Panoramica sulle schede LPT e USB per Mach 3 CNC
Mach3 è un software e pertanto ha sempre bisogno di schede aggiuntive
Sul Software Mach3 CNC ho spiegato abbondantemente le peculiarità, le configurazioni, le applicazioni possibili ed ho sottolineato come Mach3 non sia un controllo CNC e che per esserlo (insomma) ha sempre necessità di essere collegato ad una scheda hardware di interfaccia aggiuntiva tra il PC su cui è installato il Software e la CNC.
Tecnologie di scheda disponibili
Le schede, citate anche nell’articolo sulle elettroniche per il controllo cnc, le abbiamo già classificate in;
- LPT, la comune porta parallela a bordo dei PC di vecchia generazione, ne fanno parte anche le All In One;
- USB, appena più evoluto come sistema di trasmissione dati ma particolarmente soggetto ad interferenze ed instabilità;
- LPT + USB, utilizzate specialmente su elettroniche made in CINA per estendere a 5 assi comandabili in step e dir, per abilitare bordo scheda il PWM e per disporre di qualche I/O in più.
- ETH, sistema di connessione sicuramente affidabile, veloce ed immune da qualsiasi tipo di interferenza. Per le schede Ethernet consultare l’articolo dedicato ai controlli Ethernet (work in progress).
Le schede LPT o Breakout Board
L’interfaccia per Mach3 (anche LinuxCNC) che vediamo in foto la PMDX-122, probabilmente è stata quella realizzata meglio, di produzione americana fu scelta dalla ArtSoft (software house che ha realizzato Mach3 CNC) per proporla ai propri clienti.
Come si vede il numero dei morsetti è limitato, ed in sostanza rispecchia il numero dei pin di una porta LPT classica, la Porta LPT si interfacciava alle uscite per mezzo di optoisolatori che separavano galvanicamente il PC dalla scheda stessa.
Disponeva di:
- 4 uscite step e dir;
- 4 ingressi INPUT per home/limit;
- 3 uscite OUTPUT;
- una uscita relè;
- un ingresso per E-Stop
- alimentazione a 5 volt
Con questa scheda tutto il carico di lavoro era devoluto al PC. La tensione di funzionamento era a 5 Vcc TTL ma era possibile alimentarla anche a 12 Vcc poichè disponeva di un regolatore. Le uscite STEP e DIR, in tecnologia TTL, avevano il GND in comune, e dovevano essere collegate agli ingressi dei driver dei motori PP.
Riguardo i driver per i motori
Questi ultimi potevano essere alimentati con tensioni diverse a seconda del tipo e modello di Driver e Motori, a dirla tutta gli unici driver che potevano essere utilizzati erano i TOSHIBA TB6xxx, che ancora oggi troviamo montati su schede con diversi layout quasi esclusivamente sulle elettroniche Cinesi.
Il suoi punti deboli erano e rimangono la regolazione della corrente di fase e la dissipazione del calore, se qualcosa non era tarato correttamente la sua durata era di pochi secondi.
Di intelligente in questa scheda praticamente non c’era nulla, ma è stata una delle schede più utilizzate per movimentare le prime CNC amatoriali.
A tutt’oggi ci sono macchine ancora funzionanti con questa tecnologia anche se con tutti i limiti del caso.
Le schede LPT in versione All in One
Sono schede della stessa famiglia delle Breakout Board LPT indicate per Mach3 CNC ma anche per Linux CNC, e ne rappresentano un’evoluzione solo perché a bordo della stessa elettronica oltre all’interfaccia parallela montavano anche i Driver per i motori PP. Guarda caso i Driver anche in queste schede sono della famiglia Toshiba TB6560.
L’indice di intelligenza è lo stesso delle LPT delle quali condividono le stesse caratteristiche, con l’aggravante che la massima tenzione di lavoro dei driver non può essere diversa da quella dell’alimentazione ella scheda stessa limitando di fatto la coppia ai motori.
Queste schede appena uscite hanno avuto un discreto successo proprio perché l’installazione era molto semplificata. Sono particolarmente sensibili alle interferenze elettromagnetiche e richiedono un sistema di messa a terra impeccabile, pena perdite di passi, movimenti degli assi invertiti ed altri comportamenti apparentemente inspiegabili.
