содержание      ..     1      2      3      4      ..

Mach3 CNC Controller (станок с ЧПУ). Установка и Конфигурирование - часть 3

существует возможность потери шагов при большой нагрузке, и это не сразу станет заметно

для пользователя станка. На практике, шаговые двигатели обеспечивают вполне достаточную

производительность на стандартных станках вплоть до фрезерных головок Бриджпорт и 6-

дюймовых токарных центров, если, конечно, вам не требуется исключительно высокая

точность и скорость работы.

С другой стороны, серводвигатель это:

• Относительно высокая цена (особенно для двигателей пост. тока)

• Требуются кабели и для двигателя и для энкодера

• Требуется уход за щетками (на двигателях переменного тока)

• Скорость двигателя может достигать 4000 оборотов в минуту, а вращающий момент

практически не ограничен (насколько позволит ваш бюджет!)

• Используется управление закрытыми циклами, так что положение привода всегда должно

быть правильным (иначе будет подан сигнал о сбое)

Стоит сделать пару предупреждений:

Во-первых, сервосистемы на старых станках могут оказаться не цифровыми. То есть они не способны

управляться серией шаговых импульсов и сигналов направления, как требуется для Mach3. Чтобы

использовать старый двигатель с Mach3, вам придется заменить счетно-решающее устройство

(которое определяет положение) квадратурным энкодером и поменять всю электронику.

Во-вторых, избегайте б/ушных шаговых двигателей, если не можете получить заводскую

информацию о них. Они могут быть спроектированы для 5-ти фазных операций, могут некорректно

работать с современными микрошаговыми контроллерами с дроблением шага, и могут иметь намного

меньший уровень крутящего момента, чем современные двигатели с такими же характеристиками.

Если их проверить, то может оказаться, что они были случайно размагничены и теперь бесполезны.

Если вы не можете целиком положиться на свои умения и опыт, тогда приводы осей стоит покупать у

известных производителей, которые обеспечивают информационную и иную поддержку товара. Если

выкупите качественный товар, то вам не придется тратить деньги дважды.

Рисунок 4-3: Пример серводвигателя с энкодером

Энкодер

4.4.2 Обозначьте требования к приводам осей

Полный набор вычислений для осей был бы слишком сложен, все равно у вас, скорее всего, нет всей

необходимой информации (такой например, как максимально необходимая сила резания и т.п.).

Некоторые вычисления, однако, необходимо сделать для успешной работы. Как минимум, вам нужно

определить, сколько шагов нужно, чтобы переместить ось на определенное расстояние. Ответ зависит

33

доступен огромный опыт сотен других юзеров, выложенный там.

4.4.3 Как работают сигналы Шага и Направления (Step и Dir)

Mach3 подает исходящий импульс (логическая 1) на вывод Step для каждого совершаемого осью

шага. Выход Dir буден задан до появления шаговых импульсов.

Рисунок 4-4: Форма импульса шага (Active Lo)

График логической волны будет выглядеть как показано на рисунке 4.4. Промежуток между

импульсами будет тем меньше, чем выше скорость шагов.

Электроника привода обычно использует настройки Active Lо для сигналов Step и Dir. В Mach3

нужно указать, что эти выводы являются Active Lo. Если этого не сделать, то сигналы Step все равно

будут подниматься и опускаться на графике, но привод будет считать, что расстояние между

импульсами - это сами импульсы, и наоборот. Из-за этого работоспособность станка становится

довольно сомнительной, и на двигатель нельзя будет рассчитывать. «Инвертированные» импульсы

показаны на рисунке 4-5.

Рисунок 4-5: Инвертированная форма импульса (Active Hi)

4.5 Концевые выключатели (Limit) и выключатели Баз

(Home switches)

Концевые выключатели (Limit) используются для того, чтобы не давать осям двигаться слишком

далеко и тем самым избежать возможного повреждения станка. Вы можете использовать станок и без

них, но небольшая ошибка в расчетах может повлечь за собой множество повреждений, устранение

которых обойдется довольно дорого. Рисунок 4-6 показывает концевой выключатель на фрезерном

станке.

