کنترلر USB CNC مدل ST-V3 چیست؟ معرفی کامل، کاربردها و آموزش بخش‌های مختلف

کنترلر USB CNC مدل ST-V3 یکی از کارت‌های کنترل حرکت برای دستگاه‌های CNC است که برای استفاده با نرم‌افزار Mach3 طراحی شده است. این برد وظیفه دارد فرمان‌های حرکتی و کنترلی را از کامپیوتر دریافت کرده و آنها را به سیگنال‌های مناسب برای درایورهای استپ موتور یا سروو، کلیدهای محدودکننده، سنسورها، رله‌ها، اسپیندل و سایر تجهیزات دستگاه CNC تبدیل کند.

این کنترلر از طریق USB به کامپیوتر متصل می‌شود و از حداکثر 4 محور پشتیبانی می‌کند. حداکثر فرکانس پالس خروجی آن 100KHz است و امکاناتی مانند Homing خودکار، کنترل محور Slave، Tool Setting، ورودی توقف اضطراری، Limit Switch، خروجی‌های اپتوایزوله، کنترل اسپیندل و رابط Handwheel را در اختیار کاربر قرار می‌دهد.

یکی از ویژگی‌های مهم ST-V3، طراحی Driver-Free آن است. منظور از این عبارت این است که برای شناسایی خود کارت USB در ویندوز، نیاز به نصب درایور سخت‌افزاری جداگانه نیست و سیستم‌عامل می‌تواند کارت را شناسایی کند. البته برای کار کردن ST-V3 با Mach3 همچنان باید افزونه و فایل‌های پیکربندی مربوط به کنترلر در محل مناسب Mach3 قرار داده شوند.

کنترلر ST-V3 در یک دستگاه CNC چه نقشی دارد؟

برای درک عملکرد این برد باید توجه داشت که ST-V3 خودش یک درایور استپ موتور نیست.

در یک دستگاه CNC معمولی، کامپیوتر و نرم‌افزار Mach3 فرمان حرکت را ایجاد می‌کنند. ST-V3 این فرمان‌ها را از طریق USB دریافت کرده و برای هر محور سیگنال‌های کنترلی مانند Pulse و Direction را در اختیار درایور موتور قرار می‌دهد.

درایور استپ موتور نیز وظیفه تأمین جریان موردنیاز سیم‌پیچ‌های موتور و کنترل دقیق حرکت موتور را بر عهده دارد.

بنابراین اگر در دستگاهی از درایوری مانند CWD555 استفاده شود، ST-V3 جای CWD555 را نمی‌گیرد؛ بلکه بین Mach3 و درایور قرار می‌گیرد.

این موضوع یکی از مهم‌ترین نکاتی است که هنگام معرفی کنترلرهای CNC باید به آن توجه کرد.

اتصال ST-V3 به کامپیوتر

ارتباط ST-V3 با کامپیوتر از طریق USB انجام می‌شود.

طبق دفترچه سازنده، این کنترلر از طراحی USB بدون نیاز به نصب Driver اختصاصی برخوردار است و سیستم‌عامل می‌تواند آن را به‌صورت خودکار شناسایی کند. مستندات Quick Start نیز سازگاری آن را با Windows XP، Windows 7 و Windows 8 در نسخه‌های 32 و 64 بیتی ذکر کرده‌اند.

نکته مهم این است که «بدون درایور» به معنی «بدون نیاز به درایور استپ موتور» نیست. این عبارت فقط به رابط USB و شناسایی کارت در ویندوز مربوط می‌شود.

برای استفاده از برد با Mach3، افزونه مربوط به کنترلر نیز باید در پوشه Plugins نرم‌افزار Mach3 قرار داشته باشد. دفترچه سازنده همچنین فایل پیکربندی نمونه Mach3Mill.xml را برای ساده‌تر شدن راه‌اندازی ارائه کرده است.

کنترل چهار محور X، Y، Z و A

ST-V3 می‌تواند حداکثر چهار محور را کنترل کند.

این محورها معمولاً با نام‌های زیر شناخته می‌شوند:

• X
• Y
• Z
• A

محور چهارم A می‌تواند برای یک محور چهارم معمولی یا در برخی دستگاه‌ها برای محور دوار استفاده شود.

