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Construcción Paso a Paso: Mini Router CNC
En esta sección tratare de mostrarles paso a paso como arme y que elementos utilice para la
fabricación del Router CNC. Cabe destacar que no se trata de un Sistema Profesional, ni de alta
producción, simplemente fue concebida para la iniciación y desarrollo en el CNC, por supuesto una
ves terminada que se pueda aplicar a trabajos de pequeńa escala.
El primer objetivo era la perforación de circuitos impresos (PCB's como también se los llaman), por
eso con motores y guias de impresoras me bastaría, luego de eso al ver las grandes aplicaciones
que se le puede dar, la idea fue reformar la maquinita para poder fresar piezas, al menos en
materiales blandos como madera o Plástico. Por eso es que fui modificando la maquina varias
veces hasta llegar a algo Funcional, los principales cambios fueron los motores, y la trasmisión por
correa dentada pasarla a tornillo para obtener mas fuerza, ya que con los motores de impresoras
no tenia el suficiente torque por ejemplo para hacer un fresado sobre madera, en realidad lo hacia
pero perdía pasos, por estar trabajando muy al limite, por eso sacrifique velocidad remplazando las
correas por varillas roscadas, ganando así mucha mas fuerza, además incorpore motores mas
grandes.
Version 1.0
Lo primero fue conseguir los elementos para la fabricación, la idea era hacer una maquina
económica, o al menos gastar en lo menos posible, para eso recicle partes de varias impresoras y
scanners. A continuación una lista de los principales elementos utilizados:
Guias de impresoras EPSON 400 con sus respectivos "caroos" (cada impresora tiene 1 guia
con un carro)
Motores EM-257 y EM-258 de las impresoras Epson
Engranajes del sistema de la impresora Epson para hacer lar reducción para el eje X
Correas y poleas dentadas para el sistema de trasmisión de correas obtenidas de las
impresoras Epson
Guías obtenidas de un Scanner Genios
Bujes en Grilon mandados a tornear para las guias del Escaner
Base metálica del Escaner Genios la cual se uso como base para el Router
Sistema de reducción 3:1 por correa y correa dentada obtenido del Escaner para formar el
sistema de trasmisión del eje Y
Perfiles de Aliuminio varios para la construccion de todo la estructura.
Soportes en aluminio para rulemanes obtenidos de los motores de disqueteras de 5 1/4 y de
los motores de Videograbadoras.
Eje Z
Para el carro del eje Z utilice un perfil de Aluminio de 100 x 75 x 4 mm al cual sujete los bujes de
los Carros de las impresoras. Como se puede ver en la foto los carros de las impresoras estan
recortados dejando solo los bujes y una pestańa para el apoyo y sujeción del mismo. Esos bujes
son de una impresora Epson Stylus 400, en realidad de 2 impresoras que que viene uno por cada
impresora, Las guías fueron cortadas de 120 mm, de esta manera tendremos un recorrido útil de
45mm.. Ademas se les hizo un agujero roscado concéntrico en cada extremo para podes sujetar
las mismas, como se puede ver en las siguientes fotos:
(Clickear en las imágenes para ampliarlas)
Como se puede observar el soporte de las guías del Eje Z ( que es lo que se va a mover por las
guias del Eje Y) esta formado por otros perfiles de aluminio, un perfil en U de 100 x 20mm x 120 y
dos perfiles en L de 25 x 25 mm de 100 mm de largo que se sujetaron en los extremos para formar
el soporte de las guías. La unión de estos perfiles Esta hecha con Remaches. Se pueden ver los
tornillos que sujetan las guías.
Ahora podemos ver el Eje Z terminado, se puede observar el soporte de los rulemanes de aluminio reciclado de una video grabadora, este tiene dos rulemanes, uno en cada extremo de 6mm de diámetro interior, con lo cual opte por usar una varilla roscada de 6mm para la transmisión de ese eje, también se pude ver el soporte del motor construido con otros perfiles de aluminio (varillas de 10 x 2mm). La tuerca que forma el sistema de transmisión junto con la varilla roscada esta sujetada al perfil móvil del Eje Z con un sistema similar al usado mas adelante en el eje Y cuando se reemplazo la correa por varilla roscada.
Por ultimo nos queda el acople entre el motor y la varilla roscada, no es mas que una simple
manguera de caucho colocada entre el engranaje del motor y las tuercas de sujeción de la varilla
roscada, esta sujeta provisoriamente con un torniquete de alambre (bien argentino) posteriormente
se reemplazo por unas abrazaderas metálicas.
Eje Y
El Eje Y esta formado por dos guías de 34.5 cm, rescatadas de las impresoras desguasadas, están
cortadas en los extremos, ademas se le realizo una perforación en cada extremo y posterior mente
se lo rosco para sujetar la guia a los laterales, obviamente también se usaron los bujes de dichas
impresora, los cuales están sujetos al soporte de las guías del Z, que es el que se desplaza por las
guías del eje Y para formar dicho movimiento. En este eje tendremos un recorrido de unos 24.5 cm
ya que el carro como dije antes era de 10 cm de ancho. Las Guias están separadas 85mm entre si
y van sujetas a los laterales formados por 2 perfiles de aluminio de 75 x 4 x 300 mm. Los mismos
van Sujetos a la Base de la maquina, que no es mas que la base de un viejo escáner Genius, del
cual también se han obtenido las guías para el eje X, como verán mas adelantes esta baje a sido
cortada y remplazado la sujeción original de las guías de eje X por por perfiles de aluminio en L
para bajar las guias ya que se encontraban muy separadas de la base. Esto lo pudran ver en las
siguientes fotos, (aun no se a recortado la base y cuenta con los soportes origínales de las guías
del escáner)
Acá hay dos cosas importantes a destacar, la separación de la guía inferior del Eje Y respecto a la
base, y la posición e los laterales a lo largo del eje X que me va a determinar la posición de las
guías del eje Y.
- Primero Veamos el tema de la altura de las guías del Y, como dije anteriormente vamos a tener
un recorrido de 45mm en el Z, las guías del eje Y tiene que estar lo mas bajas posibles para tener
el menor brazo de palanca al momento de trabajar, pero garantizando el recorrido de los 45mm del
eje Z. Por ende, primero puse los soportes de los bujes (los carros de las impresoras recortados)
sobre el carro del eje Y (donde están sujetas las guías del Z) , con esto se la distancia entre la
aprte mas baja del carro y el centro de la guía inferior, ahora debo colocar la guía inferir del eje Y a
una altura determinada para que la parte mas bajadle carro Y esté 45mm ( yo deje 50) sobre la
mesa de trabajo, por ende también hay que tener en cuenta la separación de la plataforma móvil
del eje X que colocaremos posteriormente. De esta manera podremos aprovechar los 45mm de
recorrido del eje Z, obviamente no podremos poner una pieza con una altura mayor a 45mm ya que
chocaría con el carro del eje Y, pero la idea es trabajar con placas de impresos o maderas que a lo
sumo seran de 20 o 30 mm.
- Segundo, tenemos el tema de la posición de las guías del Eje Y respecto del Eje X, como se ve
en las fotos, los soportes del eje Y no están al en el medio de la base, sino desplazadas hacia la
parte posterior de la misma, esto es porque lo que tiene que quedar en el centro no son las guías
del Y, sino nuestro torno o herramienta de fresado o tuteado, por ende debemos tener en cuanta el
grosor del torno de mano en mi caso y la separación que nos queda entre la base del eje Z (donde
se sujeta el torno de mano) y las guias del eje Y. Esta distancia es la que debemos desplazar las
guías del eje Y hacia atrás, para que al momento de montar todo, la fresa o herramienta nos quede
en el centro longitudinal del recorrido del eje X.
Para terminar con el Eje Y vemos en las siguientes fotos el sistema de transmisión utilizado en
dicho eje formado por la correa dentada de las impresoras y el sistema de reducción del escáner:
El sistema de reducción es de 3:1 y se obtuvo tal cual
del escaner, en las impresoras para mover el carro, la
correa dentada va montada directamente en un
engranaje solidario al eje del motor, con eso se obtiene
muy buena velocidad pero la fuerza es muy escasa, de
esta manera reducimos un poco la vel, que igual sigue
siendo muy buena y aumentamos la fuerza. También
utilice el tensor original del escaner, solo fabrique una
pieza para sujetar el motor y el tornillo que hace de eje
para la polea de reducción que esta construido con un
perfil en L de aluminio.
En el tema estructural agregue un perfil de aluminio
entre los dos laterales para rigidizar el sistema, luego
eso lo remplace por una chapa que hace de fondo del
gabinete donde monte la electrónica.
Eje X
Como ya mencione para este eje use las guías de un escaner Genios ColorPage, contaba con dos
guías, pero solo bujes para una de ellas, por eso mande a tornear 4 bujes en grilon. Las guías
están sujetas a la base, mediante unos perfiles en L de aluminio, no use los soportes originales
porque eran muy altos. La base la corte un poco, dejándola de 45cm que es el largo de las guías,
los bujes están separados unos 20 cm con lo cual tenesmos un recorrido en X de 25 cm.
