CNC-Mini-Fräse: Die alte Elektronik (Nachtrag vom 17.06.2017)

Nach ein paar „Fahr“-Versuchen mit den mitgelieferten Programmen Mach3 und USB-CNC in Zusammenspiel mit der mitgelieferten Elekronikbox habe ich mich entschieden erst gar nicht weiter damit zu experimentieren, sondern gleich auf GRBL umzusteigen. Die verschiedenen Beiträge im Internet haben mich in dem Entschluss bestärkt.

Ich wollte aber vorher wenigsten noch die alte Elektronik verstehen und im Detail dokumentieren. Das ermöglicht mir im Fall des Falles auch wieder zurückzubauen. Zudem hilft es vielleicht dem einen oder anderen Leser mit seiner Maschine.

Im ersten Beitrag hatte ich das Innenleben schon mal fotografiert und kommentiert. Dabei sind mir auch ein paar kleine Fehler unterlaufen. Das ist im Ursprungsbeitrag auch dokumentiert.

Ich beginne mit dem USB-CNC-Board. Dieses Board beherbergt eine programmierbare Umsetzung von USB-Steuersignalen in Richtungs- bzw. Schrittimpulse für die Treiberplatine. Sie bietet die Möglichkeit des Anschlusses für eine Handsteuerung und für den Anschluss von Kühlmittelsteuerungen.

Der USB-B-Anschluss (rechts oben) der Platine ist einfach direkt durch eine Öffnung des Gehäuses zugänglich. Die obere Kontaktreihe liefert eine Beschaltung des Parallelports. An den Kabelklemmen hängt eine Kabelpeitsche, die einfach durch ein Loch an der Gehäusefront herausgeführt wird und dann in einem 25-Pin-Stecker female endet. Dieser Stecker wird im USB-Betrieb auf den Parallelanschluss an der Gehäusefront aufgesteckt und führt dann wieder in das Gerät zur Treiberplatine.

Zur optimalen Verwirrung trägt bei dem Kabelbund bei, dass es gleich 3 mal einen grünen Draht gibt. Da hilft nur verfolgen. Es ergibt sich folgende Beschaltung:

USB-CNC-Platine 25-pol. Stecker female Farbe
Z- 13 grün
ZD 7 grau
ZS 6 grün
YD 5 weiß
YS 4 blau
XD 3 orange
XS 2 gelb
5V 8 rosa
GND 18 schwarz
STOP 15 rot

Es gibt dann noch einen Draht, der vom Jumperfeld im linken Teil der Platine weggeht Er ist grün und geht auf PIN 17 des Steckers. Die beiden oberen PIN-Paare sind gebrückt. Die beiden Dreiergruppen darunter tragen keine Jumper.

Die Steckerbelegung sieht so aus:

Auf der Rückseite der USB-CNC-Platine findet sich im unteren Teil etwa mittig noch ein Anschluss, der mit einem schwarz-roten Drahtpaar zur Status-LED der Gerätefront führt.

Damit sind wir bei der Platine schon durch. Weiter geht es mit der Treiberplatine. Die Platine mit dem großen Kühlkörper trägt die Treiberbausteine für die Schrittmotoren. Die sehr triviale Ansteuerung der Platine pro Kanal mit Richtungs- und Schrittimpuls via parallele Schnittstelle macht diese Platine besonders einfach. Großartige Logikschaltkreise sind hier nicht zu finden.

Die linke Seite ist geprägt von zwei Anschlussbuchsen. Die 25-polige obere Buchse ist verbunden mit dem Frontanschluss auf dem Gerät. Die untere kleinere Buchse hätte eigentlich eine Verbindung ebenfalls zur Frontseite haben sollen, – nämlich zur Handsteuerung. Bei meiner Maschine hatte man aber leider die Verdrahtung vergessen.

Die rechte Seite beherbergt von oben nach unten gesehen die Stromversorgung für die Schrittmotoren und die Anschlüsse für die Schrittmotoren selbst. Das Board ist nur für 3 Achsen ausgelegt. Für eine Rotationsachse ist kein Treiber vorgesehen.

Die rechte Seite von oben nach unten:

+ und – zum direkten Anschluss des 24V-Netzteils und dort korrospondierend natürlich auch wieder an +V und -V.

Darunter 3-mal in der Reihenfolge A+, A-, B+, B- die Anschlüsse für X-, Y- und Z-Schrittmotor.

Nachtrag vom 17.06.2017: Vor dem Zerlegen sollten man sich diese drei Kabelbäume genauestens kennzeichnen. Gemäß der Kennzeichnung auf der Platine sollte jede der 12 Adern auch später noch genau zuzuordnen sein: Achse (XYZ), Coil (AB), Polarität (+-)

Direkt von der Platine gehen noch weitere Anschlüsse über Stiftreihen heraus:

Am Steckerfeld J8 sind die unteren beiden Pins mit rotem und blauem Draht mit dem Probe-Anschluss an der Gerätefront verbunden. Die oberen drei Stifte von J8 bleiben ungenutzt.