یکی از امکانات جالب ST-V3 این است که محور A را می‌توان به‌عنوان Slave Axis تعریف کرد.

این قابلیت در دستگاه‌هایی که یک محور مکانیکی توسط دو موتور حرکت می‌کند بسیار کاربردی است؛ برای مثال در برخی دستگاه‌های CNC با Gantry، ممکن است دو موتور در دو طرف محور X قرار گرفته باشند.

در چنین حالتی می‌توان A را Slave محور X تعریف کرد تا هنگام حرکت X، محور A نیز همزمان با آن حرکت کند. تنظیم این قابلیت از قسمت Config → Slave Axis در Mach3 انجام می‌شود.

محور Slave و هم‌سطح‌سازی خودکار هنگام Homing

قابلیت Slave فقط برای حرکت همزمان دو موتور نیست.

طبق دفترچه ST-V3، هنگام انجام Homing نیز امکان Auto Leveling وجود دارد.

برای استفاده از این قابلیت، محور اصلی و محور Slave باید هرکدام سنسور Homing خود را داشته باشند و این دو سنسور به دو ورودی سیگنال متصل شوند.

برای مثال اگر A به‌عنوان Slave محور X تعریف شده باشد، برای X و A دو سنسور Homing نصب می‌شود.

در هنگام Homing، هر دو محور به سمت نقطه Home حرکت می‌کنند. محوری که زودتر به سنسور برسد متوقف می‌شود و محور دیگر حرکت خود را ادامه می‌دهد تا سنسور خودش را نیز فعال کند. به این ترتیب دو طرف Gantry می‌توانند نسبت به یکدیگر تراز شوند.

این قابلیت برای دستگاه‌های CNC دارای Gantry دو موتوره بسیار کاربردی است.

فرکانس پالس 100KHz چه اهمیتی دارد؟

یکی از مشخصات اصلی ST-V3 حداکثر فرکانس خروجی پالس 100KHz است.

در سیستم‌های Stepper، حرکت موتور با دریافت پالس‌های Step یا Pulse انجام می‌شود. بنابراین تعداد پالس‌ها و سرعت تولید آنها مستقیماً روی حرکت محور تأثیر دارند.

هرچه تعداد میکرو‌استپ انتخاب‌شده در درایور بیشتر باشد، برای طی کردن یک مسافت مشخص به پالس‌های بیشتری نیاز است.

به همین دلیل فرکانس بالاتر کنترلر می‌تواند امکان استفاده از تنظیمات میکرو‌استپ بالاتر یا سرعت حرکتی بیشتر را فراهم کند؛ البته سرعت واقعی دستگاه به موتور، درایور، مکانیک دستگاه، گام پیچ و شتاب نیز بستگی دارد.

دفترچه ST-V3 برای تنظیم پارامترهای موتور در Mach3، پارامتر Steps Per را تعداد پالس موردنیاز برای حرکت یک واحد، معمولاً یک میلی‌متر، معرفی می‌کند. این مقدار باید متناسب با مشخصات موتور، میکرو‌استپ و مکانیزم حرکتی محاسبه شود.

اتصال ST-V3 به درایور استپ موتور

درایورهای موتور معمولاً از نظر نوع ورودی سیگنال به دو گروه کلی تقسیم می‌شوند:

Differential

و

Single-Ended

ST-V3 امکان اتصال به هر دو نوع را طبق روش سیم‌کشی مربوط به همان درایور فراهم می‌کند.

در نوع Single-Ended نیز روش‌های مختلفی وجود دارد و باید نوع ورودی درایور موردنظر بررسی شود.

دفترچه سازنده تأکید می‌کند که در برخی روش‌های اتصال، سطح منطقی سیگنال معکوس می‌شود. در چنین شرایطی باید تنظیمات Low Active مربوط به Motor Outputs در Mach3 مطابق نوع سیم‌کشی تنظیم شود.

برای مثال اگر جهت حرکت یک محور برعکس باشد، می‌توان گزینه Dir Low Active را تغییر داد.