36

Рисунок 4-6: Пример механического концевика

Микровыключатель установлен на подвижном столе станка и срабатывает,

когда его рычаг цепляется за станину станка. Рычаг не жесткий, слегка

пружинит, что не может давать точности при повторениях.

Также ось может содержать и выключатель Баз (Home). Mach3 может задать команду передвинуть

одну (или все) оси в начальное положение. Это требуется делать всякий раз при включении системы,

и она будет знать, где в данный момент находятся оси. Если вы не поставите выключатели Баз, то вам

придется каждый раз перегонять оси в опорную точку (в начало отсчета) «на глаз». Выключатели

Баз могут располагаться в любом месте оси, и это место определяете вы сами. Эти выключатели не

обязательно должны находиться в положении Ноль Станка.

Повторяемость в нахождении нужной точки, особенно при использовании механических

выключателей, очень важный критерий, а момент включения зависит от твердости конструкции и

пружинных свойств рычага. Установка, показанная на рисунке 4-6, довольно неточная.

Повторяемость весьма важна при использовании выключателей, выполняющих функцию

Базирования.

Можно заметить, что каждой оси требуется три выключателя (т.е. 2 выключателя Limit по оба конца

оси и 1 выключатель Home). Так что минимальная конфигурация фрезеровального станка потребует 9

вводов параллельного порта для управления ими. Это плохо, так как параллельный порт содержит

только 5 вводов! Эта проблема может быть решена тремя способами:

1. Подключите Концевые выключатели к внешней логике (возможно к электронике привода) и

эта логика выключает привод, когда достигнут предел, что гораздо точнее. Выключатели

базирования подключают к вводам Mach3.

2. Используйте один пин, совместив в нем все вводы оси, и Mach3 будет отвечать за управление

обоими концевиками и определением Базы. Например, если Mach3 будет задано

«переместиться в положение Баз» на фрезерном станке, программа задаст перемещение по

оси X влево (стол движется вправо), пока не сработает выключатель. Команда будет

интерпретирована, как «Базирование». Если же этот выключатель сработает во время

обработки, процесс будет интерпретирован, как «срабатывание концевого выключателя».

3. Выключатели могут быть подключены посредством эмулятора клавиатуры.

Первый способ является лучшим, и обычно используется для очень больших, дорогих или быстрых

станков, когда сохранность оборудования нельзя доверить программе и ее настройкам.

37

Подсоединяемые к электронике привода выключатели могут быть «умными», и после достижения

предела, разрешать движение только в направлении от ограничителя. Это безопаснее чем просто

отключение, когда пользователь может вручную перегнать станок за выключатель, но требует

наличия достаточно сложного привода.

Второй способ подходит для небольших станков с прямым управлением оператором. При такой

настройке можно использовать только три ввода в Mach3 для 3-х осевого фрезерного станка (четыре -

для станка портального типа, см. описание Вторичных осей). Поскольку у станка находитесь вы (или

оператор) и вы можете действовать в зависимости от ситуации, для каждой оси требуется только по

два выключателя. Оба концевых выключателя могут быть связаны и положение Базы может быть

функционально совпадать с одним из концевых выключателей. Оба из двух выключателей

продуцируют сигнал Стоп! Далее оператор может сообразить, что делать для восстановления

рабочего состояния. Обратитесь к главе 4.5.3 «Как в Mach3 использовать совмещенные выключатели»

за более детальным описанием опции.

Эмулятор клавиатуры имеет намного большее время отклика, чем параллельный порт, но его хватает

для концевых выключателей на станках, где нет очень быстрых подач. За деталями обращайтесь к

руководству Mach3 Customisation Wiki. Ссылку вы можете найти на сайте www.machsupport.com

Есть еще четвертый способ: использовать поменьше выключателей. В некоторых случаях можно

обходиться без выключателей Баз. Если станок выпускает серийную продукцию, вы почти наверняка

знаете, где находится точка нуля для данной серии деталей, и выключателями Базы можно не

пользоваться, нулевые точки размечены на столе или на крепеже.

