DIY CNC Handrad mit Joystick

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Inhalt
  1. Allgemein
  2. Zusammenbau
  3. Verkabelung Bauteile

Allgemein

Einleitung

In diesem Beitrag gehts um ein selbstgebautes Handrad / Bedienpanel für CNC-Maschinen. Ich habe dieses zusammen mit Estlcam und dem OPEN-CNC-Shield im Einsatz. Es sollte aber auch jede andere Software / Platine mit den entsprechenden Eingängen funktionieren.

Man kann sich die Bedienelemente dabei nach Belieben setzen. Ich habe extra die Fusion360 Datei bei Thingiverse hinterlegt, damit man das Design noch anpassen kann.

Video – Vorstellung und Zusammenbau

Viel Spaß beim Anschauen:

Funktionen

Bei meinem Exemplar, wie oben abgebildet sind folgende Funktionen vorhanden:

  • 4 Axis Joystick zum analogen Verfahren der x-, y- und z-Achse. Die Geschwindigkeit ist dabei in Estlcam konfigurierbar.
  • Handrad zum genaueren / feineren Verfahren der Fräse
  • Button für Programm Start/Stopp
  • Button zum Starten von Autosquaring(Tillboard Extension oder OPEN-CNC-Shield wird benötigt)
  • Potentiometer für die Spindelgeschwindigkeit
  • Potentiometer für die Vorschubgeschwindigkeit

Allerdings kann man auch einzelne Funktionen weglassen oder hinzufügen. Je nachdem was benötigt wird.

Benötigte Bauteile

Ein passendes Bauteile-Set gibt’s auch Bei mir im Shop

BauteilLink
Gehäuse
Das Gehäuse habe ich mit Fusion360 erstellt und dann mit dem 3D Drucker ausgedruckt. Beim drucken darauf achten, die Bodenplatte und den Deckel im Slicer eventuell nochmal zu drehen, damit nicht in der Luft gedruckt wird. Support wird nicht benötigt. Ich habs mit 100% infill und 0.2er Schichthöhe gedruckt. Für die Verschraubungen habe ich mir M3 inserts geholt. Man kann hier auch einfach Gewinde drucken, dafür muss das Model in Fusion angepasst werden.		Thingiverse
Gewinde Inserts

Diese Gewinde werden mit einem Lötkolben in den 3D-Druck gedrückt und bilden eine einfache Möglichkeit vernünftige Gewinde in dem Druck zu nutzen.
Kabelverschraubung

Die Kabelverschraubung sorgt gleichzeitig für Zugfestigkeit des Kabels.
Joystick

Ich habe einen 4 Axis Joystick mit 10K Ohm, 5K Ohm sollten auch aber funktionieren.

Handrad

Das gibts in mit verschiedenen Durchmessern. Ich besitze die 60 mm Variante. Wichtig ist, dass es 4-polig ist und auf 5V ausgelegt ist.



Potentiometer

Für die analogen Einstellungen. Es sollten welche mit 5-10K Ohm genutzt werden.



Taster

Gibts in verschiedenen Ausführungen. Generell können welche mit oder ohne LED genommen werden. Es gibt sie auch in vielen verschiedenen Durchmessern. Für das Gehäuse oben habe ich welche mit 19mm Durchmesser verbaut. LED Taster können entweder mit oder ohne Vorwiderstand genutzt werden. Falls es welche mit LED sein sollen, unbedingt darauf achten, dass diese mit maximal 5V betrieben werden können! 12V Leds funktionieren nicht, oder leuchten schwach



Steuerleitung
Es wird auch noch ein Kabel benötigt, diese muss die passende Anzahl an Adern haben. Im Grunde braucht jede Funktion eine Ader. Für das Beispielpanel oben war ein Kabel mit 12 Adern nötig. Diese setzen sich wie folg zusammen:
– 1x GND, 1x VCC
– 4x für den Joystick(x, y, z und der Knopf oben drauf)
– 2x für den Encoder
– 1x Taster Start/Stopp
– 1x Taster Autosquare
– 1x Poti Vorschub
– 1x Poti Spindel
Da ich noch ein halbes D-SUB25 Kabel hier rumfliegen hatte, habe ich das genutzt.
Wenn die Tillboard Extension oder das OPEN-CNC-Shield genutzt wird kann auch direkt das D-SUB37 Kabel genutzt werden.

