Плата расширения для ЧПУ станков CNC Shield V4.0

 Плата расширения подходит для лазерных гравировальных машин и фрезерных ЧПУ станков, НЕ подходит для 3D принтеров. Для работы необходимы Arduino NANO и три драйвера A4988 (или аналогичные, совпадающие по расположению выводов). Стабилизатор напряжения встроен, имеются пины под расширение.

Плата расширения была разработана Keyestudio для работы с собственной прошивкой, но также возможна работа с прошивкой GRBL при условии исправления исходных кодов прошивки.

Плата частично совместима с GRBL по расположению выводов. Прошивка GRBL версий 0.8 не поддерживала регулирование оборотов шпинделя и использовала вывод D12 (который не поддерживает ШИМ) для включения шпинделя.

В версии 0.9 появилась поддержка регулирования оборотов шпинделя, но для этого был необходим свободный вывод с поддержкой ШИМ. Поэтому назначения выводов D11 и D12 поменялись местами. Также в версии 0.9 появилась поддержка датчика касания, которая реализована на выводе А5 (SCL).

В связи с тем, что распиновка выводов в GRBL версий 0.9 и выше поменялась, при использовании последней версии прошивки 1.1h справедлива будет следующая распиновка платы управления.

Плата управления CNC Shield V4.0 предназначена для работы с драйверами A4988 и его аналогами, которые совпадают по расположению выводов: DRV8825, TMC 2208/2209 и другие.

Подключение драйверов ШД на плате реализовано согласно классической схеме включения, которая изображена на следующем изображении:

При установке всех перемычек будет отключено дробление шага шагового двигателя. При проектировании ЧПУ станков для повышения точности позиционирования осей включают максимальное дробление шага. Для этого необходимо убрать все перемычки под драйвером шагового двигателя и выводы MS1-3 подсоединить к выводу Vcc драйвера. Сделать это можно при помощи трех перемычек, показанных на следующем фото синим цветом.

Питание платы осуществляется при помощи разъема питания, пониженное напряжение с которого подается на вход +5 вольт arduino nano. При этом питание с разъема подается непосредственно на выводы Vmot драйверов шагового двигателя. Питание шаговых двигателей возможно повышенным до 35 вольт напряжением. Для этого необходимо подать напряжение на выводы Mot_Vcc и Mot-GND и убрать перемычку Mot_VOT_sel. Таким образом питание двигателей и питание логической части будет разделено. 

Плата реализует только наличие управляющего сигнала (скорость и направление CW/CCW) для шпинделя или лазера. Реализовывать управление шпинделем (или лазером) при помощи этого управляющего сигнала необходимо самостоятельно, при помощи реле, тиристорных регуляторов, частотных преобразователей и так далее.

Поскольку плата была разработана Keyestudio для работы с собственной прошивкой, назначения выводов не совпадают с назначением выводов в прошивке GRBL. Чтобы это исправить необходимо в файле  grbl/grbl/cpu_map/cpu_map_atmega328p.h заменить строки назначения выводов.

#define X_STEP_BIT      2  // Uno Digital Pin 2
#define Y_STEP_BIT      3  // Uno Digital Pin 3
#define Z_STEP_BIT      4  // Uno Digital Pin 4

#define X_DIRECTION_BIT   5  // Uno Digital Pin 5
#define Y_DIRECTION_BIT   6  // Uno Digital Pin 6
#define Z_DIRECTION_BIT   7  // Uno Digital Pin 7

#define X_STEP_BIT      5  // Uno Digital Pin 2
#define Y_STEP_BIT      6  // Uno Digital Pin 3
#define Z_STEP_BIT      7  // Uno Digital Pin 4

#define X_DIRECTION_BIT   2  // Uno Digital Pin 5
#define Y_DIRECTION_BIT   3  // Uno Digital Pin 6
#define Z_DIRECTION_BIT   4  // Uno Digital Pin 7

Прошивка GRBL на GitHub.