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Eigenbau einer CNC-Steuerung [2/2]

Eigenbau CNC Steuerung für Fräse

Hier beschreibe ich den Aufbau meiner selbst entwickelten CNC-Steuerung zur Ansteuerung meiner selbst gebauten CNC-Fräse (Teil 2 von 2).

Hinweis:
Dieses Projekt ist vor mehreren Jahren entstanden und aus heutiger Sicht an einigen Stellen stark verbesserungswürdig. Es wird daher nicht empfohlen, diese Steuerung 1:1 nachzubauen, sondern es sollte lediglich als mögliche Anregung für eigene Projekt dienen.

Gehäuse

Die gesamte Elektronik wurde natürlich in ein schönes Gehäuse eingebaut, dessen Frontplatte ich auch selbst entworfen und hergestellt habe. Das Layout habe ich einfach in "OpenOffice Draw" erstellt und von einem Fotoshop ausdrucken lassen (und dieses wurde dann auf das Gehäuse geklebt).

Einbau der Elektronik

Mit der eingebauten Elektronik sieht das dann folgendermaßen aus:

Die Platine in dem zusätzlichen Metall-Gehäuse ist der SmoothStepper und das darüber ist die Optokoppler-Platine. Das zusätzliche Gehäuse musste ich einbauen, da der SmoothStepper sehr störanfällig ist (zur besseren Schirmung).

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Fertige Steuerung

Nach der Montage des Deckels sieht die fertige Steuerung so aus:

Inbetriebnahme

1. Test

Als ich die Steuerung das allererste mal mit offenem Gehäuse eingeschaltet habe, war das Gehäuse noch nicht geerdet und viele Pullup-/Pulldown-Widerstände haben noch in der Schaltung gefehlt.

Ergebnis:
Wenn ich mich mit meiner Hand der Steuerung genähert habe, dann haben die Schrittmotoren zum Vibrieren angefangen und die ganze Steuerung hat ziemlich verrückt getan.

Der SmoothStepper stürzte auch immer innerhalb von wenigen Sekunden ab.

1. Umbau

Für den Umbau musste ich natürlich die Platinen wieder ausbauen und diverse Pull-Up- bzw. Pull-Down-Widerstände in die Schaltung integrieren. Zusätzlich wurden alle Gehäuseteile geerdet und der SmoothStepper wurde zusammen mit der Optokoppler-Platine in ein zusätzliches Gehäuse eingebaut.

2. Test

Nach dem Motto: "Neue Runde, neues Glück" wurde die Steuerung also wieder in Betrieb genommen und auf den ersten Blick war alles in Ordnung: kein unkontrolliertes Vibrieren der Motoren oder Abstürze des SmoothSteppers nach wenigen Sekunden.

Allerdings liefen die Motoren extrem unruhig und der zurückgelegte Weg hat nicht mit der eingestellten Schrittzahl der Endstufen übereingestimmt (Die Software war richtig konfiguriert).

Nach langer Fehlersuche habe ich die nach außen geführten Flachbandleitungen der Endstufen von der "µC"-Platine abgesteckt und die Schrittzahl manuell per DIP-Schalter eingestellt.

jetzt lief die Fräse einwandfrei und der zurückgelegte Weg hat auch gestimmt.

Schuld daran, dass die elektronische Schrittzahleinstellung nicht funktioniert, sind die elektronischen Bausteine 4066 (Analog Switches), die im ausgeschalteten Zustand nicht ordentlich sperren.

Fazit: Niemehr das IC 4066 verbauen.

Prinzipiell funktionierte die Fräse also, allerdings bemerkte ich, dass die Platine "Limit Switches (Axes)" nicht richtig sperrte, sobald ein Endtaster betätigt wurde.
Des Weiteren meldete die Software manchmal bei starker Belastung der Spindel, dass ein Endschalter betätigt wurde (obwohl in Wirklichkeit kein Taster betätigt wurde).
Höchstwahrscheinlich gab es dafür mehrere Ursachen: zum einen waren die Taster in der bisherigen Schaltung nicht entprellt und zum anderen gab es offenbar an manchen Stellen das Problem, dass die Signalpegel nicht eindeutig genug waren.

2. Umbau: Neue Platine "Limit Switches"

Um die genannten Probleme zu beheben, musste der komplette Schaltplan der Platine "Limit Switches (Axes)" überarbeitet werden.

Den Schaltplan als PDF gibt es hier: Schaltplan Platine "Limit Switches"

Natürlich habe ich diese Gelegenheit auch gleich dafür genutzt, um von den Lochraster-Aufbauten wegzukommen. Mit dem Programm "Target 3001" habe ich mir also eine Platine erstellt und diese herstellen lassen:

In die Steuerung eingebaut sieht das dann so aus:

3. Test

Beim Test mit der neuen Platine "Limit Switches" musste ich leider feststellen, dass die Endtaster überhaupt nicht mehr reagierten. Da auch die Software keine Signaländerung beim Betätigen eines Tasters bekam, war schnell klar, dass am Layout der Platine irgendetwas nicht stimmen konnte.

3. Umbau

Tatsächlich war ein Widerstandsnetzwerk auf der Platine nicht an GND, sondern an +5V angeschlossen (der Schaltplan hat gestimmt), sodass keine Signaländerung stattfinden konnte, wenn ein Taster betätigt wurde. Zum Glück musste ich am Layout nicht viel verändern, sondern "nur" den Pin vom Widerstandsnetzwerk zur Seite biegen und an die Massefläche (die ich mit einem Messer freigekratzt habe) anlöten.

Jetzt funktioniert die Schaltung endlich so wie sie soll.

Noch bestehende Probleme

Problem Mögliche Ursache Mögliche Lösung
Wenn die Spindel stark belastet oder z.B. der Exzenterschleifer angeschaltet wird, dann stürzt der SmoothStepper manchmal ab Störungen im Raum Bessere Schirmung
Elektronische Schrittzahleinstellung funktioniert nicht IC 4066 der "µC"-Platine Ersetzen des ICs durch Relais

Da die Fräse im Großen und Ganzen funktioniert und diese Probleme nicht so wahnsinnig störend sind, werde ich diese nach und nach (wenn ich Zeit und Lust habe) beheben. Außerdem muss ich noch irgendwann, wenn die elektronische Schrittzahleinstellung funktioniert, ein ordentliches Programm für den Microcontroller schreiben.

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Erstellt am 17.10.2011 | Zuletzt geändert am 11.07.2018