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CNC UC100 User Manual

Made by: CNC
Type: User Manual
Category: Controller
Pages: 11
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UC100

 

 

USB CNC motion controller 

to use with MACH3 software

 

 

Current plugin version: V2.133

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

Contents:

 

 

1. Product description and background of working.  
2. Installation of the USB drivers and the plugin.  
3. System setup.  

a.) The first run.

 

b.) Setting up Mach3 with the UC100 controller .

 

4. LED feedback signals on the UC100 controller.  
5. Errors and installation debugging.  
6. DSUB-25 connector pinout.  
7. Known limitations and bugs.  
8. Parameters and functions summary.  
9. Safety notes.  

 


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1. Product description and background of working

 

 

Mach3 is a popular CNC machine tool control software running on desktop computers and 
laptops  under  Windows  operating  system.  Mach3  in  default  working  the  the  computer's 
parallel  (printer)  port  and  sending  all  signals  via  this  port.  Windows  is  not  a  realtime 
operating system and therefor it is a difficult and CPU time consuming task for Mach3 to 
generate these signals in  a precise manner. As the output  signals frequency gets  higher 
with  using  todays  more  and  more  advanced  motor  control  electronics  Mach3  needs  the 
more  processor  time  of  the  computer.  If  the  computer  gets  overloaded  by  Mach3  or  by 
running  other  software(s)  in  the  background  may  leads  to  a  lagging  of  the  G-code  code 
execution  to  even  a  falter  in  the  motion  interpolation  which  may  lead  to  a  catastrophic 
failure of some applications.

 

Another problem with the LPT port is that in today's informatic technology this kind of port 
is no more used and is a dying out device and non of the new laptops having this kind of 
port built in anymore.

 

 

The  UC100  motion  controller  overcomes  these  problems  with  removing  all  time  critical 
tasks from the control computer and Windows and executing all these tasks on inside it's 
own high speed DSP control chip outside the PC.

 

The  UC100  controller connects  to the  PC  via  the  USB port and  this  kind of port  is more 
modern as an LPT port and exists on all today's computers.

 

 

The UC100 has a look as if it was a “simple USB to LPT port converter module”, but it is 
much more than this. The UC100 is the result of a 2 years hard development and testing 
cycle  and  it  implements  linear  and  arc  interpolation  routines  with  trajectory  planner, 
communication  routines,  limits  and  homing  functions  handling  and  it  has  nearly  all  the 
functions (with some limitations) as what Mach3 supports with the LPT port driver.

 

 

Because of using a high speed DSP core the UC100 making the interpolations and other 
timings much more precise as Mach3 could ever do using it's standard LPT port driver and 
because  the  time  critical  tasks  are  no  more  done  on  the  PC  side,  but  on  the  UC100 
controller  the  PC's  CPU  time  usage  is  much  lower  and  the  risk  of  overloading  the  PC 
resources lowers with factors as the UC100 has a long enough data buffer so that it can 
handle a 100% CPU usage and overload for some seconds without interrupting the motion 
and the G-code execution.

 

 

For these reasons it is also possible to use a much slower and cheaper computer together 
with  the  UC100  as  what  is  needed  for  Mach3  if  using  the  LPT  port  drivers  and  this  can 
even lower the system's overall cost.

 

 
 

When  developing  we  also  thought  about  backward  compatibility  with  the  old  LPT  printer 
port  and  therefor  the  UC100  has  a  DSUB-25  female  connection  interface  to  the 
enviroment  with the same pinout  as what  a printer port has. This means that  the UC100 
can  replace  an  LPT port  on an existing  system  simply  with  plugging  the  controller  to  the 
USB  port  of  the  PC  and  plugging  the  DSUB25  cable  end  (which  was  originally  plugged 
into the LPT port of the PC) to the UC100 controller's DSUB-25 port.

 

 


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2. Installation

 

 

The  UC100  controller  is  compatible  with  the  same  operating  systems  as  what  Mach3  is 
compatible with, these are Windows XP, Windows 7 and Windows 8.

 

The installation can be done easily with our automatic installer 
software: 

 http://www.cncdrive.com/UC100.html

 

 

The  automatic  installer  is  an  online  and  offline  installer  which  means  it  connects  to  the 
internet  and  downloading  and  installing  the  latest  plugin  and  the  USB  drivers  for  the 
UC100  controller.  If  the  software  cannot  connect  to  the  internet  (due  to  missing  internet 
connection  of  the  computer)  then  it  installing  the  prepacked  plugin  and  drivers  versions, 
this is the offline installation mode.

