Controller-Karte für CNC auf USB-kompatiblem MEGA 2560 mit OUT LPT als Treiber

Basierend auf dem ATmega2560 mit installierter GRBL-Firmware verfügt dieses Board über einen USB / TTL-Konverter, einen DB25-Anschluss, einen USB-Anschluss für die Stromversorgung und den Anschluss an den PC sowie einen Relaisausgang für den Anschluss einer Elektrospindel. Es ermöglicht über den USB-Anschluss des PCs die Verwendung der herkömmlichen dreiachsigen Steuerkarten einer CNC, die an einem parallelen Anschluss arbeiten.

Achtung: Das USB-Kabel und das Kabel zum Anschluss an den RESET-Anschluss sind nicht im Lieferumfang enthalten und müssen daher bei Bedarf separat erworben werden (siehe die entsprechenden für die Produktcodes).

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Das System

Um die Nützlichkeit der Schnittstelle zu verstehen, muss gesagt werden, dass bei gängigen CNCs am LPT-Port der Befehl von der Bearbeitungssoftware (z. B. Mach 3) gegeben wird, die ausgehend von der Datei in G-Code-Sprache Impulse direkt an die Parallele sendet Linien, um die jeweiligen Achsen um eine bestimmte Anzahl von Schritten / mm vorzurücken. Mach 3 führt den G-Code aus und gibt spezifische Impulse für die Motoren aus, einen pro Pin des parallelen, synchronisierten und zeitkohärenten.

Versucht man über USB mit einem Konverter zu kommunizieren, wird zunächst ein dem USB entsprechendes virtuelles LPT mit den passenden Treibern geöffnet, dann die Daten serialisiert und dann über den USB zum USB/Parallel-Konverter übertragen,
der sie dann extrahieren und in paralleler Form neu anordnen sollte. Dieses Verfahren beinhaltet aufgrund der Latenz Probleme der Synchronisation zwischen den Impulsen (weil Mach 3 die Motoren und ihre Leitungen als Treiber Zeile für Zeile steuert) und der zeitlichen Kohärenz, daher ist es nicht ratsam, einen USB / Parallel-Adapter zu verwenden eigentlich ein Interpreter-Subsystem der von der CNC-Steuerungssoftware gesendeten Befehle: eine Karte, die auf der einen Seite mit dem USB und auf der anderen Seite über einen DB-25-Anschluss mit der Parallelschaltung der 3-Achsen-Controller-Karte der CNC verbunden ist und der die empfangenen Befehle interpretiert, sie aus den auf dem USB ankommenden seriellen Zeichenfolgen extrahiert und die Befehle auf einer parallelen Verbindung rekonstruiert, indem er ihnen das richtige Timing und die zeitliche Konsistenz mit den Impulsen aller Befehlszeilen neu zuweist.

Die parallele Rekonstruktion der Befehlsimpulse ausgehend von den über USB empfangenen Befehlen wird von einem ATmega2560-Mikrocontroller durchgeführt, der an einen USB / TTL-Konverter angeschlossen ist; In den Mikrocontroller haben wir die Grbl-Firmware geladen. Dann empfängt unser Board die G-Code-Koordinaten von USB und erzeugt lokal die Impulse auf seiner Parallele, die den ursprünglichen Druckercontroller ansteuert.
Da die Firmware unserer Wahl funktioniert, können wir kein Mach 3 verwenden, sondern eine Software, die auf USB geht, aber so etwas wie einen GRBL-Sender, der Koordinaten in dem Format sendet, das unsere Karte liest.

Die Firmware

Die installierte Firmware ist grbl, nicht mit Mach3 kompatibel, daher müssen wir uns bei der CNC-Steuerungssoftware an geeigneten Lösungen orientieren. Grbl ist eine Firmware, die erstellt wurde, um die G-Code-Sprache zu interpretieren und sie in Befehle auf den drei Achsen einer CNC-Maschine umzuwandeln; dann sendet der G-Code die Verschiebungskoordinaten auf den drei Achsen (um beispielsweise ein Quadrat zu zeichnen, benötigen Sie 4 Koordinaten und daher 4 Befehle: von einem Punkt zum zweiten, vom zweiten zum dritten, vom dritten zum vierten und von diesem zum ersten). Die Maschine wandelt die Koordinaten in Schritte um, die dem Motor gegeben werden (unter Berücksichtigung der Mikroschritte), um die von den Befehlen geforderten Bewegungen auszuführen. Grbl wurde für die MEGA-Welt entwickelt und kann daher auf Karten installiert werden, die auf ATmega-Mikrocontrollern von Atmel basieren, wobei der Bootloader mit derselben IDE MEGA vorinstalliert ist. Da es sich in unserem Fall um eine offene Firmware handelt, haben wir sie angepasst, indem wir einige Teile modifiziert haben, insbesondere diejenigen, die die Struktur der CNC definieren, mit der die Steuerplatine kombiniert wird. Die Firmware kann von github heruntergeladen werden Die Umwandlung von G-Code-Anweisungen in direkte Befehle an die Achsantriebsmotoren folgt bestimmten Regeln und erfolgt nach einer bestimmten Logik; grbl unterstützt auch einige Betriebsmodi und Standardverwaltungen, wie die der Endschalter, des Not-Aus-Tasters, der Einstellgeschwindigkeit des Elektrowerkzeugs usw.