Przeszukaj forum

Ten artykuł jest częścią serii "Budowa frezarki CNC na stalowej ramie sterowanej z komputera PC" #1 - Mechanika #2 - Sterowanie i uruchomienie Wstęp Ten artykuł jest kontynuacją artykułu pod tytułem "Budowa frezarki CNC na stalowej ramie sterowanej z komputera PC - Mechanika [1/2]", w którym opisywałem jak przebiegał proces budowy frezarki oraz zwróciłem uwagę na dość kluczowe moim zdaniem aspekty przy planowaniu budowy takiej maszyny. Ten artykuł bierze udział w naszym konkursie! 🔥 Na zwycięzców czekają karty podarunkowe Allegro, m.in.: 2000 zł, 1000 zł i 500 zł. Potrafisz napisać podobny poradnik? Opublikuj go na forum i zgłoś się do konkursu! Czekamy na ciekawe teksty związane z elektroniką i programowaniem. Sprawdź szczegóły » W tej części natomiast przedstawię jak wyglądała budowa sterowania, wymienię wykorzystane komponenty, sposób działania oraz na sam koniec po krótce opiszę proces przygotowania projektu do wykonania na CNC oraz podsumuję całą budowę. Zanim przejdę dalej chciałbym zwrócić uwagę na jeszcze jedną rzecz. Frezarka była budowana w 2015 roku i do chwili udostępnienia artykułu na pewno dużo się mogło zmienić, jeżeli chodzi o dostępne rozwiązania itp., dlatego przed przystąpieniem do budowy własnej maszyny zalecam zapoznanie się z dostępnymi obecnie na rynku sterownikami i innymi rozwiązaniami. Jednostka sterująca Do sterowania maszyną służy komputer klasy PC. Wybór padł na taką jednostkę ze względu na wymagany port równoległy LPT do komunikacji ze sterownikiem, który pośredniczy w sterowaniu maszyną. Ponadto komputer umożliwia zainstalowanie wymaganego oprogramowania, aplikacji pomocniczych oraz wykorzystanie popularnych peryferiów jak bezprzewodowa klawiatura. Sterowanie frezarką CNC nie wymaga dużej mocy obliczeniowej dzięki czemu możliwy był zakup używanego komputera w bardzo przystępnej cenie - w tamtym momencie za używany komputer dałem ok 200 zł. Nie ma potrzeby modernizacji komputera do jego nowej roli, co jest dodatkową zaletą. Sterownik CNC Przez brak kompatybilności komputera PC z podzespołami znajdującymi się w maszynie wymagane jest użycie sterownika CNC, który pełni funkcję interfejsu PC – maszyna. Do sterownika podłączone są wszelkie silniki, czujniki i przekaźniki. Do roli kontrolera należy między innymi: Dostarczenie zasilania, Sterowanie silnikami krokowymi, Sterowanie przekaźnikami, Interpretacja stanów czujników, Odizolowanie galwaniczne od elektroniki komputera PC. W czasie budowy frezarki wybór padł na sterownik z portem LPT z kilku względów. Nie było w tamtej chwili dobrych i niezawodnych sterowników po USB, były wtedy bardzo popularne chińskie sterowniki, natomiast "cieszyły" się bardzo mizerną opinią użytkowników ponieważ kontrolery silników (o ile mnie pamięć nie myli marki Toshiba) potrafiły się spalić w najmniej oczekiwanym momencie. Do swojej maszyny zakupiłem sterownik polskiej produkcji ZELRP E5030X3, natomiast nie była to produkcja komercyjna a najprawdopodobniej jako dodatkowy zarobek, co nie zmienia faktu, że sterownik był (i jest, bo dalej działa 😛 ) faktycznie bardzo dobrej jakości. Niestety w chwili obecnej ten sterownik jest najprawdopodobniej nieosiągalny - nie znalazłem ofert sprzedaży w dniu publikacji tego artykułu. Poniżej