BOXED CNC: Brushless Spindle & Controller, MpIde sketch

Di seguito il link allo sketch per il Fubarino SD (MPIDE) da scaricare:

Download link: PDE SKETCH MPIDE

Richiede le seguenti librerie standard:

• Servo.h
• LiquidCrystal.h
• Bounce.h
• PID_v1.h
• stdlib.h:

I pin utilizzati:

• LCD RS = 10;
• LCD E = 11;
• LCD DB4 = 12;
• LCD DB5 = 13;
• LCD DB6 = 14;
• LCD DB7 = 15;
• VOLTAGE SENSE = A1
• CURRENT SENSE = A3
• RPM INTERRUPT = 4
• SPINDLE PWM = 9

BOXED CNC: Brushless Spindle & Controller

Per le vacanze di natale ho fatto passi avanti su un progetto che avevo in mente da tempo: la sostituzione del motore della MF70 con un motore brushless.

Un ringraziamento per holcon1 che ha individuato un motore adatto alla conversione: Youtube video

Il sistema è composto da un motore brushless (Hobbyking NTM 3536 - 1800kV - 875W), pilotato con un Turnigy Plush 80A e comandato da un Fubarino SD (un micro Arduino-inspired con un potente PIC a 32 bit, 80Mhz) ed alimentato da un alimentatore 12V da 85A inizialmente destinato ad un server. La velocità massima attesa è di 22kRPM, poco superiore a quella originale della MF70.

Il controller ha 3 modalità di funzionamento, stand-by, manuale e cnc (accetta comandi via usb).

Per la modalità manuale c'è un pratico e preciso potenziometro multigiro (non si può abilitare il motore se il potenziometro non è a zero). Per la modalità CNC sono accettati i comandi standard per l'accensione dello spindle, impostazione della velocità, stop dello spindle.

Completato un sensore di tensione con un voltage divider, da completare il sensore di corrente e RPM (per il PID): ho calibrato la lettura confrontandola con il multimetro digitale.

Per far sapere alla PSU di fornire i 12V è stato necessario collegare due (Enable e Voltage Sensing).

Ho scoperto che l'albero del motore ha un diametro di poco inferiore ai 4mm ed il pignone standard della MF70 non calza bene (troppo grande). Al momento ho provato a brasarlo e fissarlo, ma temo che la tenuta meccanica non sia eccezionale. Di seguito anche un adattatore che ho fatto al volo con il vecchio motore da un pezzo di ottone da 10 mm di spessore.

Quando potrò ordinare il kit mandrino della Usovo (ER11 Collet adapter) spero si possa risolvere diversamente l'accoppiamento.

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 III: la conversione a CNC

Dopo aver acquistato il cavallo (la MF 70), ho comprato la sella.
Non avevo gli strumenti per farmeli da solo, in quanto il progetto della SEIG X2 convertita a CNC si era arenato per mancanza di fondi.
Alla fine, riluttante per il costo, ho deciso di comprare il kit che più mi ispirava fiducia, ovvero da KDNTOOL (340$ nel 2009, compresa la spedizione dagli Usa in Italia); il kit che ho acquistato comprendeva:

• Supporto dei tre motori (NEMA 17), cuscinetti reggispinta, viteria, accoppiamenti.
• 3 motori NEMA 17 STEP SYN da 2.0 amp per fase

Nella foto potete vedere l'asse Y e X, l'asse Z non si vede ma la filosofia è la stessa.

La qualità del kit è eccellente, la migliore che potevate trovare in rete all'epoca. Nulla a che fare con quanto vedo ancora oggi in giro:

• estrusioni di alluminio sagomate, lavorate e anodizzate di color nero.
• cuscinetti reggispinta su ogni asse.
• semplici da installare, senza strumenti particolari.
• ottima rigidità.

Purtroppo la KDNTOOL non esiste più, credo out of business: voglio approfittare di questa occasione per ringraziare KEN.