CNC-Fräse/Endlagenschalter

Aus Magrathea Laboratories e.V.
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Die Fräse verfügt über Endlagenschalter an allen Achsen. Die X- und Y-Achsen sind mit jeweils zwei Schaltern, einen für jedes Extrem der Achse, ausgestattet. Die Endlagenschalter werden sowohl für das Homing der Fräße benutzt, als auch als Sicherheitsmechanismus um eine Überlastung der Motoren und andere Schäden bei Fehlsteuerung zu verhindern und eine Notabschaltung zu ermöglichen.

Schalter

Die Endlagenschalter sind alle als kapazitive Sensoren ausgeführt. Die Sensoren sind im nicht-aktiven zustand geschlossen, was eine Erkennung eines Fehlerfalls wie dem Ausfall des Sensors oder eines gerissenen Kabels ermöglicht.

Die verwendeten Sensoren sind vom Typ: `LJ8 A3–2-z/AX`. Dieser Sensor ist als NPN-Transistor ausgeführt und kann mit 5V betrieben werden. Dabei haben die Adern des Sensors folgende Farbkodierung: VCC ist braun, GND ist blau und Signal ist schwarz.

Befestigung

Die Schalter sind mit eigens angefertigten Halterungen an der Fräße befestigt. Die Halterungen wurden mit dem 3D-Drucker angefertigt und an der Fräße verschraubt.

Die Halterungen sind alle so ausgeführt, dass der Abstand und die Position der Sensoren justiert werden kann. Die Sensoren detektieren dabei die Halterungen der Achsen oder die Schlitten der Achsen als Endpunkte.

X-Achse
Die Sensoren der X-Achse sind auf dem hinteren Schlitten der X-Achse befestigt und zeigen nach unten, so dass das überfahren der Montagepunkte der X-Achse detektiert wird.
Modell: https://a360.co/2Cegz7L
Y-Achse
Die Halterung der Sensoren der Y-Achse sind auf dem Schlitten der Y-Achse befestigt und detektieren die beiden Schlitten der X-Achse.
Diese Befestigung dient gleichzeitig auch der Befestigung anderer Geräte, wie z.B. der Kamera oder der Beleuchtung des Werkzeuges.
Modell: https://a360.co/2PyWuLk
Z-Achse
Die Halterung des Sensors der Z-Achse ist am oberen Ende der Y-Achse befestigt und nach innen auf den Schlitten der Z-Achse gerichtet.
Modell: https://a360.co/2NeweIv

Verkablung

Die Sensoren benötigen jeweils 3 Leitungen bestehend aus, 5V, Erde und dem Signal. Die Signalleitungen der Sensoren werden dann auf einer Steuer-Platine angeschlossen, die wiederum mit dem Controller verbunden ist.

Für die Verkabelung wurden folgende Farb-Codes verwendet:

Farbe Bedeutung
Schwarz Erde
Rot 5V
Blau X-Achse
Gelb Y-Achse
Grün Z-Achse

Für die X- und die Y-Achse existieren zwei Signalleitungen in der gleichen Farbe, die jeweils an einen Sensor angeschlossen sind. Diese können beliebig vertauscht werden, da sie durch die Steuer-Platine zusammengefasst werden.

Steuer-Platine

Die Steuer-Platine fasst die beiden Sensoren jeder Achse zu einem gemeinsamen Signal zusammen. Das Ausgangssignal ist nur dann HIGH, wenn keiner der beiden Sensoren geöffnet ist, d.h. keines der Extrem der Achse erreicht ist. Sobald einer der beiden Sensoren öffnet, wird das Ausgangssignal der jeweiligen Achse auf LOW gezogen. Dadurch wird sichergestellt, dass das Ausgangssignal nur dann HIGH ist, wenn die Fräße nicht an einem Extrem angestoßen ist und alle Sensoren angeschlossen sind und funktionieren.

Da die Steuer-Platine auf allen Achsen für zwei Sensoren ausgelegt ist, die Z-Achse aber nur ein Sensor besitzt, muss ein Eingang der Z-Achse mit der Erde verbunden werden.

Den Schaltplan und das Layout für die Platine gib es hier: https://git.maglab.space/cnc/limitswitches.