CNC扩展板基本功能和步进驱动

CNC扩展板基本功能

A轴可以根据需求设定为独立工作模式或者同步XYZ中的一轴。

A4988驱动：注意en引脚对应CNC扩展版上的en引脚，否则会烧毁驱动

A4988驱动电流调节和计算。

Vref=Imax*8*0.1

DRV8825驱动：注意en引脚对应CNC扩展版上的en引脚，否则会烧毁驱动

DRV8825驱动电流调节和计算

Vref=Imax/2

CNC扩展版和arduino供电问题

扩展版需要单独供电：12V-36V

A4988电压范围：8V-35V，注意A4988驱动最大电压为35V，小于CNC扩展最大电压36V

DRV8825电压范围：8.2V-45V

Arduino需要额外供电，DC口（5.5）供电范围：7V-12V，可同时接USB线。

烧录GRBL固件并简单移动测试

GRBL固件：和的引脚定义区别，Z轴限位引脚和主轴控制引脚交换，使得主轴可以使用PWM控制。

控制软件：UGS，CNCjs，LaserGRBL，GRBL-Plotter

可以使用arduinoIDE打开grblUpload例程烧录固件，也可以使用LaserGRBL烧录。

步进脉冲数（step/mm）计算

计算工具：

步进电机步距角

步进电机的旋转是靠脉动信号来驱动的，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，步进电机的轴就会转动一个固定的角度，这个转动的角度，就叫“步距角”。最常见的有三种步距角：0.9°，1.8°和7.5°。这三种步距角，也就对应了步进电机每旋转一周（360°），需要的脉冲信号个数为400个、200个以及48个。

步进驱动细分设置

步进细分数取决于使用的电机驱动板主芯片，常见的细分有1/2，1/4，1/16，1/32等，如果是1/16细分表示的含义是原来一个脉冲可以控制电机转动一个步距角，现在需要16个脉冲电机才能转动一个步距角，如果电机的步距角是1.8°，那么电机旋转一周就需要200*16=3200个脉冲信号。

同步轮

常用的有16齿和20齿，需要注意齿距，比如GT2的同步轮其齿距为2mm，对于20齿的同步轮，旋转一圈即行进的距离为2mm*20=40mm。那么对于1.8步距角，16细分步进驱动，则每1mm所需的脉冲数为3200/40=80个脉冲/毫米。

丝杆

丝杆有几个重要参数，包括螺距，导程，头数。螺距表示相邻两个螺纹之间的距离（可将螺纹印到纸上测量），导程表示丝杆旋转一圈，对应T型螺母移动的距离。头数表示丝杆头部螺纹入口的数量。对于单头螺纹，螺距等于导程，而对于多头螺纹，导程=螺距*头数。对于1.8步距角，16细分步进驱动，导程2，螺距2的丝杆，则每1mm所需的脉冲数为3200/2=1600个脉冲。

齿轮

挤出机通过齿轮推动耗材运动，因此耗材移动的长度基本等同于齿轮的周长。通常MK8挤出机上使用的齿轮直径是11mm，因此齿轮旋转一周的周长为3.14*11=34.54mm。那么对于1.8步距角，16细分步进驱动，则每1mm所需的脉冲数为3200/34.54=92.64个脉冲。

设置GRBL步进脉冲参数

$：获取当前grbl设定值

计算步进脉冲数：

XY：360度/1.8度每步=200步*8微步=1600微步/(2毫米*20)=40step/mm

Z：360度/1.8度每步=200步*4微步=800微步/2毫米=400step/mm

设定步进脉冲参数$100=40,$101=40,$102=400

设定最大速率：$110,$111,$112，GRBL最大速率30KHz，8位Grbl几乎无法达到30千赫的步进速率。。

30000赫兹*60秒=1800000/40=45000

$110=45000，理论上，实际根据需要设定合适值

设定加速度：$120,$121,$122

$120=3200，可多次测试尝试获得恰当的值

限位开关的使用

常开和常闭限位开关

$21：是否启用硬限位，默认$21=0未启用

$5：默认为常开限位，如果使用常闭限位（低电平）则$5=1

归零操作：启用归零（$22）后，首先会在设定方向（$23）上以速度（$25）寻找限位开关，在找到限位开关后会再以速度（$24）移动确定限位开关（$26），然后在轴向上移出(pull-off)指定距离（$27）。