اگر موتور صدای نامناسب داشته باشد، حرکت روان نباشد یا دقت دستگاه مشکل داشته باشد، یکی از مواردی که باید بررسی شود قطبیت پالس است که از طریق Pulse Low Active در Mach3 قابل تغییر است.

خروجی 5 ولت برای ورودی درایور

در بخش خروجی پالس ST-V3 یک جفت ترمینال 5V و GND نیز وجود دارد.

طبق دفترچه، این خروجی 5 ولت می‌تواند برای تغذیه رابط ورودی درایور موتور استفاده شود.

سازنده توصیه کرده است که در این بخش تا حد امکان از وارد کردن منابع تغذیه دیگر خودداری شود، مگر اینکه برای کاربرد خاصی ضروری باشد.

ورودی‌های دیجیتال IN1 تا IN4

ST-V3 دارای 4 ورودی دیجیتال اپتوایزوله است.

این ورودی‌ها را می‌توان برای کاربردهای مختلف تعریف کرد، از جمله:

• Emergency Stop
• Limit Switch
• Home Switch
• Probe
• Automatic Tool Setter
• کلیدهای دیجیتال سفارشی

طبق دفترچه، چهار ورودی اصلی برد با نام‌های IN1 تا IN4 مشخص شده‌اند.

اپتوایزوله بودن ورودی‌ها چیست؟

اپتوایزوله بودن به این معنی است که سیگنال ورودی از طریق یک مدار جداساز نوری به قسمت منطقی کنترلر منتقل می‌شود.

این طراحی در محیط CNC اهمیت زیادی دارد؛ زیرا دستگاه می‌تواند دارای منابع مختلف نویز الکتریکی مانند درایورهای موتور، VFD، موتور اسپیندل، کنتاکتورها و کابل‌های قدرت باشد.

استفاده از ورودی‌های اپتوایزوله می‌تواند به کاهش تأثیر برخی نویزها و اختلاف پتانسیل‌های ناخواسته کمک کند.

نحوه عملکرد ورودی‌های IN1 تا IN4

طبق مدار ورودی ST-V3، ترمینال COM+ به مثبت منبع 24 ولت خارجی و COM- به منفی همان منبع متصل می‌شود.

در این ساختار، هنگامی که یکی از ورودی‌های IN1 تا IN4 به منفی 24 ولت متصل شود، ورودی در وضعیت منطقی «1» قرار می‌گیرد و وقتی ورودی باز باشد، وضعیت منطقی آن «0» خواهد بود.

این موضوع هنگام اتصال سنسورها و کلیدهای NPN اهمیت زیادی دارد.

اتصال Limit Switch و Home Switch

Limit Switch برای جلوگیری از خارج شدن محور از محدوده مکانیکی دستگاه استفاده می‌شود.

Home Switch نیز برای تعیین نقطه مرجع محور در هنگام Homing استفاده می‌شود.

در Mach3 می‌توان ورودی‌های ST-V3 را برای این عملکردها تعریف کرد.

به‌عنوان نمونه، اگر IN1 برای یک Limit Switch استفاده شود، در قسمت:

Config → Ports and Pins → Input Signals

می‌توان سیگنال مربوط به Limit را فعال کرده و Port را روی 3 و Pin را متناسب با شماره ورودی ST-V3 تنظیم کرد. در مستندات سازنده، برای IN1 مقدار Pin Number برابر 1 در نظر گرفته شده است.

Emergency Stop یا توقف اضطراری

یکی دیگر از کاربردهای مهم IN1 تا IN4 اتصال کلید Emergency Stop است.

دفترچه ST-V3 توصیه می‌کند برای افزایش ایمنی، کلید توقف اضطراری به یکی از ورودی‌های IN1 تا IN4 متصل شود. برای مثال اگر E-Stop به IN1 متصل شود، در Mach3 می‌توان سیگنال EStop را فعال کرده، Port را روی 3 و Pin Number را روی 1 قرار داد.

البته در طراحی یک دستگاه CNC واقعی، بهتر است مدار Emergency Stop تنها به نرم‌افزار متکی نباشد و برای قطع ایمن توان قسمت‌های خطرناک، مدار سخت‌افزاری مناسب نیز در نظر گرفته شود.

