CONTROLADORES<\/h3>\n
Los controladores en un CNC trabajan juntos para interpretar las se\u00f1ales de posicionamiento creadas por una computadora y un software control num\u00e9rico (NC) en un control preciso de los motores. Los drivers reciben la se\u00f1al de comunicaci\u00f3n y luego coordinan los pulsos de la corriente y el voltaje adecuados para provocar el movimiento en los motores impulsores. Hay dos tipos principales de sistemas de control CNC, sistema de lazo abierto y sistema de lazo cerrado. Cuando los controladores se comunican con los motores, enviando informaci\u00f3n, datos de posici\u00f3n y giro al motor, se trata de un sistema de lazo abierto y si env\u00edan y reciben informaci\u00f3n de posici\u00f3n y giro, es sistema de lazo cerrado.<\/p>\n
Lazo abierto unidireccional se refiere a un sistema de comunicaci\u00f3n entre el controlador y el motor. Cuando el usuario decide lo que quiere hacer, genera alg\u00fan tipo de c\u00f3digo o archivo de trabajo, el software control num\u00e9rico (NC) crea las se\u00f1ales de paso y direcci\u00f3n necesarias para realizar la tarea deseada. Es decir, la computadora transmite dicha informaci\u00f3n al controlador que luego energiza al motor o los motores. En ese caso el motor se mueve a la posici\u00f3n indicada, no hay retroalimentaci\u00f3n al sistema del controlador para verificar la acci\u00f3n realizada o no.<\/p>\n
En algunos casos, los motores paso a paso pueden estar equipados con codificadores para proporcionar retroalimentaci\u00f3n de posici\u00f3n al igual que los servomotores, lo cual indica que los motores paso a paso pueden funcionar en un sistema de bucle abierto o bucle cerrado, mientras que los servomotores no, al menos para aplicaciones CNC. Como los motores paso a paso no requieren hardware de retroalimentaci\u00f3n, el precio de un sistema CNC de circuito abierto es mucho m\u00e1s econ\u00f3mico y sencillo que el de un sistema de bucle o lazo cerrado.<\/p>\n
Por lo que ya sabemos, existen inconvenientes en el sistema de circuito abierto. Al no haber retroalimentaci\u00f3n con el controlador, si el motor no funciona, no hay forma de que el sistema lo sepa, el controlador continuar\u00e1 realizando la siguiente tarea como si no hubiera ning\u00fan problema hasta que se active un interruptor de l\u00edmite o el operador reinicie la m\u00e1quina, lo que puede arruinar la pieza o ser perjudicial para la m\u00e1quina e incluso al usuario. Sin embargo, si el sistema est\u00e1 construido correctamente y no se sobrecarga, no hay raz\u00f3n para que un sistema de circuito abierto no funcione de forma correcta.<\/p>\n
El\u00a0circuito cerrado<\/strong>\u00a0tiene un sistema de retroalimentaci\u00f3n para monitorear la salida de los motores. Estos sistemas pueden corregir errores de posici\u00f3n, velocidad y aceleraci\u00f3n, y tambi\u00e9n pueden fallar si el error es demasiado grande. No entraremos en m\u00e1s detalle en estos sistemas de circuito cerrado por estar fuera de la l\u00ednea de las m\u00e1quinas que nos interesan.<\/p>\n Para conseguir un control preciso de un motor paso a paso es necesario un controlador de motor paso a paso, el cual recibe una se\u00f1al de control desde la computadora que energiza los devanados deseados para que el motor gire en la direcci\u00f3n deseada el n\u00famero de pasos concreto. As\u00ed pues, la labor de cualquier controlador paso a paso es proporcionar energ\u00eda a cada devanado de la manera m\u00e1s eficiente posible. No olvidemos que la corriente aplicada a las bobinas o devanados del motor le da al motor su par.