Mach3 на китайском станке с нуля: пины, Motor Tuning, концевики и первый запуск

Что нужно, чтобы вообще начинать

Mach3 сама не выдаёт импульсы на двигатели: сигналы идут через порт LPT компьютера, через USB-контроллер или через Ethernet-плату. Разница между этими вариантами и сравнение Mach3 с Mach4 и LinuxCNC разобраны в статье про выбор между Mach3, Mach4 и LinuxCNC. Здесь о том, что вы уже купили и собрали.

Требования, которые важны для настройки:

• Порт LPT работает на настольном компьютере с 32-разрядной Windows не новее седьмой. Для 64-разрядной системы берут внешний USB- или Ethernet-контроллер.
• Лицензия. Без неё Mach3 в демо-режиме ограничена 500 строками G-кода. После этого движение прерывается, а шпиндель продолжает вращаться. Практики встречали на форумах «взломанные» копии и «народные» версии, но они нестабильны, а подмена файла лицензии нарушает условия использования.
• Отдельный компьютер под станок. Отключают лишние службы Windows, экономию питания USB, ставят дискретную видеокарту для больших файлов (мнения о её необходимости расходятся).
• Тест драйвера. В меню Config запускают Driver Test: на графике должна быть ровная линия, а не «пила». «Пила» означает, что Windows не успевает вовремя отдавать импульсы.

Шаг 1. Пины и инверсии

Откройте Config, Ports and Pins. На вкладке Motor Outputs для каждой оси включите Enabled и укажите пин Step и пин Dir из схемы вашей платы. Дальше три настройки, которые решают половину проблем.

Низкий уровень сигнала. Драйверы обычно ожидают импульсы активного низкого уровня. В руководстве Mach3 написано, что для драйверов выходы Step и Dir настраивают как Active Lo (на экране это галочка Low Active), иначе сигнал по-прежнему движется вверх и вниз, но драйвер читает паузы вместо импульсов. Результат описан честно: «очень грубый или ненадёжный ход мотора». Практики ещё называют правило: если ось дёргается, пищит или идёт рывками на низкой скорости, сначала проверьте галочку Low Active на пине Step.

Направление. Если ось едет не в ту сторону, в руководстве описаны три способа исправить: изменить галочку Low Active для пина Dir этой оси, поставить галочку Reversed в Homing/Limits для этой оси или при выключенном питании поменять местами одну пару проводов двигателя у драйвера. Третий способ дольше и требует обесточить станок, а первые два делают программно.

Enable. Многие драйверы включаются по сигналу Enable, часто на пине 14 порта LPT. Если драйверы гудят и держат вал, но ось не едет, проверяют, назначен ли выход Enable и какой у него уровень. Шаговик, который держит и не едет, в большинстве случаев получил питание, но не получает импульсов: не назначены Step и Dir или включена не та инверсия. На драйверах с переключателем входа на 5 В и 24 В проверяют и его положение.

Шаг 2. Шаги на единицу

Откройте Config, Motor Tuning и выберите ось. В поле Steps per задайте число импульсов на миллиметр. Формула одна для всех осей: шаги на оборот двигателя (200 для 1,8°), умноженные на микрошаг драйвера и на передаточное число, делятся на подачу за оборот. Для ШВП с шагом 5 мм, двигателя на 200 шагов и микрошага 8 это 200 × 8 / 5 = 320 импульсов на миллиметр. Если на оси стоит редуктор 3 или ремень, подача за оборот меняется: расчёт сохраняется, подставляется другое число.

Чужие значения из форумов и профили чужих станков копировать нельзя: они относятся к другому винту, другому драйверу и другому микрошагу. Профиль сохраняют копией xml-файла настроек вместе с папкой Mach3 перед любыми экспериментами.

Расчёт нужно проверить измерением. Mach3 умеет сама подгонять число: в Settings Alt6 есть кнопка Set Steps per Unit. Нужно выбрать ось, ввести номинальное перемещение и после движения измерить реальное. Производитель советует сначала приблизительно рассчитать значение и только потом пользоваться автоматическим режимом. Как поправлять размеры по замеру и отличать масштабную ошибку от постоянной, разобрано в статье про калибровку импульсов и дом.

Шаг 3. Длительность импульсов

Длительность Step Pulse и Dir Pulse в микросекундах задают в настройках Ports and Pins, точное место поля зависит от версии программы. Нулевые значения оставлять нельзя. В руководстве Mach3 сказано: большинство драйверов работают с минимальной длительностью импульса 1 мкс, а при проблемах (мотор «шумит», толчки) нужно сначала проверить инверсию Step, затем попробовать увеличить длительность до 5 мкс.