4.5.1 Выключатели

При подборе выключателей, необходимо решить для себя несколько вещей. Если вы собираетесь

ставить два выключателя на один ввод, тогда подключать их следует таким образом, чтобы при работе

сигнал был логической единицей «1» (т.е. функция логического ИЛИ). Это просто сделать для

механических выключателей. Если их конструкция - т.н. «нормально замкнутые контакты», и они

подключены последовательно, как показано на рисунке 4-7, то они дадут сигнал Active Hi, если один

из них работает в данный момент. Отсылаем вас к схеме, показанной на рисунке 4-7.

Рисунок 4-7: Два нормально замкнутых контакта дают логическое ИЛИ

Для надежности вам придется вывести ввод на параллельный порт. Так как механические

выключатели могут выдерживать очень значительное напряжение, то приводится цифра порядка

470R, которая дает ток около 10 миллиампер. Так как подключаемые к ним провода могут быть

довольно длинными и приводящими к электрическим помехам, убедитесь, что у вас хорошее

подключение вашего ввода к 0 вольт линии (рама вашего станка не будет хорошим решением), а

также используйте экранированные кабеля, с экраном, подключенным к главному заземлению вашего

устройства управления.

Если вы используете электронные выключатели, такие, как поделенный на слоты детектор со

светодиодом LED и фототранзистором, то вам понадобится какой-либо проводник ИЛИ (это может

38

быть «проводное ИЛИ», если ввод Active Lo управляется открытыми коллекторными транзисторами).

Оптические переключатели, если забыть об охлаждении, должны прекрасно работать на

металлообрабатывающем станке, но могут отказывать в случае наличия мелкой древесной стружки

(пыли). На рисунке 4-8 приведен пример оптического выключателя.

ArtSoft USA не рекомендует использовать магнитные переключатели (герконовые переключатели или

переключатели на эффекте Холла) на станках, которые работают с ферросодержащими металлами,

иначе их магнитная «начинка» может быть повреждена.

Рисунок 4-8: Оптический выключатель на станке и пластина на станине

Рисунок 4-9: Два выключателя, ограничивающие перемещения стола по станине

Избыточное движение - это движение, возникающее, после того как выключатель сработал. У

концевого выключателя оно может быть связано с инерцией привода. На оптическом переключателе,

как на рисунке 4-8, предусмотренная пластина достаточно длинна, чтобы проблем не возникало.

Микропереключатель может получать произвольное избыточное движение, при работе

находящегося на нем ролика, катающегося по пандусу (смотри рисунок 4-11). Уклон пандуса, однако,

уменьшает повторяемость точных срабатываний выключателя. Часто можно использовать один

переключатель для обоих концевых пределов, используя два пандуса или две пластины, как показано

на рисунке 4-11.

39

Рисунок 4-10: Фрезер с инструментом в точке X=0, Y=0 (кулачок находится на

концевике)

4.5.2 Где располагать выключатели

Выбор положения для установки выключателей часто приводит к компромиссу между тем, чтобы

держать их подальше от стружки и пыли и необходимостью гибкого сочленения проводов, которые

подходят к выключателям.

Например, на рисунках 4-6 и 4-8 они расположены снизу стола, несмотря на то, что им требуется

подвижный кабель, но так как там они лучше защищены.

Использование одного кабеля, содержащего провода для двух или более осей может показаться вам

удобным решением (например, оси X и Y портального трассировщика могут иметь выключатели на

самом портале, а для оси Z нужен довольно короткий провод, в отличии проводов для двух других

осей). Не поддавайтесь соблазну использовать многожильный кабель для подведения проводов к

двигателю и выключателям. Возможно, вам захочется провести два отдельных кабеля рядом, и этому

ни что препятствовать не будет, если оба экранированы (плетенкой или фольгой) и экраны заземлены

в одной общей точке на электронном приводе.