<\/p>\n El controlador chopper o PWM es el controlador de motor paso a paso m\u00e1s popular en la actualidad, la mayor\u00eda de los controladores de motores paso a paso que est\u00e1n a la venta son de este tipo, tambi\u00e9n se conoce como controlador de corriente constante porque suministra una corriente constante a las bobinas. Estos controladores tienen la capacidad de micropasos, lo que ofrece una mayor resoluci\u00f3n y un funcionamiento m\u00e1s suave.<\/p>\n Las se\u00f1ales.<\/strong>\u00a0Las l\u00edneas de se\u00f1al digital que env\u00eda la computadora funcionan con 5 VCC, suministrados por el puerto de comunicaci\u00f3n de la computadora, y es una forma de onda cuadrada llamada se\u00f1al l\u00f3gica de nivel TTL. En esencia esta se\u00f1al esta compuesta por una serie de pulsos entre 0V y 5V, representados por una serie de \u20181\u2019 y \u20180\u2019 en un lenguaje binario.<\/p>\n Dicha se\u00f1al esta modulada por el ancho del pulso (PWM) en la que el ancho del pulso determina la forma del c\u00f3digo binario enviado por la computadora y que interpreta el controlador de cada motor.<\/p>\n Los tableros de conexiones son componentes el\u00e9ctricos comunes que toman un cable agrupado y distribuye cada conductor a un terminal que puede aceptar f\u00e1cilmente un cable de conexi\u00f3n para su distribuci\u00f3n a otro dispositivo. Son elementos comunes en proyectos electr\u00f3nicos que permiten una instalaci\u00f3n f\u00e1cil y limpia de dispositivos electr\u00f3nicos.<\/p>\n Dicha placa de conexi\u00f3n se coloca entre la computadora y los drivers del motor y tiene dos cometidos en el sistema de control CNC:\u00a0la protecci\u00f3n del circuito<\/i>\u00a0y\u00a0la distribuci\u00f3n de las se\u00f1ales<\/i>. En el caso que nos concierne a la placa de control le llegan una se\u00f1al de direcci\u00f3n y una se\u00f1al de paso que se distribuye desde la placa a cada driver que comanda cada motor.<\/p>\n Existen una gran variedad de drivers que pueden servirnos, a la hora de elegir tenemos que considerar unos par\u00e1metros m\u00ednimos que podemos adquirir del propio motor paso a paso, como es la corriente m\u00e1xima, la tensi\u00f3n y los grados por paso. Los drivers m\u00e1s comunes en los enrutadores CNC de aficionados est\u00e1n: A4988, DRV8825 para bajas corrientes y los TB6600, TB6560, DIV268-5A, DM9082 y otros para corrientes de 3\u20195A a 8A.<\/p>\n En otro art\u00edculo se describi\u00f3 el\u00a0driver A4988<\/a>, por lo que no vamos a incidir en \u00e9l. En cuanto al DRV8825, aunque no tengo experiencias con este driver, seg\u00fan las hojas del fabricante se trata de una versi\u00f3n similar al A4988, compuesto como aquel por un puente H que simplifica el manejo de los motores paso a paso porque energiza la bobina que se necesita por cada pulso enviado desde el microcontrolador. Tambi\u00e9n dispone de un regulador para ajustar la corriente que le vamos a suministrar a nuestro motor.<\/p>\n El controlador TB6600 est\u00e1 formado por un recinto con dos secciones, una secci\u00f3n con los drivers micro paso (microstep) con tres micro interruptores con los que se puede configurar los micro-pasos deseados seg\u00fan la posici\u00f3n de los mismos en la tabla, la otra secci\u00f3n tambi\u00e9n tiene tres micro interruptores con los que puede configurar la corriente del motor seg\u00fan la tabla, adem\u00e1s tiene la entrada independiente de alimentaci\u00f3n del motor y las salidas de las bobinas del motor.