Zusammenbau

Der Zusammenbau ist in dem Video oben kurz erklärt und stellt im Allgemeinen kein Hexenwerk dar. Falls es Probleme gibt, schaut gern in unserer Facebook-Gruppe: CNC Werkstatt vorbei. Hier wird(hoffentlich) geholfen 😉

Funktionstest

Bevor das Handrad an die Steuerung angeschlossen wird, sollten wir wenigstens den wichtigsten Test machen und schauen, ob wir einen Kurzschluss in unserer Verkabelung haben.
Dazu ein Messgerät auf Durchgangsprüfung stellen und die Klemmen an GND und 5V. Zu diesem Zeitpunkt noch kein Strom auf das Handrad geben. Mit angeschlossenem Netzteil einmal alle Bedienelemente nacheinander betätigen. Hier sollte nie ein Durchgang angezeigt werden, ansonsten haben wir einen Kurzschluss.

Verkabelung Bauteile

Hier werde ich versuchen auf die Besonderheiten der verschiedenen Bauteile und deren Verkabelung einzugehen.

Joystick

Ich kann hier den 3-Achsen oder 4-Achsen Joystick empfehlen. Bei dem 4-Achsen Joystick ist noch ein Knopf oben auf dem Joystick, welchen ich z.B. zum Abnullen der Achsen nutze.

3-Axis Joystick

Die Verkabelung ist hier ein bisschen tricky, daher hier ein paar Bilder zur Veranschaulichung:

GND und 5V der x- und y-Achse kann man verbinden. Sollten die Achsen nachher in die falsche Richtung gehen, kann man entweder GND und 5V tauschen, oder in Estlcam einfach den Haken bei „Achsen umkehren“ setzen.

Hier ist die Verkabelung der z-Achse bei meinem 3-Axis Joystick. Wobei man GND und 5V wieder tauschen kann, sollte die Achse sich falsch herum bewegen. Um sicherzugehen welches Kabel wofür ist, kann ein Multimeter genutzt werden. Dieses einfach auf Widerstandsmessung einstellen und dann die Kabel nacheinander testen. Man hat GND und 5V gefunden, wenn sich der Widerstand nicht verändert, wenn man an dem Joystick dreht. Bei diesem Joystick also durchgehend 5K Ohm. Dies kann je nach Joystick auch 10K Ohm sein.

4-Axis Joystick

Die Verkabelung ist genau gleich wie bei dem 3-Axis Joystick oben, der einzige Unterschied sind zwei weitere Kabel für die 4. Achse (Was eigentlich gar keine Achse, sondern nur ein Taster ist).

Die beiden Kabel für den Taster waren bei meinem 4-Achsen Joystick bläulich. Da immer gegen GND geschaltet wird, kommt ein Kabel an GND und das andere zur Platine für z.B. den OK-Button(Abnullen der gerade ausgewählten Achse). Um sicherzugehen kann man auch hier das Multimeter anlegen und diesmal eine Durchgangsprüfung durchführen. Dazu die beiden Kabel mit dem Multimeter verbinden, das Multimeter auf Durchgangsprüfung stellen und den Knopf des Joysticks drücken. Nun sollte ein Durchgang angezeigt werden.

Potentiometer

Auch hier gilt: Wenn der Poti nachher falsch herum ist einfach GND und 5V tauschen.

Taster mit LED

Bei den Tastern welche ich auf den Bildern nutze kann man GND und 5V auch tauschen.

Hier können wir die Beinchen der Widerstände verwenden. Damit fällt das Löten leichter. Es wird der Schaltkontakt mit einem LED Kontakt verbunden. Beide werden dann an der Platine mit GND verbunden.

Dieser LED dieses Taster kann mit 3-6V arbeiten. Hier bitte unbedingt darauf achten, wieviel Volt die LED Deines Tasters verträgt. Unter Umständen muss dann ein Vorwiderstand verbaut werden. Diese sind auf den Panel Platinen bereits eingeplant und können über einen Jumper aktiviert/deaktiviert werden.

3-Position Schalter

Dieser Schalter wird wie oben in dem Bild verkabelt. In der Mittelposition ist kein Kontakt ausgelöst. Estlcam hat im Standard sowieso „Speed 1“ aktiv, daher brauchen wir hierfür kein extra Kabel und können den „Speed 1“ Anschluss frei lassen. „Speed 2“ und „Speed 3“ können dann wie hier gezeigt angeschlossen werden. VCC bzw. 5V wird bei diesem Schalter für die Stromversorgung der LED genutzt.