La parte móvil del eje X esta construida con una chapa de aluminio de 4mm de espesor de 300 x
350 mm, la cual luego se reforzó con perfiles en H de aluminio que además sirven para sujetar las
piezas a trabajar.
En la siguiente foto se pude ver como iba quedando la estructura con los tres ejes montados:
Para el sistema de trasminion del eje X me la rebusque bastante, como la idea era mantener los
costos bajos arme un sistema de reducción de 6:1 con los engranajes de la misma impresora.
Sobre el engranajes grande esta pegado un engranaje para la correa dentada, ya que así no viene
en la impresora, por ultimo para que quede bien, embuje los mismos con un bujecito de bronce.
En las siguientes fotos podrán observar ya los engranajes montados al igual que la correa y su
tensor, obviamente el tensor es el mismo de las impresoras, pero es fijo, no va con un resorte, ya
que para que no salte la correa tiene que estar bien tensa.
Como se puede ver decidí usar dos motores en este eje, esto es porque como tenia que mover
toda la plataforma del X, donde se sujeta la pieza a trabajar y demás, es el eje que tiene que hacer
mas fuerza, por eso puse un motor con su sistema de trasmisión de cada lado.
Para terminar con el eje X vemos como reforcé la plataforma móvil del eje X con perfiles e aluminio
en H de 20 x 10 mm, estos ademas de darle un refuerza a la bajes sirven para sujetar las piezas a
trabajar.
Luego de tener toda la estructura armada, note que no era lo suficiente mente rígida, la base
flexionaba hacinado que los laterales que soportan al eje Y flexionaran hacia delante y atrás.
La solución fue colocar un especie de taba de chapa de aluminio de 2mm, de esta manera se forma una caja cerrada, esta estructura es mucho mas rígida.
Estructura de la Versión 1.0 terminada
Se puede observar además de los 3 ejes terminados, el soporte para el tornito de mano, hecho también con perfiles de aluminio, el sistema de sujeción de las piezas y la chapa entera que se puso entre los dos laterales del eje Y para darle mas rigidez al sistema, con eso evitamos que flexionen hacia los costados.
Electrónica y motores paso a paso utilizados
Los motores que use fueron los EM-257 y EM-258 obtenidos de las impresoras EPSON que
desarme, son motores bipolares, no hay muchos datos de ellos en la web, yo encontré que son de
0.5A los EM-297 y de 0.35A EM-298. La tensión no importa mucho, ya que use drivers con control
de corriente, esa es la mejor manera de usar los motores PAP. En un primer momento use las
mismas fuentes de las impresoras de 42 Volt, pero después una de ellas se me rompió y decidí
armar una fuente convencional con un trafo, un puente de diodos y un capacitor, el trafo lo bobine
para obtener 40V rectificados en continua. En cuanto a la electrónica de control de los motores,
tenemos por un lado los drivers, y por el otro la interfaz para el puerto paralelo, a mi me gusta
hacerlo modular, o sea cada driver por separado y la interfaz que comunica la PC con los drivers.
Como se ve en la foto, use dos tipos de drivers, dos 16f84a-LB1845 (eje Z e Y) y un L297-L298
para el eje X, ya que tenia que controlar dos motores en paralelo, también se puede poner un
driver por cada motor y poner en paralelo los drivers, pero para estos motores chicos, de poco
consumo es mas fácil pone en paralelo los motores.
Otra foto con mas detalle de la Interfaz y el driver bipolar 16f844-LB1845. Este driver esta formado por un PIC16f84a y el integrado LB1845 obtenido de las impresoras EPSON 400 que desarme, es un puente H con control de corriente integrado, con lo cual es muy simple hacer un buen driver.
En las siguientes fotos se puede ver como "acomode" todas las placas y el transformador de la
fuente en la maquina. Decidí montar toda la electrónica en ese lugar ya que el eje Y esta fijo, con lo
cual no le agrego carga a ninguna parte móvil, y ademas las placas quedan cerca de todos los
motores.
Para terminar con la versión 1.0 un par de fotos de cómo había quedado ya todo montado:
En ese momento la maquina funcionaba muy bien, eso podrán verlo en el el primer video, (Prueba
sobre Papel) de la sección Videos. Lo bueno que tenia era la velocidad de desplazamiento, por la
poca cantidad de pasos por mm de desplazamiento producto de la trasmisión utilizada. Pero esa
velocidad conlleva a una poca fuerza en los movimientos, funcionaba bien para hacer dibujos en
papel como en el video, y algunos grabados en materiales blandos. Por supuesto que para la
perforación de PCB`s funcionaba de 10, pero una vez logrado eso ya quería fresar los PCB y ahí
comenzaba la perdida de pasos.
Eso fue lo que me llevo a hacerle algunas modificaciones, y luego de haber obtenido los primeros
resultados valía la pena invertir en unos motores paso a paso de más potencia. Así fue que compre
unos motores Sanyo de 1A 5.1V de 200 pasos (obviamente usados, jeje, para continuar con la idea
del reciclaje y el costo bajo)
Luego de obtener los motores surgió un nuevo problema, si el sistema de trasmisión soportaría
estos motores, y llegue a la conclusión de que no, no por nada se usan esas correas para mover el
carro de un impresora y yo estaba pretendiendo mover el carro de un ruter que esta cortando una
pieza y eso le imprime mucha fuerza, además de que no soportarían los engranajes plásticos de la
reducción en el eje X. Es por eso que decidí hacer un gran cambio, use en todos los ejes el clásico
sistema de trasmisión de varilla roscada, es un sistema muy económico y la verdad que funciona
de 10, obviamente no estamos hablando de maquinas industriales, todo aplicado al hooby. El
problema que tienen es que no obtenemos mucha velocidad por ser chico el paso de la rosca.
Versión 2.0
El eje Z no sufrió ninguna modificación, simplemente adapte un nuevo soporte en aluminio el motor.
En cambio el eje Y si cambio bastante, saque todo el sistema de correas y coloque una varilla
roscada de 8mm de diámetro, ya que para sujetarla utilice rodamientos de 8mm de diámetro
interior. Estos rodamientos son de los motores de las viejas disqueteras de 5 1/4, utilice los
rodamientos junto con el mismo soporte de dichos rodamientos (foto de la izquierda) En el lado
contrario a donde esta el soporte con los rulemanes utilice un buje de plástico, simplemente para
mantener el centro de la varilla, ya que todo el esfuerzo lo aguantan los rodamientos en el otro
extremo.
En la foto de la derecha vemos como sujete la tuerca al carro del eje Y, este sistema también
aplique a la parte móvil del eje Z, solo que no me quedo ninguna foto de eso. No utilice las tuercas
normales, sino la tuercas llamadas niples, que son mas largas, en teoría tienen que durar mas por
eso utilice estas, además de ser mas fáciles de sujetar.
Soporte para el motor del eje Y, esta realizado con varillas roscadas, y para el acople del motor con la varilla roscada utilice el clásico sistema de la manguera y las abrazaderas metálicas.
El en el eje X también use una varilla roscada de 8mm con el mismo soporte de las disqueteras de
5 1/4 y la tuerca esta sujeta a la parte móvil de manera similar al eje Y.
Como se ve en la foto para acoplar el eje del motor a la varilla roscada no utilice la manguera y las
abrazaderas, ya que eso requiere que el eje del motor esteen la misma línea que la varilla, pero
como este motor es bastante ancho, al desplazarse la parte móvil del eje X hacia atrás chocaba
contra el motor teniendo menos recorrido. Por eso utilice una correa dentada con una relación 1:1 y
el motor esta ubicado al costado pero 10 mm desplazado hacia abajo, de esa manera la parte
móvil del eje X pasa por enzima del motor teniendo todo el recorrido en dicho eje.
Otra foto con mas detalle de cómo quedo montado el motor del eje Z, Y no puede faltar el toque argentino, amarrando el Dremel con alambre jejeje.
Al cambiar los motores por estos de mas potencia, consumen mas corriente, por ende los drivers
16f84a-LB1845 no eran suficiente mente potentes como para controlar dichos motores. Estos
motores sanyo son de 6 cables, puedo usarlos como Unipolares, o bipolares dejando libres lo dos
puntos medios de las bobinas.
Primero me decidí por hacer una controladora unipolar basada en un pic 16f628 y 4 mosfet por cada motor, utilice un diseńo del amigo Carlos Posada (Chaly29). Estos drivers no cuentan con control de corriente, por ende hay que utilizar la tensión e los motores, por eso es que utilice una fuente de PC AT para alimentar todo.