افزایش تعداد ورودی‌ها تا 12 ورودی

یکی از امکانات جالب ST-V3 این است که اگر از Handwheel استفاده نشود، رابط Handwheel می‌تواند به‌عنوان ورودی‌های دیجیتال اضافی مورد استفاده قرار گیرد.

در این حالت چهار ورودی اصلی IN1 تا IN4 با هشت ورودی اضافی ترکیب می‌شوند و مجموعاً 12 ورودی دیجیتال در اختیار کاربر قرار می‌گیرد.

این هشت ورودی اضافی عبارت‌اند از:

• IN5
• IN6
• IN7
• IN8
• IN9
• IN10
• IN11
• IN12

البته این ورودی‌های اضافی محدودیت‌هایی دارند. طبق دفترچه، IN5 تا IN12 برای عملکردهای عمومی دیجیتال مناسب هستند، اما برای قابلیت‌هایی مانند Home، Limit و Tool Setting قابل استفاده نیستند.

بنابراین چهار ورودی اصلی IN1 تا IN4 برای عملکردهای تخصصی CNC اهمیت بیشتری دارند.

Probe و Automatic Tool Setting

یکی از امکانات مهم ST-V3، پشتیبانی از Automatic Tool Setting است.

برای این کار می‌توان یک Tool Setter را به یکی از ورودی‌های IN1 تا IN4 متصل کرد.

این سیستم می‌تواند برای موارد مختلفی مانند:

• اندازه‌گیری طول ابزار
• تعیین ارتفاع ابزار
• پیدا کردن لبه قطعه
• پیدا کردن مرکز قطعات استوانه‌ای
• پیدا کردن مرکز سوراخ‌های دایره‌ای

استفاده شود.

جالب اینکه طبق دفترچه، حتی می‌توان یک Tool Setter ساده و دست‌ساز ایجاد کرد. در ساده‌ترین حالت، Tool Setter می‌تواند از یک میکروسوئیچ یا مدار ساده تماس الکتریکی تشکیل شود.

Automatic Tool Zero

یکی از کاربردهای Probe، تعیین خودکار صفر محور Z است.

در این حالت ابزار به سمت سطح قطعه حرکت می‌کند و پس از تماس با Tool Setter، سیگنال به کنترلر ارسال می‌شود.

Mach3 با استفاده از اسکریپت مربوطه می‌تواند ارتفاع ابزار و موقعیت صفر Z را محاسبه کند.

دفترچه ST-V3 برای این بخش نمونه Script نیز ارائه کرده و توضیح می‌دهد که عملکرد Auto Tool Zero در Mach3 با استفاده از VBScript انجام می‌شود.

Edge Finding یا پیدا کردن خودکار لبه قطعه

ST-V3 می‌تواند برای پیدا کردن خودکار لبه قطعه نیز استفاده شود.

در مستندات، برای پیدا کردن لبه‌های چپ و راست محور X و لبه‌های بالا و پایین محور Y، Scriptهای جداگانه در نظر گرفته شده است.

این قابلیت می‌تواند برای تنظیم دقیق نقطه صفر قطعه قبل از شروع عملیات CNC مفید باشد.

Center Finding یا پیدا کردن مرکز

با استفاده از Probe یا Edge Finder می‌توان مرکز یک قطعه استوانه‌ای یا مرکز یک سوراخ دایره‌ای را نیز پیدا کرد.

در دفترچه ST-V3 برای این کار Scriptهای جداگانه‌ای مانند Center Finding_Cylinder و Center Finding_Inner Hole معرفی شده‌اند.

خروجی‌های OUT1 تا OUT4

ST-V3 دارای 4 خروجی اپتوایزوله است.

این خروجی‌ها توسط ترانزیستور دارلینگتون ULN2003 کنترل می‌شوند و طبق مستندات سازنده، توانایی راه‌اندازی بار تا حدود 60mA را دارند. این خروجی‌ها برای راه‌اندازی رله‌های خارجی یا چراغ‌های نشانگر قابل استفاده هستند.

این نکته مهم است:

OUT1 تا OUT4 برای اتصال مستقیم بارهای قدرت مانند کنتاکتورهای بزرگ، موتور یا پمپ طراحی نشده‌اند.

