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Mese: Febbraio 2019

Il primo prototipo

In questa pagina trovate una foto che mostra il primo prototipo realizzato su basetta millefori.

Seguiteci per i futuri aggiornamenti in merito! Per ora, con questo mio lavoro spero di aver fatto cosa gradita al maggior numero di persone possibili.

Divertitevi con la vostra CNC!

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Le due schede

La mia soluzione si compone di due schede, una scheda madre ed una scheda di espansione aggiuntiva.

La scheda madre è di per sé già sufficiente per realizzare la maggior parte delle CNC e non serve aggiungere la scheda di espansione aggiuntiva.

La scheda di espansione aggiuntiva è necessaria solo se si vogliono avere a disposizione le linee di I/O aggiuntive, la connessione stile LPT o il pilotaggio diretto degli stepper di bassa potenza.

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Le caratteristiche del progetto

In aggiunta alle caratteristiche base del progetto di Bart Dring, ho aggiunto due funzioni che personalmente ritengo essere molto importanti per un utilizzo in maggiore sicurezza delle CNC:

  • Un potenziometro di MASTER override in real time della velocità di avanzamento del taglio (FONDAMENTALE)
  • Un potenziometro di MASTER override in real time della velocità di avanzamento del mandrino (molto utile ma non essenziale)

Il primo in particolare è indispensabile per verificare in sicurezza che quando si comincia una nuova lavorazione non ci siano errori catastrofici che potrebbero avere delle conseguenze, che possono andare dal semplice danneggiamento del pezzo o dell’utensile al ben più grave infortunio causato da “proiettili” vaganti. Le CNC sono macchine pericolose e gli errori si pagano SEMPRE, nei casi più sfortunati anche a prezzo della VITA!

Avere un controller con un override hardware era per me irrinunciabile quindi, vista la disponibilità di ingressi analogici sul chip ESP32, ho provveduto a predisporre l’hardware e modificare il codice sorgente per implementare queste due funzioni.

Come ultima modifica rispetto al progetto originale, in previsione di sviluppi futuri ho aggiunto altre 14 linee di I/O digitali e l’accesso al bus I2C per poter poi implementare altre funzioni quali ad esempio l’accensione e spegnimento degli aspiratori, il comando di luci, l’aggiunta di un pendant MPG, ecc…).

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Gli obbiettivi del progetto

  • Divertimento nel fare il progetto
  • Utilizzazione di risorse hardware a basso costo
  • Scheda versatile che possa adattarsi facilmente alle varie tipologie di CNC autocostruite
  • Implementazione di un minimo adattamento dei livelli logici e di filtraggio sei segnali di I/O
  • Collegamento diretto agli stepper controller di alta potenza tramite fili e morsetti a vite
  • Buona compatibilità con le varie unità di potenza delle mini CNC hobbistiche esistenti e ancora basate su una connessione in stile LPT-port
  • Integrazione di un pilotaggio diretto di piccoli motori passo-passo come quelli normalmente utilizzati nelle stampanti 3D
  • Generazione di un segnale ad onda quadra di “charge-pump ENABLE” per l’utilizzo di quelle schede driver di potenza (tipicamente di MACH3) che ne hanno bisogno
  • Supporto del controllo della velocità del mandrino non solo tramite PWM ma anche con un segnale analogico 0-5V o 0-10V per quei mandrini che hanno la regolazione della velocità tramite tensione di riferimento
  • Fornitura di schemi elettrici e documentazione accessibile per coloro che volessero realizzare delle nuove varianti della scheda per conto proprio o che volessero semplicemente portare avanti lo sviluppo della parte software della scheda da me realizzata.
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Il progetto

Per lavoro mi occupo sia di progettazioni elettroniche che di progettazioni meccaniche (circuiti RF con parti elettroniche e meccaniche). Questo mi consente di lavorare sia con CAD per elettronica che con centri di lavoro CNC professionali. Inoltre, per hobby, nel corso degli ultimi anni ho costruito con degli amici diverse CNC (laser-plasma-mill-tornio) spaziando dai semplici giocattoli alle soluzioni più serie, utilizzate anche a livello semi-professionale.

Solitamente, per le CNC autocostruite ho visto utilizzare il software MACH3, che consente di trasformare un qualunque PC in un controllore CNC tramite l’utilizzo della porta parallela. Personalmente ho più volte utilizzato MACH3 e non posso che parlarne bene, ma il problema è che ormai la porta parallela è caduta in disuso e le schede controller da abbinare al MACH3 in sostituzione della parallela aumentano sensibilmente il costo del sistema

Il mio primo prototipo realizzato su scheda mille-fori

In ambito hobbistico, GRBL (controller CNC basato su Arduino) ha preso in parte il posto di MACH3 almeno nelle sue forme più semplici. Sicuramente non ha le funzionalità e la potenza di calcolo che può avere un controller come MACH3, ma in molti casi è più che sufficiente allo scopo, poiché dove non arriva il controller ci pensano i post-processor dei CAD.

Per quanto GRBL sia famoso e ben funzionante, il problema è che ha ormai consumato tutte le risorse disponibili sul processore dell’Arduino, decretandone di fatto la fine dello sviluppo su quella piattaforma, ed è qui che il porting fatto da Bart Dring per la piattaforma ESP32 di Espressif ha colto la mia attenzione. Potendo contare su un sistema dual core 32 bit a 240MHz e con molte più risorse di memoria dell’Arduino, mi è sembrata essere una piattaforma sulla quale valeva la pena di investire del tempo.

A tale proposito vi invito ad approfondire la conoscenza di questo chipset e a non pensare al suo uso solo nell’ambiente Arduino o solo dove è necessaria la connessione “Wifi/Bluetooth”. Il chip è talmente versatile che anche solo come microcontrollore dual core vale comunque la pena di essere usato ed offre una notevole potenza di calcolo. Inoltre, va detto che Espressif ha fatto un ottimo lavoro nel fornire una toolchain di sviluppo con delle API molto ben documentate.

Per quanto riguarda il progetto della CNC basato sul chipset ESP32, Bart Dring (l’autore del porting) ha fatto anche lui un ottimo lavoro di sviluppo e di integrazione, facendo emergere in modo evidente le potenzialità offerte dea chip ESP32 di Espressif.

Data la mia passione sia per l’elettronica che per la meccanica e visto il progetto di Bart, mi ci sono subito tuffato testandone il funzionamento tramite un prototipo fatto su scheda millefori. Ho preso la mia CNC giocattolo che ancora funzionava con MACH3, e sostituita la scheda di controllo con l’ESP32 tutto ha funzionato al primo colpo.

Da lì è nata poi la voglia di sviluppare una piccola scheda che fosse comoda da utilizzare anche dai vari miei amici, che avendo le più svariate tipologie di CNC autocostruite finivano sempre per impazzire nell’utilizzo e nel collegamento delle varie schedine in stile Arduino con il firmware GRBL.

Quello che segue è quanto risulta dal lavoro svolto durante il periodo natalizio.

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