Estos drivers funcionaron muy bien, el único problema es que no podía obtener mas de 250 RPM,
y al tener una varilla de tan poco paso la maquina quedaba muy lenta. Esto es porque no utilizan
control de corriente, un driver con control de corriente en si lo que hace es utilizar mucha mas
tensión de la nominal del motor, entre 10 y 20 veces dicha tensión, entonces al energizar una
bobina aplica todo ese potencial hasta que la corriente alcanza el valor seteado en el driver, (o sea
la corriente del motor) para luego hacer un choping o control por PWM manteniendo la corriente en
ese valor, o sea que de manera permanente no aplica todo el potencial de la fuente, pero al hacer
eso en el momento de energizar cada bobina o cambiar la polaridad en el caso de las
controladoras bipolares, la corriente crece mas rápido, y como el torque es proporcional a la
corriente circulante por las bobinas, el torque "aparece" mas rápido, de panera que se tarda menos
en hacer un paso, al tardar menos tiempo en hacerse cada paso se pueden hacer mas pasos por
minito aumentando las RPM. Es por eso que luego decidí poner drivers bipolares con control de
corriente y utilizar una fuente de 37v llegando a las 450 RPM trabajando fácilmente.
La maquina con los drivers unipolares antes de desarmarla toda para pintarla y ponerle los drivers bipolares con control de corriente. Al desarmarla también cambie el gabinete donde esta montada toda la electrónica, ya que era muy chico y no podía acomodar bien los nuevos drivers junto con la fuente.
Después del desarmado el antes y el después de la Pintura:
En la siguiente foto podemos ver ya montados los 3 drivers formados por el par L297-L298, la
interfaz, y la fuente. Como se puede observar la interfaz cuanta con los reguladores para
suministrar la tensión para la lógica a los drivers, la bornera para la conexión de los finales de
carrera (no conectados en la foto) y el rele para comandar el encendido del Dremel desde la PC
Por ultimo tenemos unas fotos de la versión 2.1 por llamarla de alguna manera, con motores de 1A
5.1V drivers bipolares de 2A con control de corriente, formados por el par L297-L298, fuente de 3A
40V y trasmisión por varilla roscada en los 3 Ejes. Con esta configuración tengo una velocidad de
trabajo de 550 mm por minuto.
Router CNC Profesional:
Después de la experiencia en la construcción de la primer CNC funcional, el Mini Router CNC,
donde la meta del proyecto era la construcción de una maquina CNC (control Numérico
Computarizado) de reducidas dimensiones y sobre todo económica valiéndome del reciclado de
varios elementos de impresoras y escaners, surgió la idea de construir una nueva maquina, pero
ya con una mayor calidad Constructiva, para obtener una maquina que se podría decir de nivel
Profesional o Industrial. El fin una maquina que se pueda utilizar en producción, si bien van a notar
que se usaron elementos de buena calidad y precisión, como ser guías rectificadas con
rodamientos lineales, una buena estructura totalmente rígida y tornillos de rosca trapezoidal, ahí no
termina la cosa, bien se podría haber utilizado otro tipo de guías con apoyo para evitar pandeos,
tornillos de bolas recirculantes en la trasmisión que nos den una durabilidad mayor y sobre todo
una mejor precisión, pero eso ya era hilar muy fino y se iba del presupuesto para el cual la maquina
esta Planteada.
El diseńo empezó planteando los materiales a trabajar y el tamańo del área de trabajo, es una
maquina pensada para materiales blandos, como ser madera, aglomerados acrílico, plásticos,
polifan, por supuesto entraría la parte del prototipeado de PCB (ruteado y perforado) y con un área
de trabajo del orden de los 700 x 450 mm con un recorrido en el eje Z de unos 100mm, estas son
las medidas de los recorridos, las guías tienen un algo mayor según el ancho de cada carro en
dicho eje. También la idea seria el grabado en metales blandos como ser Aluminio cobre o
bronces, no siendo la finalidad primordial el mecanizado de metales, para esto abría que replantear
de entrada el tipo de guías a utilizar, sobre todo en estas dimensiones, para no tener pandeos en
las guías o vibraciones al trabajar materiales Duros. De todas maneras mas adelante van a ver
pruebas realizadas en Aluminio con resultaros muy buenos.
En base a esto surgió el siguiente diseńo:
Algunos Renders de cómo debería quedar la maquina:
Para las Guías se utilizaron casquillos de bolas recirculantes sobre barras de acero rectificadas,
Las medidas de las mismas son las siguientes:
Eje X: Barra ⌀ 20mm de 900mm
Eje Y: Barra ⌀ 16mm de 600mm
Eje Z: Barra ⌀ 16mm de 200mm
En las Siguientes imágenes podrán observar las guías, los rodamientos lineales a bolas y los
soportes de los rodamientos que mande a tornear en Aluminio de 50 x 50 50mm:
Para la trasmisión se opto por tornillos de rosca trapezoidal de 3/4 de pulgada de diámetro y 1/4 de
paso, que serian unos 19mm de diámetro y paso 6.35mm. La idea era utilizar un tornillo de buen
paso para obtener altas velocidades, lo ideal seria usar un tornillo de bolas recirculantes, pero
estaba fuera del presupuesto, esto de dejo para un futuro, ya que la actualización es muy simple.
En Este punto vale la pena aclarar algo que comúnmente en este tipo de maquinas Made in Home
no se tiene en cuenta y es muy importante. El tornillo que mueve el carro de cada eje al girar
convierte el movimiento radial del motor en uno lineal, por ende en el tornillo aparecen cargas
axiales, o sea fuerzas hacia los costados en sentido contrario al que se mueve el Carro del eje en
cuestión. Es importante contar con un sistema capas de absorber esos esfuerzos sin juego y
permitiendo girar libremente al Tornillo.
Comúnmente se usan rulemanes radiales comunes, pero los estos no están diseńados para
aguantar cargas axiales, y con el tiempo pude que se dańen o simplemente tengan juego
desvirtuando así la precisión de la maquina. Lo ideal ahí es usar rodamiento para cargas axiales, lo
mas común seria usar las clásicas grapodinas, puramente para cargas axiales, sino algo mejor,
que fue por lo que yo opte, rodamientos de carga angular, este tipo de rodamiento aguantas cargas
en un sentido por ende es necesario poner dos enfrentados, donde cada uno soporta las cargas en
un sentido. A continuación tenemos un esquema de la implementación de este sistema con
rodamientos de contacto angular 7200:
Como se puede ver, el "Paquete" formado por los dos rodamientos de contacto angular va en un
extremo del tornillo, esta es una de las posibles configuraciones, bien se podría pone runo en cada
extremo, pero es mucho mas complicado de calibrar. Los rodamientos se encuentran enfrentados y
van dentro de un soporte de aluminio que en el centro tiene un diámetro menor donde se apoyan
los mismos, el tornillo esta torneado en ese extremo a 10mm que es el diámetro interno de los
rodamientos, y roscado en la parte final para poder apretar mediante una tuerca este "paquete".
Luego el soporte se atornilla al lateral de la maquina.
En el Extremo opuesto tenemos oto rodamientos, es un rodamiento radial de los mas comunes, un
6200, solo se va a limitar a hacer de guía para el tornillo y aguantar las cargas justamente radiales
que le va a oprimir la trasmisión por correa al motor Paso a Paso. En este lado el tornillo también
esta torneado a 10mm para encastrar en el rodamiento y luego a 8mm que es donde se montara la
polea dentada, fíjense que el tornillo no hace tope sobre este rodamiento sino que la parte del
torneado de 10mm comienza unos 2mm antes, de esta manera no hace falta una media tan
estricta en el largo de los torneados ya demás esa luz absorbe cualquier dilatación que pueda tener
el tornillo, recordemos que la sujeción axial esta en el otro extremo.
Los laterales del puente están hechos en acero de 8mm de espesor, en la parte inferior tiene un
ancho de 200 mm que es la separación que se le dio a los rodamientos lineales para el eje X y de
alto tienen unos 400 mm. Las guías del Eje X por donde corre el puente están sujeta por dos
plegados en chapa de 4.75mm de espesor en forma de L que a su vez hace de apoyo para la
maquina y también sujetan los perfiles de aluminio que conforman la mesa. Por de bajo del puente
va un perfil en forma de u también hecho con un plegado de chapa, en este caso en chapa de
3mm, sobre este perfil ira montada la tuerca que mueve todo el puente. La mesa esta formada por
6 perfiles BOSCH REXROTH, de 40 x 80mm y uno central de 40 x 40, opte por esto ya que son
muy rígidos y fue crucial para la rigidez de toda la maquina, además tienen un sistema de encastre
para sujetar piezas muy bueno, que resulta muy cómodo la mesa de trabajo. Para sujetar los
Perfiles a los plegados en L de los extremos se rosco sobre las perforaciones internas que tienen
con un macho M12. De amanera similar están sujetas las barras de las guías a este mismo perfil y
sobre los laterales
El Eje Z esta construido íntegramente en aluminio, de 12mm para las partes donde se sujetan los
soportes de los rodamientos lineales y 10mm las tapas que sujetan las barras, los soportes de los
motores de los 3 ejes también están hechos en aluminio de 10mm y todas estas piezas han sido
mecanizadas por CNC. Cabe mencionar el trabajo de roscado, toda la maquina esta armada sin
ninguna tuerca, todo va roscado, y se utilizado en su mayoría tornillos Allem de 6mm salvo para
sujetar los perfiles de aluminio de la mesa que por el diámetro del agujero la rosca a realizar fue de
12mm y en los soporte de los rodamientos de los tornillos que su uso tornillos Allem de 4mm.