این خروجی‌ها بهتر است به‌عنوان خروجی فرمان در نظر گرفته شوند و برای بارهای بزرگ از رله واسط یا مدار مناسب استفاده شود.

نحوه استفاده از OUTها برای رله

طبق دفترچه، برای استفاده از خروجی‌ها در حالت راه‌اندازی رله، بخش خروجی به منبع خارجی 24V DC متصل می‌شود.

COM+ به مثبت 24V و COM- به منفی 24V متصل می‌شوند.

سپس OUT1 تا OUT4 می‌توانند برای کنترل رله استفاده شوند.

نکته مهم این است که مدار خروجی از ساختار ترانزیستور ULN2003 استفاده می‌کند؛ بنابراین خروجی در عمل نقش یک مسیر کنترل‌شده برای جریان رله را دارد، نه یک منبع تغذیه مستقل برای رله. جریان مجاز نیز باید مطابق مشخصات مستندات و نوع رله انتخاب شود.

آیا می‌توان خروجی‌ها را با Mach3 کنترل کرد؟

بله.

OUT1 تا OUT4 را می‌توان به خروجی‌های Mach3 اختصاص داد.

برای مثال می‌توان OUT4 را به Output #1 در Mach3 اختصاص داد.

در تنظیمات Mach3 از مسیر:

Config → Ports and Pins → Output Signals

می‌توان Output#1 را فعال کرده و Port را روی 3 و Pin Number را روی 4 قرار داد تا Output #1 به OUT4 کنترلر متصل شود.

بنابراین خروجی‌های ST-V3 فقط برای عملکردهای از پیش تعیین‌شده نیستند و می‌توان از آنها برای کنترل تجهیزات جانبی مختلف نیز استفاده کرد.

کنترل اسپیندل با ST-V3

یکی از کاربردهای مهم خروجی‌های ST-V3، کنترل اسپیندل CNC است.

طبق دفترچه، Mach3 سه روش کلی برای کنترل اسپیندل دارد که در این کنترلر دو روش اصلی آن یعنی Relay و PWM مورد استفاده قرار می‌گیرند. روش Pulse برای سروو در این کنترلر پشتیبانی نمی‌شود.

کنترل اسپیندل با رله

در روش Relay، دو خروجی می‌توانند برای کنترل جهت‌های مختلف اسپیندل مورد استفاده قرار گیرند.

برای مثال:

OUT1 برای فرمان Clockwise یا M3

و

OUT2 برای فرمان Counter-Clockwise یا M4

در نظر گرفته می‌شود.

در این حالت M3 باعث فعال شدن خروجی اول، M4 باعث فعال شدن خروجی دوم و M5 باعث خاموش شدن هر دو خروجی می‌شود.

این روش بیشتر برای فرمان‌های روشن/خاموش و جهت چرخش استفاده می‌شود.

کنترل اسپیندل با PWM

در روش PWM، خروجی کنترلر یک سیگنال Pulse Width Modulation تولید می‌کند.

Duty Cycle سیگنال PWM می‌تواند بر اساس سرعت موردنظر تغییر کند.

در مستندات ST-V3 مثالی ارائه شده که در آن OUT3 برای تولید PWM استفاده می‌شود.

در Mach3 باید از قسمت:

Config → Ports and Pins → Spindle Setup

گزینه‌های مربوط به Use Spindle Motor Output و PWM Control فعال شوند و سپس OUT3 به‌عنوان خروجی Spindle تعریف شود.

برای بررسی عملکرد PWM نیز می‌توان ابتدا یک چراغ نشانگر مناسب به خروجی متصل کرد و تغییر وضعیت آن را مشاهده کرد.

خروجی آنالوگ 0 تا 10 ولت

ST-V3 علاوه بر PWM، دارای یک کانال خروجی آنالوگ 0 تا 10 ولت نیز هست.

این خروجی معمولاً برای کنترل سرعت اسپیندل از طریق VFD یا اینورتر استفاده می‌شود.

در این روش، مقدار ولتاژ خروجی متناسب با سرعت موردنظر اسپیندل تغییر می‌کند.

