Комплект электроники для CNC/3D: Mega2560+RAMPS 1.4+4шт A4988

Приветствую всех посетителей сайта Mysku.ru!
И хочу поделиться небольшим рассказом о комплекте электроники для модернизации небольшого самодельного станка CNC с возможностями фрезера и гравера. Будет замена платы управления UNO+CNC Shield на комплект Arduino Mega2560+RAMPS.

Данный комплект приобретался с прицелом на увеличение функционала и возможностей для небольшого настольного ЧПУ гравера/фрезера. Штатный комплект предусматривал контроль по 3 осям и работу от управляющего компьютера/планшета. Новый кит электроники позволяет автономную работать с SD карты, а также дает большие возможности для модификации прошивки: подключение лазерного выжигателя, дополнительной поворотной оси, подключения выходов на вентиляторы или фильтр-пылесос. Предусматривается также установка дисплея для управления непосредственно, выбора файла с флешки, паузы и так далее.

Долго присматривался к различным платам управления, но оптимально вышел кит Arduino Mega2560+RAMPS. Ну и драйверы в комплекте. Экран докупал отдельно вот такой.

Теперь по порядку.
Выбирал вот этот кит, плюс дисплей.
Краткое описание комплекта: RAMPS 1.4 + Mega2560 R3+ A4988 Kit

• Arduino Mega2560
• Ramps 1.4
• 4xA4988 драйверы плюс небольшой радиатор без скотча.
• Шнур 4pin, шнур USB А <-> USB-B

Посылка пришла в простом пакете, но каждая плата была упакована отдельно в антистатический пакет. На ножках выводных элементов присутствовал защитный кусок пеноматериала.
Фотоотчет о посылке

Arduino Mega2560

Размеры и масса. Возможно заинтересует тех, кто готов разработать под них свой корпус.

Основные микросхемы: ATMEGA2560 версия 16AU, понижайка LM358 (в комментариях robosku верно подметил, что это сдвоенный операционный усилитель), интерфейс CH340G.
Обратите внимание на китайскую версию USB-Serial чипа.

Ramps 1.4.
Это по сути большой и дешёвый Mega Pololu Shield. Можно подключать до 5 драйверов двигателей, силовую нагрузку, есть много OI выходов, а также ШИМ и последовательные интерфейсы, например, для дисплея или внешней карты памяти.

Все в отдельном пакете. Присутствует ответная часть силового разъема

Аналогично размеры.

4xA4988 драйверы

Еще фото.

Радиаторы без скотча. Нужно устанавливать на термоклей или термопасту.

Правильное ориентирование A4988 при установке — резистором в сторону ОТ силового разъема. Как на картинке.

Итак, вот собственно для чего все это покупалось. Вот так выглядят комплектующие для сборки и обозреваемый апгрейд-кит для самодельного станка-фрезера.

Здесь на Mysku несколько раз проскакивали публикации про самодельный станок-фрезер из фанеры.

Достаточно простой конструкции, с использованием проверенной временем компоновки. Станок имеет рабочее поле 180х200х150 мм, и управляющую плату Arduino UNO + CNC Shield. Со своими обязанностями UNO с прошивкой GRBL справляется, но хотелось чего то большего)))). Это весьма бюджетный фанерный станок-фрезер для простых операций (гравировка, фрезеровка мягких материалов, изготовление печатных плат).

Я задумал некоторую модернизацию станка, в первую очередь – это установка экрана управления и с возможностью автономной работы (с флешки). До настоящего времени использовался старый ноутбук или планшет с Windows. Соответственно, смена платы управления повлечет замену прошивки на Marlin/Repieter. Эти прошивки умеют и CNC и лазерное выжигание с ТТЛ. На самом деле я должен отметить, что существует прошивка GRBL для MEGA2560. Но это, как говорится, на любителя.
Во вторую очередь – нужно было обеспечить модернизационный потенциал – дополнительные входы и выходы для подключения периферии (ТТЛ для лазера, обдув, подсветка, кнопки управления гравером, прицел на WI-FI и удаленный доступ с вебкой).

Вот краткое описание комплектующих и основных этапов сборки. Потребуются фанерные детали корпуса (резка фанеры по чертежам лазером), клей для сборки, а также ходовые винты Т8, гайки к ним, направляющие валы и подшипники (8 и 6 мм), ну и по мелочи — крепеж, хомуты и прочее.
Процесс сборки не сложный. Сначала собирается корпус и оси XY, затем отдельно собирается ось Z, каретка и крепление для фрезера.

Сначала собираем корпус.

Для сборки используется клей (столярный, ПВА, или другой удобный)

Обратите внимание на правильность установки несущих конструкций. Диагональ можно перепроверить линейкой, угольником — перпендикулярность стенок.

Далее устанавливаются направляющие валы.

Отдельно соберем ось Z с креплением фрезера.

