Desenvolvimento de uma interface G-Code embarcada para máquinas CNC

Abstract

Este trabalho descreve o projeto e a implementação de uma interface G-Code Sender para uma máquina Fresadora ou Laser CNC (Controle Numérico Computadorizado) implementada com firmware GRBL. A CNC é uma ferramenta essencial na fabricação automatizada, permitindo a criação precisa e repetível de peças e produtos. O firmware GRBL é uma escolha comum para controlar CNCs devido à sua eficiência e capacidade de processar comandos G-Code de maneira ágil e por ser um software de código aberto. O foco deste projeto é proporcionar uma solução que permita a operação autônoma da CNC, sem a necessidade de uma conexão constante com um computador. Para isso, foi desenvolvida uma interface G-Code Sender que realiza a leitura e processa os arquivos G-code, além de possuir instruções e configurações de movimentação da CNC diretamente a partir de um dispositivo de armazenamento local, como um cartão SD ou USB. Isso aumenta a flexibilidade e a portabilidade do sistema, eliminando as limitações de conectividade. O projeto foi dividido em várias etapas. Inicialmente, foi realizada uma pesquisa detalhada sobre o firmware GRBL, seus requisitos de hardware e protocolo de comunicação. Em seguida, foram selecionados os componentes eletrônicos adequados para a montagem da interface G-Code Sender, incluindo o microcontrolador ESP32, a interface de usuário com o display touchscreen de 7 polegadas e outros métodos de IHM (Interface Homem Máquina). Uma vez selecionados os componentes, foi realizada a implementação do hardware e do firmware da interface. Assim, os resultados finais do projeto serão analisados e demonstrados para verificar a viabilidade e eficácia da controladora offline. A CNC foi capaz de executar operações de usinagem a partir dos comandos G-Code armazenados no dispositivo de armazenamento local, sem a necessidade de estar conectada a um computador.

This work describes the design and implementation of a G-Code Sender for a Milling or Laser CNC (Computer Numerical Control) machine with GRBL firmware. CNC is an essential tool in automated manufacturing, enabling the precise and repeatable creation of parts and products. GRBL is a common choice for controlling CNCs due to its efficiency and ability to process G-Code commands quickly and it is a open source software. The focus of this project is to provide a solution that allows autonomous operation of the CNC, without needing a constant computer connection. To this end, a G-Code Sender interface was developed that reads and processes G-code files directly from a local storage device such as an SD or USB card, and it can also send moving and settings instructions. This increases system flexibility and portability by eliminating connectivity limitations. The project was divided into several stages. Initially, detailed research was carried out on firmware GRBL its hardware requirements and communication protocol. Next, the appropriate electronic components were selected for assembling the G-Code Sender interface, including the ESP32 microcontroller, the user interface with the 7-inch touchscreen display and other HMI (Human Machine Interface) methods. Once selected, the components, the implementation of the hardware and firmware of the interface will be carried out. The results of the project were analyzed and demonstrated to verify the viability and effectiveness of the offline controller. The CNC is able to perform machining operations from the G-Code commands stored on the local storage device, without the need to be connected to a computer.