Como ya adelante, la trasmisión entre los motores y los tornillos esta hecha por correas y poleas
dentadas. Esto surgió por varios motivos, el primero es que es un excelente acople, nunca es
recomendable un acople mecánico totalmente rígido, si se puede poner directo al tronillo pero
siempre es aconsejable usar un acople flexible para evitar el deterioro de los rodamientos y
perdidas de fuerza si no queda exactamente alineado, permite jugar con las reducciones
cambiando las poleas, y por último ofrece la posibilidad de colocar el motor hacia el costado con lo
cual queda mas compacta la maquina, sino con el motor a continuación del tornillo mas el largo del
acople nos roba unos cuantos centímetros de espacio. Se utilizaron correas de paso T5 de 10mm
de ancho montando una reducción de 1:1.2 para tener un paso que ronde los 5mm por vuelta de
motor, exactamente se tienen 5.291mm, se podría haber usado una reducción 1:1 sin problemas,
recordemos que esto es totalmente configurable en el programa de CNC.
Los Motores utilizados son de 60mm de brida, de 3.1Nm de torque en configuración bipolar
paralela que consume unos 2.8a.
A continuación se puede ver el detalle de la sujeción de la tuerca de los ejes X e Y y el detalle del
interruptor de final de carrera del eje Y:
Ya terminando con el armado podemos observar en detalle la Mesa de trabajo armada y las patas
con ruedas que se le agregaron para poder manipular la maquina con comodidad ya que a esta
altura ya supero fácilmente los 60 kilos.
Por ultimo en lo que hace a la estructura de la Máquina se coloco una chapa de aluminio de 3mm
en la parte trasera del puente uniendo los dos laterales, esto es para rigidizar mas el puente ya que
actúa como escuadra entre ambos laterales manteniéndolos siempre paralelos. Y como se ve en
las fotos se a montado las cadenas porta cables y todos los cables de los motores, finales de
carrera y alimentación del husillo. Dejando por delante solo la instalación del Husillo, prueba de la
maquina y desarme posterior para pintar las partes de acero y terminar con el ensamble final.
En cuanto a la electrónica de control se utilizo el Sistema CNC de 3 ejes con drivers bipolares de
5A, y para el usillo se opto por una fresadora manual Marca Makita modelo 3709 de 530W 30.000
RPM la cual se le quito el soporte original y se monto directamente sobre el carro del eje Z.
Interfaz CNC v 1.4
Si buscamos por la Web encontraremos muchas opciones para armar un sistema de drivers CNC,
en mi caso me gusta el formato modular, donde tenemos por un lado los drivers, que controlan los
motores según las seńales que recibe desde la PC, y la interfaz, que en realidad no hace mas que
comunicar la PC con los drivers, hay quienes arman todo en una sola placa, incluso omitiendo la
Interfaz sin problemas, es una cuestión de gustos y practicidad.
En este caso entonces tendremos por un lado la interfaz y por el otro los drivers, siendo el
verdadero objetivo de la interfaz aislar el puerto paralelo de la PC de los drivers, en este caso
usando compuertas de tipo buffers (74HC244), seguramente muchos dirán que seria mejor hacerlo
con optoacopladores, puede que así sea, pero la disponibilidad de optos de rápida respuesta acá
en arg no es muy buena, o son muy caros, además teniendo mínimos cuidados utilizando los
buffers es mas suficiente, y estos son muy rápidos.
A continuación podremos ver unas imagenes de la interfaz:
Click en la imagen para ampliar
Como se puede observar la Interfaz cuenta con 4 conectores para drivers, pudiendo manejar
entonces hasta 4 ejes, borneras para las 5 entradas del puerto paralelo donde se conectan los
finales de carrera parada de emergencia y demás, 3 reles para el encendido del husillo, bomba de
agua y aspiradora por ejemplo, conector para expansión que veremos para que es mas adelante y
los reguladores de tensión, ya que a los drivers hay que alimentarlos con 5Vdc.
Esquema Interfaz CNC v1.2
Conector de los drivers:Para el conector de los drivers se utilizo una ficha IDC10H, estas fichas permiten conectarse solo de una forma y los cables son muy fáciles de armar, simplemente se mota el cable mano, en este caso de 10 conductores, se inserta la ficha (hembra) y se presiona quedando conectad al cable. Como se puede ver en la imagen, tenemos la alimentación de 5V, masa, y las seńales de control Clock, Enable, Dirección y Half/Full (paso - medio paso).
Los programas de CNC que trabajan por el puerto paralelo como ser el Mach, Kcam, TurboCNC
entre otros controlan cada eje principalmente con dos seńales Paso o Clock y Dirección, también
es posible controlar el enable desde la PC, pero después veremos porque prefiero controlarlo por
Hardware. Estas seńales, llegan a la interfaz a través del puerto paralelo, y luego de aislarlas por
medio de los buffers las lleva a los drivers.
La manera de que controlan los drivers es muy simple y es la siguiente:
Cada drive de manera independiente al recibir un pulso (puede actuar por flanco ascendente o
descendente) mueve el motor un paso (o medio paso según la configuración) según la dirección
que le indica la seńal de dirección, por ejemplo en sentido horario si esta en 1 lógico y anti horario
si esta en cero. Recordemos que el estado de 1 lógico corresponde a +5V. El enable lo que hace
es habilitar o deshabilitar el driver, de manera que et mismo estando deshabilitado desenergiza las
bobinas del motor, y con el pin Half/Full se le indica al driver si debe trabajar en modo paso entero
o medio paso.
Enable por Hardware:
Como ya mencione, el control del enable, o habilitación de los drivers se hace en la interfaz
utilizando un PIC 12F629. Si bien la mayoría de los soft para cnc mencionados incorporan el
control del enable, demanda el uso de 4 pines del puerto para dicho fin, o uno solo en caso de
poder conf para un unico enable, pero con un pic se puede hacer eso y de manera muy económica.
La forma de trabajar es muy simple, cuando no hay actividad de paso en ningún eje en 10 o 30 seg
según se halla seteado, se apagan los drivers, luego al detectar un paso en cualquier eje
inmediatamente se activan todos los enables. Esto es muy útil, ya que los motores paso a paso
cuando están parados y energizados es cuando más consumen y más calientan.
A continuación coloco el programa en asembler para quienes le interese modificarlo o simplemente
entender el funcionamiento, cabe mencionar que para detectar los paso se están utilizando
interrupciones, con lo cual la respuesta ante un paso es muy rápida, de unos 3 uSeg.
____________________________________________________________________________-
*********************
;Enable por Hardware PIC 12F629
;ESTECA55 www.esteca55.com.ar
; Fuses:
; OSC: Int OSC I/O WDTE: off
; MCRLE: off PWRTE: on
; BOREN: off
;
;*****************************************************************************************************
#include "p12f629.inc"
CBLOCK0x20 ;Bloque de registros generales, a aprtir de las dir 0x20
PDel0
PDel1
PDel2
ENDC
org 0x00 ;Pos 0x00 de programa, donde comiena el pic, luedo de un reset.
goto INICIO
org 0x04 ;reset por cambio de estado en los pines
bsf GPIO,4 ;POngo en 1 la salida que avilita los drivers
nop
bsf GPIO,4
bcf INTCON,GPIF ;borro el frag de la interrupcion
goto MAIN
retfie
ENABLE_10_seg
call PDelay
bcf GPIO,4
goto bucle
ENABLE_30_seg
call PDelay
call PDelay
call PDelay
bcf GPIO,4
bucle
nop
goto bucle
;-------------------------------------------------------------
; Delay de 10 segundos
PDelay movlw .43 ; 1 set number of repetitions (C)
movwf PDel0 ; 1 |
PLoop0 movlw .226 ; 1 set number of repetitions (B)
movwf PDel1 ; 1 |
PLoop1 movlw .205 ; 1 set number of repetitions (A)
movwf PDel2 ; 1 |
PLoop2 clrwdt ; 1 clear watchdog
clrwdt ; 1 cycle delay
decfsz PDel2, 1 ; 1 + (1) is the time over? (A)
goto PLoop2 ; 2 no, loop
decfsz PDel1, 1 ; 1 + (1) is the time over? (B)
goto PLoop1 ; 2 no, loop
decfsz PDel0, 1 ; 1 + (1) is the time over? (C)
goto PLoop0 ; 2 no, loop
clrwdt ; 1 cycle delay
return ; 2+2 Done
;-------------------------------------------------------------
INICIO
bsf STATUS,RP0 ;voy al banco 1
;Conf de rgistros
movlw b'00101111'
movwf TRISIO
movlw b'10000010'
movwf OPTION_REG
movlw b'00000000'
movwf PIE1
movlw b'00101111'
movwf IOC
bcf STATUS,RP0 ;VOY AL BANCO 0
movlw 0x07
movwf CMCON ; digital IO
movlw b'01001000'
movwf INTCON
movlw b'00010000'
movwf GPIO
MAIN
bcf STATUS,RP0
bsf INTCON,GIE ; habilito las interrupciones
btfsc GPIO,5
goto ENABLE_10_seg
goto ENABLE_30_seg
end
Mas abajo podrán descargar el proyecto entero que incluye dos hex ya compilados, uno para un
tiempo de 10 o 30 seg y otro para 30seg o 1.5 min. En esta imagen se aprecia la configuración de
los fuses del 12F629 en el WinPic800.
