CNC-Shield CNC Shield V3, Modulo de Expansión para Arduino Compatible GRBL

[CNC-Shield] CNC-Shield CNC Shield V3, Modulo de Expansión para Arduino Compatible GRBL

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Referencia Interna: CNC-Shield

Placa de Expansión CNC Shield V3 para Arduino UNO

Módulo controlador de hasta 4 ejes para fresadoras, grabadoras láser e impresoras 3D. 100% compatible con firmware GRBL y drivers A4988 / DRV8825.

El CNC Shield V3 es la tarjeta de expansión definitiva para convertir un Arduino UNO en el cerebro de una máquina de control numérico por computadora (CNC). Diseñada para alojar hasta cuatro drivers de motor paso a paso (A4988 o DRV8825), esta placa permite gobernar los ejes X, Y, Z y un cuarto eje clonado (A). Además, incorpora regletas de pines organizadas para conectar finales de carrera (Endstops), control de husillo (Spindle), relés de refrigerante (Coolant) y paradas de emergencia, siendo el estándar de la industria maker para máquinas ruteadoras y láser open-source.

Especificaciones Técnicas

Parámetro ElectrónicoRango / Valor Oficial
Voltaje de Motores (VMOT)12 V a 36 V DC (Conectado a la bornera principal)
Voltaje Lógico (VCC)5 V DC (Suministrado por la placa Arduino base)
Soporte de Ejes4 Ejes (X, Y, Z, A). El eje A puede clonar X, Y, Z o ser un 4to eje independiente.
Soporte de MicrosteppingPines M0, M1, M2 integrados bajo cada driver (Jumpers)
Interfaces I/O AuxiliaresPines para Limit Switches (X, Y, Z), Spindle (PWM), Coolant
Protección de HardwareFusible térmico integrado y capacitores de filtrado por eje
Parámetro Mecánico / EstructuraRango / Valor Oficial
Compatibilidad de Placa BaseFactor de forma estándar de Arduino UNO R3
Drivers CompatiblesPololu A4988, DRV8825, TMC2208 (En formato StepStick)
Firmware SoportadoGRBL v0.8 y v0.9 (Open Source)
Botón IntegradoPulsador de RESET enrutado directamente al Arduino
Terminal de AlimentaciónBornera de tornillo azul/negra para alta corriente
Dimensiones del MóduloAproximadamente 68 mm x 53 mm x 18 mm

Ventajas Clave del CNC Shield V3

Arquitectura Modular y Reparable: Si un motor se atasca y quema el driver por sobrecarga, tu máquina no está perdida. Simplemente extraes el pequeño driver A4988 del zócalo quemado, insertas uno nuevo de bajo costo y sigues trabajando, sin necesidad de reemplazar la placa completa.

Compatibilidad Absoluta con GRBL: Diseñado específicamente para aprovechar el firmware libre GRBL. No tienes que programar ni una sola línea de código en Arduino. Solo flasheas el firmware y usas programas como Universal G-Code Sender o LaserGRBL para operar la máquina al instante.

Eje Clonado para Pórticos Grandes: Las fresadoras grandes usan dos motores en el eje Y (uno de cada lado) para evitar que el puente se doble. Este Shield tiene zócalos para el "Eje A", el cual puedes configurar con dos jumpers para que copie exactamente los mismos movimientos del Eje Y, sincronizando dos motores sin esfuerzo.

El montaje del CNC Shield es totalmente apilable sobre el Arduino UNO. La configuración más delicada radica en insertar los drivers (A4988 o DRV8825) en la orientación correcta; insertarlos al revés destruirá tanto el driver como el Shield al instante.

Galería Dinámica de Conexiones de Hardware

Esquema 1: Apilamiento sobre Arduino UNO y orientación correcta de los drivers (Pin EN)
Esquema 3: Ubicación de los pines de límite (Limit Switches) para los ejes X, Y, Z
Esquema 2: Mapa de pines M0, M1, M2 bajo los drivers para subdividir los pasos
Esquema 4: Detalle de la bornera principal de potencia y conectores de husillo
Guía Esencial de Conexión y Montaje de Hardware: ¡ALERTA DE ORIENTACIÓN! Al colocar los drivers A4988, el pequeño potenciómetro de ajuste de metal debe quedar apuntando **hacia abajo** (hacia la bornera azul). Si usa drivers DRV8825 (los morados), el potenciómetro apunta **hacia arriba**. Revise siempre que el pin etiquetado como "EN" (Enable) en el driver coincida con el pin "EN" serigrafiado en el Shield. La energía del Arduino (Cable USB) solo alimenta la lógica; para que los motores se muevan, es obligatorio conectar una fuente de alimentación de potencia (Ej: 12V o 24V, mínimo 5 Amperios) en la bornera de entrada principal.
🎓 Mapeo de Pines y Pruebas Iniciales (Sin GRBL)

Aunque el CNC Shield está pensado para ser usado con el firmware GRBL, es altamente recomendable probar la electrónica mediante un código básico de Arduino para verificar que los drivers y motores funcionan:

  • Activación Global (Pin 8): El Shield agrupa los pines Enable de todos los drivers al Pin Digital 8 de Arduino. Por diseño (lógica negada), debes poner el pin 8 en LOW para que los motores se energicen. Si está en HIGH, los motores quedarán sueltos.
  • Pines de Paso y Dirección (Step/Dir): El hardware está enrutado rígidamente de la siguiente forma: El Eje X usa el Pin 2 (Paso) y Pin 5 (Dir). El Eje Y usa el Pin 3 (Paso) y Pin 6 (Dir). El Eje Z usa el Pin 4 (Paso) y Pin 7 (Dir).
  • Microstepping: Si notas que tu motor vibra mucho y gira a golpes abruptos, debes colocar pequeños Jumpers plásticos en los pines M0, M1, M2 ubicados *debajo* de donde se inserta el driver. Esto divide los pasos físicamente para un mecanizado más preciso y suave.
// Código de Prueba Individual para CNC Shield V3 // Verifica el movimiento de los 3 ejes sin necesidad de instalar GRBL. #include <Arduino.h> // Mapeo fijo de pines según el hardware del CNC Shield V3 #define EN_PIN 8 // Pin de Enable (Activo en BAJO para todos los ejes) #define X_STEP 2 // Pin de Pasos Eje X #define X_DIR 5 // Pin de Dirección Eje X #define Y_STEP 3 // Pin de Pasos Eje Y #define Y_DIR 6 // Pin de Dirección Eje Y #define Z_STEP 4 // Pin de Pasos Eje Z #define Z_DIR 7 // Pin de Dirección Eje Z void setup() { Serial.begin(115200); // Configuramos todos los pines como salidas pinMode(EN_PIN, OUTPUT); pinMode(X_STEP, OUTPUT); pinMode(X_DIR, OUTPUT); pinMode(Y_STEP, OUTPUT); pinMode(Y_DIR, OUTPUT); pinMode(Z_STEP, OUTPUT); pinMode(Z_DIR, OUTPUT); // Habilitamos los drivers (LOW = Motores energizados y bloqueados) digitalWrite(EN_PIN, LOW); Serial.println("--- Test Básico CNC Shield Iniciado ---"); delay(2000); } void loop() { Serial.println("Moviendo Eje X hacia adelante..."); moverEje(X_STEP, X_DIR, HIGH, 200, 1000); // 200 pasos, 1000us delay delay(500); Serial.println("Moviendo Eje Y hacia adelante..."); moverEje(Y_STEP, Y_DIR, HIGH, 200, 1000); delay(500); Serial.println("Moviendo Eje Z hacia adelante..."); moverEje(Z_STEP, Z_DIR, HIGH, 200, 1000); delay(1500); // Retorno inverso de todos los ejes Serial.println("Retornando todos los ejes a origen..."); moverEje(X_STEP, X_DIR, LOW, 200, 800); // LOW = Dirección inversa, 800us = Más rápido moverEje(Y_STEP, Y_DIR, LOW, 200, 800); moverEje(Z_STEP, Z_DIR, LOW, 200, 800); delay(3000); // Pausa antes de repetir ciclo } // Función auxiliar para generar los pulsos de los motores void moverEje(int pinStep, int pinDir, boolean direccion, int pasos, int velocidad) { digitalWrite(pinDir, direccion); // Establece el sentido de giro for(int i = 0; i < pasos; i++) { digitalWrite(pinStep, HIGH); delayMicroseconds(velocidad); // Define la velocidad del motor digitalWrite(pinStep, LOW); delayMicroseconds(velocidad); } }
1. ¿Por qué mis motores solo vibran o chillan pero no logran dar vueltas?
Si probaste el código, conectaste la fuente de 12V y el motor solo vibra, el problema es que la corriente enviada por el driver (A4988) está mal calibrada. Debes tomar un destornillador cerámico o de plástico muy pequeño y girar milimétricamente el potenciómetro metálico que está encima del driver mientras mides el voltaje VREF con un multímetro. Si el VREF está muy bajo, el motor no tendrá fuerza para vencer el magnetismo interno. Si está muy alto, el driver se sobrecalentará en segundos y se apagará por protección térmica.
2. ¿Para qué sirven los pines de límite (Endstops) y dónde van conectados?
Los finales de carrera son interruptores mecánicos o sensores ópticos que se colocan en los extremos físicos de su máquina CNC. Sirven para indicarle al programa GRBL dónde está el "Punto Cero" (Homing) y para evitar que los motores destruyan la máquina intentando avanzar más allá del límite físico. Se conectan en los pines etiquetados como X+, X-, Y+, Y-, Z+ y Z-. (Nota: En GRBL v0.9 en adelante, los pines Z-Limit y Spindle Enable fueron intercambiados por seguridad, tómelo en cuenta si flashea versiones modernas).
3. Mi máquina tiene dos motores para mover el carro largo (Eje Y). ¿Cómo los conecto?
El CNC Shield tiene un 4to zócalo rojo etiquetado como "A" (Eje Auxiliar). Para clonar el movimiento del Eje Y, debe insertar un driver A4988 en este zócalo "A" y conectar su segundo motor allí. Luego, busque los pines hembra amarillos agrupados en el centro de la placa. Utilice dos pequeños Jumpers plásticos para conectar los pines marcados como "Y" a la columna adyacente. Esto puenteará por hardware las señales de Step/Dir del Eje Y hacia el Eje A, sincronizándolos perfectamente.
4. ¿Puedo conectar directamente un motor de husillo grande (Spindle) a los pines de la placa?
**Absolutamente NO.** Los pines etiquetados como "Spindle Enable / Spindle Dir" en el Shield solo emiten señales lógicas de 5 Voltios (a unos pocos miliamperios). Si usted conecta un motor DC potente o un Router de corte de 110V/220V directamente allí, hará explotar la tarjeta y su computadora de forma catastrófica. Debe conectar esos pines lógicos hacia un Módulo Relé externo o un Módulo Mosfet de alta potencia, los cuales actuarán como el interruptor seguro para encender su herramienta de corte.