برای مثال، VFD ممکن است طوری تنظیم شده باشد که:

• 0V = توقف یا حداقل سرعت
• ولتاژ میانی = سرعت متوسط
• 10V = حداکثر سرعت تعریف‌شده

البته رابطه دقیق ولتاژ و RPM باید بر اساس تنظیمات همان VFD تعیین شود.

دفترچه ST-V3 توضیح می‌دهد که می‌توان مقدار سرعت را در Mach3 با دستور S یا از طریق کنترل Spindle Speed و SRO% تنظیم کرد و کنترلر سیگنال 0 تا 10V را برای VFD تولید می‌کند.

ترمینال‌های AVI و ACM

در بخش آنالوگ کنترلر، ترمینال‌های مربوط به خروجی 0 تا 10V قرار دارند.

AVI خروجی سیگنال آنالوگ است و می‌تواند ولتاژی بین 0 تا 10V ایجاد کند.

ACM مرجع یا زمین سیگنال آنالوگ است.

بنابراین هنگام اتصال خروجی آنالوگ کنترلر به ورودی آنالوگ VFD، باید ترمینال‌های مربوط به سیگنال آنالوگ و مرجع آن مطابق دفترچه VFD به یکدیگر متصل شوند.

DCM چیست؟

DCM مربوط به Digital Signal Common یا مشترک بخش سیگنال‌های دیجیتال است.

در مستندات کنترلر، DCM به‌عنوان Digital Signal Ground معرفی شده است.

این ترمینال با ACM که مربوط به بخش آنالوگ است یکسان نیست و نباید صرفاً بر اساس نام «زمین» آنها را به یکدیگر متصل کرد. نوع اتصال باید بر اساس مدار کنترلر و VFD مورد استفاده انجام شود.

ورودی 24 ولت

بخش ورودی‌های دیجیتال و برخی مدارهای I/O کنترلر به منبع 24V DC نیاز دارند.

در مستندات، +24V و -24V برای تغذیه بخش مربوط به سیگنال‌های دیجیتال معرفی شده‌اند.

اگر VFD مورد استفاده خروجی 24V مناسب داشته باشد، می‌توان طبق روش ارائه‌شده در دفترچه از آن استفاده کرد؛ در غیر این صورت باید منبع تغذیه DC مناسب جداگانه در نظر گرفته شود.

بنابراین نباید صرفاً بر اساس وجود کابل USB تصور کرد که تمام بخش‌های I/O کنترلر از USB تغذیه می‌شوند.

رابط Handwheel یا MPG

ST-V3 دارای رابط اختصاصی برای اتصال Handwheel است.

Handwheel یا MPG به اپراتور اجازه می‌دهد حرکت محورها را به‌صورت دستی و با دقت بالا کنترل کند.

این قابلیت برای کارهایی مانند:

• Jog دقیق
• تنظیم موقعیت ابزار
• صفر کردن قطعه
• نزدیک کردن ابزار به قطعه
• تنظیم دستی محورها

بسیار کاربردی است.

محدودیت مهم رابط Handwheel

طبق دفترچه، رابط Handwheel برای 5V DC طراحی شده است.

بنابراین نباید ولتاژی بیشتر از 5V به آن اعمال شود؛ زیرا می‌تواند به کنترلر آسیب برساند.

رابط Handwheel شامل خطوط مربوط به محورهای X، Y، Z و A، خروجی‌های انکودر A و B و همچنین انتخاب ضرایب X10 و X100 است.

در Mach3 نیز از قسمت:

Config → Ports and Pins → Encoder/MPG's

می‌توان MPG#1 را فعال کرد.

استفاده از رابط Handwheel به‌عنوان ورودی اضافی

اگر Handwheel موردنیاز نباشد، این رابط می‌تواند به‌عنوان مجموعه‌ای از ورودی‌های دیجیتال اضافی مورد استفاده قرار گیرد.

در این حالت هشت ورودی اضافی ایجاد می‌شود و مجموع ورودی‌های دیجیتال کنترلر به 12 ورودی می‌رسد.

