Seit etwa zehn Jahren betreibe ich eine kleine chinesische CNC-Fräse mit YooCNC Controller. Schrittverluste begleiten mich dabei von Anfang an. Ich konnte sie auf ein erträgliches Maß reduzieren, indem ich ein paar im CNC-Forum empfohlene Modifikationen durchgeführt habe. Inzwischen betreibe ich die Fräse nicht mehr mit Mach3, sondern bin auf den ESTLCAM CNC-Controller umgestiegen, die ESTLCAM CAM-Software benutze ich schon von Anfang an.
Zum Testen der Fräse habe ich ein kleines CAM-File geschrieben, das einfach nur fünfzigmal alle Achsen nacheinander von ihrer Minimalposition zur Maximalposition und zurück fährt. Das nutze ich übrigens auch nach dem gelegentlichen Ölen der Spindeln und Führungsschienen zum Verteilen und „Einmassieren“ des Öls. Vor und nach dem Testlauf führe ich eine Referenzfahrt aus und ESTLCAM zeigt nach der zweiten Referenzfahrt die Schrittverluste in Schritten und in Millimeter an. Schrittverluste im einstelligen Bereich sind dabei zu vernachlässigen, denn deren Ursache ist wohl die Ungenauigkeit der Endschalter. Verluste um Millimeterbruchteile oder gar um mehrere Millimeter sind nicht hinnehmbar.
Bei diesem Testlauf passiert es immer wieder, daß der Y‑Schrittmotor unter lautem Rattern nahezu stehen bleibt. Er dreht sich zwar noch sehr langsam, aber nicht mehr mit der angelegten Schrittfrequenz. Er hat offensichtlich aus irgendeinem Grunde abgebremst oder ganz gestoppt und kann nun nicht mehr ohne Beschleunigung mit der Taktfrequenz mithalten. Da ich den Schrittmotor im Leerlauf von Hand durchdrehen kann, ohne daß irgendwo ein erhöhter Widerstand zu bemerken wäre, habe ich die Steuerung in Verdacht. Dem widerspricht allerdings, daß der Fehler auf derselben Achse auftritt, wenn ich die Ausgänge wechsele. Wahrscheinlich hat das Problem mehrere Ursachen.
Beim Fräsen der Klammern für meinen neuen Antennenmast habe ich mich aber nun derart geärgert, daß ich mich entschlossen habe, einen neuen Controller mit professionellen Endstufen aufzubauen. Das soll dann auch der Einstieg für eine neue Fräse sein. Das werde ich demnächst in einem separaten Artikel beschreiben.
Der Ärger und die Planung für den neuen Controller hat dazu geführt, daß ich mir den alten YooCNC-NT65-3X-Controller nochmal genauer angeschaut habe. Mit Logikanalysator und Oszilloskop bewaffnet, habe ich mir die Signale direkt an den Steuerpins des TB6560AHQ angeschaut und auch den Fehlerfall beobachtet. Ergebnis: alle Schrittimpulse kommen korrekt auf den Signalpins an. Auch im Fehlerfall fehlt kein einziger Impuls und auch die Impulslänge ist immer korrekt. Die Schrittverluste passieren also am Ausgang der Treiber oder eben doch in der Mechanik des Steppers oder der Spindel.
Wie im oben verlinkten Forum empfohlen, habe ich die 24V Spannungsversorgung nochmal geglättet, indem ich in der Y‑Endstufe den 1000µF Elko ersetzt habe und zwei neue 1µF und 0,1µF Keramikkondensatoren parallel geschaltet habe. Außerdem habe ich die ESTLCAM Einstellungen angepasst. Der TB6560AHQ verlangt in der Standardkonfiguration eine minimale Impulsbreite von 30µs. Außerdem soll der CLK-Eingang für die Schrittimpulse im Ruhezustand auf high liegen, denn nach einer Millisekunde schaltet die YooCNC-Steuerung dann die Stromstärke auf 20% herunter, womit die Leistungsaufnahme auf 4% sinkt. Die Schrittmotoren erwärmen sich dadurch deutlich weniger.
Nach allen genannten Maßnahmen ist die Fehlerhäufigkeit nun erheblich gesunken, leider nicht ganz auf null. Da der Fehler nur auf der Y‑Achse auftritt, habe ich den maximalen Vorschub für diese Achse niedriger eingestellt. Die folgenden ESTLCAM Einstellungen funktionieren nun mit dem YooCNC Controller im wesentlichen fehlerfrei:
X-, Y- und Z-Achse: Schritte je Umdrehung: 1600 Achtelschritte (1,8° pro Puls, 200 Vollschritte, je 8 Mikroschritte) Weg je Umdrehung: 4 mm (die Spindeln haben 4 mm Steigung) Maximalvorschub X: 2200mm/min Maximalvorschub Y: 1500mm/min Maximalvorschub Z: 2200mm/min Trägheit: 85% (default, nicht geändert) Richtung umkehren: X:nein, Y und Z: ja Für alle Achsen: Beschleunigungsweg: 4 mm Startvorschub: 60 mm/min Schrittimpulslänge: 32µs (min: 30µs) Schrittpause: 1 Schrittsignal invertieren: nein (wird durch eingebauten 74HC14 invertiert)
Der Ausdruck „im wesentlichen“ soll andeuten, daß es alle Jubeljahre leider doch noch einen Fehler gibt, immer auf der Y‑Achse. Das ist aber so selten, daß ich damit arbeiten kann. Die höhere Vorschubgeschwindigkeit auf den X- und Z‑Achsen verursacht keine Probleme. Ob die Probleme auf der Y‑Achse tatsächlich von der Vorschubgeschwindigkeit abhängen, ist nicht gesichert.
Die hier eingestellte maximale Vorschubgeschwindigkeit wird von ESTLCAM beim Verfahren der Fräse im Leerlauf verwendet. Beim Fräsen gelten die beim Erstellen des CAM-Files angegebenen Werte, die natürlich die hier eingestellten Maximalwerte nicht überschreiten dürfen.