<\/p>\n Presentamos unas practicas habituales al utilizar estos tres dispositivos para realizar el control de un enrutador CNC, en la siguiente figura se muestran las conexiones a realizar para un motor, usted puede realizar las mismas conexiones para los tres motores.<\/p>\n En ocasiones sobre todo cuando la corriente de los motores lo permiten, se utilizan un controlador (Arduino UNO)\u00a0 y la placa de expansi\u00f3n (shield) para gobernar el CNC como se muestra en la siguiente imagen.<\/p>\n Si por alguna raz\u00f3n adquiri\u00f3 un shield y la corriente de los motores es mayor de lo que soportan los drivers del shield, no se preocupe, aun puede aprovechar los correspondientes TB6600 para poner en servicio su enrutador CNC como puede apreciar en la imagen que sigue.<\/p>\n Estas son s\u00f3lo unas muestras de lo vers\u00e1til que pueden ser estos dispositivos electr\u00f3nicos entre s\u00ed.<\/p>\n Cuando alguien se interesa por un enrutador es evidente que al hablar de motores paso a paso, algunos t\u00e9rminos le son familiares, otros en cambio deben conocerse para comprender a fondo la informaci\u00f3n, pero nunca est\u00e1 de m\u00e1s repasar.<\/p>\n RPM.<\/strong>\u00a0Es probablemente el t\u00e9rmino m\u00e1s reconocible asociado con los motores RPM o revoluciones por minuto, este t\u00e9rmino describe la velocidad de rotaci\u00f3n de un motor en revoluciones por minuto.<\/p>\n Los motores son el coraz\u00f3n de cualquier m\u00e1quina, respecto de los motores que contemplamos en esta ocasi\u00f3n, est\u00e1n los motores paso a paso y los servomotores:<\/p>\n Por supuesto que los motores paso a paso son el coraz\u00f3n de cualquier m\u00e1quina CNC, por el tama\u00f1o y el tipo de motor se puede intuir la velocidad, la potencia y precisi\u00f3n de un enrutador CNC. Los motores paso a paso y los servomotores tienen sus ventajas y desventajas, los servomotores actualmente no son muy usados a nivel industrial por su elevado precio.<\/p>\n \u00bfCu\u00e1ndo es conveniente utilizar un motor paso a paso o un servomotor?<\/p>\n Debemos fijarnos especialmente en dos datos:<\/p>\n El Torque<\/strong>\u00a0o par motor. Aparecer\u00e1 como \u201cHolding Torque\u201d o \u201cStatic moment\u201d. El torque describe la fuerza de giro de un motor.\u00a0Holding torque<\/strong>\u00a0se define como el m\u00e1ximo par est\u00e1tico que se le puede aplicar al eje de un motor excitado sin causarle rotaci\u00f3n continua. En general cuanto mayor sea el \u201cholding torque\u201d menor es el error de posicionamiento debido a la presencia de una carga externa sobre el eje. Se mide en N\u00b7m o N\u00b7cm (Newtons por cent\u00edmetro) y es uno de los par\u00e1metros que indica la \u201cfuerza\u201d del motor. Es el que m\u00e1s habitualmente ofrecen los fabricantes.<\/p>\n Este valor es un indicativo de la fuerza con la que el motor puede mantenerse en un paso. Determina el aguante del motor a que la inercia del eje que estamos moviendo le haga saltarse un paso al frenar dicho eje (que es el punto m\u00e1s com\u00fan en el que puede saltarse un paso). En la Figura 34 podemos observar que para el motor del ejemplo su valor es de 126 N\u00b7cm o 1.26 N\u00b7m<\/p>\n La corriente o intensidad nominal<\/strong>\u00a0Puede aparecer como \u201cRated Current\u201d, \u201cPhase Current\u201d o \u201cMax Current\u201d. Como siempre se mide en amperios, es el valor m\u00e1ximo de corriente que podemos hacer circular de manera permanente por el motor sin quemarlo.