Alternatives Anschlussschema(Vielen Dank an Björn):
Hallo,
ich habe mir die Mühe gemacht, ein alternatives Anschlussbild für den 3-Positionen-Schalter zu erarbeiten. Damit kann man dann die drei Stufen von links nach rechts aufsteigend verteilen, statt mit 1 in mittlerer Position:
GND an (-) und an NC auf der (+)Seite,
beide C verbunden,
Position 2 an NC auf (-)Seite,
Position 3 an NO auf (-)Seite.
Gruß
Björn

25 Gedanken zu „DIY CNC Handrad mit Joystick“

  1. Hallo Timo,
    ich bin neu im CNC und 3D Druck.
    Für mein ESTLCAM habe ich mir das Gehäuse ausgedruckt und festgestellt, dass die mittleren Schraubenlöcher für den Deckel und den Boden größer sind als die in den Ecken.
    Die M3 Einpressmuttern fallen da einfach durch.
    Leider kenne ich mich mit 3D Design zu wenig aus, um das korrigieren zu können.

    Antworten

  2. Hallo,
    Ich baue mir das Wirelesspanel zusammen (cncshield v1).
    Kann ich über das Panel mit je einem Taster den Werkzeuglängensensor bzw. die Tastplatte steuern?

    Sind Die beiden Starttaster für Programm und Spindel ein/aus ständig beleuchtet, oder zeigen diese den Schaltzustand optisch an?
    Auf dem 37 er Sub-D sind zusätzlich die Signale für STOP durchgeschleift. Benötige ich diese?
    Vielen Dank für die schnelle Antwort.

    Antworten

    • Kann ich über das Panel mit je einem Taster den Werkzeuglängensensor bzw. die Tastplatte steuern?
      -> Würde ich nicht tun. Eher direkt an die Steuerung, damit es bei diesem zeitkritischen Vorgang keine Verzögerung gibt.
      Sind Die beiden Starttaster für Programm und Spindel ein/aus ständig beleuchtet, oder zeigen diese den Schaltzustand optisch an?
      -> Ständig beleuchtet. Estlcam hat keinen Ausgang für den aktuellen Status
      Auf dem 37 er Sub-D sind zusätzlich die Signale für STOP durchgeschleift. Benötige ich diese?
      -> Das liegt in deinem Ermessen

      Antworten

  3. Hallo, meine CNC-Steuerung ist eine Arduino Uno mit Extension-Board.

    Weiß jemand, ob ich hier auch einen Joy-Stick unf Handrad anschließem kann, und wenn ja wie?

    LG
    Uli

    Antworten

  4. Hallo Timo
    Vielen Dank für die Antwort.
    Ich sehe schon, dass ich eine andere Verbindung zur Steuerung finden muss. Den Mini-Din Ausgang ist keine Lösung. Wie könnte eine andere Lösung aussehen? Damit ich Dein Handrad anschließen könnte?

    Antworten

  5. Ich habe eine Mini CNC-Steuerung ( Estlcam ) gekauft von Sorotec, welche nun mit meinem Laptop via USB verbunden ist. Soweit so gut. Nun möchte ich zusätzlich ein Handrad anschliessen. Da der Markt nun ausgetrocknet ist möchte ich nun selber eine Handrad konstruieren. Joystick, Knöpfe, Drehregler usw. für 5V Betrieb
    ist alles klar. Jedoch hat die Steuerung nur ein Mini-Din Ausgang. also etwa 6 Pins die reichen bei weitem nicht. Wie gehe ich da vor?

    Antworten

  7. Hi Timo,

    großartiges Projekt. Vielen Dank für die Bereitstellung der 3D Daten, das erleichtert die Arbeit ungemein ;-). Ich arbeite gerade an der Umsetzung des Handrads mit dem I2C Protokoll von Estlcam, damit komme ich dann nur mit 6 Adern aus. Gruß, Huy

    Antworten

    • Moin, das i2c Protokoll von Estlcam kannte ich noch gar nicht, klingt aber interessant. Wenn du da weiter gekommen bist oder eine Programmierung hast, würden mich die Ergebnisse daraus sehr interessieren 🙂

      Antworten

  10. Ist es möglich das man mit dieser Steuerung und mit Hilfe eines Tasters den WLZ am Bildschirm PC auslösen kann ?
    Normalerweise muss man ja in Estlcam auf dem PC Bildschirm den WLZ auslösen mit einem Tastenklick.

    Schön wäre wenn man das mit einem separaten Taster am BedienPanel auslösen könnte, wäre das möglich Timo ?

    Antworten

  11. Hallo Timo,

    Wie wird denn ausgewählt, welche Achse mit dem Handhabung angesteuert werden soll? Reicht hier ein kurzer impuls mit dem Joystick, aber wie geht das?

    Vielen Dank für deine Antwort im Voraus,
    Viele Grüße

    Jörg

    Antworten

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