$22：是否启用归零

$23：归零方向

$24：找到限位开关后再次移动的速度

$25：寻找限位开关的速度

$26：归零限位开关消抖延时

$27：归零后轴向移出(pull-off)的距离

设置GRBL工作区域参数

设定步进脉冲参数$130,$131,$132，具体可以手动控制各轴移动用以确定最大位置。

当设置好各轴（XY）最大移动距离后，可设定归零后操作

$N0=G53XmaxYmax，快速移动到指定位置

$N1=G92X0Y0，将当前位置指定位原点（0，0）

最大位置可以用于软限位：$20，

配置激光参数和测试（可使用LED测试）

新增参数：$30,$31,$32

注意版本的主轴对应引脚变化，即spindleenable和LimitZ-axis引脚交换，以便主轴能实现pwm控制。

当使用$32启用激光模式后，需要处于运动模式（G1F500）才能使用M3开启和M5关闭激光。

M3S1000：开启，S指定功率，可使用$30指定最大功率。

M5：关闭，在关闭前最好使用S0指定功率为0，否则下次使用M3时将直接使用之前指定的功率开启激光。

暂停时将关闭激光

COREXY结构GRBL参数调整

配置文件中参数

GRBL命令参考

版本

/

和相比较，改变了$10的状态报告和增加了新的$30/$31的主轴转速设置和$32的激光模式设置。

指令

定义

描述

$

显示设定值

显示当前存储在arduinoEEPROM中的GRBL设定值

$0=10

步进脉冲长度（微秒）

设定发送给步进电机的步进脉冲长度（高电平时间），即步进电机可识别的最短步进脉冲长度，可查看步进电机数据手册确认，默认值为10微秒。

$1=25

步进电机使能闲置时间

在GRBL完成一个运动指令后，以毫秒为单位设置步进电机使能状态的闲置时间，如果设置为255则始终保持步进电机为使能状态用以保持当前位置。通常设置25-50毫米的使能延时时间以确保轴完全移动到了目标位置。

$2=0

步进脉冲配置

定义发送给步进电机驱动的步进信号。默认情况，步进信号以low开始向high变化表示一个脉冲信号。在经过$0设置的步进脉冲高电平时间后，恢复为低电平。通常无需设置此参数。

设定值

掩码00000ZYX

X反向

Y反向

Z反向

0

00000000

NO

NO

NO

1

00000001

YES

NO

NO

2

00000010

NO

YES

NO

3

00000011

YES

YES

NO

4

00000100

NO

NO

YES

5

00000101

YES

NO

YES

6

00000110

NO

YES

YES

7

00000111

YES

YES

YES

例如：如果要反向X轴和Z轴的脉冲信号，则设置$2=5。

$3=6

轴运动方向

在不改变接线的情况下改变对应轴步进电机的运动方向，默认情况下，GRBL设定当方向引脚为低电平时沿轴正向移动，高电平时沿轴反向移动。具体数值和$2步进脉冲设置项表相同。

$4=0

设置步进驱动使能引脚

控制步进驱动使能引脚的电平信号，默认情况下，步进使能引脚为高电平时禁用电机驱动，低电平时使能电机驱动。当$4=1表示将使能引脚的电平定义为高电平HIGH，即高电平使能，低电平禁用。

$5=0

设置限位引脚

默认限位开关使用arduino内部上拉电阻将该引脚设置为高电平HIGH，当触发限位开关时引脚变为低电平LOW。如果设置$5=1则表示当接收到高电平HIGH时表示限位开关被触发，当设置$5=1时，必须外接下拉电阻。不支持NC常闭限位。可以在文件中禁用限位引脚内部上拉电阻。

$6=0

设置探针引脚

默认使用arduino内部上拉电阻将该引脚设置为高电平HIGH，当触发时引脚变为低电平LOW。如果设置$6=1则表示当接收到高电平HIGH时表示探针被触发，当设置$6=1时，必须外接下拉电阻。

