Une solution moderne et abordable pour passer au GCode 4 axes

Le créateur de Jedicut (Jérôme), sous l’impulsion de Xavtronic (Xavier), a développé une extension pour Jedicut afin de générer le parcours de découpe en GCode pour fil chaud en 4 axes. Je suis passionné par le GCode, alors j’ai pris le train et développé en premier lieu une interface avec un Arduino Mega pour commander l’équipement MM2001 en GCode.

L’excellent fonctionnement de l’ensemble m’a entraîné dans la réalisation d’un ensemble de commande et de puissance à base d’Arduino Méga + Ramps 1.4 destiné à ceux qui se lancent dans la découpe au fil chaud, ou ceux qui veulent remplacer leur carte de contrôle CNC.

Ce montage GRBL-ALDEN est compatible avec le montage Jedicut- Alden si vous n’avez pas de fin de course, pour passer de Jedicut-Alden à GRBL il suffit de réaliser une carte d’adaptation et de charger le sketch GRBL dans votre Arduino Mega.

Pour ceux qui utilisent les fins de course, il est nécessaire de passer à la version 2 de la carte de sortie DB25 car le câblage des fins de course sur la version 1 n’est pas compatible avec GRBL. La carte de sortie DB25 version 2 est compatible pour Jedicut-Alden et GRBL-ALDEN, la différence se fait par cavalier.

Ce document détaille les organes principaux de l’électronique. Je vous recommande de lire l’ensemble du document avant de passer à la réalisation. Ensuite vous réglerez les drivers en fonction de vos moteurs.

Principe de fonctionnement

L’ensemble de commande et de puissance ne peut être commandé que par un logiciel capable de transmettre le fichier Gcode de découpe. Ce fichier peut être généré par Jedicut ou un autre moyen. Pour l’envoi du GCode à la carte de commande, j’ai choisi comme logiciel “GRBL Visualizer ” car il offre la commande 4 axes avec les flèches de commande manuelles positionnées correctement pour nos machines de découpe. Par contre la visualisation 2D et 3D de la découpe n’est pas correcte, il est adapté pour une machine 3 axes. Ceci n’est pas gênant puisque nous connaissons la forme générale de découpe.

Si vous possédez un ensemble électronique Jedicut-Alden, vous pouvez passer à GRBL en ajoutant une carte d’adaptation entre l’Arduino méga et la Ramps 1.4. Le coffret et les alimentations sont les mêmes.

Si vous n’avez pas d’Arduino pour réaliser votre montage voici un kit Arduino Mega avec Ramps &.4 et ses drivers à 28,75€ sur Amazon (lien affilié).

Sans gros frais, vous pouvez essayer le Gcode ou revenir à Jedicut conventionnel.

Performance de l’ensemble

L’utilisation du GCode a de nombreux avantages :

  • La qualité de la découpe est équivalente à celle obtenue par Jedicut en direct.
  • La vitesse de découpe est constante, que se soit en verticale, en horizontale, en diagonale ou en courbe. La chauffe est donc toujours adaptée.
  • La possibilité d’intervenir, de modifier le fichier Gcode pour ajouter des trajectoires que Jedicut ou RP-FC n’acceptent pas. Par exemple : lorsque nous avons un angle aigu prononcé, la découpe n’est pas nette, si on ajoute 4 segments dans le GCode, la découpe se fera convenablement. Jedicut comme RP-FC n’acceptent pas un croisement puisque la continuité du trajet peut prendre 3 voies différentes.

 

  • Possibilité d’arrêter manuellement la découpe en cours et de la redémarrer ensuite sans perte de position. Je m’en sers pour les guillotines, cela permet de couper en montant, d’arrêter, de positionner le bloc, de repartir et de couper en descendant. Attention, pendant l’arrêt, la chauffe n’est pas coupée.
  • Si vous disposez de fins de course sur votre machine, vous avez la possibilité de réaliser la mise à zéro de celle-ci en automatique sur les 4 axes. De plus vous pouvez programmer une position de travail pour le départ de la découpe.
  • L’utilisation ou non des fins de course se configure dans GRBL.

