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Mach3 CNC Controller
Software Installation and
Configuration
Version 3
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Printed November 6, 2008
Contents
Chapter 1 Introduction to CNC Systems
Before You Begin....
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-1
1.1
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2
1.2
Components of a CNC Machining System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2
1.3
How Mach3 Fits In . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-4
1.4
What Mach3 Can Do . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-4
Chapter 2 Installing the Mach3 Software
2.1
Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-1
2.1.1 Downloading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-1
2.1.2 Installing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-1
2.1.2.1 If a machine tool is connected, disconnect it now. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-1
2.1.2.2 Run the Mach3 software installation package. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2
2.1.2.3 If You’re Using Windows Vista . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4
2.1.3
The Vital Reboot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4
2.2
Testing The Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4
2.2.1
If You Are Using the Default Parallel Port Driver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5
2.3
Mach3 Profiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-7
2.3.1
Creating a Profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-7
2.4
Installation Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-9
2.4.1
Running DriverTest After a Mach3 Crash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-9
2.4.2
Manual Driver Installation and Uninstallation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-9
Chapter 3 Introducing the Mach3 Screens and Com-
mands
3.1
Screens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-1
3.1.1
Types of Objects on Screens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2
3.1.2
Using Buttons and Shortcuts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-3
3.1.3
Data Entry to DROs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-3
3.2
Jogging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-3
3.3
Manual Data Input (MDI) and Teaching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-5
3.3.1
Teaching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-5
iii
Chapter 4 Hardware Requirements and Connecting
the Machine Tool
4.1
The PC Parallel Port and its History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-1
4.2
Logic Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-2
4.2.1
Isolating Breakout Boards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-3
4.3
The EStop Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-4
4.4
Axis Drive Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-5
4.4.1 Steppers and Servos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-5
4.4.2 Determining Axis Drive Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-6
4.4.2.1 Example 1 - Mill Table Cross Slide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-6
4.4.2.2 Example 2 - Router Gantry Drive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-8
4.4.3
How the Step and Dir Signals Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-8
4.5
Limit and Home Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-9
4.5.1 The Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-10
4.5.2 Where to Mount the Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-13
4.5.3 How Mach3 Uses Shared Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-14
4.5.4 Home Referencing in Action . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-14
4.5.5 Other Home and Limit Options and Hints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-15
4.5.5.1 Home Switch not Near Limit Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-15
4.5.5.2 Separate High Accuracy Home Switch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-15
4.5.5.3 Limit Switches of Multiple Axes Connected Together . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-15
4.5.5.4 Home Switches of Multiple Axes Connected Together . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-15
4.5.5.5 Slaving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-15
4.5.6
Summary Wiring Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-17
4.6
Spindle Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-18
4.6.1
On/Off Motor Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-18
4.6.2
Step and Direction Motor Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-18
4.6.3
PWM Motor Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-18
4.7
Coolant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-20
4.8
Knife Direction Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-20
4.9
Digitize Probe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-20
4.10
Linear (Glass Scale) Encoders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-20
4.11
Spindle Index Pulse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-22
4.12
Charge Pump — a Pulse Monitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-22
4.13
Other Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-23
4.14
Sample Schematic of EStop and Limits Using Relays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-24
Chapter 5 Configuring Mach3 for Your Machine and
Drives
5.1
A Configuration Strategy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-1
5.2
Initial Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-1
5.2.1
Defining Addresses of Port(s) to Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-2
5.2.2
Choosing Kernel Speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-3
5.2.3
Defining Special Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-3
5.3
Defining Input and Output Signals To Use . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-4
iv
5.3.1 Axis and Spindle Output Signals to Be Used . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-4
5.3.2 Input Signals To Be Used . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-5
5.3.3 Emulated Input Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-7
5.3.4 Output Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-8
5.3.5 Defining Encoder and Manual Pulse Generator (MPG) Inputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-9
5.3.5.1 Setting Up Encoders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-10
5.3.5.2 Setting Up MPGs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-10
5.3.6 Configuring the Spindle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-10
5.3.6.1 Coolant Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-11
5.3.6.2 Spindle Relay Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-11
5.3.6.3 Motor Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-11
5.3.6.4 Modbus Spindle Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-12
5.3.6.5 General Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-12
5.3.6.6 Pulley Ratios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-12
5.3.6.7 Special Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-13
5.3.7
Mill Options Tab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-13
5.3.8
Initial Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-14
5.4
Defining the Setup Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-14
5.5
Tuning Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-15
5.5.1 Calculating the Steps Per Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-15
5.5.1.1 Calculating Mechanical Drive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-16
5.5.1.2 Calculating Motor Steps Per Revolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-18
5.5.1.3 Calculating Mach3 Steps Per Motor Revolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-18
5.5.1.4 Mach3 Steps Per Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-18
5.5.2 Setting the Maximum Motor Speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-19
5.5.2.1 Practical Trials of Motor Speed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-19
5.5.2.2 Motor Maximum Speed Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-20
5.5.2.3 Automatic Setting of Steps per Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-21
5.5.3 Choosing an Acceleration Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-22
5.5.3.1 Inertia and Forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-22
5.5.3.2 Testing Different Acceleration Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-23
5.5.3.3 Why You Want To Avoid a Big Servo Error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-23
5.5.3.4 Choosing an Acceleration Value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-23
5.5.4 Saving and Testing Axis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-23
5.5.4.1 Repeat Configuration of Other Axes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-25
5.5.5 Spindle Motor Speed Control Setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-26
5.5.5.1 Motor Speed, Spindle Speed, and Pulleys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-26
5.5.5.2 Pulse Width Modulated Spindle Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-28
5.5.5.3 Step and Direction Spindle Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-29
5.5.5.4 Testing the Spindle Drive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-29
5.6
Other Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-29
5.6.1 Configure Homing and Soft Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-29
5.6.1.1 Referencing Speeds and Direction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-30
5.6.1.2 Position of Home Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-30
5.6.1.3 Configure Soft Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-30
5.6.1.4 G28 Home Location . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-31
5.6.2
Configure System Hotkeys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-31
5.6.3
Configure Backlash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-32
5.6.4
Configure Slaving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-33
v
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