ورودی‌های اضافی به شکل زیر تعریف می‌شوند:

• X-axis = IN5
• Y-axis = IN6
• Z-axis = IN7
• A-axis = IN8
• X10 = IN9
• X100 = IN10
• A = IN11
• B = IN12

اما همان‌طور که گفته شد، IN5 تا IN12 فقط برای ورودی‌های دیجیتال عمومی هستند و قابلیت‌های تخصصی مانند Home، Limit و Tool Setting را ندارند.

طراحی ضد نویز و EMI

محیط CNC از نظر نویز الکتریکی محیط ساده‌ای نیست.

در کنار کنترلر ممکن است تجهیزات مختلفی مانند:

• درایورهای استپ موتور
• موتورهای الکتریکی
• VFD
• اسپیندل
• کنتاکتورها
• پمپ
• کابل‌های قدرت

فعال باشند.

ST-V3 با هدف استفاده در چنین محیطی دارای طراحی ضدتداخل و قطعات صنعتی معرفی شده است.

کابل USB همراه کنترلر نیز دارای Ferrite Bead است که برای کاهش برخی تداخلات فرکانس بالا و EMI استفاده می‌شود.

البته برای دستیابی به عملکرد مناسب، سیم‌کشی صحیح، اتصال زمین مناسب، جداسازی کابل‌های قدرت و سیگنال و استفاده از کابل‌های مناسب نیز اهمیت بسیار زیادی دارد.

ترمینال‌های پیچی و پین هدر

ST-V3 برای سیم‌کشی انعطاف‌پذیرتر، دو نوع اتصال را ارائه می‌کند:

ترمینال‌های Screw Type

و

پین‌هدرهای 2.54mm

ترمینال‌های پیچی برای سیم‌کشی مستقیم داخل تابلو مناسب هستند و پین‌هدر 2.54 میلی‌متری می‌تواند برای اتصال کابل‌های آماده و رابط‌های بردی مورد استفاده قرار گیرد.

چرا ST-V3 برای CNCهای کوچک مناسب است؟

ترکیب امکانات این کنترلر باعث شده است برای دستگاه‌های CNC کوچک و متوسط، دستگاه‌های حکاکی و سیستم‌هایی که با Mach3 کار می‌کنند گزینه مناسبی باشد.

این امکانات شامل کنترل چهار محور، فرکانس پالس 100KHz، ورودی‌های اپتوایزوله، خروجی‌های اپتوایزوله، کنترل اسپیندل، PWM، خروجی 0 تا 10V، Probe، Tool Setting، Homing، Slave Axis و Handwheel است.

نصب و راه‌اندازی ST-V3 با Mach3

راه‌اندازی کنترلر در چند مرحله انجام می‌شود.

ابتدا Mach3 نصب می‌شود.

سپس فایل‌های Plugin مربوط به کنترلر در پوشه Plugins نرم‌افزار قرار می‌گیرند.

بعد از اتصال کابل USB، ویندوز باید کنترلر را شناسایی کند.

در Mach3 نیز افزونه مربوط به ST-V3 باید در بخش Plugin Control قابل مشاهده باشد. مستندات سازنده برای این کنترلر از Plugin با نام RnRMotion یاد می‌کنند.

پس از نصب، باید موتورهای X، Y، Z و A در بخش Motor Outputs تنظیم شوند و Port و Pin مربوط به هر محور مطابق نحوه اتصال سخت‌افزاری تعیین شود.

تنظیم Steps Per در Mach3

یکی از مهم‌ترین تنظیمات هنگام راه‌اندازی CNC، مقدار Steps Per است.

این مقدار مشخص می‌کند برای حرکت یک واحد از محور، چه تعداد پالس باید توسط کنترلر تولید شود.

طبق فرمول ارائه‌شده در دفترچه:

Steps Per = (360 ÷ Step Angle) × Microstepping ÷ Screw Lead

برای مثال، اگر موتور دارای Step Angle برابر 1.8 درجه باشد، میکرو‌استپ 16 و Lead پیچ 5 میلی‌متر باشد:

Steps Per = (360 ÷ 1.8) × 16 ÷ 5 = 640

یعنی برای حرکت یک میلی‌متر، به‌صورت تئوری 640 پالس موردنیاز خواهد بود.

البته مقدار واقعی باید بر اساس ساختار مکانیکی دستگاه و تنظیمات واقعی درایور تعیین و در صورت نیاز با کالیبراسیون اصلاح شود.