Hinter dem 15-poligen Anschluss liegen die Pins für den  Not-Aus. Pin 12 und 14 sind hier beschaltet. Ich habe weder im Parallel-Betrieb noch im USB-Betrieb feststellen können, dass der Notschalter irgendetwas bewirkt. Eventuell war das aber ein Konfigurationsfehler in der Software.

Und dann gibt es noch einen Anschluss: J7. Hier ist der Anschluss, der zum Spindelrelais führt. Die unteren beiden Pins der Stiftreihe sind damit belegt. Die oberen 4 Stifte sind nicht belegt. Ohne das verifiziert zu haben, gehe ich mal davon aus, dass die drei DIL-Schalter (rot) die Schrittweite (Microstepping) einstellen.

Meine ursprüngliche Befürchtung, dass die Spindel ihre 300 Watt gar nicht nutzen könnte, weil das Netzteil nur 120 Watt hergibt unterlag einem Irrtum. Die Schaltung ist vollkommen anders. Die Versorgungsspannung für die Spindel wird von dem großen Transformator über einen Gleichrichter bereitgestellt. Das oben erwähnte grün-schwarze Kabelpaar schaltet dann diese Versorgungsspannung direkt zur Spindel durch. Die Skizze zeigt die Verschaltung:

Der Gleichrichter trägt folgende Daten:

KBPC20-10: 20a 1000v einphasige Diodengleichrichterbrücke

… und hier dann noch das Relais ….

Das Relais war übrigens das Teil, das lose in der Box hing. 230V hat es also nicht geführt.

Die Beschaltung des  DAJAN BK-50VA-Trafos ist übrigens recht interessant:

Eigentlich ist vorgesehen, dass in der oberen Reihe die Anschlüsse 0 und 1 für den 220V-Betrieb zu belegen sind. 0 – 2 sind für einen 380V-Betrieb gedacht. Der Trafo wurde aber mit 230V an den Anschlüssen 0 und 2 betrieben. Die sekundäre Spannung wurde an 13 und 15 entnommen, was eigentlich gar nicht bei diesem Trafo vorgesehen ist. Aber egal. Ohne Last habe ich zwischen 13 und 15 eine Spannung von gut 38 Volt gemessen bei 224 Volt auf der primären Seite.

Die für die Spindel geplanten 24 Volt hätte man auch über einen planmäßigen Anschluss an 0 und 1 und auf der sekundären Seite mit 11 gegen 13 erreichen können. Aber! Der Trafo ist ja bei planmäßigem Anschluss nur für 50VA vorgesehen, was ja die Bezeichnung BK-50VA aussagt. So steht es auch im Datenblatt des Trafos. Die Angabe der Scheinleistung liegt weit unter den geforderten 300 Watt Wirkleistung für die Spindel. Offenbar wollte man hier  durch Verwendung der anderen Wicklungen auf dem Trafo ein Durchgehen verhindern. Ich halte das für gefährlich. Ich hatte selbst im Leerlauf der Spindel nach einigen Minuten eine deutliche Klangänderung und damit Drehzahländerung wahrgenommen.

Zurück zur Schaltung ….

So sah der verbaute Kabelstrang für die Spindel aus.

Die gesamte Stromversorgung hier nochmal als Handskizze …

Nochmal in aller Kürze. Das 24V/5A-Netzteil versorgt nur die Schrittmotoren. Die Spindel wird über den Trafo versorgt, – weder stabilisiert noch irgendwie geglättet. Schwache Leistung!

Ich habe übrigens aufgrund der diversen Unzulänglichkeiten einen sogenannten Streitfall bei aliexpress mit dem Händler in China eröffnet, da er via Chat kaum Bereitschaft zum Handeln erkennen ließ, was eher ungewöhnlich nach meinen bisherigen Erfahrungen ist. Der Streitfall führte letztlich zu einer Rückvergütung von knapp 8% des Kaufpreises. Das ist natürlich nicht sonderlich viel und es ging mir auch gar nicht darum großartig etwas herauszuholen. Die Elektronik, die hier verbaut wurde ist eh recht billig. Die 8% reichen mir, um einen Teil der Elektronik höherwertig zu ersetzen.

Das Elektrogehäuse ist nun größtenteils leer und wartet auf den Verbau der neuen Elektronik. Die dafür notwendigen Teile sind schon komplett da.

Falls übrigens jemand die Anleitung der Fräse bezüglich USB-CNC auf Deutsch haben möchte, kann er sich bei mir melden. Aus Bedenken bezüglich Urheberrecht, möchte ich die Anleitung nicht direkt hier verlinken. Ich habe die chinesische Anleitung per google-translate übersetzt und entsprechend überarbeitet, so dass man das Wichtigste verstehen kann. Sie ist weit entfernt von perfekt !!

Der nächste Teil beschreibt den Aufbau der GRBL-Steuerung und einer neuen Spindelsteuerung.

Wie sagt es doch einer der deutschen Fernsehmoderatoren so gerne:

Bleiben Sie mir gewogen …

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