 

Currently the automatic installer is working under the following operating systems:

 

 

–   Windows XP 

 

 

–   Windows 7 32bit and 64bit versions. 

 

 

– Windows 8 32bit and 64bit versions. 

Note: For Windows8/64bit users on newer

 

computers which has secure boot function implemented in the BIOS, this 
function must be disabled for the USB drivers to install. With the secure boot 
function enabled the USB drivers might fail to install on some computers. 

 

 

3. System setup 

a.) The first run

 

 

Start Mach3 and the following screen will popup indicating the UC100 motion controller 
as an alternative selection over the LPT port drivers.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Select the UC100 CNC motion controller from the list.

 

If selecting the “Dont ask me this again” then this screen will not popup anymore 
when starting Mach3 and the default driver will be the UC100 in this case.

 

If once the “Dont ask me this again” was selected and if for any reason the LPT port 
drivers will n

eed to be used at a later time then pressing the “CFG's->Reset device 

sel...” menu item in Mach3 will reset this popup screen and at the next start of Mach3 
the LPT port drivers will become selectable again.

 

 


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In the bootup procedure the plugin automaticly checks the actual firmware version in the 
UC100 motion controller. The firmware and the plugin versions must be matched, so if 
Mach3 finds an uncompatible (forexample an older version) of firmware in the UC100 
which is not compatible with the installed plugin then Mach3 will popup a warning 
screen and will download the compatible drivers to the UC100 automaticly.

 

This automatic checking procedure at each Mach3 startup guarantees that the firmware 
in the UC100 and the plugin in Mach3 will be always compatible with eachother.

 

 
 

b.) Setting up Mach3 with the UC100 controller

 

 

Because the UC100 has the same pinout as an LPT port the setup is the same as when 
using the LPT port drivers.

 

To setup the inputs and outputs set the port number to 1 always and the pin numbers are 
the same as in an LPT port.

 

 

To  check  the  status  of  the  pins  the  “Plugin  control->UC100  I/O  monitor”  screen  can  be 
used.

 

 

There is an option to set the maximum step output kernel frequency. 
The 3 selectable options are currently the 25, 50 and 100kHz.

 

 

Important  to  note  that  changing  to  a  different  step  kernel  frequency  Mach3  must  be 
restarted for the changes to take effect and the trajectories must be retuned in the Config-
>motor tuning menu in Mach3.

 

 

There  is  also  an  extra  option  which  the  standard  Mach3  LPT  driver  not  implements  and 
this is the following:

 

It  is  possible  to  use  an  encoder  or  a  more  than  one  pulse  per  revolution  electronics 
feedback  signal  for  the  spindle  speed  feedback  to  Mach3.  The  number  of  pulses  per 
revolution data can be set  in the UC100 setup window and the controller will devide and 
count with the number of this setting when measuring and calculating the real speed of the 
spindle motor.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

The UC100 I/O monitor screen.

 

 


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4. LED feedback signals on the UC100 controller

 

 

There are 2 LEDs located and floating out of the UC100 DSUB backshell.

 

These LEDs providing informations about the UC100 working states and these states are 
the following:

 

 

-  The  green  (power  LED)  lighting  continiously  indicates  normal  operation  and  that  the 
UC100 is up and running normally.  
-  The green (power LED) blinking with about 5Hz frequency indicates a firmware error.  
-  The  green  (power  LED)  blinking  slow,  with  about  1Hz  indicates  a  firmware  update  in 
progress and in this case wait till the firmware update procedure ends and the green LED 
returns to a continuous lighting state.  
 
-  The  blue  (communication  LED)  if  on  indicates  that  the  connection between  Mach3 and 
the  UC100  controller  is  active.  The LED  sometimes  blinks  (mostly  on  slower  computers) 
and sometimes lights continiously (mostly on fast computers).  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The 2 LEDs on the backshell of the UC100 controller.

 

 


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5. Errors and installation debugging

 

 

If the following screen pops up when starting Mach3:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

then the .NET framework  was  not  installed on  the  computer. The .NET framework  2.0  is 
the  prerequirement  for  running  the  UC100  controller  plugin.  The  framework  can  be 
downloaded    from  Microsoft's  website.  The  .Net  framework  2.0  is  part  of  Windows7  and 
therefor it is not required to install it on Windows 7 operating systems. It is only required to 
install  it  on  Windows  XP  as  it  not  containing  this  tool  by  default,  it  must  be  installed 
separately, by the user on the Windows XP operating system.

