Domina GRBL: Guía paso a paso para configurar y controlar tu CNC con Arduino

Si estás pensando o en proceso de construir tu propia máquina CNC, seguramente te encontrarás con el término GRBL. En este tutorial aprenderemos qué es GRBL, cómo instalarlo y usarlo para controlar tu máquina CNC basada en Arduino.

También veremos cómo usar Universal G-code Sender, popular software controlador GRBL de código abierto.

¿Qué es GRBL?

GRBL es un firmware de código abierto que permite control de movimiento para máquinas CNC. Instalamos el firmware GRBL en un Arduino y obtenemos instantáneamente un controlador CNC de bajo coste y alto rendimiento. GRBL usa G-code como entrada y genera control de movimiento vía Arduino.

Para entender mejor, veamos el siguiente diagrama:

El diagrama muestra dónde encaja GRBL en el "panorama general" de una CNC. Es firmware que subimos al Arduino para que controle los motores paso a paso. En otras palabras: GRBL traduce G-code en movimiento de motores.

Hardware necesario

• Arduino – Necesitamos Arduino basado en Atmega 328: Arduino UNO o Nano.
• Motores paso a paso – Proveen el movimiento de la máquina.
• Drivers – Para pilotar los steppers. Opciones comunes para CNC DIY pequeñas (NEMA 14/17): A4988 o DRV8825.
• Arduino CNC Shield – Forma más fácil de conectar drivers al Arduino. Usa todos los pines Arduino y facilita conexión de steppers, husillo/laser, finales de carrera, ventilador, etc.

Estos son solo los componentes electrónicos básicos para entender el funcionamiento.

Como ejemplo de conexiones, veamos mi máquina CNC corte por hilo caliente:

Componentes principales para construir esta CNC:

• Motor paso a paso NEMA 17………………
• Driver A4988…………………..…
• Arduino CNC Shield ………………………. Amazon / Banggood / AliExpress
• Arduino Uno………………………………..…

La herramienta principal es un hilo caliente que funde/corta espuma (poliestireno expandido) creando cualquier forma. Detalles en mi tutorial dedicado.

Usaremos esta máquina como ejemplo; el mismo principio aplica a cualquier CNC (fresadora, láser, etc.).

Cómo instalar GRBL

Primero necesitamos Arduino IDE para subir GRBL al Arduino.

Descargamos firmware GRBL desde github.com.

Descargar como .ZIP y seguir pasos:

1. Abrir grbl-master.zip y extraer archivos
2. Arduino IDE → Sketch > Include Library > Add .ZIP Library…

3. Navegar a carpeta extraída "grbl-master", seleccionar carpeta "grbl" y abrir. Ahora tenemos GRBL como librería Arduino.

4. File > Examples > grbl > grblUpload. Se abre sketch; subimos a Arduino. El código parece raro (una sola línea), pero todo ocurre en la librería en segundo plano. Seleccionar placa, puerto COM y subir. ¡Listo!

Configuración de GRBL

En este punto debemos configurar/ajustar GRBL a nuestra máquina. Lo hacemos via Monitor Serial del Arduino IDE. Al abrirlo veremos: Grbl 1.1h ['$' for help]. Si no aparece, cambiar baudrate a 115200.

Escribiendo $$ obtenemos lista de comandos/ajustes actuales:

$100=250.000 (x, step/mm)
$101=250.000 (y, step/mm)
$102=3200.000 (z, step/mm)
$110=500.000 (x max rate, mm/min)
$111=500.000 (y max rate, mm/min)
$112=500.000 (z max rate, mm/min)
$120=10.000 (x accel, mm/sec²)
$121=10.000 (y accel, mm/sec²)
$122=10.000 (z accel, mm/sec²)

Todos ajustables según nuestra CNC. Ej.: $100=250.000 (x, step/mm) ajusta pasos/mm del eje X (cuántos pasos da el motor para mover 1 mm en X).

Sugerencia: dejar ajustes como están; hay forma más fácil de configurarlos con el software controlador (siguiente sección).

Controlador GRBL

Ya tenemos GRBL instalado; Arduino sabe leer G-code y controlar la CNC. Pero para enviar G-code al Arduino necesitamos interfaz/software controlador. Hay muchos programas open source y comerciales. Usaremos open source: Universal G-code Sender (UGS).

Cómo usar Universal G-code Sender

Usaré versión 2.0 Platform. Descargar, extraer ZIP, ir a carpeta "bin" y ejecutar "ugsplatform" (archivo ejecutable). Es programa JAVA: requiere JAVA Runtime Environment instalado.

Al abrir UGS, primero configuramos la máquina / parámetros GRBL. Usaremos el Asistente de configuración (Setup Wizard) de UGS, mucho más cómodo que teclear comandos en Monitor Serial.

Paso 1: seleccionar baudrate (115200) y puerto Arduino. Tras conectar UGS con Arduino, siguiente paso: comprobar dirección de giro de motores.

Si hace falta, invertir dirección en el asistente o intercambiando cables del motor en el CNC Shield.

Siguiente paso: ajustar parámetro steps/mm. Aquí es más fácil: el asistente calcula y dice a qué valor actualizar.

Valor default: 250 steps/mm. Si pulsamos "x+", motor da 250 pasos. Según pasos físicos del motor, microstepping y transmisión, la máquina moverá cierta distancia. Medimos movimiento real con regla y entramos valor en "Actual movement". El asistente calcula nuevo steps/mm.

En mi caso (CNC DIY corte hilo), la máquina movió 3 mm. Asistente sugirió actualizar a 83 steps/mm.

Con este valor, la máquina se mueve correctamente: 1 mm en software = 1 mm real.

En consola UGS vemos comandos ejecutados. Al actualizar steps/mm, UGS envió a GRBL el comando: $100=83 (antes era $100=250.000).

Siguiente paso: habilitar finales de carrera (limit switches) y probar.

Según sean Normally Open o Normally Closed, podemos invertirlos aquí.

Nota: a veces hay que deshabilitar final de carrera del eje Z. En mi CNC corte hilo no necesitaba Z y tuve que deshabilitarlo para hacer homing correcto. Para ello, editamos config.h en carpeta librería Arduino (o Documents\Arduino\libraries).

Buscar líneas de ciclo homing, comentar configuración default 3 ejes y descomentar setup 2 ejes. Guardar y volver a subir sketch grblUpload al Arduino.

Siguiente paso: habilitar/deshabilitar homing de la CNC.

Botón "Try homing": máquina se mueve hacia finales de carrera. Si va en dirección opuesta, invertimos fácilmente.

Último paso del asistente: habilitar límites suaves (soft limits).

Los soft limits evitan que la máquina se mueva más allá del área de trabajo definida.

Conclusión

Gracias a firmware GRBL y Arduino, podemos configurar y poner en marcha fácilmente nuestra CNC DIY. Cubrimos lo básico, suficiente para entender el funcionamiento y tener nuestra primera CNC operativa.

GRBL tiene muchos más ajustes y features; es firmware muy capaz. Documentación GRBL lo explica todo en detalle en su wiki de GitHub.

Otros controladores GRBL open source además de UGS: GRBLweb (navegador), GrblPanel (Windows GUI), grblControl (Windows/Linux GUI), Easel (navegador), etc. Explóralos y elige el que mejor te vaya.