I driver sono installati sotto al grande dissipatore che se non adeguatamente raffreddato ne provocava la rottura. Il costo era abbastanza elevato, non offrivano nulla in più di una normale Breakout Board con l’aggravante che per ripararne un guasto il costo era superiore all’acquisto di una nuova scheda.
L’aspetto che oggi colpisce è si trovano ancora in commercio ed alcune a prezzi incomprensibilmente alti.
Schede USB per Mach3 CNC
Questa tipologia di schede comincia ad apparire sul mercato a seguito della indisponibilità delle schede LPT sui PC di ultima generazione.
Necessitano di un Plughin per implementare le funzionalità di Mach3, in sostanza ne emulano una LPT sfruttando la connettività delle porte USB.
Questa della Bitsensor.com ne è solo un esempio, ne esistono in commercio un’infinità di tutte le marche e colori, ma in sostanza sono sempre le stesse copiate e ricopiate in tutte le salse.
La funzionalità aggiuntiva rispetto alle schede LPT è la possibilità di pilotare lo start e stop di mandrini HF e regolarne i giri tramite l’uscita 0÷10 Volt, mentre per quanto riguarda gli I/O e la stabilità di funzionamento nulla è cambiato. Anche esse sono sensibilissime alle interferenze elettromagnetiche, l’accensione di un neon o un cellulare nelle vicinanze le fanno letteralmente impazzire e diventano pericolose.
Molti costruttori di macchine, anche famosi, utilizzano questa schedina da pochi euro spacciandola per un controllo professionale assumendosi tutte le responsabilità.
Ricordiamoci che sono schede particolarmente sensibili alle interferenze, fino a che non viene rilevato un segnale di home, poco male, ma se inavvertitamente parti il mandrino allora i rischi cominciano ad essere tangibili.
Fate attenzione quando approcciate all’universo delle CNC, la fregatura è sempre dietro l’angolo e la sicurezza non va messa in discussione.
Il meglio deve ancora venire, scheda di interfaccia inclusiva di licenza Mach3 rigorosamente craccato
Altro esempio è questa scheda venduta prevalentemente sui marketplace Asiatici.
A tutti gli effetti è la stessa scheda della Bitsensor ma con l’add-on del software infatti, solo solo per meri aspetti commerciali, viene venduta con un CD allegato contenente istruzioni di installazione (in cinese se va bene, altrimenti non c’è nulla) ed in aggiunta viene rilasciata una versione di Mach3 con “regolare licenza craccata”.
Quasi sempre all’interno del CD troviamo anche Artcam2011 Jewelsmith anche esso “abilmente curato” e cavo usb ma soffre degli stessi disturbi “mentali” della sua gemella.
Per l’utilizzo su macchine amatoriali ad uso personale non c’è nessun problema anche se almeno il software dovrebbe essere originale.
L’aspetto peggiore e che rattrista tantissimo, è che “costruttori” anche italiani e importatori di macchine vendono i loro prodotti equipaggiati di elettroniche di controllo basate su queste schede spacciandole per il top della tecnologia e della sicurezza.
Mi spiace per chi ci capita, non saprei cosa aggiungere a quanto già rappresentato sopra se non consigliarvi di stare attenti a non farvi male.
Le schede miste USB + LPT, anche questa venduta con licenza per Mach3
Le schede miste USB + LPT sono state inventate non so da chi e per quale scopo visto che ci sono molteplici alternative per replicare più porte LPT, ma visto che esistono parliamone.
Sono installate sulla maggior parte dei controller Cinesi in bundle con le classiche CNC della serie 6040 3020 che lavorano con Mach3 e fornite di tavole basculanti, le tanto decantate 5 assi.
Sfruttano entrambe i sistemi di trasmissione LPT e USB per incrementare a 5 gli assi pilotabili, ma non riescono a fare miracoli con gli ingressi e uscite che sono sempre i stessi.