تنظیم سرعت و شتاب محورها

در Mach3 علاوه بر Steps Per، باید حداکثر سرعت و Acceleration نیز برای هر محور تنظیم شود.

دفترچه ST-V3 تأکید می‌کند که مقدار شتاب باید با توجه به عملکرد واقعی دستگاه تعیین شود.

اگر Acceleration بیش از حد بالا باشد، موتور ممکن است دچار لرزش، ضربه یا از دست دادن حرکت شود.

اگر بیش از حد پایین باشد، حرکت دستگاه کندتر شده و زمان ماشین‌کاری افزایش پیدا می‌کند.

تنظیم Homing در Mach3

برای Homing می‌توان از مسیر تنظیمات Config → Homing/Limits استفاده کرد.

در این قسمت می‌توان برای هر محور سرعت Homing را تعیین کرد.

برای مثال دفترچه یک مقدار 50 درصد از سرعت G0 را به‌عنوان نمونه معرفی می‌کند.

همچنین با گزینه Home Neg مشخص می‌شود که Home Switch در سمت منفی یا مثبت محور قرار دارد.

نکته مهم درباره ایمنی

کنترلر ST-V3 برای کنترل یک دستگاه مکانیکی CNC استفاده می‌شود و هرگونه خطا در سیم‌کشی، تنظیمات Mach3 یا مدار قدرت می‌تواند باعث حرکت ناخواسته دستگاه شود.

به همین دلیل سازنده در ابتدای دفترچه تأکید کرده است که هنگام آزمایش دستگاه، کلید اصلی برق در محلی قرار داشته باشد که اپراتور بتواند سریع آن را قطع کند و نصب و تست صحیح Emergency Stop نیز بسیار توصیه شده است.

به‌خصوص هنگام آزمایش اولیه موتور، Limit Switch، Probe، رله و اسپیندل، بهتر است ابتدا عملکرد هر بخش بدون بار و با سرعت پایین بررسی شود.

جمع‌بندی

کنترلر ST-V3 USB Motion Control Card یک کنترلر حرکتی چهارمحوره برای Mach3 است که علاوه بر تولید پالس‌های حرکتی با حداکثر فرکانس 100KHz، مجموعه‌ای از امکانات کنترلی موردنیاز یک CNC را در اختیار کاربر قرار می‌دهد.

این کنترلر می‌تواند برای کنترل محورهای X، Y، Z و A استفاده شود و محور A نیز قابلیت تعریف به‌عنوان Slave را دارد. سیستم Homing می‌تواند برای محورهای اصلی و Slave مورد استفاده قرار گیرد و امکان هم‌سطح‌سازی محور Slave هنگام Homing نیز در مستندات آن ذکر شده است.

چهار ورودی دیجیتال اپتوایزوله برای Limit، Home، E-Stop، Probe و Tool Setting در اختیار کاربر قرار دارد و در صورت عدم استفاده از Handwheel می‌توان از رابط آن برای افزایش تعداد ورودی‌های عمومی تا 12 کانال استفاده کرد.

چهار خروجی اپتوایزوله نیز برای کنترل رله‌ها و تجهیزات جانبی وجود دارد که با استفاده از ULN2003 قادر به راه‌اندازی بارهای خارجی در محدوده مشخص‌شده توسط سازنده هستند.

در بخش اسپیندل نیز امکان استفاده از روش Relay و PWM وجود دارد و علاوه بر آن، یک خروجی آنالوگ 0 تا 10 ولت برای کنترل سرعت VFD در نظر گرفته شده است.

وجود رابط Handwheel، قابلیت Automatic Tool Setting، Edge Finding، Center Finding، Homing خودکار، Slave Axis، طراحی ضدتداخل و اتصال USB باعث شده است ST-V3 مجموعه نسبتاً کاملی از امکانات موردنیاز کنترل یک دستگاه CNC مبتنی بر Mach3 را در یک برد ارائه کند.

مشخصات فنی خلاصه

منبع این مشخصات: دفترچه رسمی ST-V3 و Quick Start Manual ارائه‌شده برای این کنترلر.