CNC Handrad OPEN-CNC-Shield 2

Im Folgenden stelle ich mein neustes CNC-Handrad für das OPEN-CNC-Shield 2 mit dem Estlcam ControllerModule vor. Mit dem Handrad lässt sich die Fräse ganz einfach per Hand verfahren und kann vor dem Starten eines Jobs entsprechend ausgerichtet und an die richtige Stelle gefahren werden. Auch eine Geschwindigkeitsanpassung des Jobs oder der Motordrehzahl sind möglich – auch während eines Jobs. Hierzu habe ich ebenfalls ein Video erstellt, welches die Funktion, den Aufbau und alles drumherum erklärt:

Funktionen

Das Handrad und die Funktionen gelten nur für das OPEN-CNC-Shield 2 mit dem Estlcam ControllerModule. Andere Controller unterstützen unter Umständen nicht alle Funktionen. Dazu immer in die Dokumentation des jeweiligen Controllers schauen: Dokumentation ControllerModules

  • 3-Achsen Joystick mit Knopf (wird zum Abnullen der Achsen genutzt)
  • Taster zum Starten von Autosquaring – Was ist Autosquaring?
  • Taster zum Starten des Programms
  • Taster zum Starten des Motors / der Spindle
  • Taster für eine weitere Funktion, z.B. Stromlos schalten der Achsen oder Auswahl der Geschwindigkeit in Estlcam (Speed1, Speed2)
  • Encoder zum Verfahren der Achsen (Funktioniert nur mit angeschlossenem RJ45 Kabel – nicht über WiFi)
  • Poti für den Vorschub
  • Poti für die Motorgeschwindigkeit
  • Display zur Anzeige
  • Automatische Kalibrierung
    • Vertauschte Achsen des Joysticks werden erkannt
    • Verpolung aller Potis wird erkannt (Wenn VCC und GND vertauscht sind)
    • Mittelstellung des Joysticks wird korrigiert. Vor allem bei der Z-Achse des Joysticks habe ich noch nicht herausgefunden, wie man diesen manuell korrigieren kann. Das ist nun auch nicht mehr nötig.
  • ESP32 Platine für die Kommunikation mit dem OPEN-CNC-Shield 2
  • Integrierte 5000mAh Powerbank
  • Wird mit einem RJ45 Kabel mit dem OPEN-CNC-Shield 2 verbunden. Hier rüber wird auch die Powerbank geladen.
  • Laufzeit im Dauereinsatz: etwa 12 Stunden. Durch Einstecken des RJ45 Kabels kann auch mit einer leeren Powerbank weiter gearbeitet werden.

Bauteile Liste

Gehäuse aus dem 3D-Drucker. Ich habe auch eine Fusion360-Datei und eine Step-Datei mit hochgeladen. Damit kann man das Gehäuse ggf. noch anpassen.
Thingiverse
ESP32 Panel PCB
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Set: Bauteile wahlweise als Set
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Einzeln: Handrad 60 mm – 5V – 4 Pin
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Einzeln: 4-Axis Joystick 10K Ohm
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Einzeln: Taster mit 5V LED. Es gehen natürlich auch welche ohne LED
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Einzeln: Poti 10K
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Einzeln: I2C Display 0,96 Zoll
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Powerbank 5000 mAh
Max Breite: 65 mm
Max Länge: 94 mm
Max Tiefe: 14,5 mm
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Kurze USB-Kabel (10cm)
1 x USB-A auf USB-C (für die Stromversorgung von der Powerbank zur Platine)
1 x USB-A auf Powerbank Eingang (meist Micro-USB) zum Laden der Powerbank
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Diverses sonstiges Material:
– 8 x 3D-Druck Inserts M3 – Durchmesser 5 mm
– ca. 20 x M3 Schraube 6 mm lang
– Kabel zum Verdrahten

Zusammenbau Anleitung

Der Zusammenbau wird auch in dem obigen Youtube-Video beschrieben. Hier aber nochmal das wichtigste:

Es empfiehlt sich, erst leitenden Draht an den Tastern anzubringen, das erleichtert das Löten später. Damit verbinden wir am Taster GND der LED mit C. Im Folgenden ein Bild dazu:

Hier sieht man einmal das Anschlussschema eines Tasters mit LEDs. Wobei „LED VCC“ und „LED GND“ auch oft vertauscht werden können. Zur Sicherheit kurz mit 5V testen.

Die ersten Bauteile sollten problemlos eingesteckt und eingeschraubt werden können.
Joystick: Hier spielt die Ausrichtung der Potis keine Rolle.
Taster: Einstecken und von hinten verschrauben, die Dichtung nicht vergessen.
Encoder: Einstecken und mit Muttern befestigen

Display: Ich habe erst ein wenig Kleber angebracht und dann zusätzlich noch die Luftpolsterfolie hinter das Display gelegt (siehe Bild oben).

Danach den Displayhalter anschrauben

Die Potis werden auch eingesteckt und dann mit der Mutter angezogen. Dann den Poti auf null drehen und die Kappe aufstecken.

Potis – Gilt auch für die Potis an den Joysticks.

Oberer Pin3,3V
Mittlerer PinSignal zur Platine
Unterer PinGND
GND und 3.3V können auch vertauscht werden

Handrad / Encoder

ASignal A zur Platine
BSignal B zur Platine
5V5V
0VGND

Taster

Display

SDASDA Signal zur Platine
SCKSCK Signal zur Platine
GNDGND
VCC5V

Dann eine Unterlage suchen, damit das Handrad vernünftig aufliegt und das Löten kann beginnen. Zunächst alle GND Leitungen verbinden. Ich nutze immer ein langes Kabel, dass ich stückweise abisolieren, ohne es zu verschneiden und dann an die Pins anlöte.

Danach folgen die 5V Leitungen mit der gleichen Technik wie bei GND.
Die Signalleitungen sind bei mir gelb und werden dann an die Platine angeschlossen.

Ist alles verbunden, kann der ESP32 mit aufgespielter Software eingesteckt werden.

Wenn alles richtig verdrahtet ist, sollten schon die LEDs leuchten und auch das Display sollte etwas anzeigen.

Dann kann die Powerbank befestigt und eingeklebt werden.

Da der Wireless Charge Adapter für meinen Geschmack zu warm beim Laden geworden ist, habe ich diesen entfernt und ein zweites USB-Kabel von der Powerbank zur Platine angeschlossen. Damit wird die Powerbank nun geladen, sobald das RJ45 Kabel mit dem OPEN-CNC-Shield 2 verbunden ist.

Danach nur noch die 3D-Inserts mit dem Lötkolben eindrücken und bei Bedarf die Kalibrierung starten, bevor das Gehäuse mit dem Deckel geschlossen wird.

Kalibrierung

Zum Starten den kleinen Taster auf der Platine gedrückt halten. Steht dann im Display „Kalibrierung“ den Taster wieder loslassen. Danach den Anweisungen auf dem Display folgen

Funktionen des kleinen Tasters:

kurzes drückenDie Einstellungen der Software werden auf mehreren Seiten angezeigt. Ein Ändern der Einstellungen ist nur durch erneutes Aufspielen der Software möglich.
Mehr als 3 Sekunden drücken und dann loslassenStarten der Kalibrierung.
Mehr als 6 Sekunden drücken und loslassenAlle Einstellungen zur Kalibrierung löschen. Es wird ein Reset durchgeführt.

ESP32 Firmware

Die Firmware des ESP32 gibts hier: Github ESP32 Panel Software

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