 

 

The  following  popup  screen  indicates  that  Mach3  is  unable  to  establish  the  connection 
with the UC100 controller, check the USB connections and the LED states of the UC100 
and restart Mach3.

 

If the error does not go away then check and if nessessary reinstall the USB drivers.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

The  following  popup  screen  appears  if  Mach3  loosing  the  connection  with  the  UC100 
meanwhile it is operating. This event may happen if the USB cable is broken or if the cable 
connector was accidentally slipping out from the UC100 or from the PC. The workaround 
is checking the USB cable connections and plug it back and restart Mach3.

 

 


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If Mach3 triggers the E-

stop event and if the “UC100 Sync Error!” message appears in the 

statusbar  of  Mach3  then  the  UC100  lost  the  communication  syncronisation  with  Mach3, 
this  can  happen  if  the  computer  is  too  slow  or  if  the  PC  is  so  much  overloaded  with 
running  other  software  in  the  background  that  there  is  not  enough  CPU  or  memory 
resources for  Mach3 to  keep  the  step  with  the  UC100.  Also  the  indication of  this  kind of 
error  is  that  the  blue  LED  in  the  UC100  backshell  is  blinking  slowly  with  about  1Hz 
frequency only. The workaround is to check and close the running processes in Windows 
which overloads the PC too much, or if the PC itself is too slow and does not comply the 
minimal requirements to run Mach3 then exchange the PC to another, faster one.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

6. DSUB-25 connector pinout

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

Pin number

 

Signal direction

 

 

 

1

 

Output

 

 

 

2

 

Output

 

 

 

3

 

Output

 

 

 

4

 

Output

 

 

 

5

 

Output

 

 

 

6

 

Output

 

 

 

7

 

Output

 

 

 

8

 

Output

 

 

 

9

 

Output

 

 

 

10

 

Input

 

 

 

11

 

Input

 

 

 

12

 

Input

 

 

 

13

 

Input

 

 

 

14

 

Output

 

 

 

15

 

Input

 

 

 

16

 

Output

 

 

 

17

 

Output

 

 

 

18-25

 

Ground

 

 

 

 


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7. Known limitations and bugs

 

 

Known limitations:

 

 

There are no known limitations in the current firmware version.

 

 

Known bugs:

 

 

There are no known bugs in the current firmware version.

 

 
 

8. Parameters and functions summary

 

 

General properties:

 

 

  Automatic firmware checking and firmware update. 
  Motion control on upto 6-axis (X, Y, Z, A, B, C). 
  Configurable  maximum  stepping  frequency,  the  options  are  25kHz(with  20usec 

pulse length), 50kHz(with 10usec pulse length), 100kHz(with 5usec pulse length). 

 

 

On the fly configurable 12 pieces of 5Volt (TTL level) buffered outputs. The 

current sink/source capability is 20mA max. per output.

 

 

  On  the  fly  configurable  5  pieces  of  5V  (TTL  level)  schmitt  triggered  and  filtered 

inputs. The input internal pullup resistance to 5Volts is 4.7kOhms. 

  About 1 second long communication buffer. 
  100% LPT port compatible pinout. 

 

Supported Mach3 functions:

 

 

  Jog. 
  Reference inputs. 
  E-stop input. 
  Softlimits. 
  Limit switch inputs. 
  Limits override. 
  Index  input  (extended  function  supports  multi  slot  spindle 

sensors, for Mach3-mill only, not for Mach3-turn!). 

  Spindle speed PWM control output. 
  Step and direction spindle control output. 
  Spindle and coolant relay control. 
  Charge pump safety signal output (configurable to active/inactive when in E-stop). 
  Charge pump adjustable frequency (12.50kHz in normal or 5kHz in laser mode). 
  All signals configurable to active High/Low. 
  General purpose I/O signals handling. 
  Offline mode. 
  All MPGs and encoders support. (2pcs maximum one time) 
  Slave axis. 
  Backlash compensation. 
  Digit/probe input. 
  THC control inputs. 