specyfikacja sterownika ZELRP E5030X3: Podział mikrokrokowy 1/5, 1/8, 1/10, 1/16, (1000, 1600, 2000, 3200 kroków/obrót dla standardowego silnika o kroku 1,8 stopnia), Prądy silników ustawiane w zakresie 1,25 do 3,0 A co 0,25A, Automatyczna redukcja prądu silników po zatrzymaniu na dłużej niż 1s, Pełna optoizolacja między komputerem a układami sterownika, 5 wejść, 2 wyjścia przekaźnikowe (przekaźniki 10A prod. OMRON + układy gasików RC), Zabezpieczenie w przypadku zwarcia wyjścia do masy, w obrębie fazy i między fazami, Zintegrowany stabilizator 24V umożliwiający zasilanie np. czujników indukcyjnych, Maksymalne napięcie zasilania (na kondensatorach filtrujących) 50VDC ( maks. napięcie wtórne transformatora. ok. 34V rms), Kondensatory filtrujące zasilanie, indywidualne bezpieczniki dla sterownika każdej osi, Wymiary 95 (+ wtyczki 13mm) x 195mm, wysokość około. 45 mm. UWAGA! Jeżeli ktoś w tej chwili by planował budowę swojej maszyny CNC to zalecałbym zastosowanie jakiegoś sterownika po USB i z większą ilością I/O ponieważ przy chęci rozbudowy maszyny choćby o czwartą oś to zwyczajnie zabraknie nam wolnych sygnałów w porcie LPT. Warto również przed zakupem poczytać opinie użytkowników. Czujniki Zdecydowałem się na czujniki indukcyjne ze względu na odporność na zapylone środowisko pracy, precyzję oraz wykrywanie obiektów metalowych, z których wykonano konstrukcję maszyny. W niniejszej konstrukcji czujniki pełnią funkcję bazowania układu współrzędnych maszyny, aby zagwarantować precyzyjny punkt startowy. Punkt bazowy (0, 0, 0) znajduje się w lewym tylnym górnym rogu pola roboczego. Zamontowane zostały czujniki o następujących parametrach: Strefa działania: 5 mm, Rodzaj obudowy: M12 cylindryczna, Napięcie zasilania: 6 – 36 VDC, Rodzaj wyjścia: 3-przewodowe DC PNP, Sygnalizacja diodą LED, Stopień ochrony: IP 67. Sterownik dysponuje pięcioma wejściami logicznymi z czego trzy są zajęte już przez czujniki indukcyjne, jedno przez przycisk bezpieczeństwa, a ostatnie wolne wejście zostało wykorzystane do obsługi czujnika do korekcji długości narzędzia. Każda zmiana frezu we wrzecionie powoduje zmianę zera w osi Z, względem materiału lub stołu co wymaga powolnego procesu zerowania współrzędnej Z oraz naraża na uszkodzenia frezu, materiału lub stołu. Problem ten rozwiązuje poniższy czujnik. Działa on na zasadzie zwarcia obwodu, gdzie zacisk krokodylkowy łapiemy do frezu, sam czujnik umieszczamy na materiale lub stole tuż pod frezem (zależy do czego zerujemy), a następnie uruchamiamy procedurę automatycznego zerowania osi Z w programie Mach3. Maszyna samodzielnie wykona dojazd do czujnika i wyzeruje współrzędną Z. Złożenie sterownika Wyżej wspomniany sterownik dostarczony został bez obudowy oraz bez transformatora, które należało kupić osobno. Transformator został dobrany według dokumentacji dostarczonej ze sterownikiem, a po wykonaniu wszystkich połączeń transformator wraz ze sterownikiem zostały zamontowane w uniwersalnej obudowie aluminiowej, w której otwory zostały już wycięte frezarką podczas pierwszej próby uruchomienia, co pokazałem już w poprzedniej części artykułu. W przypadku tej obudowy udało mi się ją kupić jako powystawową za ok 50 zł, zatem warto czasem poszukać takich ogłoszeń 🙂 Jak widać