אלקטרוניקה למכונת CNC

[anatoli]

אחרי שפרסמתי בפורום "יומני פרוייקטים" קצת תמונות ומידע על ה-CNC שבניתי, החלטתי להוסיף גם כמה מילים על האלקטרוניקה שדוחפת את הכל. עם זאת, אני חושב שזה רלוונטי יותר לפורום אלקטרוניקה מאשר ליומני פרוייקטים לכן אני פשוט אוסיף זאת כאן ואקשר לדיון בת'רד השני.

אני לא רוצה לחפור יותר מדיי מסביב (שזה מה שאני נוהג לעשות בדר"כ), אבל אני כן רוצה להוסיף כמה מילים בנושא המעגלים שצריך כיוון שבעבר כבר היו כמה דיונים על מכונות CNC בפורום. באופן כללי מכונת CNC צריכה בקר שייתן את הפקודות (יכול להיות מיקרו-בקר, או כל דבר אחר - אפילו מחשב שלם), הרכיב הזה יהיה אחראי על נתינת פקודת הכיוון והצעד ברגע הנכון ובציר הנכון (הלייטנסי של הבקר מגביל את המהירות). דבר שני שצריך הוא לוח דרייבר שיבצע את המיתוג של זרמי המנוע על פי הפקודות שמתקבלות מהבקר. הלוח הזה יכול להיות מבוסס על IC כלשהו, או על רכיבים דיסקרטיים, והוא זה שיקבע את הרזולוציה שבה אפשר לדחוף את המנוע (microstepping), הזרם המקסימלי שניתן להעביר במנועים (מומנט גבוה יותר), והמתח המקסימלי שבו ניתן לפעול (מהירות גבוהה יותר).

המכונה שלי נשלטת על ידי מחשב, ולכן לוח הבקרה הוא למעשה לוח Breakout שמתחבר לפורט ה-LPT ומקבל משם פקודות מהמחשב. התפקיד של הלוח הוא לבפר את הסיגנלים האילו כיוון שה-LPT מוגבל שביכולת דחיפת הזרם שלו (source), מבחינת משיכת זרם (sink) הוא מספיק חזק. הזרם של לוח ה-Breakout מגיע מכבל USB שמתחבר למחשב גם כן. על גבי הלוח יש גם רכיבים נוספים כמו יציאה ל-7-Segment שיראה את המיקום, וממסר להפעלת ה-spindle, וכו'. הסיבה שצריך יכולת לדחוף מספיק זרם בפינים של הסיגנלים היא שהדרייברים מבודדים מהלוחות האילו עם opto-coupler והוא צריך זרם של בערך 10mA כדי לעבוד היטב. לוח ה-Breakout נקנה מאיביי במחיר מצחיק שהוא נמוך יותר ממה שהיה עולה לי לקנות את החלקים ולבנות אותו לבד. הוא מוגבל יחסית ללוחות מקצועיים יותר (אין שם דברים כמו Charge-pump כדי לתקשר עם המחשב ולדעת שהמחשב דלוק ומוכן לפעולה, אלא יש רק כניסת Enable שיכולה לטעות במקרים מסוימים), יש כמות מוגבלת מאוד של כניסות ל-limit switches, וכו'. אחת הסיבות לכך היא שהלוח מאפשר עבודה עם מכונה של עד 5 צירים ולכן יש לו הרבה מוצאים שמוקדשים לזה. לשימוש שלי זה מספיק, ובמחיר הזה אין לי שום תלונות.

מבחינת דרייברים, אז אחת הדילמות הייתה איזה דרייברים לקנות\לבנות. בזמן הבדיקות בניתי לוח עם L297/8, אבל ברור שזה לא דרייבר שאפשר להפעיל איתו מכונה נורמאלית. אז בחנתי הרבה דברים אבל המחירים של רובם פשוטים מטורפים (G540 של Gecko עולה בערך 300$ בחו"ל). בסוף החלטתי להתפשר על דרייברים מבוססים על ה-TB6560 שמקבל הרבה ביקורות טובות מחובבים, ופחות טובות ממקצוענים. אחת המגבלות שלו היא מתח העבודה שמוגבל ל-36V, אבל מומלץ מאוד לעבוד מתחת לזה (במיוחד אם עובדים עם ספק ממותג שאז מתח המוצא קופץ לא מעט). מגבלה נוספת היא הזרם שלו שמוגבל למקסימום של 3.5A-peak, שלמנועים במכונות חזקות ומהירות זה עלול לא להספיק. חיסרון שלישי הוא שנראה שהם נשרפים ללא הפסקה. אז אני בחרתי למרות הכל ללכת לכיוון הזה לאחר ששקלתי את האפשרויות שלי (כמובן שהייתרון הוא מחיר מצחיק). מגבלת המתח לא מפריעה לי יותר מדיי, המהירות מספיקה לי לחלוטין בכל הצירים (ציר Y אני לא אתנגד למהירות קצת גבוהה יותר, כרגע המקסימום הוא בערך 900mm/min, אבל זה מוגבל בעיקר בגלל המנוע עם ההשראות הגבוהה ופחות בגלל המתח כך שניתן לפתור את זה בקלות). גם הזרם לא מפריע לי יותר מדיי, כי המנועים שלי כרגע פועלים על פחות מזה (המקסימום שאני מנצל הוא 65% מזה בציר Z). מה שכן מאוד הפריע לי הוא הבעיה של שריפת הצ'יפים. אחרי בירור בנושא נראה שזה נובע מכמה גורמים:

1 - הסינים רושמים על הלוחות שלהם שניתן להפעיל אותם על 36V/3.6A, וברור שזה המקסימום המותר ולא משאיר שום מרווח ביטחון - זה גורר מוות מוקדם של השבבים.

2 - הלוחות הסינים מקבלים מתח כניסה של 36V (או מתחת לזה אם רוצים), ואז בעזרת מייצב 7805 יוצרים 5V ללוגיקה. הבעיה עם זה היא שמתח ה-5V נדלק רק אחרי שהמתח הגבוה עולה, וזה בדיוק הפוך ממה שהיצרן (טושיבה) רושם בדפי המפרט. הוא רושם שחובה שמתח ה-5V יידלק ויתייצב לפני שמעלים את המתח הגבוה, וחובה שהוא ייכבה אחרון. אז אני החלטתי שזה לא בעיה לפתור את זה ותכננתי מעגל קטן שיעשה את זה בשבילי:

http://img856.imageshack.us/img856/7508/tb6560.png

כשבניתי את המעגל הכפלתי חלק מהדברים ב-3 בכדי לאפשר לי להפעיל כל מנוע מספק אחר (כיוון שלא היה לי ספק של 10A השתמשתי בשניים של 5A):

http://img829.imageshack.us/img829/5282/img0263zi.jpg

גם בלוחות הדרייברים הרבה יותר קל לקנות מוכן מאשר לבנות, אבל לא פחות חשוב זה יותר זול. זו הסיבה שקניתי דרייברים מוכנים ובניתי מעגל חיצוני שיעשה את הבקרה על הספקים, ולא בניתי מעגל דרייבר מאפס.

אז היום כל המעגלים הורכבו סופית וחוברו אחד לשני על גבי פיסת MDF (עד עכשיו הם היו מפוזרים על גבי השולחן מה שהיה מאוד לא נח להזיז ממקום למקום):

http://img171.imageshack.us/img171/7024/img0292bu.jpg

כמובן שהדרייברים צריכים גם גוף קירור:

http://img402.imageshack.us/img402/5978/img0293g.jpg

גוף הקירור מקוצר לאדמה כיוון שהאריזה של הדרייברים מקוצרת לאדמה גם כן, ואני לא רוצה שיזרום זרם דרך הקייס של הדרייברים. גם טושיבה ממליצים לקצר את גוף הקירור לאדמה (או לבודד אותו, אבל אין לי פאדים טרמיים במידה הזו).

כמובן שבחנתי את המעגל שבניתי גם לפני כן עם עומס דמה, אבל הנה מדידות של מתחי הלוגיקה והמתח הגבוה בצירוף המעגלים האמיתיים שהם מפעילים:

הדלקה:

כיבוי:

כמובן שלאחר שעשיתי את כל זה בדקתי שכל המכונה עדיין מתפקדת היטב (למעשה שחיברתי הכל טוב ונכון), ולשמחתי הכל עובד מצוין.

השלב הבא הוא להשיג ספק ממותג שמוציא בערך 24V ויודע לתת בערך 10A-peak (או כמה קטנים יותר ). כרגע זה פועל מספק מעבדה שעושה עבודה מצויינת, אבל חבל לי "לבזבז" אותו על ה-CNC שאין בה שום צורך בכזה ספק.

[DaTHE]

שלום אנטלי,

לגבי הלוח שכל הרכיבים יושבים עליו, לא הייה יותר עדיף לשים איזה מתכת כדי שפיזור החום יהיה טוב יותר..

[anatoli]

זה חסר תועלת במקרה הזה כיוון שמקור החום המשמעותי היחיד הוא הדרייברים והם צמודים לגוף קירור כמו שוודאי ראית. גוף הקירור הזה בערך פי 4-5 יותר גדול ממה שהיה במקור לכל שלושת הלוחות יחד. במצב הנוכחי הדרייברים מתחממים מעט מאוד גם לאחר הפעלה ממושכת של המכונה.