Вы можете найти для себя полезным обзор промышленных станков, помещенный на ArtSoft USA

Yahoo! group, и, возможно, вас посетят мысли, как эти идеи применить в своем оборудовании. Ссылку

вы найдете а сайте www.machsupport.com

40

Рисунок 4-11: Пандусы, управляющие одним выключателем

4.5.3 Как использовать в Mach3 совмещенные выключатели

Этот параграф описывает настройку небольших станков, где Mach3 контролируется выключателями

намного чаще, чем внешняя логика Estop.

Для полного понимания этого вам также придется прочитать главу по настройке Mach3 в Главе 5, но

основные принципы довольно просты. Вы подключаете два концевых выключателя к одному входу

(или используете один концевик и две пластины или два пандуса). Вы указываете Mach3 направление

для движения в процессе поиска выключателя Баз. Концевой выключатель на конце оси (с пластиной

или пандусом) является также и выключателем Базы.

Обычно, когда Mach3 двигается по оси и обнаруживает, что концевой выключатель становится

активным, выполнение программы прекращается (как при нажатии EStop) и сообщается, что сработал

концевой выключатель. Вы не сможете продолжить движение по оси пока:

• не нажмете Автосброс концевика (Auto limit override) (кнопка на экране Установки (Settings)). В

этом случае вам надо кликнуть по кнопке Сброс (Reset) и вручную съехать с концевика. Потом вы

должны заново принять базы станка.

• не кликните по кнопке Блокировка концевика (Override limits). Красный мигающий светодиод

сообщит вам, что временно включен обход. Вам тоже следует нажать Сброс (Reset) и отогнать ось, а

после отключить саму блокировку и мигающий светодиод. Опять, следует провести перекалибровку.

Вход также может быть настроен на блокировку концевых выключателей пределов.

Обратите внимание, что хотя Mach3 и использует ограничения в скорости Переезда, это не сможет

помешать вам «выехать» за выключатель и, возможно, разбить детали станка о механический

ограничитель. Будьте очень осторожны.

4.5.4 Принятие баз в действии

Когда вы запрашиваете Принять Базы (с помощью кнопки или G-кода) ось (или оси), имеющие

настроенный переключатель Баз, начнет двигаться (на настраиваемой низкой скорости) в

определенном направлении, пока не сработает переключатель Баз. Потом ось двинется назад в

обратном направлении, чтобы «съехать» с переключателя. Во время Принятия концевики не

работают.

После проведения процедуры Принятия Баз оси, ноль или другое значение, определенное в окне

диалога Конфигурации>Штатные (Config>State), может быть загружено в окно ЦИ оси в качестве

абсолютной координаты станка. Если использовать ноль, тогда положение переключателя Баз будет

совпадать с нулевым положением станка для этой оси. Если калибровка идет в отрицательном

направлении по оси (обычно по X и Y), тогда возможно придется загружать в окно ЦИ что-то вроде

-0.5”. Это значит что база на полдюйма ближе, чем предел. На это тратится кое-какое движение по

оси, но если вы немного ошибетесь, когда будете совершать переезд в положение базы, вы не

«наедете» на предел по случайности. Также смотрите Программные ограничения (Software Limits),

для того чтобы узнать другой метод решения этой проблемы.

41

Mach3 смотри в Главе 5. Обе оси должны иметь Концевые и выключатели Баз. В обычных условиях

и Y и А получат от Mach3 одинаковые команды шага и направления. Когда выполняется Принятие

Баз, оси будут двигаться вместе до последней стадии калибровки, когда ось отгоняется от

выключателя базы. В этом месте они будут двигаться таким образом, что каждая остановится на

одном и том же расстоянии от собственного переключателя. Калибровка исправит любые неточности

портала (например, непрямоугольность), которые возникли в результате выключения станка или из-за

потери шагов.

4.5.6 Общая схема подключений

На схеме подключений на рисунке 4-12 дан пример того, как можно соединить разные части системы

CNC в одно целое. Эта схема не полная, но на ней показаны главные компоненты. Обратите внимание

на взаимное расположение различных узлов: блока питания, плат электроприводов (контроллеров)

двигателей, буферной платы breakout bofrd, шаговых двигателей и концевых выключателей. Ваша

конфигурация необязательно должна повторять показанную на этой схеме. Это, просто, вариант

подключения, который вы можете использовать для создания собственной конфигурации. Плата

breakout bord, возможно, будет иметь свой собственный источник питания. Все провода «земля»,

включая и экраны кабелей, должны быть подведены к одной точке.

