Robotyka dla początkujących

Budowa własnej maszyny CNC sterowanej przez Arduino jest dziś realna nawet dla początkujących entuzjastów elektroniki i DIY. Dzięki połączeniu Arduino UNO, CNC Shield V3 oraz sterowników A4988 otrzymujesz ekonomiczny i skuteczny zestaw do startu z obróbką CNC.

Zawartość wpisu: [pokaż]

Poniższy przewodnik przeprowadzi Cię krok po kroku przez uruchomienie 3-osiowego sterownika CNC opartego na Arduino, od oprogramowania po testy działania.

Niezbędne komponenty

Aby uruchomić maszynę CNC sterowaną przez Arduino, przygotuj następujące elementy:

  • Arduino UNO – oryginał lub kompatybilny klon z mikrokontrolerem ATmega328;
  • CNC Shield V3 – płytka rozszerzeń umożliwiająca podłączenie driverów i osi;
  • Sterowniki A4988 – moduły Stepstick dla osi X, Y i Z;
  • Silniki krokowe – najczęściej NEMA 17 lub równoważne modele;
  • Zasilacz – dopasowany do silników, zwykle 12–24 V o odpowiedniej wydajności prądowej;
  • Przewody połączeniowe – wraz ze złączami do bezpiecznego montażu;
  • Komputer – z zainstalowanym niezbędnym oprogramowaniem i aktualnym JAVA (dla UGS);
  • Kabel USB – do programowania i komunikacji z Arduino.

Etap 1 – przygotowanie oprogramowania Arduino

Zacznij od pobrania i instalacji najnowszego Arduino IDE ze strony producenta. Po instalacji wykonaj poniższe kroki:

  1. Podłącz Arduino UNO do komputera za pomocą przewodu USB.
  2. Uruchom Arduino IDE.
  3. Przejdź do menu Narzędzia → Płytka i wybierz Arduino/Genuino Uno.
  4. Wejdź w Narzędzia → Port i wybierz port COM przypisany do Arduino.
  5. Kliknij ikonę Załaduj (strzałka w lewym górnym rogu), aby zweryfikować połączenie.
  6. Poczekaj na komunikat o poprawnym zakończeniu operacji w lewym dolnym rogu IDE.

Etap 2 – instalacja GRBL na Arduino

GRBL to lekkie, open-source’owe oprogramowanie do sterowania maszynami CNC, działające na Arduino UNO. Aby przygotować wszystkie pliki, wykonaj:

  1. Pobierz pliki GRBL ze strony projektu (repozytorium GitHub).
  2. Pobierz program XLoader do wgrywania plików .hex na Arduino.
  3. Pobierz Universal G-Code Sender (UGS) – oprogramowanie do komunikacji z kontrolerem CNC.
  4. Rozpakuj wszystkie pobrane archiwa.

Po uruchomieniu XLoader.exe skonfiguruj wgrywanie zgodnie z poniższymi wskazówkami:

  • Device – wybierz Arduino Uno (ATmega328);
  • COM Port – ustaw port, do którego podłączone jest Arduino;
  • Baud rate – ustaw wartość 115200 (dla Arduino UNO);
  • Hex file – wskaż plik, np. grbl_v1.1f.20170801.hex;
  • Upload – rozpocznij wgrywanie i odczekaj kilka sekund na zakończenie.

Gdy wgranie pliku HEX zakończy się sukcesem, Arduino jest gotowe do pracy z GRBL.

Etap 3 – montaż i połączenie komponentów

Instalacja sterowników silników

Podczas montażu modułów Stepstick A4988 zwróć szczególną uwagę na orientację i opisy pinów:

  • oznaczenia pinów – sprawdź je na obudowie sterownika (u góry lub u dołu);
  • Enable (EN) – odszukaj złącze Enable na driverze;
  • złącze EN na CNC Shield – wsuń sterownik tak, aby złącze Enable odpowiadało polu EN na płytce.

Podłączenie poszczególnych osi

Płytka CNC Shield V3 posiada gniazda dla osi. Skorzystaj z poniższych oznaczeń:

  • X – oś pozioma: ruch w lewo i w prawo;
  • Y – oś pozioma: ruch do przodu i do tyłu;
  • Z – oś pionowa: ruch w górę i w dół;
  • A – opcjonalna czwarta oś: klon wybranej osi (np. dla podwójnego napędu).

Każdy sterownik A4988 (kostka drivera) należy umieścić w odpowiednim gnieździe zgodnym z osią.

Podłączenie zasilania

Przed uruchomieniem zasilania upewnij się, że okablowanie jest poprawne i solidnie zamocowane:

  • połączenie przewodów – podłącz wyjścia zasilacza do zacisków śrubowych na płytce CNC Shield;
  • właściwe napięcie – dobierz je do zastosowanych silników, najczęściej 12–24 V;
  • włączenie zasilania – uruchom zasilacz dopiero po dwukrotnym sprawdzeniu wszystkich połączeń.

Etap 4 – sterowanie silnikami i testowanie

Po prawidłowym złożeniu wszystkich komponentów możesz rozpocząć komunikację z kontrolerem:

  1. Uruchom program Universal G-Code Sender (UGS).
  2. Wybierz właściwy PORT (np. COM5).
  3. Ustaw prędkość (baud) na 115200.
  4. Wybierz rodzaj oprogramowania: GRBL.
  5. Kliknij OPEN, aby nawiązać połączenie z Arduino.

Aby zweryfikować kierunki i działanie wszystkich osi, wykonaj szybki test ręcznego sterowania:

  • Machine Control – przejdź do zakładki sterowania ręcznego;
  • ruch osi – użyj przycisków X+/X-, Y+/Y-, Z+/Z- do testu każdej osi;
  • weryfikacja kierunku – sprawdź, czy silniki poruszają się w oczekiwanych kierunkach.

Ważne uwagi bezpieczeństwa

Bezpieczeństwo przede wszystkim: sprawdzaj połączenia, napięcia i konfigurację przed każdym uruchomieniem.

  • weryfikacja okablowania – zawsze sprawdź wszystkie połączenia przed włączeniem zasilacza;
  • aktualna Java – UGS wymaga zainstalowanego i aktualnego środowiska JAVA;
  • sterowanie wrzecionem – sam CNC Shield nie steruje wrzecionem, konieczna jest dodatkowa konfiguracja i/lub moduł;
  • wersja Arduino IDE – używaj wersji 1.8.13 lub nowszej.