Conector de expansión y reles:
Como se ve en la imagen y en el esquema puestos anteriormente, en a interfaz tenemos 3 reles
con sus respectivas borneras de conexión de Normal Abierto y Normal Cerrado la malla RC es
para evitar las chispas en los contactos de los reles para alargar la vida util. Estos reles se puede
utilizar por ejemplo para comandar el Husillo, bomba de agua y aspiradora, si solo se desea utilizar
uno de ellos se puede montar con un solo rele como se ve en las imágenes de mas abajo.
Entre los buffers y los transistores que accionan los rele tenemos un conector de expansión,
también del tipo IDC e 10 conductores, que si no se utiliza se lo debe puentear con jumpers en
caso de estar colocado o directamente con puentes si no se pone de la siguiente manera:
Este conector esta revisto para en un futuro conectar un modulo para el control de RPM del husillo
desde le soft de fresado que tengo en desarrollo, de esa manera se tiene acceso a 3 salidas del
puerto para el control del mismo, y además también podrá controlar los reles este dispositivo ya
que tiene acceso también a los transistores que controlan los reles.
Configuración de Jumpers:
En la placa nos encontraremos con 5 jumpers de configuración, 4 de los cuales son para el setear
el modo de trabajo de los drivers en paso entero o medio paso, donde Half es paso entero y Full
medio paso, estos jumpers se encuentra al costado del conector de cada eje. El quinto jumpers es
para setear el tiempo de inactividad de pasos para que el Pic espera antes de apagar los drivers,
como dice la serigrafía de componentes de la placa, estando cerrado el jumper es de 30 seh y
abierto de 10 seg, o 1.5M / 30 seg si utilizan el otro firmware para el Pic.
Entradas:
El puerto paralelo Tiene 5 bit´s que son entradas, las cuales tenemos disponibles en la interfaz,
vemos que tenemos 6 borneras, esto es porque son las 5 entradas mas un común, y para accionar
cada entrada lo que se hace es puentear entre el común y la entrada en cuestión. En la serigrafía
de componentes esta descripto que pin del puerto corresponde a cada conector, como así también
que pin acciona cada rele.
En los puertos paralelos de las PC mas modernas, es posible configurar el bus de datos (pin 2 al 9)
como entradas, ampliando así el numero, pero ahora no es factible ya que esos pines se utilizan
para el control de los drivers, esto se puede aplicar si se cuenta con dos puertos paralelos en una
PC, pudiendo entonces hacer mas cómodo el conexionado de las entradas, o incluso conectar
sistemas de encoders por ejemplo con el mach.
Tener solo 5 entradas es una complicación, no nos permite poner un final de carrera independiente
por cada eje y demás, a esto debemos sumarle la parad de Emergencia, que es muy importante y
útil, incluso en el Mach es obligatoria, no se pude dejar sin configurar.
Ante esto yo utilizo la siguiente configuración para las entradas en una maquina de 3 ejes:
Se puede ver que una entrada se dedica a la parada de emergencia, tres a los finales de carrera
agrupados por eje, en realidad lo importante es que la maquina se detenga para evitar dańos, no
debería llegar ahí si tenemos bien configuración los limites de la maquina, y por ultimo nla entrada
que queda se ponen los tres interruptores de Home en paralelo. El home es la posición donde las
coordenadas se van a hacer cero cuando mandemos a posicionar la maquina justamente al "
Home", en ese punto las coordenadas virtuales del sistema se ponen a cero, y es posible conectar
los 3 en paralelo, ya que el mach por ejemplo, previendo esto, cuando uno manda la maquina a
posicionarse al home, mueve de a un eje, y al encontrar el cero retrocede liberando el pulsador
para continuar con el siguiente eje. En una maquina de mas ejes, no nos queda otra que poner los
limites de varios ejes todos en paralelo.
Configuración :
Fotos:
Click en la imagen para ampliar.
NOTA: Las fotos son de una versión anterior, por eso se ve un diodo y una resistencia en la zona
del pic que no están en los esquemas anteriores.
Driver Bipolar 16f84a-LB1845
Este es uno de los primeros drivers que arme, esta formado por el integrado LB1845 y un PIC
16f84a. El LB1845 se encuentra en muchas de las impresoras Epson, yo lo saque de las Stylus
400 que desarme para armar la maquina, y lo utilice para controlar los motores EM-257 y EM-258
de dichas impresoras.
El LB1845 no es más que un puente H de 1.5A 45V que tiene integrado el control de corriente, con
lo cual junto con un PIC para controlarlo se puede armar un muy buen driver.
Circuito del driver:
Click para ampliar
Valores de componentes indicados e la oja de datos, para Re que es la resistencia shunt utilizada para medir la corriente se reemplazo por dos en paralelo de 1.5 ohm, también se puede utilizar las que están en las placas de las impresoras junto al LB1845 que son de 0.82, en este caso iría una sola en lugar de cada paralelo.
Como se ve el circuito no es mas que lo que dice la hoja de datos del LB1845, el pic solamente
comanda el miso a trabes de 7 bit´s según las seńales provenientes de la interfaz. Estas seńales
provenientes de la interfaz son 3, Dirección, Paso y Enable, la distribución de las seńales del
conector IDC10M es siempre la misma, podrán observar esto en el proyecto de la Interfaz CNC,
con lo cual se puede intercambiar sin problema este drivers con cualquiera de los que e
desarrollado.
La manera que se controlan los drivers con estas 3 seńale s es la siguiente:
Mientras el Enable este activo el driver trabaja normalmente, cuando no lo esta se debe apagar el
driver, para que el driver sea compatible con los drivers que utilizan el integrado L297 el enable es
activo por bajo, ya que en dicho integrado el enable esta negado.
Si el enable esta activo (en cero por ser activo por bajo) y llega al driver un pulso en el pin de Paso
o Step lo que hace el driver es hacer un paso según, y lo hace en sentido horario o antihorario
según el estado del bit dirección.
Si miramos la hoja de datos del LB1845 veremos la tabla con las seńales de control del LB1845,
por ejemplo para hacer 1/2 pasos tenemos la siguiente tabla:
El pic simplemente lo que hace es ir colocando esos estados que indica la tabla, por ejemplo si
empezamos de la primer línea que seria el paso 1, cuando recibe un pulso en el pin de Step coloca
las seńales de la segunda fila, al recibir otro pulso la siguiente, y cuando tiene que cambiar de
sentido de giro, comienza a recorrerla hacia arriba, al ligar a la primera posición se sigue por la
ultima, de manera similar si llegamos a la ultima recorriéndola de arriba hacia abajo se sigue
nuevamente con la primera. Para esta configuración de 1/2 paso y utilizando los motores de las
epson que son de 200 pasos para hacer girar el motor una vuelta entera debemos recorrer la tabla
unas 50 veces, ya que por cada decorrido de la tabla se realizan 8 medios pasos y los motores por
vuelta tienen 400 medios pasos.
Control de Corriente:
Como ya comente el LB1845 tiene integrado el control de corriente, esto significa que se encarga
de generar el PWM. Este control de corriente se maneja mediante la tensión de referencia, Vref1
para una bobina y Vref2 para la otra bobina, como en un motor PAP las dos bobinas son iguales,
este control lo hacemos junto, por eso ambos pines (Vref1 y Vref2) del LB1845 están unidos y el
voltaje de referencia lo genero con un preset de 10K. La ecuación para calcular la Vref según el
motor que queremos controlar es la siguiente:
Vref = Re * I mot
(tensión de referencia = R de cesado x Corriente de motor)
Esta tensión se regula con el preset que se encuentra en el driver, y debemos medirla con un
tester, en los pines de Vref del integrado o sobre la pista que va al pin centran del preset, debe
estar energizado el driver (+5V), no siendo necesario que este presente la tensión de alimentación
de los motores.
I mot es la corriente del motor que pretendemos controlar y Re es la resistencia shunt del driver, el
puente h del integrado se conecta a masa a trabes de dicha resistencia, por ende cuando energiza
la bobina del motor por dicha resistencia circula la misma corriente que por la bobina, se aprovecha
la caída de tensión de dicha resistencia para medir la corriente (I = V/R) y de esta forma controlar
el PWM en base a la tensión de referencia, en si varia el PWM para mantener igual la Vref igual al
valor de tensión que cae en Re. Recordar que para Re la hoja de datos recomienda un valor de
0.82 ohm, pero como no es un valor fácil de conseguir se pueden poner dos resistencias de 1.5
ohm em paralelo obteniendo asi 0.75 ohm que se acerca bastante a los 0.82, estas dos
resistencias deben ser de 1/2 W, recordemos que por ellas circula toda la corriente de los drivers.