Рисунок 4-12: Примерная схема подключения

43

4.6.3 Управление двигателем при помощи ШИМ

Как альтернатива управлению Шагом и Направлением, Mach3 дает исходящий сигнал ШИМ,

длительность цикла которого - это процент от полной скорости, которая вам нужна. Можно,

например, преобразовать длительность цикла сигнала в напряжение (сигнал ШИМ для 0% времени

дает 0 вольт, 50% дает 5 вольт и 100% дает 10 вольт) и использовать его для управления

индуктивностью двигателя с разной частотой привода инверсии. Как вариант, сигнал ШИМ может

быть использован для запуска симистора в простом контроллере скорости постоянного тока.

Рисунок 4-13: 50% сигнал ШИМ

Рисунок 4-13: 20% сигнал ШИМ

Рисунки 4-13 и 4-14 показывают ширину импульса на приблизительно 50% цикла и 20% цикла.

Для того, чтобы преобразовать ШИМ сигнал скорости шпинделя в пропорциональное напряжение

постоянного тока, он должен быть трансформирован. В сущности, цепь использует поиск

усредненного сигнала ШИМ. Схема может быть простым конденсатором и резистором или более

сложной системой в зависимости от того, (а) насколько прямым вы хотите сделать сообщение между

шириной и окончательным выходящим напряжением и (б) от скорости отклика, которая вам требуется

для изменения ширины импульса.

Сигнал ШИМ - это вывод на пине Шага шпинделя (spindle Step pin). Следует принять особые меры

предосторожности для выключения двигателя на низкой скорости используя выводы по часовой

стрелке/против часовой стрелки двигателя.

Обратитесь к документации производителя, которая прилагается к вашему контроллеру. Другие

детали по теме вы можете найти, набрав "PWM converter" и "PWM Digispeed" в Google или в другой,

любимой вами, поисковой машине.

Примечание: Многие пользователи обнаруживают, что ШИМ и другие вариации управления

скоростью шпинделя часто служат серьезным источником электрических помех, которые могут

вызывать проблемы с использованием приводов осей станка, с чувствительностью концевиков и т.д.

Если вы используете такие опции управления шпинделем, ArtSoft USA настоятельно рекомендует вам

использовать оптически изолированные платы breakout board, экранировать кабеля и прокладывать

силовые кабеля подальше от кабелей управления. С электроникой следует быть осторожнее, так как

45

Рисунок 4-15: Датчик положения со стеклянной шкалой

Рисунок 4-16: Сигналы квадратуры

Другая лампочка и фототранзистор, расположенный на расстоянии 5 микронов от первого, дает

сигнал В, на четверть цикла опережающий А (отсюда и следует название - квадратура).

Вы заметите, что сигнал меняется каждые 5 микрон движения, так что разрешение шкалы равно 5

микронам. Мы можем сказать, куда оно движется по последовательности изменений. Например если

В идет от lo к hi, когда А есть hi (точка х), значит, мы движемся направо от обозначенного начала, а

если В идет от hi к lo, когда А есть hi (точка у), значит, мы движемся влево от начала.

Рисунок 4-17: Окна ЦИ энкодеров

Mach3 предполагает наличие логических сигналов. Некоторые стеклянные шкалы (определенные

модели Heidanhain) дают аналоговую синусоиду. Это позволяет умной электронике переходить к

разрешению выше чем 5 микрон. Если вы хотите использовать это, тогда вам нужно будет сделать

волну квадратной с помощью усилителя/компаратора. Энкодеры с выводами TTL подключатся

напрямую к ножкам ввода параллельного порта, но, так как помехи дадут искажения в тактах, лучше

их подключить через т.н. триггер чип Шмитта (Schmitt trigger chip). Шкалам требуется питание

постоянного тока (часто это 5 вольт) для лампочек и электрических схем..

47

содержание      ..     1      2      3      4      ..