6-Achsen-CNC-Steuerung
Steuerung für bis zu 6 Schrittmotoren auf Basis UC300ETH und UB1 – für 4- und 5-Achs-Betrieb
Diese Steuerung treibt bis zu sechs Schrittmotoren an und bildet die elektronische Grundlage für den Mehrachsbetrieb meiner selbstgebauten CNC-Fräse. Sie ist ausgelegt für drei Linearachsen (X, Y, Z) und drei Rotationsachsen (A, B, C) – in meiner Maschine konkret als X, Y, Y′, Z, A, C, also mit zwei synchron laufenden Y-Achsen und zwei Rotationsachsen.
Der Anlass für den Neubau war die Erweiterung der Fräse über drei Achsen hinaus. Eine klassische 3-Achs-Steuerung stösst dabei schnell an Grenzen: Es fehlen Achsen, die Signalqualität für schnelle Schritt-Takte reicht nicht, und für simultane Mehrachsenbearbeitung braucht es einen echten Motion-Controller statt einer Parallelport-Lösung.
Technische Daten
| Motion-Controller | UC300ETH |
|---|---|
| Mainboard | UB1 |
| Max. Achsen | 6 Schrittmotoren, je max. 4.2 A |
| Typische Konfiguration | X, Y, Y′, Z, A, C (5-Achs-CNC) |
| Software | UCCNC / Mach4 |
Warum UC300ETH und UB1
Die Wahl fiel auf den Motion-Controller UC300ETH zusammen mit dem UB1-Mainboard. Ausschlaggebend waren drei Punkte:
- Ethernet statt USB oder Parallelport. Die Verbindung zum PC ist unempfindlicher gegen die elektrischen Störungen, die in einer Werkstatt mit Spindel und Schrittmotortreibern unvermeidlich sind.
- Sechs Achsen ab Werk. Kein Nachrüsten, keine Zusatzkarten – die Erweiterung auf 5-Achs-Betrieb war von Anfang an vorgesehen.
- Das UB1-Mainboard nimmt die Verdrahtung ab. Ein- und Ausgänge, Endschalter, Relais und Spindelsteuerung sitzen auf einer Platine mit definierten Klemmen, statt als lose Verdrahtung im Schaltschrank zu enden.
Angesteuert wird die Hardware wahlweise mit UCCNC oder Mach4. UCCNC ist auf den UC300 zugeschnitten und für den Hausgebrauch die unkompliziertere Variante.
Aufbau
Die gesamte Elektronik ist in einem Schaltschrank untergebracht: Motion-Controller und Mainboard, die Schrittmotortreiber für die einzelnen Achsen, Netzteil, Not-Aus und die Anschlüsse für Endschalter und Spindel. Jede Achse darf bis zu 4.2 A ziehen.
Auf eine saubere Trennung von Leistungs- und Signalverdrahtung habe ich besonders geachtet. Sie ist bei Schrittmotoranlagen kein Schönheitsthema: Eingestreute Störungen führen zu verlorenen Schritten, und verlorene Schritte bemerkt man oft erst am ausgeschussten Werkstück. Geschirmte Motorleitungen mit einseitig aufgelegtem Schirm und getrennte Kabelwege haben sich bewährt.
Die Bilder unten zeigen den Aufbau in mehreren Ausbaustufen bis zur aktuellen Version V3.
Achskonfiguration
Die sechs Kanäle sind bei mir so belegt:
- X, Y, Y′, Z – die Linearachsen des Portals, wobei die beiden Y-Antriebe synchron auf den Portalbalken arbeiten. Das vermeidet ein Verkanten des Portals, verlangt aber sauberes Referenzieren beider Seiten.
- A und C – die beiden Drehachsen des AC-Rundtischs. Alternativ lässt sich hier auch die 4. CNC-Achse als einzelne Drehachse anschliessen.
Damit deckt eine einzige Steuerung sowohl den 3-Achs-Alltag als auch den 4- und 5-Achs-Betrieb ab, ohne dass umgebaut werden muss.
Status und Erfahrungen
Die Steuerung ist fertig aufgebaut, getestet und seit Längerem im Einsatz. UC300ETH und UB1 erweisen sich als zuverlässige, robuste Hardware – es gab bisher keine sporadischen Aussetzer, die bei selbstgebauten Steuerungen sonst gern die meiste Fehlersuche kosten.
Hinweise für Nachbauer
Der Schaltschrank ist auf meine Maschine zugeschnitten. Motorströme, Mikroschritt-Einstellung, Endschalterlogik, Referenzfahrten und Not-Aus-Kette müssen zur eigenen Mechanik passen.
Ein Punkt, der beim Selbstbau gern zu kurz kommt: Die Not-Aus-Kette muss die Leistung tatsächlich abschalten und darf nicht nur ein Softwaresignal an die Steuerung senden.
Die CAD-Modelle des Gehäuses stehen auf GrabCAD zum Download bereit.
Galerie