И каретку Y.

Далее фото из разряда «как нарисовать сову». Промежуточных подробных фото, с сожалению пока нет.

Станочек бюджетный, двигатели из серии «я тебя слепила из того, что было». Двигатели Nema17 устанавливаются через переходник типа такого.

На днях допечатаю адаптеры на 3Д принтере, затем установлю новые Nema17.


Несколько слов про прошивку.
Можно настроить с нуля Марлин/Repetier, можно найти готовую сборку.
Вот, например, Marlin. При настройке обратите внимание на вот этот код:

В прошивке надо будет указать тип «бутерброда» — матплату Мега2560+RAMPS1.4, так как экструдеров у нас нет, то выбираем вот такой вариант:

35 = RAMPS 1.3 / 1.4 (Power outputs: Extruder, Fan, Fan)

и далее

#define MOTHERBOARD 35

В зависимости от сборки Марлина, эта же настройка может выглядеть по другому:

#define BOARD_RAMPS_13_EFF      35   // RAMPS 1.3 (Power outputs: Hotend, Fan0, Fan1) 

Если не требуется слежение за температурой, то отключаем датчики тоже — прописываем «0»

#define TEMP_SENSOR_ 0

Прописываем размеры рабочей зоны, расположение концевиков и точки HOME, ускорения, скорости перемещения и прочее.
Ну и так далее, методом проб и ошибок настраиваем свою конфигурацию.

Скажу только. что в Repitier больше заложено возможностей для CNC/Laser конфигурации. Заходим в онлайн-тулзу Repetier-Firmware configuration tool и начинаем настраивать. После настройки основных параметров (длина/ширина и т.д.), необходимо выбрать «специальные» функции — для лазера или фрезера.

Вот например есть такой код

// ##########################################################################################
// ##                             Laser configuration                                      ##
// ##########################################################################################

/*
If the firmware is in laser mode, it can control a laser output to cut or engrave materials.
Please use this feature only if you know about safety and required protection. Lasers are
dangerous and can hurt or make you blind!!!

The default laser driver only supports laser on and off. Here you control the eíntensity with
your feedrate. For exchangeable diode lasers this is normally enough. If you need more control
you can set the intensity in a range 0-255 with a custom extension to the driver. See driver.h
and comments on how to extend the functions non invasive with our event system.

If you have a laser - powder system you will like your E override. If moves contain a
increasing extruder position it will laser that move. With this trick you can
use existing fdm slicers to laser the output. Laser width is extrusion width.

Other tools may use M3 and M5 to enable/disable laser. Here G1/G2/G3 moves have laser enabled
and G0 moves have it disables.

In any case, laser only enables while moving. At the end of a move it gets
automatically disabled.
*/

#define SUPPORT_LASER 1
#define LASER_PIN 9
#define LASER_ON_HIGH 1

Пин ТТЛ управления лазером подключается к пину 9 на RAMPS (пин можно настроить и другой, удобный)

И далее есть вот такие настройки

// ##                              CNC configuration                                       ##

/*
If the firmware is in CNC mode, it can control a mill with M3/M4/M5. It works
similar to laser mode, but mill keeps enabled during G0 moves and it allows
setting rpm (only with event extension that supports this) and milling direction.
It also can add a delay to wait for spindle to run on full speed.
*/

#define SUPPORT_CNC 0
#define CNC_WAIT_ON_ENABLE 300
#define CNC_WAIT_ON_DISABLE 0
#define CNC_ENABLE_PIN -1
#define CNC_ENABLE_WITH 1
#define CNC_DIRECTION_PIN -1
#define CNC_DIRECTION_CW 1

По сути указывается основные настройки для CNC, а также можно завести специальные кнопки управления станком. Добиваемся компиляции кода без ошибок, заливаем в плату и проверяем.

А вот что можно «вытворять» на этом фрезере.



Выводы:

1. Если планируется установка NEMA23, то можно взять комплект электроники с DRV8825. Экран можно взять Full graphic smart controller.
2. Можно сделать Wi-Fi управление или специальный планшет на windows.
3. В целом данный комплект позволяет значительно расширить возможности самодельного станочка, а в перспективе – и функционал в виде лазера или дополнительной оси.
4. После модернизации я планирую докинуть еще и лазерную головку, будет выжигать в меру возможностей.

К сожалению, еще не все комплектующие у меня в наличии (подводят китайские товарищи), поэтому полномасштабного фото-видео готового станочка не будет. Фотографии частично предоставлены с форума (с разрешения автора). Чуть попозже можно будет и топик в сообщество DIY на Mysku запилить, с подробным раскладом, что и где заказывать.

Полезные ресурсы:
Настройка тока драйверов а4988 можно посмотреть вот тут.
Форум с описанием станка и инструкциями


Спасибо за уделенное внимание!