$10=3

状态报告

定义发送给用户的实时状态数据。

对于，当发送“？”指定给GRBL，其会返回运行状态，机器位置和工作位置，且不能关闭。如果需要返回多个状态数据，则将所需类型的值相加发送给GRBL即可。

状态报告类型

值

机器坐标位置（MachinePosition）

1

工作坐标位置（WorkPosition）

2

Planner缓充区（PlannerBuffer）

4

RX缓冲区（RXBuffer）

8

限位引脚（LimitPins）

16

例如，要取货工作坐标位置（2）和限位引脚（16）的状态报告信息，则需要设置$10=18。

对于，当发送“?”指令获取状态报告。该数据报告包括当前运行状态、实时位置、实时输入速率、引脚状态、当前覆盖值、缓冲区状态和当前执行的g-code行号(如果通过编译时选项启用)。

为了保持简单和一致，只有两个报告选项。这些主要是为用户和开发人员设置的。

可以指定位置类型来显示机器位置(MPos:)或工作位置(WPos:)，但不再同时显示两者。在通过串行终端直接与Grbl交互的某些场景中，启用工作位置是有用的，但默认情况下应该使用机器位置报告。

Grbl的计划器和串行RX缓冲区的使用数据可能是启用的。这显示了各自缓冲区中可用的块或字节的数量。这通常用于在测试流接口时帮助确定Grbl的执行情况。这在默认情况下应该是禁用的。

使用下表启用和禁用报告选项。只需添加想要启用的列表值，然后通过发送Grbl设置值来保存。例如，带有机器位置和无缓冲区数据报告设置的默认报告为$10=1。如果需要工作位置和缓冲区数据，则设置为$10=2。

报告类型

值

描述

位置类型

0

启用Wpos:，禁用MPos:。

位置类型

1

启用Mpos:，禁用WPos:。

缓冲数据

2

启用Buf：显示规划器和串行RX可用缓冲区。

$11=0.020

节点偏差（JunctionDeviation，毫米）

可认为是转弯速度。较高的值表示允许在拐弯处快速运动，但可能丢步从而降低准确性。反之则转弯速度低，但能避免丢步从而提高准确性。

$12=0.002

弧度公差(毫米)

GRBL将曲线视为很多小直线的集合，该设置用于定义曲线的平滑度，默认为0.002毫米，通常不需要修改该值，因为大多数的机器设备都小于此精度值。

$13=0

$20=0

是否启用软限位

需要启用“Homing”，如果启用则将检查GCode指令是否有超出机器最大行程限制。$20=1表示启用，$20=0表示禁用。

$21=0

是否启用硬限位

需要安装限位开关，当限位开关触发时，则进入“Alarm”模式，该模式下，机器运动，主轴和冷却系统都被关闭。

$22=0

是否启用归零

需要安装限位开关，当启用归零后将锁定所有GCode指令直到归零完成。

$23=1

归零方向

允许设定归零方向，默认先Z轴正向移动归零，然后XY正向移动归零。如果限位开关在负方向，则需要设置归零方向，具体和$2步进脉冲设置项表相同。

$24=50.000

归零进给速率(mm/min)

归零操作首先会以较高的速率寻转限位开关，在确定限位开关后，在以此设定的较低速率确定原点精确位置。在此使用的进给速率越低归零位置越准确。

$25=635.000

归零搜寻速率(mm/min)

在归零时寻找限位开关的速度。将此值设置为不撞坏限位开关的最大值。在归零操作中，先以seek定义的速度寻找限位开关，再以feed定义的速度精确定位原点。

$26=250

归零限位开关消抖时间HomingDebounce(msec)

用于限位开关软件消抖的延时时间（毫秒），通常值为5-25毫秒。

$27=1.000

归零后离开限位开关的距离HomingPull-off(mm)

定义在定位原点后，远离限位开关的距离以便不触发硬限位。

$100=314.961

X轴步进速度(steps/mm)

定义给定距离所需的步进数。Steps/mm=(StepsperRevolution)*(Microsteps)/(mmperRevolution)

1.StepsperRevolution=200，表示步进电机旋转一圈所需的步数，对于1.8度步进电机，旋转一周所需步数为360/1.8=200步。

2.Microsteps-1,2,4,8,16,32，由步进驱动器细分数确定，细分数越高精度越高，但力矩越小。对于DRV8825如果使用3个跳线帽，则细分数为32，即旋转一圈需要200*32=6400个脉冲。对于A4988如果使用3个跳线帽，则细分数为16，即旋转一圈需要200*16=3200个脉冲