 


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9. Safety notes

 

 

!  It  is  important  to  install  and  use  optical  isolation  between  the  environment  and  the 
computer,  therefor  it  is  recommended  to  connect  the  UC100  to  the  motor  drives  and 
external sensors on the machine via signal isolators, e.g. via an optically isolated breakout 
board. A good example for this is our HDBB and HDBB2 breakout boards, the datasheet 
of these devices can be found and downloaded on our website.  
 
!  Use  the  UC100  motion  controller  product  only  if  you  understood  it's  working  and  also 
understood the risk of working with machine tools.  
 
!  It  is  important  to  comply  the  safety  standards  like  installing  the  external  E-stop  button, 
limit switches, charge pump safety circuit.  
 
! The UC100 motion controller is built into an enclosed DSUB-25 shell, but this enclosure 
is not ment to protect the device from falling chips or liquid, protect  the device from taint 
damage.  
 
!  Protect the device from direct intensive sunshine beams and from extreme temperature 
levels and from extra high humidity.  
 
! In  electrically  noisy  environment  it  is  adviced  to  place  and  install  the  UC100  controller 
into the same electric cabinet where the motor drives are installed to.  
 
! Keep the UC100 controller away from high Voltage parts and cables of the installation.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

The actual look of the UC100 motion controller product.

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

 http://www.CNC1.eu

 

 


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Appendix A. : New functions and bug fixes:

 

 

Plugin version

 

Description of change(s)

 

 

 

V2.105

 

- Initial release for international sales start.

 

 

Functions were missing in previous version and were added in this release:

 

 

1.)

 

Lathe spindle speed syncronisation with the index pulse.

 

 

2.)

 

5kHz laser mode charge pump PWM.

 

 

Bug fixes in this release:

 

 

1.)

 

In the home settings in some cases the output bits numbers got corrupted. Bug fixed.

 

 

 

V2.106

 

Functions were missing in previous version and were added in this release:

 

 

1.)

 

Software limits handling.

 

 

Bug fixes in this release:

 

 

1.)

 

FTDI chip errorous PC sleep case handling for the Rev.3.0 boards only. Bug fixed.

 

 

Note: This bug was fixed before the boards got released for sales.

 

 

 

V2.107

 

Functions were missing in previous version and were added in this release:

 

 

1.) Handling all MPGs and encoders in Mach3.(maximum 2pcs one time.)

 

 

Bug fixes in this release:

 

 

1.)

 

External manual MPG pulse generator missing pulses. Bug fixed.

 

 

 

V2.110

 

Bug fixes in this release:

 

 

1.)

 

Direction output not working correctly for the spindle control if the spindle set in PWM output control

 

 

mode. Bug fixed.

 

 

2.)

 

On spindle on/off switching the controller not waiting the set time period, switching the output

 

 

immediately. Bug fixed.

 

 

3.)

 

If the limit and home switch input pin configuration is the same then the home function may not function

 

 

properly in some cases. Bug fixed.

 

 

 

V2.111

 

Bug fixes in this release:

 

 

1.)

 

The THC inputs handling for plasma cutters the direction changes not working correctly. Bug fixed.

 

 

2.)

 

"Allow THC UP/DOWN Control event if not in THC Mode" setable in the "Port & Pins / Mill Option” function

 

 

not working. Bug fixed.

 

 

 

V2.112

 

Bug fixes in this release:

 

 

1.) When probing with G31 the measurement value, Var 2002 parameter not passed through to Mach3

 

 

correctly which could lead getting uncorrect measurement value. Bug fixed.

 

 

 

V2.114

 

Functions were missing in previous version and were added in this release:

 

 

1.)

 

Slow zones handling in working area implemented.

 

 

Bug fixes in this release:

 

 

1.)

 

When homing the acceleration was not working as set in the motor tuning in Mach3, this function was

 

 

corrected and now working with the set correct acceleration profiles. Bug fixed

 

 

2.)

 

When straight probing (G31) the decceleration was not working correctly, now using the set decceleration

 

 

profile. Bug fixed.

 

 

3.)

 

In the soft limits settings the offsets were not counted in, now the soft limits are based on the machine

 

 

coordinates with the offsets also counted in. Bug fixed.

 

 

4.)

 

Persistent DRO function was not working and Mach3 was not saving the coordinates after closing and

 

 

restarting Mach3 the coordinates were all zero. Now these saves and reloads are done as nessessary. Bug

 

 

fixed.

 

 

5.)