<\/p>\n En la tabla de figura siguiente podemos observar que para el motor del ejemplo su valor es de 2,8 A. Por tanto, si queremos utilizar este motor aprovechando toda su fuerza tenemos que controlarlo con un driver que sea capaz de entregar toda esa corriente (recuerde que m\u00e1s corriente \u2192 m\u00e1s fuerza).<\/p>\n Est\u00e1ndar NEMA.<\/strong>\u00a0Este es un conjunto de est\u00e1ndares creado, como su nombre indica, NEMA es un acr\u00f3nimo de\u00a0N<\/strong>ational\u00a0E<\/strong>lectrical\u00a0M<\/strong>anufacturers\u00a0A<\/strong>ssociation (E.U.), y comprende NEMA 1, 2, 3, 3R, 3S, 4, 4X y 5 al 13. La mayor\u00eda de las veces, al revisar las especificaciones del motor, habr\u00e1 una clasificaci\u00f3n est\u00e1ndar NEMA. El tama\u00f1o del marco define el ancho, la altura de la cara de montaje, el tama\u00f1o y la posici\u00f3n de los orificios de montaje. Los tama\u00f1os NEMA m\u00e1s comunes para las mesas de enrutador son 8, 11, 14, 17, 23, 34 y 42.<\/p>\nCONTROLADORES DE MOTOR PASO A PASO.<\/h3>\n
![\"\"](\"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/imagenes\/2023\/03\/segnal-ttl.jpg\")
<\/a>Fig. 26 Forma de la Se\u00f1al<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/imagenes\/2020\/10\/placa-controlador-300x240.jpg\")
<\/a>Fig. 27 Placa de expansi\u00f3n o shield del controlador A4988 para Arduino.<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/imagenes\/2020\/10\/driver-A4988-1-300x234.jpg\")
<\/a>![\"\"](\"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/imagenes\/2020\/10\/driver-drv8825-300x295.jpg\")
<\/a>
\n![\"\"](\"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/imagenes\/2020\/10\/controlador-tb6600--256x300.jpg\")
<\/a>![\"\"](\"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/imagenes\/2020\/10\/tablero-distribuidor-300x196.jpg\")
<\/a>
\nFig. 28 Algunos Drivers<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/imagenes\/2020\/10\/placa-de-expansion-300x230.jpg\")
<\/a>![\"\"](\"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/imagenes\/2020\/10\/controlador-tb6600-300x268.jpg\")
<\/a>![\"\"](\"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/imagenes\/2020\/10\/Grbl_Pin_Diagram_v0.8-300x263.jpg\")
<\/a>
\nFig. 29 Controladora, Driver TB6600 y diagrama de pines del controlador.<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/imagenes\/2020\/10\/esquema-shield-tb6600-300x195.jpg\")
<\/a>Fig. 30 Diagrama de montaje.<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/imagenes\/2020\/10\/esquema-cnc-3--300x300.jpg\")
<\/a>Fig. 31 Esquema CNC con shield.<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/imagenes\/2020\/10\/esquema-general-cnc-300x300.jpg\")
<\/a>Fig. 32 Esquema general CNC<\/p>\nLOS MOTORES.<\/h3>\n
\n
![\"\"](\"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/imagenes\/2023\/03\/motores-pap-y-seromotores-768x415-1-300x162.jpg\")
<\/a>Fig. 33 Los Motores paso a paso y servomotores.<\/p>\n\n
![\"\"](\"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/imagenes\/2020\/10\/motor-jk57hs56-2804-017-3-300x26.jpg\")
<\/a>Fig. 34 Tabla de datos de un motor paso a paso bipolar NEMA 23.<\/p>\n\n
![\"\"](\"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/imagenes\/2020\/10\/NEMA-Motor-frame-sizes-2-300x179.jpg\")
<\/a>Fig. 35 Tabla Motores NEME general de los tama\u00f1os de estructura.<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/www.diarioelectronicohoy.com\/blog\/imagenes\/2016\/11\/bobinas_motor1-300x225.jpg\")
<\/a>Fig. 36 El motor paso a paso bipolar<\/p>\n