También existen una entradas digitales en el LB1845 para el control de corriente, son dos por cad
bobina, con lo cual podemos obtener 4 estados de corriente por bonina, cero 1/3 2/3 el total. Pero
este control es sobre el seteado mediante la tensión de referencia, no quiere decir que se puede
prescindir de utilizar la Vref. Por ejemplo si regulamos la Vref para tener una corriente de 600 mA,
podremos tener 0, 200, 400 o 600mA. Esto se usa para hacer 1/2 pasos y micro pasos, este
integrado tiene la posibilidad de hacer hasta 1/4 de paso, o sea que un motor de 200 pasos ahora
pasaría a tener 800, modificando levemente el código se puede hacer eso.
El control de corriente entonces nos permite usar una tensión mayor de alimentación en los
motores, hasta 45V que es lo que soporta este integrado, en mi caso use la misma tensión que en
las impresoras 42V, no confundir la alimentación de motor que se conecta en al bornera, con la
alimentación de la lógica, que esta debe y no tiene que superar los 5V y llega a trabes de la interfaz
por el conector ICD10 junto con las seńales de control. Para entender más porque se utilizan
tensiones elevadas de alimentación para los motores paso a paso pueden ver el siguiente artículo:
Control de corriente en un PAP y Tensión de alimentación.
Unas fotos de la placa armada.
Programa:
El programa del 16f84a esta hecho en asembler y compilado con el MPLAB IDE de microchip.
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<title>ESTECA55.com.ar : Driver: 16f84a-LB1845</title><!-- #EndEditable --><meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=UTF-8" /><meta name="description" content="CNC,pcb,Circuitos Impresos,Interfaz CNC,Drivers,drivers,PCB,controladora,PIC,PAP,paso a paso,motores paso a paso, motores, sistema cnc, controladora para motor paso a paso,cnc" /><meta name="keywords" content="esteca,esteca55,cnc,CNC,paso a paso,stepper,driver,controladora,router,fresadora,foam,motor,PIC,microcontroladores,micro,microcontrolador,programador pic,debugger" /><LINK rel="shortcut icon" href="favicon.ico"><link href="style.css" rel="stylesheet" type="text/css" /><!-- #BeginEditable "head" --><!-- #EndEditable --></head><body><div class="main"><div class="header"><div class="block_header"><div class="logo"><a href="index.html"><img src="images/logo.png" width="354" height="123" border="0" alt="logo" /></a></div><div class="search"><FORM method=GET action="http://www.google.com/search"><TABLE bgcolor="#3a3a3a"><tr><td><A HREF="http://www.google.com/"><font size=-1><input type=radio name=sitesearch value="http://www.esteca55.com.ar/" checked /></font></A></td><td><INPUT TYPE=text name=q size=27 maxlength=200 value=""><INPUT type=submit name=btnG VALUE="Buscar"><font size=-1><input type=hidden name=domains value="http://www.esteca55.com.ar/"></font></td></tr></TABLE></FORM>
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controlar los motores EM-257 y EM-258 de dichas impresoras.</font></p><p><font face="Arial, Helvetica, sans-serif">El LB1845 no es más que un puente H de 1.5A 45V que tiene integrado el control de corriente, con lo cual junto con un PIC para controlarlo se puede armar un muy buen driver. </font></p><p><font face="Arial, Helvetica, sans-serif">Circuito del driver: </font></p><p align="center"><font face="Arial, Helvetica, sans-serif"><a href="fotos/16f84a-LB1845 (3).jpg" target="_blank"><img src="fotos/16f84a-LB1845 (3).jpg" width="500" height="374" border="0" alt="Parte movil del eje Z" /></a></font></p><p align="center"> <img src="fotos/16f84a-LB1845%20(4).jpg" border="0" /></p><p align="center"><font face="Arial, Helvetica, sans-serif">Click para ampliar</font></p><table width="100%" border="0"><tr> <td width="160px"> <div align="right"></div><div align="center"><img src="fotos/16f84a-LB1845%20(5).jpg" width="157" height="233" /></div></td><td> <font face="Arial, Helvetica, sans-serif">Valores de componentes indicados e la oja de datos, para Re que es la resistencia shunt utilizada para medir la corriente se reemplazo por dos en paralelo de 1.5 ohm, también se puede utilizar las que están en las placas de las impresoras junto al LB1845 que son de 0.82, en este caso iría una sola en lugar de cada paralelo.</font></td></tr></table><p align="center"> </p><p><font face="Arial, Helvetica, sans-serif">Como se ve el circuito no es mas que lo que dice la hoja de datos del <a href="downloads/LB1845.pdf" target="_blank">LB1845</a>, el pic solamente comanda el miso a trabes de 7 bit´s según las seńales
provenientes de la interfaz. Estas seńales provenientes de la interfaz son 3, Dirección, Paso y Enable, la distribución de las seńales del conector IDC10M es siempre la misma, podrán observar esto en el proyecto de la Interfaz CNC, con lo cual se puede intercambiar sin problema este drivers con cualquiera de los que e desarrollado. </font></p><p> </p><p><font face="Arial, Helvetica, sans-serif">La manera que se controlan los drivers con estas 3 seńale s es la siguiente: </font></p><p><font face="Arial, Helvetica, sans-serif">Mientras el Enable este activo el driver trabaja normalmente, cuando no lo esta se debe apagar el driver, para que el driver sea compatible con los drivers que utilizan el integrado L297 el enable es activo por bajo, ya que en dicho integrado el enable esta negado. </font></p><p><font face="Arial, Helvetica, sans-serif">Si el enable esta activo (en cero por ser activo por bajo) y llega al driver un pulso en el pin de Paso o Step lo que hace el driver es hacer un paso según, y lo hace en sentido horario o antihorario según el estado del bit dirección.</font></p><p><font face="Arial, Helvetica, sans-serif">Si miramos la hoja de datos del <a href="downloads/LB1845.pdf" target="_blank">LB1845</a> veremos la tabla con las seńales de control del LB1845, por ejemplo para hacer 1/2 pasos tenemos la siguiente tabla:</font></p><p align="center"><font face="Arial, Helvetica, sans-serif"><a href="fotos/16f84a-LB1845 (2).jpg" target="_blank"><img src="fotos/16f84a-LB1845 (2).jpg" width="500" height="256" border="0" alt="Parte movil del eje Z" /></a></font></p><p><font face="Arial, Helvetica, sans-serif">El pic simplemente lo que hace es ir colocando esos estados que indica la tabla, por ejemplo si empezamos de la primer línea que seria el paso 1, cuando recibe un pulso en el pin de Step coloca las seńales de la segunda fila, al recibir
otro pulso la siguiente, y cuando tiene que cambiar de sentido de giro, comienza a recorrerla hacia arriba, al ligar a la primera posición se sigue por la ultima, de manera similar si llegamos a la ultima recorriéndola de arriba hacia abajo se sigue nuevamente con la primera. Para esta configuración de 1/2 paso y utilizando los motores de las epson que son de 200 pasos para hacer girar el motor una vuelta entera debemos recorrer la tabla unas 50 veces, ya que por cada decorrido de la tabla se realizan 8 medios pasos y los motores por vuelta tienen 400 medios pasos.</font></p><p align="center"> <script type="text/javascript"><!--google_ad_client = "pub-6548042984591601";google_ad_width = 468;google_ad_height = 60;google_ad_format = "468x60_as";google_ad_type = "text_image";google_ad_channel = "";//--></script><script type="text/javascript"src="http://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.js"></script></p><p><b><font size="+1" color="#FF0000" face="Arial, Helvetica, sans-serif">Control de Corriente:</font></b></p><p><font face="Arial, Helvetica, sans-serif">Como ya comente el LB1845 tiene integrado el control de corriente, esto significa que se encarga de generar el PWM. Este control de corriente se maneja mediante la tensión de referencia, Vref1 para una bobina y Vref2 para la otra bobina, como en un motor PAP las dos bobinas son iguales, este control lo hacemos junto, por eso ambos pines (Vref1 y Vref2) del LB1845 están unidos y el voltaje de referencia lo genero con un preset de 10K. La ecuación