na powyższym zdjęciu na dole obudowy został zamontowany transformator ze względu na większą masę, powyżej natomiast sterownik oddzielony od transformatora laminatem z warstwą miedzi mający pełnić funkcję ekranu. Na panelu przednim obudowy znalazły się: 3 złącza silników krokowych, 3 złącza czujników indukcyjnych, 1 złącze czujnika długości narzędzia, 2 jednofazowe złącza tablicowe, Przycisk stopu awaryjnego, Włącznik krzywkowy, Diody sygnalizacyjne. Na panelu tylnym zamontowano: Gniazdo zasilające IEC, Gniazdo komunikacyjne LPT, Obudowa bezpiecznika sterownika, Obudowa bezpiecznika wrzeciona. Połączenia elektryczne Ostatnim etapem jest połączenie wszystkich komponentów kablami oraz ułożenie ich na maszynie umożliwiając swobodny ruch maszyny i nie narażając kabli na uszkodzenia. W najdalszych punktach maszyny kable mogą mieć nawet ponad 5 metrów długości lecz oryginalny kabel zasilający wrzeciono jest długości jedynie 2 metrów, kable czujników jedynie metr, co wymagało w przypadku wrzeciona dorobienie zupełnie nowego kabla, a w przypadku czujników przedłużenie już istniejących. Do przedłużenia kabli czujników indukcyjnych został użyty 3-żyłowy kabel LIYCY 3x0,25 mm2 bez ekranu. UWAGA! W przypadku kabli, które będą umieszczone w prowadnicach łańcuchowych lub po prostu będą ruchome w czasie pracy maszyny koniecznie zwróćmy uwagę na to aby kable były przystosowane do takiej pracy oraz aby nie zejść poniżej promienia gięcia tych kabli. Zlekceważenie tego zwyczajnie spowoduje szybsze zużycie, a w bardziej ekstremalnych przypadkach może prowadzić do zwarć lub porażeń! Zakupione silniki były zaopatrzone już w przewody podłączone do wyprowadzeń cewek, które należało w jakiś sposób przedłużyć. Bardzo estetycznym rozwiązaniem okazała się puszka zawierająca wewnątrz płytkę PCB z szybkozłączami typu ARK umożliwiającymi przyłączenie przewodu przez dokręcenie śrubki. Przewody silnika zostały doprowadzone do puszki przez otwór w dnie puszki, a przewody biegnące do sterownika zostały doprowadzone przez dławnicę. Sama puszka natomiast została przymocowana do silnika poprzez opaski zaciskowe. Takie rozwiązanie gwarantuje odpowiednie zabezpieczenie przewodów przed warunkami zewnętrznymi jak i ochronę użytkownika, a ponadto - co dla mnie bardzo istotne - estetykę 😉 Zasilanie silników krokowych wymaga częstych zmian napięcia oraz polaryzacji na uzwojeniach silnika co przy prądzie 2,8 A i napięciu niemal 50 V może generować zakłócenia. Aby ograniczyć emisję szumów użyto ekranowanego przewodu LIYCY 4x0,5 mm2, którego ekran został uziemiony do obudowy sterownika. Warto dodać, że typ przewodów LIYCY jest odporny na olej oraz częste gięcie, więc do takich zastosowań jak znalazł. Przewody przeprowadzono przez węże ochronne oraz prowadnice łańcuchowe, które zapewniły zarówno bezpieczeństwo przewodów jak i estetykę, a ponadto prowadnice łańcuchowe zabezpieczały przewody przed zbyt niskim promieniem gięcia w trakcie pracy. Przekroje wszystkich przewodów przedłużających są zgodne z przekrojami oryginalnych przewodów czujników, silników i wrzeciona. Aby zapewnić pewne połączenie przewodów ze sterownikiem wykorzystałem złącza występujące w radiach CB. Złącza te są dostępne w wielu konfiguracjach ilości dostępnych pinów, ograniczenie prądowe na pin sięga aż 5 A oraz można je przykręcić do gniazda dzięki czemu idealnie nadają się do obecnej aplikacji, natomiast te złącza są moim zdaniem dość niewygodne w montażu... Wszystkie przewody trzeba lutować do dość płytkich pinów, a i sama obudowa nie jest zbyt duża i przewody muszą być bardzo krótko obrane. Cierpliwość wymagana! 