Практики добавляют конкретику. На LPT ставят около 5 мкс. На USB-контроллерах и с дешёвыми драйверами TB6600 и TB6560, у которых медленные оптопары на канале Dir, значения доводят до 15 и включают Step Low Active, а микрошаг не уменьшают: при меньшем дроблении оптопара не успевает ещё сильнее. Когда ось уезжает в одну сторону или теряет координату именно при смене направления, это первая настройка для проверки.

Шаг 4. Скорость, ускорение и частота ядра

В Motor Tuning выставляют Velocity и Acceleration. Производитель советует не вычислять, а подобрать так, чтобы разгон и торможение звучали «комфортно»: слишком резкий старт слышен как удар, ось начинает пропускать шаги. Практики дают ориентиры для лёгких бюджетных станков: линейное ускорение 300–600 мм/с², на тяжёлых порталах ниже. Подбирают так: поднимают ускорение до первого пропуска или вибрации и отступают на 20–30 %.

Скорость проверяют арифметикой, а не на глаз. Частота импульсов равна скорости в мм/мин, умноженной на импульсы на миллиметр и делённой на 60.

Ядро Mach3 по умолчанию работает на 25 кГц, при хорошем компьютере его поднимают до 35 или 100 кГц. Если не хватает, есть три выхода: уменьшить микрошаг, ограничить скорость в Motor Tuning расчётным значением или перейти на внешний контроллер с аппаратной генерацией импульсов. Подробные примеры расчёта для разных вариантов есть в статье про пропуск шагов.

Шаг 5. Концевики и дом

Концевики описаны отдельной статьёй. В Mach3 для первого запуска запомните три вещи. Дом ищут командой Ref All Home при каждом включении станка. Софтлимиты включаются только после поиска дома. Отключать лимиты, чтобы «перестало ругаться», нельзя: ошибка означает неверно назначенный пин или полярность, а не помеху. Подробности и полярность датчиков разобраны в статье про датчики и концевики.

Если ось портала приводят два двигателя, вторую ось настраивают как подчинённую: в Config, Slave Axis выбирают ведомую ось. Mach3 отправляет им одинаковые импульсы, а при поиске дома выравнивает портал по двум датчикам. Настройки обоих драйверов должны совпадать полностью: дробление, ток, направление.

Таблица типичных симптомов

Про USB-контроллеры практики напоминают: плата питается от компьютера и может не выдержать нагрузки, поэтому ей нужен отдельный блок 5 В. Один из операторов получил станок, у которого ось не ехала в одну сторону, пока не подключил кабель дополнительного питания 5 В из комплекта контроллера.

Чем отличаются GRBL, LinuxCNC и DDCS

Принципы те же, но параметры называются иначе.

GRBL. Шаги на миллиметр задают параметры $100, $101, $102 для X, Y, Z. Максимальную скорость в мм/мин задают $110–$112, ускорение в мм/с² задают $120–$122. Длительность импульса шага ($0) по умолчанию 10 мкс, а сам контроллер на AVR удерживает до 30 кГц без джиттера. Для оси на 320 имп/мм это 93,75 мм/с, около 5,6 м/мин. Сочетание большого микрошага и скорости упирается в этот потолок так же, как в Mach3 с ядром 25 кГц. Данные взяты из документации GRBL.

LinuxCNC. Для порта LPT есть мастер Stepconf. Он подбирает базовый период по результатам теста задержки: если джиттер в сотни микросекунд, компьютер не годится для программных шагов, а до 15–20 мкс результат хороший. Скорость и ускорение по осям ограничивают в ini-файле параметрами MAX_VELOCITY и MAX_ACCELERATION.

Автономные контроллеры DDCS. Это отдельные платы с экраном, не требующие компьютера. Практики напоминают три правила: входы питают отдельно от остального, все четыре провода PUL и DIR подключают раздельно, а при дроблении 1/32–1/128 нужны версии с частотой 500 кГц, обычные не справляются. Параметры в таких контроллерах, как и у DSP-пультов, лучше сохранять в файл: подробности в статье про флешки и бэкап пультов.

Самодельные Arduino с CNC shield как контроллер для фрезера большинство практиков не одобряет, хотя спор о GRBL не закончен.

Если речь о готовых фрезерах, то, например, в характеристиках моделей Wattsan A1 и M1 указаны NcStudio или RichAuto, а не Mach3: такие станки идут с собственной стойкой и своим форматом файлов.