para calcular la Vref según el motor que queremos controlar es la siguiente:</font></p><p><b>Vref = Re * I mot </b></p><p><font face="Arial, Helvetica, sans-serif">(tensión de referencia = R de cesado x Corriente de motor) </font></p><p><font face="Arial, Helvetica, sans-serif">Esta tensión se regula con el preset que se encuentra en el driver, y debemos medirla con un tester, en los pines de Vref del integrado o sobre la pista que va al pin centran del preset, debe estar energizado el driver (+5V), no siendo necesario que este presente la tensión de alimentación de los motores. </font></p><p><b><font face="Arial, Helvetica, sans-serif">I mot</font></b><font face="Arial, Helvetica, sans-serif"> es la corriente del motor que pretendemos controlar y <b>Re</b> es la resistencia shunt del driver, el puente h del integrado se conecta a masa a trabes de dicha resistencia, por ende cuando energiza la bobina del motor por dicha resistencia circula la misma corriente que por la bobina, se aprovecha la caída de tensión de dicha resistencia para medir la corriente (I = V/R) y de esta forma controlar el PWM en base a la tensión de referencia, en si varia el PWM para mantener igual la Vref igual al valor de tensión que cae en <b>Re</b>. Recordar que para <b>Re</b> la hoja de datos recomienda un valor de 0.82 ohm, pero como no es un valor fácil de conseguir se pueden poner dos resistencias de 1.5 ohm em paralelo obteniendo asi 0.75 ohm que se acerca bastante a los 0.82, estas dos resistencias deben ser de 1/2 W, recordemos que por ellas circula toda la corriente de los drivers.</font></p><p><font face="Arial, Helvetica, sans-serif">También existen una entradas digitales en el LB1845 para el control de corriente, son dos por cad bobina, con lo cual podemos obtener 4 estados de corriente por bonina,
cero 1/3 2/3 el total. Pero este control es sobre el seteado mediante la tensión de referencia, no quiere decir que se puede prescindir de utilizar la Vref. Por ejemplo si regulamos la Vref para tener una corriente de 600 mA, podremos tener 0, 200, 400 o 600mA. Esto se usa para hacer 1/2 pasos y micro pasos, este integrado tiene la posibilidad de hacer hasta 1/4 de paso, o sea que un motor de 200 pasos ahora pasaría a tener 800, modificando levemente el código se puede hacer eso.</font></p><p><font face="Arial, Helvetica, sans-serif">El control de corriente entonces nos permite usar una tensión mayor de alimentación en los motores, hasta 45V que es lo que soporta este integrado, en mi caso use la misma tensión que en las impresoras 42V, no confundir la alimentación de motor que se conecta en al bornera, con la alimentación de la lógica, que esta debe y no tiene que superar los 5V y llega a trabes de la interfaz por el conector ICD10 junto con las seńales de control. Para entender más porque se utilizan tensiones elevadas de alimentación para los motores paso a paso pueden ver el siguiente artículo: Control de corriente en un PAP y Tensión de alimentación.</font></p><p> </p><p align="center"><font face="Arial, Helvetica, sans-serif"><a href="fotos/16f84a-LB1845 (0).jpg" target="_blank"><img src="fotos/16f84a-LB1845 (0).jpg" width="250" height="187" border="0" alt="Parte movil del eje Z" /></a><a href="fotos/16f84a-LB1845 (1).jpg" target="_blank"><img src="fotos/16f84a-LB1845 (1).jpg" width="250" height="187" border="0" alt="Parte movil del eje Z" /></a></font></p><p align="center"><font face="Arial, Helvetica, sans-serif">Unas fotos de la placa armada.</font></p><p align="center"> </p><p align="left"><font size="+1" face="Arial, Helvetica, sans-serif"><b><font color="#FF0000">Programa</font></b></font><font color="#FF0000" face="Arial, Helvetica, sans-serif" size="+1"><b>:
</b></font><font color="#FF0000" face="Arial, Helvetica, sans-serif"><b> </b></font></p><p align="left"><font face="Arial, Helvetica, sans-serif">El programa del 16f84a esta hecho en asembler y compilado con el MPLAB IDE de microchip. </font></p><textarea name="AreaDeTexto" class="Conbarras" cols="81" rows="40" readonly="readonly">;********************************************************************************************** ;Controladora Bipolar 16f84a-LB1845 - 1/2 paso;ESTECA55 www.esteca55.com.ar;;Velocidad del Reloj: 4 MHz ;Perro Guardián: deshabilitado Tipo de Reloj : XT ;Protección del código: OFF Reloj Instrucción: 1 MHz = 1 mS;;Para un correcto funcionabiento como no se estan utilizando interrupciones el ancho del pulso ;para realizar un paso dever ser al menos de 5 uSeg, esto es conf en cualqueir prog de CNC;;********************************************************************************************** include "P16F84.INC" ;Definiciones de registros internos RADIX HEX ;Sistema de numeración hexadecimal.TEMP1 EQU 0x0c ;Registros de propósito general. TEMP2 EQU 0x0dPOSSIG_DER EQU 0x0ePOSSIG_IZQ EQU 0x0fSTEP SET 0x00DIR SET 0x01ENABLE SET 0x02PASO_1 SET b'00011000'PASO_2 SET b'00001100'PASO_3 SET b'00000110'PASO_4 SET b'00001101'PASO_5 SET b'00011001'PASO_6 SET b'00101101'PASO_7 SET b'00100110'
PASO_8 SET b'00101100'org 0x00 ;vector de resetgoto INICIO org 0x05;********************************************************************************************** ;PROGRAMA PRINCIPAL. INICIO: bsf STATUS, RP0 movlw b'00011111' ;PORTA como Entradamovwf TRISA clrf TRISB ;Se configura PORTB como SALIDAbcf STATUS, RP0 clrf INTCON ;Se anulan las interrupciones.clrf PORTB ;Pongo en cero el puerto Bclrf POSSIG_DER movlw PASO_3movwf POSSIG_IZQ BUCLE: btfss PORTA, ENABLE ;Testea el enablecall DESACTIVAR btfss PORTA, STEP ;Se mira el estado de STEP, y si;esta en 0 regreso al bucle, y;si esta en 1 me fijo la dir ;para realizar el pasogoto BUCLEbtfss PORTA, DIRgoto IZQUIERDA ;paso a la izquierda goto DERECHA ;paso a la derecha ;********************************************************************************************** DESACTIVAR: bsf PORTB, 0x06 ;desactivo el LB1845 poniendoo :en 1 RB6BUCLE_2: btfss PORTA, ENABLE ;permanece en esta sobrutina goto BUCLE_2 ;mientras el enable este en 0bcf PORTB, 0x06RETURN;********************************************************************************************** : en las sig tablas deduzco el paso siguiente a realizar
; segun los contadores de paso POSSIG_IZQ y POSSIG_IZQIZQUIERDA: movf POSSIG_IZQ, Waddwf PCL, Fgoto PASO1 ;POS 0goto PASO2 ;POS 1goto PASO3 ;POS 2goto PASO4 ;POS 3goto PASO5 ;POS 4goto PASO6 ;POS 5goto PASO7 ;POS 6goto PASO8 ;POS 7DERECHA: movf POSSIG_DER, Waddwf PCL, Fgoto PASO1 ;POS 0goto PASO2 ;POS 1goto PASO3 ;POS 2goto PASO4 ;POS 3goto PASO5 ;POS 4goto PASO6 ;POS 5goto PASO7 ;POS 6goto PASO8 ;POS 7;*********************************************************************************************************PASO1: movlw PASO_1movwf PORTB ;realiso el paso 1 (b'00000001')movlw 0x07 movwf POSSIG_IZQ movlw 0x01 movwf POSSIG_DERgoto BUCLE PASO2: movlw PASO_2movwf PORTB ;realiso el paso 2 (b'00100001')movlw 0x00 movwf POSSIG_IZQ movlw 0x02 movwf POSSIG_DERgoto BUCLE PASO3:
movlw PASO_3movwf PORTB ;realiso el paso 3 movlw 0x01 movwf POSSIG_IZQ movlw 0x03movwf POSSIG_DERgoto BUCLE PASO4: movlw PASO_4movwf PORTB ;realiso el paso 4 movlw 0x02 movwf POSSIG_IZQ movlw 0x04movwf POSSIG_DERgoto BUCLE PASO5: movlw PASO_5movwf PORTB ;realiso el paso 5movlw 0x03 movwf POSSIG_IZQ movlw 0x05 movwf POSSIG_DERgoto BUCLE PASO6: movlw PASO_6movwf PORTB ;realiso el paso 6)movlw 0x04 movwf POSSIG_IZQ movlw 0x06 movwf POSSIG_DERgoto BUCLE PASO7: movlw PASO_7movwf PORTB ;realiso el paso 7 movlw 0x05 movwf POSSIG_IZQ movlw 0x07movwf POSSIG_DERgoto BUCLE PASO8: movlw PASO_8movwf PORTB ;realiso el paso 8
movlw 0x06 movwf POSSIG_IZQ movlw 0x00movwf POSSIG_DERgoto BUCLE END ;*********************************************************************************************************</textarea><p align="left"> </p><p align="left"><font size="+1" color="#FF0000"><b><font face="Arial, Helvetica, sans-serif">Descarga:</font></b></font></p><table width="100%" height="160px" border="0" cellspacing="0" cellpadding="0" bordercolor="#000000"><tr> <td width="100"> <div align="center"><a href="downloads/16f84a-LB1845.rar"><img src="objetos/DOWNDISK.GIF" width="50" height="40" border="0" /></a></div></td><td> <blockquote> <p><font face="Arial, Helvetica, sans-serif">Proyecto completo con el PCB en PDF listo para imprimir y dos hex para el 16f84a, uno para paso simple y el otro para medio paso.</font></p></blockquote></td></tr></table><p align="center"> <script type="text/javascript"><!--google_ad_client = "pub-6548042984591601";google_ad_width = 468;google_ad_height = 60;google_ad_format = "468x60_as";google_ad_type = "text_image";google_ad_channel = "";//--></script><script type="text/javascript"src="http://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.js"></script>
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Driver Bipolar 2 A
Este es un driver Bipolar con control de corriente de hasta 2A. Esta conformado principalmente por
dos integrados, el L297 y el L298. El L298 contiene dos puente H integrados de necesarios para
controlar las dos bobinas de un motor bipolar, el L297 se encarga de controlar dichos puentes H
según las seńales que llegan de la interfaz (paso, dirección enable, etc) además de gestionar el
control de corriente.