Restrictions

Dans GRBL, la chauffe (spindle) n’est pas synchronisée par rapport au segment en cours de découpe. Je m’explique ; lorsque l’on donne une nouvelle consigne de chauffe, GRBL la prend en compte tout de suite alors que le trajet de découpe est dans un buffer de synchronisation. Ceci se produit lorsqu’à la fin de la découpe on passe en vitesse rapide, la chauffe change de consigne alors que la découpe est encore en vitesse lente du fait du buffer de synchronisation.

Pour ma part, comme je réalise des découpes directes sans retour avec hauteur de dégagement en vitesse rapide, tout mon trajet est en vitesse de découpe.

Les nouvelles versions de GRBL semblent traiter ce problème, mais ne sont pas en 4 axes il faut attendre un peu.

Réalisation de l’électronique

On reconnaît le schéma général de Jedicut-Alden (Arduino + Ramps 1.4).

Les alimentations sont identiques, il n’y a pas d’afficheur puisque le logiciel de commande GRBL Visualizer est suffisant, la carte de commande est plus simple.

Le sketch GRBL pour l’arduino Méga est complexe, il n’est pas possible de modifier les pins de sorties pour les axes X1, Y1, X2, Y2, il est donc nécessaire de réaliser une carte d’adaptation entre l’Arduino Mega et la carte Ramps 1.4.

Carte d’adaptation pour GRBL

Premier modèle : surprise sur la gestion des fins de course

Ce premier modèle ne fonctionne pas correctement avec les fins de course car contrairement à ce que je pensais, le sens d’action des fins de courses n’est pas programmable dans GRBL.

Rappel : Pour avoir une sécurité positive sur les fins de courses, lorsque l’on arrive en fin de course, le contact doit s’ouvrir et non se fermer. En effet, si vous avez un fil qui se desserre ou qui se coupe, le résultat est identique à un arrêt sur fin de course, votre machine s’arrête. Dans le cas contraire, le contact se ferme lorsqu’il arrive en fin de course, si votre liaison se coupe, vous ne vous en apercevrez pas et vous bloquerez votre machine.

D’autre part, le câblage des fins de course est compatible avec le câblage de l’ensemble Jedicut + Arduino + Ramps1.4. jusqu’aux prises DB25 de la carte de sortie. Il n’y a donc rien à modifier sur la machine. Par contre il faut refaire une carte de sortie DB25 pour le boitier de commande. Pour que GRBL fonctionne correctement en sécurité positive, il faut inverser les entrées des fins de course sur la carte Arduino.

Voici les schémas :

J’ai donc redéveloppé une nouvelle carte pour intégrer l’inversion des 4 fins de courses (fdc) avec un 7404. La résistance R1 permet d’avoir un “1” franc lorsque le fdc s’ouvre. J’en ai profité aussi de mettre un condensateur de 100nF pour se protéger de toutes perturbations parasites sur le câblage des fdc.

La carte d’adaptation v2, avec gestion des fins de course

Nous retrouvons donc le 7404, les résistances et les condensateurs de filtrage.

J’ai aussi redirigé les signaux de commande du 5ème axe de la Ramps1.4 afin que ceux-ci soient disponibles sur un bornier auxiliaire  de la Ramps 1.4. Mon idée est de pouvoir commander le 5ème axe avec un autre arduino et réaliser des mouvements de positionnement pendant que GRBL est en pause. Ceci pourrait servir pour
réaliser des masters de moulage de bulle. Ce sera pour occuper l’hiver prochain (2017-2018).

Du fait que la carte est réalisée sans trous métallisés, j’ai donc fait aboutir les pistes sur la face coté soudure il y a donc beaucoup de traversées (via) à joindre.