😄 Na przewód wrzeciona została nałożona wtyczka CEE 7/7 kompatybilna z gniazdem tablicowym na obudowie sterownika. Z kolei czujnik długości narzędzia został wyposażony w złącze jack 3,5 mm ze względu na znikomy prąd płynący przez złącze oraz szybkość podłączenia i odłączenia czujnika w zależności od potrzeb. Mach3 Istnieje wiele programów umożliwiających sterowanie maszynami CNC przez komputer PC, jednak zdecydowałem się na program MACH3 ze względu na popularność, bardzo duże możliwości sterowania maszyną oraz możliwość modyfikacji przez pisanie własnych makr wykonujących odpowiednie czynności. Poniżej podstawowe możliwości i funkcje programu MACH3 ze strony dystrybutora: Zapewnia obsługę 6-cio osiowego sterownika maszyn CNC, Przy pomocy kreatorów w szybki i prosty sposób możemy przygotować program G-kod, Na bieżąco możliwy jest podgląd ścieżki narzędzia, oraz kontrola parametrów pracy, Możliwość symulacji sterownika PLC przy wykorzystaniu makr pisanych w VB-script, Kontrola prędkości obrotowej wrzeciona, Sterowanie wyjściami dowolnego przeznaczenia, Możliwość sterowania manualnego i automatycznego maszyną, Możliwość wykorzystania ekranu dotykowego Obsługa czujnika długości narzędzia. Konfiguracja Mach3 Przed uruchomieniem maszyny musimy skonfigurować wiele istotnych parametrów. Pierwszą czynnością jest ustawienie domyślnych jednostek programu na milimetry co możemy zrobić wchodząc w ‘Ustawienia → Jednostki'. Ustawienia portu LPT możemy zweryfikować w oknie ‘Ustawienia → Porty i piny’. W karcie ‘Ustawienia portu i wybór osi’ adres Portu #1 należy zostawić domyślny. Możemy zaznaczyć również inną opcję prędkości jądra, która definiuje szybkość działania programu, jednak nie należy ustawiać tego parametru zbyt wysoko ponieważ bardziej obciąża to komputer, który zawieszając się w trakcie pracy spowoduje nieprzewidywalne zachowanie maszyny. Dzięki większej prędkości jądra możemy np. szybciej generować sygnały kroków, a co za idzie - zwiększyć maksymalną prędkość silników. Każdy z silników krokowych jest sterowany dwoma sygnałami portu LPT – Step i Direction, które należy przypisać dla odpowiednich pinów portu. Ustawienia te są zlokalizowane w karcie ‘Wyjścia silników’, gdzie dla silnika każdej z osi przypisujemy odpowiednie numery pinów dla danych sygnałów oraz wybieramy numer wykorzystanego portu. Ponadto istnieje możliwość odwrócenia logiki sygnałów. Podobnie do silników w karcie ‘Sygnały wejściowe’ modyfikujemy numery pinów, które posłużą do odczytywania stanów z czujników indukcyjnych oraz czujnika długości narzędzia. Wykorzystany sterownik dysponuje dwoma wyjściami przekaźnikowymi. Przekaźniki te mogą włączać i wyłączać urządzenia wpięte do gniazd tablicowych na przednim panelu sterownika. Obecnie jedno wyjście zostało użyte do sterowania wrzecionem, natomiast drugie wyjście może być użyte do włączania pompy podającej chłodziwo na frez lub też do