Nguồn điện, đi dây, công tắc hành trình và nút dừng khẩn cho máy CNC tự chế

Chọn nguồn 24 V đủ công suất, sơ đồ đi điện có nút dừng khẩn, nối công tắc hành trình thường mở, thường đóng với GRBL, chống nhiễu và chọn tiết diện dây cho máy CNC, máy laser tự chế.

Phần điện của máy CNC tự chế thường bị làm vội: nguồn chọn theo cảm tính, dây động cơ quấn chung với dây công tắc, không có nút dừng khẩn. Hậu quả là máy chạy được nhưng hay báo lỗi ALARM vô cớ, mất kết nối USB giữa chừng, driver cháy khi spindle khởi động, và khi có sự cố thì không dừng máy kịp.

Bài này hướng dẫn chọn nguồn đủ công suất, sơ đồ đi điện an toàn có nút dừng khẩn, cách nối công tắc hành trình kiểu thường mở và thường đóng với GRBL, chống nhiễu và chọn tiết diện dây.

1. Sơ đồ đi điện tổng thể

• Điện 220 V đi qua aptomat hoặc cầu chì, rồi qua nút dừng khẩn, rồi mới tới nguồn tổ ong và spindle.
• Nguồn 24 V cấp cho driver, module laser; quạt 12 V lấy qua mạch hạ áp LM2596.
• Bo điều khiển (Arduino chạy GRBL) thường lấy 5 V qua cáp USB của máy tính; ESP32 chạy FluidNC có thể lấy 5 V từ mạch hạ áp riêng.
• GND chung: GND của nguồn 24 V, driver, bo điều khiển và laser phải nối chung với nhau, về một điểm.
• Dây đất (vàng xanh) nối vào cọc đất của nguồn tổ ong, khung máy kim loại và vỏ spindle.

2. Chọn nguồn đủ công suất

• Điện áp: 24 V là lựa chọn tốt cho driver A4988, DRV8825, TMC2209 và phần lớn module laser. Không vượt điện áp tối đa của driver (TMC2209 khoảng 29 V).
• Dòng: cộng dòng đặt của các động cơ, dòng của laser, quạt, rồi chọn nguồn dư khoảng 30–50 %. Driver băm dòng nên dòng thật lấy từ nguồn thường nhỏ hơn dòng đặt, cách tính này đã có dư.
• Spindle DC 300–500 W nên có nguồn riêng (thường 48 V). Dùng chung nguồn dễ làm sụt áp khi spindle khởi động, driver và bo điều khiển chập chờn.
• Nguồn tổ ong có chiết áp chỉnh nhỏ: chỉnh đúng 24 V; có quạt thì để thoáng khe gió.

3. Nút dừng khẩn

• Dùng nút đầu nấm màu đỏ, nhấn là tự giữ (phải xoay mới nhả), tiếp điểm thường đóng (NC), chịu được điện áp và dòng của mạch (ví dụ 250 V, 10 A).
• Cách đơn giản và chắc chắn cho máy mini: nút cắt điện 220 V vào nguồn động lực và spindle. Khi nhấn, động cơ, laser và spindle đều mất điện.
• Nút "dừng" trong phần mềm hay nút nối vào chân A0 (reset) của GRBL chỉ là dừng bằng phần mềm; nếu phần mềm treo thì không dừng được. Không coi đó là nút dừng khẩn.
• Đặt nút ở chỗ với tay tới ngay, không bị che, không phải đi vòng qua máy.
• Sau khi nhấn dừng khẩn, vị trí máy không còn đúng: phải về gốc lại (homing) trước khi chạy tiếp.

4. Công tắc hành trình

Công tắc hành trình (limit switch) đặt ở đầu mỗi trục. GRBL dùng chúng cho hai việc:

• Về gốc máy (homing, $22=1): mỗi trục chạy tới khi chạm công tắc, lùi ra một chút; từ đó máy biết vị trí tuyệt đối của mình.
• Giới hạn cứng (hard limits, $21=1): trục nào chạm công tắc khi đang chạy thì máy dừng ngay và báo ALARM.

• Trên Arduino Uno chạy GRBL 1.1: công tắc X nối chân D9, Y nối D10, Z nối D12 (không phải D11, vì D11 đã dùng làm chân PWM cho spindle, laser). Bài 11 có sơ đồ chân đầy đủ.
• GRBL bật điện trở kéo lên bên trong: chỉ cần nối công tắc giữa chân và GND.
• Thường mở (NO): dùng ngay với cấu hình mặc định $5=0. Nhược điểm: dây đứt hay tuột giắc thì máy không biết.
• Thường đóng (NC): an toàn hơn; đặt $5=1 để đảo logic. Dây đứt sẽ báo như công tắc đã chạm, máy không chạy được cho tới khi sửa dây.
• Hai đầu của cùng một trục dùng chung một chân: công tắc NO nối song song, công tắc NC nối tiếp.
• Thử từng công tắc bằng lệnh ? trong cửa sổ gửi lệnh: dòng trạng thái của GRBL có mục Pn:X (hoặc Y, Z) khi công tắc đang được báo là chạm.

5. Chống nhiễu

Dây động cơ bước và dây spindle mang dòng điện đổi chiều liên tục, phát nhiễu sang các dây nằm cạnh. Dấu hiệu bị nhiễu: máy báo ALARM do công tắc hành trình dù không chạm gì, mất kết nối USB giữa chừng, spindle khởi động là máy giật. Cách xử lý:

• Đi dây động cơ, spindle và dây công tắc trong hai máng riêng, càng xa nhau càng tốt.
• Dây công tắc dùng loại có lưới chống nhiễu; lưới chỉ nối đất ở một đầu, phía bo điều khiển.
• Đặt tụ gốm 100 nF giữa từng chân công tắc và GND, sát bo điều khiển.
• Cáp USB ngắn, chất lượng tốt, có lõi ferrite; máy tính và máy CNC cắm chung ổ có dây đất.

6. Chọn tiết diện dây

• Dây chạy trong xích nhựa bị uốn liên tục: chọn dây mềm nhiều sợi nhỏ.
• Đầu dây vào cọc vít nên bấm đầu cos; không vặn dây trần đã tráng thiếc vào cọc vít vì thiếc bị chảy nguội, lâu ngày lỏng.
• Giắc nối động cơ phải có khóa; giắc lỏng khi máy rung gây mất bước và có thể làm hỏng driver.

7. Xem thêm

• Bài trước trong loạt: Đầu công cụ của máy CNC và máy laser. Bài sau: GRBL là gì, nạp GRBL cho Arduino.
• Mạch hạ áp LM2596 và MP1584: cách chọn, chỉnh điện áp.
• ESP32 điều khiển module relay an toàn.
• Mạch giảm áp LM2596, module relay, jack nguồn DC gắn hộp tại PYWORLD.