ab V10 arbeitet Estlcam auch mit GRBL zusammen, vorher hat Christian ausschlie├člich seinen eigenen G-Code-Interpreter unterst├╝tzt.

Im ├ťbrigen baut Christian coole Funktionen in sein Programm ein. Immer mal wieder reinschauen! :-)

Als weitere Software verwende ich OpenCNCPilot von Martin Pittermann. Dieses Programm stellt neben dem reinen Streamen des G-Code Routinen zur Verf├╝gung, die die Abtastung einer Oberfl├Ąche und die anschlie├čende Ber├╝cksichtigung dieser Abtastwerte bei vorhandenem G-Code erlaubt. Dieses Verfahren ist besonders sinnvoll, wenn mittels Isolationsfr├Ąsen eine Leiterplatte aus kupferkaschiertem Basismaterial hergestellt werden soll.

OpenCNCPilot ist mein Favorit zur Steuerung der Fr├Ąse, es stellt alle ben├Âtigten Funktionen zur Verf├╝gung und hat ein sehr ansprechend gestaltetes, modernes Interface.

Die Software ist open source, der Versuch, eine Schnittstelle zu meinem Drei-Wege-Joystick in OpenCNCPilot einzubauen ist aber mangels Kenntnis der verwendeten Programmiersprache gescheitert.

Anfangs habe ich noch die Freeware SerialComCNC von Ulrich A. Maassen verwendet, die neben der Kommunikation zwischen Steuerrechner und Fr├Ąse auch das Streamen der G -Code-Folge des CNC-Programms an den Arduino Nano V3 leistet, auf dem die Software GRBL l├Ąuft, die die G-Code-Befehle in Schritte und Richtung f├╝r die Stepper-Motoren umrechnet. Die Kommunikation zwischen Rechner und GRBL-Controller erfolgt bei diesem Programm ebenfalls ├╝ber einen virtuellen seriellen Port per USB.

 


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