sterowania odkurzaczem, który wciąga wióry. Numery pinów przekaźników należy podać w odpowiednich komórkach w karcie ‘Sygnały wyjściowe’. Do prawidłowego działania przekaźników musimy również ustawić numer wyjścia w karcie ‘Ustawienia wrzeciona’ w polach ‘Przekaźniki’ i ‘Chłodziwo i mgła’. Ustawienia widoczne na poniższej grafice sprawią, że wrzeciono zostanie uruchomione po użyciu komendy M3 lub M4, a drugie gniazdo zostanie włączone po użyciu komendy M7 lub M8. Po ustawieniu wszystkich funkcji portu LPT możemy przystąpić do strojenia silników. W zakładce ‘Ustawienia → Dostrajanie silników’ dla silników każdej z osi można ustawić takie parametry jak liczba kroków na milimetr, prędkość maksymalna czy przyspieszenie. Aby obliczyć liczbę kroków silnika na milimetr w ruchu liniowym potrzebne są trzy parametry – skok śruby kulowej, liczba kroków silnika krokowego oraz ustawiony mnożnik mikrokroków w sterowniku silników. W tym przypadku obliczenia wyglądają następująco: Znając liczbę kroków silnika na 1 mm możliwe jest teraz wyznaczenie rozdzielczości maszyny według wzoru: Dzięki mikrokrokowemu sterowaniu możliwe było osiągnięcie bardzo wysokiej rozdzielczości maszyny co ma wpływ na dokładność jej pracy. UWAGA! Nie powinniśmy mylić rozdzielczości silników z dokładnością obróbki maszyny! Rozdzielczość oczywiście bezpośrednio ma wpływ na dokładność pozycjonowania wrzeciona, natomiast na dokładność obróbki ogromne znaczenie ma tutaj również sztywność CAŁEJ konstrukcji jak i samego freza. Teraz czas na strojenie silników. Przy strojeniu musimy pamiętać o własności silników krokowych jaką jest malejący moment obrotowy wraz z rosnącą prędkością obrotową, co możemy zaobserwować na poniższym wykresie z noty katalogowej silnika krokowego. Prędkość i przyspieszenie silników dobieramy eksperymentalnie ustawiając coraz wyższe wartości. Bez obciążenia maszyna była w stanie osiągać prędkości nawet 6000 mm/min, jednak po wprowadzeniu obciążenia szybko pojawiało się zjawisko ‘gubienia kroków’, które objawia się zatrzymaniem maszyny i charakterystycznym dźwiękiem wydobywającym się z silników. Aby zmniejszyć ryzyko zgubienia kroków przez maszynę ograniczyłem prędkość do ~4200 mm/min. Przyspieszenie ustaliłem na 800 mm/s2, które w trakcie testów wydawało się najbardziej optymalne. Nadmierne zwiększanie tego parametru nie jest zalecane dla ciężkich konstrukcji przez dużą bezwładność maszyny, natomiast zmniejszenie powoduje wydłużenie czasu pracy maszyny w przypadku skomplikowanej trajektorii wrzeciona. Dla takich ustawień jak przedstawiłem wcześniej w przypadku mojej frezarki nie było możliwe wymuszenie gubienia kroków poprzez oporowanie ręką a przy tym zdecydowana większość prac obróbki nie była ograniczona prędkościami silników. Takie same wartości parametrów kroków, prędkości i przyspieszeń zostały przypisane również dla osi Y. Ze względu na lekką konstrukcję osi Z oraz dość częste jej manewry podczas obróbki zostały dobrane wyższe przyspieszenia. W ‘Ustawienia → Klawisze skrótów’ możemy przypisać skróty klawiszowe dla ruchów każdej z osi. Klikamy lewym przyciskiem myszy w kierunek ruchu danej osi w polu ‘Klawisze posuwu’, a następnie wciśnięcie przycisku klawiatury powoduje przypisanie kodu dla tej funkcji. Moja maszyna