Necessitano di un Plughin per implementare le funzioni di Mach3 per farlo lavorare su meccaniche a 5 assi, e come nei precedenti casi il carico di lavoro dei calcoli CN è tutto sulle spalle del PC, sono particolarmente soggette ad interferenze e ne sconsiglierei l’impiego in ogni caso.
Di una cosa sono certo, qualcuno sarà entusiasta del funzionamento della propria macchina utilizzando questo tipo di schede, ben per lui, ma verosimilmente non ha mai visto un vero controllo CN in funzione specialmente se 5 assi.
E’ pur vero che il costo abbordabile le rende appetibili per essere utilizzate in CNC amatoriali senza grosse pretese e anche con queste si possono ottenere risultati soddisfacenti.
Anche loro vengono fornite col “CD Magico” ripieno di software craccato, tutto quasi bene per l’uso di un privato, ma tutto male, anzi malissimo, quando sono vendute come controllo da un costruttore.
USS Smooth Stepper della Warp9 Tech Design per Mach3 CNC e Mach4 CNC
La USS Smooth Stepper è una scheda USB per Mach3 che gli ha fatto fare il salto di qualità, è la prima scheda USB che aveva un motore interno per la generazione degli impulsi tramite FPGA e replicava tre porte parallele triplicando anche il numero di ingressi e uscite.
Tramite il processore FPGA la generazione degli impulsi si STEP / DIR era perfetta e svincolata dal processore del PC, la gestione dei motori era notevolmente migliorata con indubbi benefici sulla stabilità del sistema.
Questa caratteristica ha contribuito a sviluppare controlli con Mach3 molto più affinati specialmente nella gestione dei sistemi con cambio utensile automatico dove ingressi e uscite non bastavano mai.
Con questa scheda è possibile collegare qualsiasi tipo di handwheel migliorando tutte le operazioni in JOG che altrimenti dovevano essere fatte tramite tastiera o a video.
Grazie a questa scheda è stato possibile realizzare le prime macchine certificate, ovvio non solo grazie a lei ma alla sua capacità di integrazione con le sicurezze dei quadri elettici.
La tecnologia anche in questo caso è TTL, ma i quadri elettrici per i servizi utilizzano la 24 Vcc, per questo motivo gli ingressi necessitano di una resistenza di caduta e le uscite di relè statici, insomma il quadro si arricchisce di elementi che con schede a 24Vcc non sarebbero serviti.
Questa scheda, benché con tecnologia superata, è ancora in produzione e se avete voglia di approfondire questo è il link al produttore Warp9 Tech Design dateci uno sguardo c’è anche la versione ESS che è la stessa scheda ma utilizza un cavo Ethernet per il collegamento al PC.
Una considerazione personale
La USS è una scheda ben fatta anche se vetusta e sostituita da controlli CN molto più performati e facilmente integrabili nei quadri di controllo per CNC. Probabilmente, insieme alla Kflop Dynomotion è la scheda che ha gettato le basi per la realizzazione dei controlli più moderni.
Kflop della Dynomotion
E’ una scheda per il cnc motion che non era semplicissima da utilizzare, aveva un plughin per Mach3 CNC ma anche un suo software proprietario che volendo la svincolava da questo applicativo.
Le caratteristiche salienti rispetto alle normali brackout board erano, e sono perché è ancora in vendita:
- prima scheda economica ad avere un processore real time installato a bordo;
- dotata di 8 assi controllabili ogni 90 microsecondi;
- processore a 64 bit a doppia precisione;
- protocollo USB 2, con possibilità di funzionamento stand alone;
- 16 Mb di RAM installata a bordo;
- ingressi e uscite interamente digitali;
- possibilità di richiudere l’anello di posizione degli encoder direttamente su Mach3.
I difetti, per così dire, erano la mancanza di documentazione esplicativa chiara ed inoltre l’interfacciamento con le prese IDC non era di semplice realizzazione e bisognava inventare morsettiere e cablaggi un po’ casalinghi.
Qualora vogliate approfondire le caratteristiche di questa scheda vetusta ma che ha offerto al mercato caratteristiche tecniche che erano proprie soltanto dei grandi costruttori vi allego il link alla Dynomotion.