3.mmperRevolution，对于GT2同步轮，即旋转一圈行进20个齿，齿间距为2mm，即一圈行进40mm。因此每1mm需要6400/40=160个脉冲每毫米。对于GT2单线螺纹丝杆，螺距等于导程，螺距2，导程2，即旋转一圈行进2mm，因此每1mm需要6400/2=3200个脉冲

$101=314.961

Y轴步进速度(steps/mm)

同x轴

$102=314.961

Z轴步进速度(steps/mm)

同x轴

$110=635.000

X轴最大速率(mm/min)

定义给定轴的最大速度。可以通过试验逐步增加速度测试最大速度，发送测试Gcode指令使轴移动足够距离以便达到其最大速度值，当步进电机出现异常时即为最大速度值，将$110设置为最大速度的80%-90%。

$111=635.000

Y轴最大速率(mm/min)

同X轴

$112=635.000

Z轴最大速率(mm/min)

同X轴

$120=50.000

X轴最大加速度(mm/sec^2)

定义给定轴的最大加速度。同样可以通过试验获得最大加速度，设定为最大加速度的80%-90%即可。

$121=50.000

Y轴最大加速度(mm/sec^2)

同X轴

$122=50.000

Z轴最大加速度(mm/sec^2)

同X轴

$130=225.000

X轴最大行程(mm)

当使用软限位时用于定义轴的最大行程，同样用于归零操作。

$131=225.000

Y轴最大行程(mm)

同X轴

$132=225.000

Z轴最大行程(mm)

同X轴

GRBL命令

$#

显示Gcode参数

列出工作坐标偏移(G54-G59)，预定义位置(G28G30)，坐标

偏移量(G92)，工具长度偏移量(TLO)和探测周期(PRB)。

$G

显示解析器状态

显示GRBL解析器中的活动gCode模式。

示例-[]

$!

显示构建信息

显示GRBL版本和源码构建日期

$N

显示启动块

显示每次GRBL上电或复位时运行的启动块。

$N0=line

$N1=line

设置启动块

设置启动块。将有效的gCode命令替换为“line”部分，这些命令将在每次GRBL上电或重置时执行。

$x=value

设置GRBL配置参数

设置GRBL参数。将“X”替换为上面列表中的数字，将“value”替换为相应的设置。

$C

Gcode检查模式

处理所有传入的gCode命令，但不移动轴、主轴或冷却系统，用于检查gCode程序。

$X

解除锁定警告

解除警告锁定以允许轴移动

$H

执行归零(Homing)操作

执行归零(Homing)操作

GRBL实时命令

~

循环启动

启动缓冲的gCode命令。用于在“进给保持”后恢复切割。

!

进给保持

通过控制减速停止主动循环，防止失步造成的位置丢失。

?

当前状态

返回GRBL当前状态，当前机器坐标位置和工作坐标位置

Ctrl+x

重置GRBL

软重启命令，保持机器坐标位置且不关闭arduino

其他参数

新增参数

$30

spindle主轴最高转速RPM

设置在5V电压时PWM引脚输出的最大主轴速度。例如$30=10000表示5V电压最大转速为10000rpm，如果试图设置更高的主轴速度，因为GRBL最大输出5V，因此不能够更快。默认情况下，GRBL以255等分最大和最小RMP转速，对应于电压5V到0.02V的PWM输出。当PWM引脚为0V时表示禁用主轴，5V时为最大转速$30所设置的10000RPM。中可调整其他配置参数。

$31

spindle主轴最低转速RPM

设置在最小0.02V时PWM引脚输出的主轴速度（0V表示禁用）。可以设置较低的RMP值，但PWM输出不会低于0.02V，如果为0V则表示禁用主轴。

$32

激光模式

启用后，当用主轴速度（激光功率）编程时，Grbl将通过连续的G1，G2或G3运动命令连续移动S。主轴PWM引脚将在每次运动时立即更新，而不会停止。使用此模式之前，请阅读GRBL激光文档和激光设备文档。激光非常危险，会永久损坏视力并可能引起火灾。Grbl对固件可能引起的任何问题（由其GPL许可定义）不承担任何责任。

禁用后，Grbl会像往常一样运行，对于每个S主轴速度命令停止运动。这是铣床的默认操作，允许暂停以使主轴改变速度。