nie jest wyposażona w czujniki krańcowe zabezpieczające przed przekroczeniem pola roboczego ponieważ jest to realizowane przez Mach3 funkcją ‘Softlimit’. W ‘Ustawienia → Bazowanie/Limity’ ustawiamy skrajne współrzędne dla wszystkich osi w kolumnach ‘Soft Max’ i ‘Soft Min’. W kolumnie ‘Slow Zone’ możemy ustawić strefę w której maszyna zwolni dojeżdżając do granicy pola roboczego. Oznaczając odpowiednie komórki w kolumnie ‘Auto Zero’ zezwalamy na automatyczne bazowanie maszyny w danych osiach, a w kolumnie ‘Speed %’ ustawiamy prędkość bazowania. Kolumna ‘Home Neg’ definiuje, w którym kierunku powinien obracać się silnik w celu szukania punktu bazowego. Moje ustawienia poniżej: Ostatnią modyfikacją jest napisanie skryptu do automatycznej korekcji długości narzędzia. W celu wprowadzenia skryptu wchodzimy w ‘Operator → Edytuj skrypt przycisku’ po czym na ekranie głównym programu zaczynają migotać przyciski, dla których możliwa jest edycja VB-Script. Procedura korekcji długości narzędzia polega na pierwszym szybszym dojeździe do czujnika, po detekcji dotknięcia czujnika przez frez oś Z unosi się o 1 mm aby wykonać ponownie drugi dojazd z mniejszą prędkością w celu zwiększenia dokładności pomiaru. Po drugim pomiarze oś Z unosi się na wysokość 25 mm od powierzchni, na której spoczywał czujnik. Istotnym parametrem jest tutaj wysokość czujnika, która wynosi 20 mm. Poniżej skrypt automatycznej korekcji długości narzędzia: zfeedrate = GetOemDRO(818) 'Feedrate DRO z = GetOemDro(802) 'Z DRO gh = 20.00 'Gage Block Height mm zfinal = 25 'final z mm fast = 100 'fast finder feed rate slow = 10 'slow/precise feed rate znew = z - 300 'probe down 300mm Rem initial fast probe Code "(fast probe ..)" Code "G90F" &fast 'fast "finder" feed rate SetOemDRO(818,fast) Code "G31 Z" &znew While IsMoving() Sleep(10) Wend Call SetDro (2, gh) 'dro(2)=z dro Sleep 200 'pause for dro to update zrestore = gh + 1 ' move up 1mm to prepare for slow probe Code "G0 Z" &zrestore While IsMoving() Wend Rem initial fast probe Code "(slow/precise probe ..)" Code "G90F" &slow 'slow/precise feed rate SetOemDRO(818,slow) Code "G31 Z" &znew While IsMoving() Sleep(10) Wend Call SetDro (2, gh) 'dro(2)=z dro Sleep 200 'pause for dro to update zrestore = gh + zfinal - gh ' move up to zfinal (25mm) Code "G0 Z" &zrestore Rem restore Code "F" &zfeedrate 'restore starting feed rate SetOemDRO(818,zfeedrate) Code "(Z axis is now zeroed)" W powyższym kodzie interesują nas tylko 4 parametry: gh - wysokość naszego czujnika zfinal - wysokość od podłoża do której będzie się unosić frez fast - prędkość szybkiego dojazdu slow - prędkość wolnego dojazdu. I nasza maszyna jest już skonfigurowana i gotowa do pracy 😄 Przygotowanie projektu części do wykonania na frezarce Aby ożywić naszą maszynę należy przygotować dla niej listę instrukcji do wykonania w języku programowania G- CODE. Jest to specjalnie stworzony język dla maszyn CNC, który poprzez komendy interpretowane przez program sterujący informuje jakie czynności mają zostać wykonane. Napisanie bardziej skomplikowanego kodu jest bardzo czasochłonne i istnieje bardzo duże ryzyko popełnienia błędu przez operatora, co może skutkować uszkodzeniem materiału, narzędzia, a nawet maszyny. Na szczęście istnieje szereg