Mach3Mill_Install_Config.pdf

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

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

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