 

In some newest release of Mach3 after feed holding the program continue execution was only possible if

 

 

pressing stop and after start. This is now working correctly, no need to press the stop button anymore. Bug

 

 

fixed.

 

 

 

V2.117

 

Functions were missing in previous version and were added in this release:

 

 

1.)

 

Internal communication protocol was reworked for even more robustness.

 

 

2.) Selectable “topmost” property on the UC100 I/O monitor window.

 

 

Bug fixes in this release:

 

 

1.) Spindle PWM missing some pulses when backlash compensation is set and when backlash compensation

 

 

movement is in progress. Bug fixed.

 

 

2.)

 

G31 straight probing not working other than with pin10. input, now it works with all input pins. Bug fixed.

 

 

Update in the automatic installer:

 

 

1.)

 

Windows 7 x64 support was added, now the installer works also on 64 bit Operating Systems.

 

 

 

 

 

   

 


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V2.121

 

Bug fixes in this release:

 

 

1.)

 

G28.1 stuck the program execution if executed from G-code program. Bug fixed.

 

 

2.)

 

Jog function was not working on B and C axis. Bug fixed

 

 

3.)

 

In plasma mode the index prescale value was not shown in the plugin. Bug fixed.

 

 

Update in the automatic installer:

 

 

1.) Windows 8 x86 and x64 support was added, now the installer works on Windows 8 OP systems.

 

 

 

V2.123

 

Functions were missing in previous version and were added in this release:

 

 

1.) M10P1/M11P1 and E0P1/M1P1 fast output codes were implemented.

 

 

(Useful function for example for laser machines.)

 

 

Bug fixes in this release:

 

 

1.)

 

Modifications in the handling of G28.1 and G30 codes.

 

 

2.)

 

Modifications in G04 delay code to work more precisely in the milliseconds range. Note: the minimal

 

 

executable setting is 200msec, lower value parameters will execute as 200msec.

 

 

 

V2.124

 

Bug fixes in this release:

 

 

1.) The spindle output PWM produced a very short extra pulse when Mach3 going into E-stop mode. This pulse

 

 

was removed. Bug fixed.

 

 

2.) Plugin default jog mode on installation was MPG mode which caused doubts for some customers, we

 

 

changed the default jog mode now to continous mode in this plugin.

 

 

This was not a bug though, just a comfort issue.

 

 

 

V2.125

 

New installer and common drivers for UC100, UCR200 and UC300 was released.

 

 

 

V2.127

 

Bug fixes in this release:

 

 

1.)

 

It was possible to switch the spindle on when e-stopped with a short pulse going out on the spindle output

 

 

signal. This bug was fixed.

 

 

 

V2.128

 

Functions were missing in previous version and were added in this release:

 

 

1.) Added jog to motor tuning window. Now after entering the motor tuning window and changing the motor

 

 

parameters and after pressing the Apply button the new settings can be tested with the keyboard jog keys

 

 

without leaving the motor tuning window. This makes axis calibration faster and more comfortable.

 

 

2.)

 

Errors indication on the UC100 I/O monitor window's bottom side.

 

 

Bug fixes in this release:

 

 

1.)

 

Index prescaler only appeared if loading the default (Mach3mill.xml), the prescaler now appears with all

 

 

Mach3 xml's. Bug fixed.

 

 

2.)

 

At the end of the G-code program executions if the jogging was executed, the G-code line pointer was

 

 

jumped to random line locations. Bug fixed.

 

 

3.)

 

Probing was working with errors in some cases. Bug fixed.

 

 

4.)

 

SetMachZero() function was not working correctly, it did not zero the axis. Bug fixed.

 

 

5.)

 

Issue with Master/Slave homing if set to home separately was not working. Bug fixed.

 

 

Notes: This plugin version was not officially released, the V2.129 plugin was released after the V2.127.

 

 

 

V2.129

 

Bug fixes in this release:

 

 

1.)

 

Program execution stopped in some cases if a slave axis was setup. Bug fixed.

 

 

2.)

 

The THC inputs for plasma were not working via software control like via brains. Bug fixed.

 

 

 

V2.133

 

Bug fixes in this release:

 

 

1.)

 

In specific circumstances the position DRO's stopped to update. Bug fixed.

 

 

2.)

 

E-stop event in Mach3 to charge pump output release got better syncronisation.

 

 

3.)

 

Grammatical text error fixed on the plugin update screen.

 

 

 

 

 

 

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