Como se puede observar el circuito es muy simple, solo un par de componentes discretos que
acompańan al par L297/8, los únicos detalles a tener en cuenta son las resistencias R7 R8 R9 R10
que deben ser de 1 ohm y 2Watt de potencia, ya que por medios de ellas se mide la corriente que
fluye a través de cada puente para hacer el control de corriente. Obviamente esta de mas decir que
l L298 debe ser montado sobre un disipador adecuado, en las imágenes se puede ver el que utilice
yo, además de eso yo tengo colocados un par de cooulers para ventilación.
Esquema del Driver Bipolar de 2A
Conexionado:
Las conexiones del driver son simples, tenemos 3 conectores, uno para el cable plano de 10 hilos
para comunicar el driver con la interfaz, otro para la fuente con la tensión que s ele va a aplicar a
los motores y por ultimo un conector de 4 contactos donde se conectan las dos bobinas del motor.
Como se puede ver en la imagen, se debe conectar una bobina a los terminales A y la otra a los
terminales B, en lo que hay que tener cuidad es en respetar la polaridad de la fuente para el motor,
ya que si se conecta de manera errónea se puede quemar el L298.
Por ser un driver con control de corriente se pueden usar tensiones mas elevadas que la nominal
de las bobinas del motor, además justamente para esto se utiliza el control de corriente, ya que
usando tensiones mas elevadas mejora muchísimo el rendimientos de los motores paso a paso, en
este caso se puede utilizar una fuente de hasta 42 Vdc
Control de Corriente:
Como se dijo anteriormente este driver cuenta con control de corriente, el L297 es quien se
encarga de esta tarea, por medio de las resistencias shunt (R7 a R10) se censa la corriente y
según la tensión de referencia seteada por el usuario el L297 genera el choping que aplica en los
enables de los puentes H del L298.
Para regular la corriente a la que queremos que trabaje el driver es muy simple, simplemente hay
que calcular la tensión de referencia según la siguiente perfuma:
Vref = 0.5 x Corriente del motor
Luego de eso, debemos regular la Vref según el valor calculado, para ello, con un multimetro
medimos la tensión de referencia y ajustamos el preset (R2) hasta obtener el valor deseado, para
medir dicha tensión con el multimetro debemos medir entre el pin marcado como Vref en la
serigrafía de la placa y GND.
Fotos:
Driver Unipolar 4 A 35V
Este es un Driver Unipolar con control de corriente de hasta 4A 35V, nos permite controlar motores
de 5, 6 u 8 cables en configuración unipolar. Al igual que en el driver bipolar de 2A se utiliza el
integrado L297 que interpreta las seńales provenientes de la Interfaz y controla los Mosfet IRLZ24N
que se han utilizado en la etapa de potencia. Para poder utilizar el control de corriente que integra
el L297 es necesario agregar unas compuertas nand entre las seńales que salen del L297 y los
gates de los mofet, de esta manera la seńal PWM que regula la corriente que provee el L297 a
trabes de las compuertas nand interrumpen las seńales que van a cada mosfet generando asíi el
choping en las bobinas del motor.
Como se puede ver es muy simple de armar, solo hay que tener en cuenta un par de cosas:
Los diodos D1, D2, D3 y D4 no van colocados por la cara de arriba (too) sino por la parte de abajo,
esto lo hice así para que quede mas cómodo.
Los mosfet deben ir montados sobre le disipador con mica aislarte y el aislante del tornillo de
sujeción, sino se pondrán en corto las salidas del driver. Es importante colocar el disipador sino no
podrá trabajar a 4A, puede llegar a obviarse con corriente chicas de trabajo, pero no lo recomiendo.
Esquema del Driver Unipolar 4A
Conexionado:
El Driver cuenta con 3 conectores, uno conector IDC10M donde se conecta el cable plano de 10
hilos que viene de la interfaz (seńale se control y 5V para la lógica del driver), una bornera para
conectar la fuente de los motores, y una bornera de 6 conductores donde se conecta el motor
como se puede ver en la siguiente imagen:
Se pueden Utilizar motores de 6 y de 8 cables como se vio en la imagen, y también se pueden
conectar motores unipolares de 5 cables, en este caso los dos comunes a las bobinas ya están
unidos en el motor y se conecta al driver en uno de los dos terminales comunes del driver, no
importa cual de los dos es.
Es importante respetar la polaridad de la fuente de motor, se puede producir dańos al driver si se
conecta mal, la tensión de motor es la tensión que se aplicara al motor, puede manejar una tensión
de hasta 35Vdc, yo recomiendo utiliza una tensión elevada cercana a este valor ya que este driver
cuenta con control de corriente y utilizando una fuente de estas características mejora muchísimo
el rendimiento.
Control de Corriente:
Como se dijo anteriormente este driver cuenta con control de corriente, el L297 es quien se
encarga de esta tarea, por medio de las resistencias shunt (R1 y R2) se censa la corriente y según
la tensión de referencia seteada por el usuario el L297 genera el choping que aplica sobre los
mosfet a trabes de las compuertas AND, de esta manera la seńal de choping va interrumpiendo las
seńale se excitación de cada mosfet.
Para regular la corriente a la que queremos que trabaje el driver es muy simple, simplemente hay
que calcular la tensión de referencia según la siguiente perfuma:
Vref = 0.1 x Corriente del motor
Luego de eso, debemos regular la Vref según el valor calculado, para ello, con un multimetro
medimos la tensión de referencia y ajustamos el preset (R2) hasta obtener el valor deseado, para
medir dicha tensión con el multimetro debemos medir entre el pin marcado como Vref en la
serigrafía de la placa y GND, es necesario que el driver este energizado con 5V desde la interfaz,
no asi es importante que este conectada la fuente que alimenta los motores.
Fotos:
Fuente DigitalPor valdorre del foro TODOPIC
En ningún laboratorio de electrónica puede faltar una fuente de Alimentación con la cual
alimentemos todos nuestros proyectos y desarrollos, acá tenemos un Fuente variable 0-25V 2,5A
Microcontrolada cortesía de Osvaldo Errecalde. Para mas información pueden pasar por el foro
Todopic y ver el siguiente Tema.
Interfaz Puerto Paralelo SGGTAV v2.2Por sggtav (sggtav @ hotmail.com)
El amigo sggtav del foto TodoPIC a diseńado y construido su propia interfaz y la a enviado para
publicarla. Es una interfaz para el Puerto Paralelo, cuanta con 8 salidas digitales (pines del 2 al 9) 5
entradas (pines 10 al 13 y 15) y 4 salidas tipo rele (pines 1, 14, 16 y 17).
Podría decirse que además de ser una interfaz para CNC es una interfaz genérica para el puerto
paralelo que también puede ser utilizada por ejemplo para algún proyecto en el que se desea
controlar algo desde el puerto paralelo de una PC. Tiene todos los pines disponibles, 4 de ellos
controlan 4 reles, pero el resto de pines como ser el bus de datos (pines 2 al 9) y las 5 entradas
están disponibles para conectarle lo que deseamos controlar o leer utilizando las entradas.
Esquematico
Como se puede observar es muy simple, no tiene ninguna complejidad y es totalmente aplicable a
cualquier driver para CNC. Solo vasta sacar las seńales de la borneras de salidas y conectarlas al
driver, recordar conectar también el común o masa para la referencia de las seńales, luego de eso
solo hay que configurar en el programa de CNC que seńal se controla con cada pin del puerto
paralelo. Siguiendo el ejemplo de configuración del videotutoria del mach, para el driver en X la
seńal de Paso estaría en el PIN 2 y la se Dirección en el PIN3.
Las entradas y la fuente podremos conectarlas del siguiente modo:
Es importante alimentar la interfaz con una fuente regulada de 5V, utilizar una fuente de tensión
mas elevada o conectarla incorrectamente puede causar dańos permanentes.
Click en la imagen para ampliar.
Nota:
Este proyecto a sido actualizado a la versión 2.2, ya que estaba diseńada para usarse con un
cable cruzado, ahora se a corregido eso, el cable a usar para conectar a la PC es un DB25 Macho
- Hembra pin a pin, al igual que en la otra interfaz publicada en la web.