Carte de commande

Cette carte regroupe les commandes manuelles, elle est en simple face. Elle est équipée de :

  • 3 BP pour “Raz GRBL”, “Pause” et “Reprise”,
  • 1 diode led de présence 5v et sa résistance,
  • 1 connecteur HE 14 2×5 pour le raccordement sur le connecteur auxiliaire de la Ramps 1.4 (AUX-2),
  • 1 connecteur 2×1 pour le raccordement de BP “arrêt d’urgence” (RAZ arduino).

Le raccordement sur la carte Ramps 1.4 se fait par un câble nappe 10 conducteurs.

Voici à quoi ressemblera la carte de commande.

Schéma des connecteurs AUX de la carte Ramps 1.4

Nous utiliserons 2 connecteurs AUX :

  • AUX-2 : la carte de commande
  • AUX-3 : réserve pour la commande du 5ème axe

Carte de raccordement des équipements

Cette carte réalise la liaison entre les drivers de la carte Ramps1.4 et les câbles de liaison vers les équipements des axes Y1-X1 et Y2-X2. La liaison vers les équipements est réalisée par des câbles DB25 de 2m. Cette carte est différente de celle de l’équipement “Jedicut-Alden (Arduino ramps1.4)” mais elle est compatible pour les 2 équipements par la mise en place de cavaliers sur les connecteurs P15, P16 et P17.

Pour l’équipement Jedicut-Alden (Arduino ramps1.4)“, les 4 fins de courses sont en série, pour  GRBL-ALDEN les fins de courses sont individuelles. Par le jeu de cavaliers on configure l’un ou l’autre des équipements. Les connecteurs P10 et P13 permettent de tester les fins de course avec un multimètre. La pin du milieu est le point commun des fdc.

Les phases des moteurs PAP passent par 2 broches en parallèle et 2 fils des câbles DB25. Les couleurs des câbles des moteurs correspondent à mes moteurs. Voici le schéma, il vous permettra de mettre aussi vos moteurs dans le même sens. En effet, il est plus simple d’avoir une réponse identique de vos axes pour les 2 côtés de la table.

Voici le schéma de câblage des fins de course :

Et le schéma de raccordement des moteurs pas à pas :

Carte côté équipement

Ces cartes sont identiques, pour faciliter la réalisation, elles sont faites sur le même circuit, elles sont séparées avant soudure. Il y a donc une carte pour l’équipement X1-Y1 et une carte pour l’équipement X2-Y2. Les câbles des moteurs sont raccordés par soudure, les couleurs des câbles des moteurs correspondent à mes moteurs. Si vous utilisez les fins de courses, les câbles sont raccordés par soudure.

Ensuite la liaison entre les équipements et le boitier de commande est réalisée par câble DB25 de 2m de longueur.

Repère des signaux sur Arduino Méga

Repère des signaux sur Ramps 1.4

Pour ce qui est de la description générale j’en ai terminé, ce n’est sûrement pas parfait, vos remarques seront les biens venues. N’hésitez pas à me contacter par mail ou sur le forum de Jedicut.

Je vous souhaite bonne réalisation et de bonnes découpes.

Quelques photos de la réalisation

Raccordement des sorties des Moteurs PAP.

Raccordement des fins de course, fil orange, jaune, vert, bleu, violet et gris. et la position du cavalier.

Arrière de la façade ; on voit la carte de commande, l’ampèremètre au fond à droite, le bouton arrêt d’urgence en haut à droite.

La partie arrière pour le branchement de la table.

.Pour le passage du câble USB il faut agrandir le trou car avec la carte d’adaptation, la carte Méga est décalée de 10 mm vers l’avant par rapport au montage Jedicut-Alden.

La suite…

La suite de cet article sera consacré à la configuration et aux tests. Elle arrive bientôt 😉

En attendant, le dossier complet avec tous les fichiers nécessaires à la réalisation de la carte de contrôle est disponible ici : https://drive.google.com/open?id=0BwnRsMt6_HIYZ0RpNXd5OEM2T0k

Si vous avez des questions, créez une discussion spécifique sur le forum, ça simplifiera les recherches pour les personnes qui se poseront les mêmes questions que vous 😉

Auteur : AERODEN
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