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CNCフライス(4) ブレークアウトボード (BOB)

編集: 2018/03/11

Mach3の信号を受けて、ステッピングモータを駆動しリミットスイッチやフォトセンサなどの信号入力、スピンドルON/OFFの信号出力を処理するのがブレークアウトボードで、HobbyCNC PRO 4Axis キットを購入(部品は3軸分だけ)、半田付けして組み立てたものを使っています。
4軸全部のキットや、ステッピングモータを含めたセットもあります。
いったん販売を停止していたようですが、最近は完成品も売っていてユーザーフォーラムもあり、サポートはとても良いです。

キットを注文すると、下のような生基板と、必要なIC、コンデンサ、端子台などが送られてきます。

組み立ての順に写真付きで、英語ですがとても分かりやすい説明があります。

説明通りに組んで半田付けを完了すると、下のように完成です。
この後、ドライバICの放熱板(t3アルミ板)と、24V出力を利用して小さな冷却ファンを追加しています。(X、Yのステッピングモータが3Aのため)
ユニポーラ、2/4相、5/6/8ケーブルのステッピングモータがコントロールできます。
マイクロステップは、1/1 1/2 1/4 1/8 1/16 のいずれかを設定できますが、できる限り小さくしておかないとトルクが落ちます。送りネジピッチ 2mmとして 200pulse/rev のモータであればフルステップで 0.01mm/pulse になるので、1/2か1/4にしておけば十分かと思います。
マイクロステップを細かくすると計算上の分解能は上がりますが、機構上の精度が良くなる訳ではないので、まず機械精度を上げておくことが重要です。

入出力用に 10 11 12 13 15 ピンのコネクタがあり、10KΩでプルアップされているので使いやすいです。私の場合は、Mach3 プリンタポートからのDSUB25ピンコネクタを、次のように接続しています。
Index pulse (15pin – IN) : 反射型光電センサを使ってスピンドル回転数検出、表示
Tool Touch (13pin – IN): Tool Change のプレート側へ接続
Spindle ON/OFF (1pin – OUT): リレーを経由してスピンドルモータのオンオフ

Mach3での Config – Ports & Pins – Input Signals の設定

同じく Config – Ports & Pins – Motor Outputs の設定


最初は HobbyCNC EZ という3軸限定のものを6年以上使っていましたが、今は予備として置いてあります。
今のは、アップグレードキット(1軸追加のための部品)を買えば4軸にできるということです。

EZとPROでは、StepとDirが逆なので、Mach3の設定変更が必要です。
入れ替えた時に、半田付けをミスしたのかとパニックになりました。

Mach3からの信号でスピンドルモータをON/OFFするリレー回路と、各軸のホーム位置センサ信号をMach3へ入力する回路は、基板を作って追加しました。

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CNCフライス(2) 構成

編集: 2018/02/15

全体の構成

CAD、CAM
 - CAD: LemkeSoft: CADintosh (MacBookPro)
 - CAM: Vectric: VCarvePhotoVCarve (WindowsXP)

コントローラ
 - Mach3 R 3.043.062 (WindowsXPデスクトップ、Mach3はパラレルポートが必要)
 - CADからのDXFデータ受け渡しはUSBメモリ

ブレークアウトボード (BOB)
 - HobbyCNC PRO 4Axisを使用
 - センサ入力やスピンドルON/OFFなど信号入出力の外部回路は自作

ステッピングモータ
 - XY軸:日本電産サーボ KH56KM2-901
 - Z軸:オリジナルマインド 42mm(型番なし)

リミットスイッチ
 - X、Yのホームポジションのみに透過型フォトセンサ取り付け

スピンドル
 - ER11コレットチャック
 - DCモータ直結 約6,000RPM (回転数検出に反射型フォトセンサ取り付け)

電源
 - ブレークアウトボード用: スイッチングレギュレータ24VDC/150W
 - スピンドルモータ用: 同じですが別系統にしてあります

大まかに分けると上のようになり、詳しくは、順序が前後するかもしれませんが記事を分けて書いていきます。

今後、各ページの内容を修正することがあります。

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