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BoxedCnc, Mf70 parte VI: performance

Di seguito qualche dato sulle performance della MF 70 convertita a CNC

AREA DI LAVORO:
X: 120mm
Y: 40mm 
Z: 80mm (esclusa la fresa)
L'asse Y è l'aspetto più limitante dell'area di lavoro. Mi sono trovato in varie situazioni a desiderare qualche mm in più. In futuro conto di aumentarne l'escursione fino a 50/60 mm, sostituendo il carrello con un pezzo dal PROXXON GE 70 opportunamente modificato.

VELOCITA' DI SPOSTAMENTO: 500 mm/min
E' tanto? E' poco? E' perfetta per gli spostamenti rapidi. Bisogna considerare che normalmente taglio l'ottone a 60 mm/min con una passata di 0.5/0.7 mm e le passate di finitura da 0.1 mm le faccio a 220 mm/min sempre sull'ottone. Il motore oltre tale soglia da segni di cedimento, per cui il rateo di velocità massima è ampiamente sufficiente.

RISOLUZIONE TEORICA: 1/50.800 mm
RISOLUZIONE PRATICA: 0.0003125 mm
La vite della PROXXON avanza il carrello di 1mm per ogni rivoluzione. I motori hanno 200 step per rivoluzione. Il driver può suddividere ogni step  in 256 microstep. Tutta questa precisione è eccessiva in quanto la meccanica non è in grado di raggiungere tali precisioni, per cui ho limitato i microstep a 16 per step. Questo mi ha permesso di aumentare la velocità massima di spostamento. E' infatti necessario ricordare che la porta parallela ha un numero limitato di impulsi per secondo che può trasmettere (circa 50 kHz)

BACKLASH MISURATO: 0.1 mm (corretto via software)
Il backlash della MF70 è consistente e peggiora se non si registrano continuamente i giochi dei cuscinetti reggispinta. Penso tuttavia che questo non dipenda solo dalla meccanica della macchina, ma anche dal kit di conversione. LINUXCNC è in grado di effettuare una compensazione software del backlash, tuttavia la differenza tra avere una macchina a zero backlash e un qualunque numero maggiore di zero è apprezzabile nei cicli G02 e G03, ovvero archi, cerchi e percorsi elicoidali.
Quello che succede infatti è che mentre un asse attraversa un quadrante senza inversioni di direzione, l'altro si ferma e riparte nell'altra direzione (con il seno e coseno dell'angolo). La compensazione software nell'inversione muove rapidamente l'asse della distanza impostata per compensare il gioco meccanico. Poiché la precisione non è di questo mondo e soprattutto i giochi peggiorano di uso in uso, spesso si può apprezzare l'accelerazione della compensazione.
Per approfondire il backlash segnalo:
CNCCookbook - backlash
LINUXCNC - manuale html - backlash

BoxedCnc, Mf70 parte V: il cuore della CNC

Per completare la cnc, il compito di trasformare gli impulsi dal pc in segnali di potenza per i motori stepper, è stato affidato ad un buon acquisto su ebay: 4 schede COMPUMOTOR OEM650.




Sono driver industriali per motori passo passo, certamente sovradimensionati per le mie esigenze, ma avevo questi sottomano.
Sono studiati per motori fino a 6.9 ampere per fase (i miei poveri motori sono da 2.0), microstepping.

Ottima qualità, oggi sono disponibili molte alternative ad una frazione del prezzo.



In basso a sinistra lo stage di alimentazione dei motori, prodotto dalla IMS Motion (oggi Schneider). Si tratta di un alimentatore switching a 48V.

Per far colloquiare i driver con la porta parallela sono andato sul sicuro acquistando una scheda C10 da CNC4PC (link) invece di farmene una in proprio. Alla resa dei conti ritengo di aver fatto la scelta giusta evitando ore di grattacapi sulle tracce della pcb. Inoltre, da non sottovalutare, la scheda ha tutti gli ingressi isolati con optocouplers ad alta velocità.
Infine il prezzo compreso di spedizione è assolutamente onesto e adeguato per il prodotto. Il servizio di supporto post vendita è veloce ed efficace. Credo che farò altri acquisti da questa società.

Per i cavi non ho badato a spese ed ho acquistato da un rivenditore di surplus militare in zona, del cavo schermato multipolare in teflon. Ho aggiunto i nuclei in ferrite consigliati dalla Parker (Compumotor) e voilà!

La C10 mi ha permesso di inserire tre switch collegati in serie per l'homing e tre switch distinti (uno per asse) per il limite di spostamento positivo.

Un ulteriore ingresso è stato infine utilizzato per l'E-Stop a fungo (molto professionale!).



BoxedCnc, Mf70 parte IV: il controllo della CNC

Nel 2009 per controllare una macchina CNC a livello non professionale le possibilità erano sostanzialmente:

  • MACH3 su Windows
  • EMC su Linux (oggi LINUXCNC)
  • Altri programmi minori proprietari, sempre per Windows.
Oggi grazie agli sforzi pionieristici della Microchip, della Atmel, e di Linuxfordevices (link), potete mettere su un sistema embedded sotto i 100€ controllato via ethernet magari con UN touchscreen. Sull'argomento ho intenzione di fare qualche considerazione in seguito.

La scelta è stata per l'os Linux (grazie Linus Torvalds!) per le seguenti ragioni ancora oggi valide:
  • è gratuito
  • funziona in modo egregio
  • è gratuito
  • è affidabile
  • è gratuito
  • gira anche su un tostapane
  • è gratuito
Il software LINUXCNC (link) è sostanzialmente gratuito (licenza GNU) come il sistema operativo.
Naturalmente sono partito dai latency test per scegliere la scheda madre, il resto è stata pura alchimia.

Per chi non fosse (ancora) esperto di linuxcnc, il "test di latenza" serve a determinare la performance dell'hardware per il realtime.Se date una occhiata a questa pagina avrete una idea più chiara di cosa ci si può aspettare.
In poche parole, un sistema stabile, al test di latenza presenta un max-jitter inferiore a 15-20ms, e quindi è un buon candidato per governare una cnc con una buona performance.
Per essere chiari, un pc potente non è sempre sinonimo di buone performance: una scheda video non compatibile, la gestione del power management, una driver per una scheda video proprietario, tanto per fare degli esempi, possono rendere il computer instabile per il realtime: in generale studiando i vari forum ho capito che "less is better".



Linuxcnc funziona bene con la cara vecchia porta parallela, che sta scomparendo dalle schede madri di nuova generazione in favore dell'usb. Il vantaggio di tale porta è che facilita la conversazione del pc con il mondo esterno, mettendo a disposizione 8 output, 5 input e 4 input/output TTL (5volt).

Ebbene la scheda che ho scelto, di form factor MINI ITX è la INTEL D945GCLF2.
Sopra una immagine di repertorio, sotto come l'ho installata nel box in legno:


Sulla sinistra la scheda madre, completa di un banco di ram da 2gb e sotto la piattina c'è una Compact Flash che funge da hard disk. Sulla destra il retro di uno schermo lcd smontato della Asus ed in alto un alimentatore per pc. I cavi tutto sommato sono abbastanza ordinati.

Le porte usb ed il tasto di accensione li ho riportati sul pannello in legno con delle prolunghe. Inoltre ho aggiunto una presa con fusibile e tasto di accensione retroilluminato.

Il fascio di cavi che attraversa la parete di legno per andare nel "retroquadro" della cnc contiene l'alimentazione per le schede di controllo dei motori stepper. In alto invece la piattina della porta parallela.



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