programów, które mogą wykonać całą pracę zdecydowanie szybciej. Pozwolę sobie pominąć fragment projektowania samej części. Projekt pod frezarkę możemy przygotować w każdym programie CAD, w którym możemy wyeksportować plik w formacie .dxf. Do prostych rysunków wystarczy nawet program graficzny, w którym możemy robić rysunki wektorowe a najlepiej jeżeli możemy w nim zachować wymiary. Pliki graficzne wektorowe możemy również eksportować do formatu .svg lub .hpgl. Dla poniższego przykładu wykorzystałem rysunek kwadratu utworzony w Inventorze o wymiarach 50x50x6 mm. Jak widzimy powyżej nie musimy dodawać do rysunku technicznego wymiarów, ponieważ format .dxf zachowuje wymiary. Uwaga! Przy eksporcie rysunków z Inventora lub AutoCADa pamiętajmy aby sprawdzić opcje eksportu oraz czy jest włączone zachowanie proporcji 1:1. Możliwy jest również wybór ustawień ukrywających ramkę oraz wymiary z naszego rysunku. Przygotowanie G-CODE Do przygotowania kodu dla maszyny posłuży program SheetCAM, w którym można zaimportować rysunek w formatach dxf, svg oraz hpgl. Uwaga! Warto w tym miejscu zaznaczyć, że program SheetCAM nie jest programem do generowania ścieżki narzędzia w 3D a jedynie w 2.5D. Znaczy to mniej więcej tyle, że frezarka pracuje w danej chwili na jednej wysokości i podobnie do drukarek 3D. Czyli jeżeli wybierzemy do wycięcia kieszeń na głębokość 5 mm z wysokością cięcia 1 mm, to znaczy że frez wytnie nam tą kieszeń w pięciu podejściach. Na początku należy zaimportować rysunek wykonany wcześniej w programie CAD, a na którego podstawie będzie ustalana ścieżka narzędzia. W oknie ‘Operacje’ po lewej stronie programu możemy wybrać czynności do wykonania takie jak wycinanie po konturze, wykonywanie kieszeni, wiercenie czy gwintowanie, przy czym maszyna będąca tematem niniejszej pracy nie umożliwia wykonywania czynności gwintowania. Do wycięcia kostki posłuży czynność wykonywania konturów, gdzie ustawimy parametry pracy maszyny. Metoda offsetu powinna być ustawiona ‘Na zewnątrz’ co oznacza, że program przyjmie korektę promienia użytego frezu na zewnątrz konturu. W przypadku wycinania otworu w elemencie należy wybrać opcję ‘Wewnątrz’. Następne parametry zostały przyjęte dla jednopiórowego frezu o średnicy 3,175 mm (1/8 cala). Głębokość cięcia to parametr odpowiadający w tym przypadku grubości materiału, którą również edytujemy na 6 mm klikając w przycisk ‘Edycja materiału’. Parametr ‘Depth per pass’ czyli głębokość jednego przejazdu nie jest w żaden sposób unormowany, nie ma na niego wzoru, a producenci nie przewidują tabel ze standardową głębokością jednego przejazdu dla danego materiału i jego dobór jest oparty o doświadczenie operatora. W tym wypadku parametr został ustawiony na 0,5 mm ze względu na najlepsze efekty w cięciu pleksi, z której zostanie wycięta kostka. Natomiast parametr ‘Posuw’ decydujący o szybkości ruchu końcówki roboczej można wyznaczyć z poniższego wzoru: W powyższym wzorze najistotniejszy parametrem jest posuw na ostrze ponieważ zbyt wysoka wartość parametru powoduje przeciążenie frezu i jego złamanie, a zbyt mała wartość powoduje przegrzewanie materiału, co na przykład w przypadku tworzyw sztucznych powoduje topienie. Zatem dla przyjętych parametrów w = 0,15 mm, z = 1 i n = 20000: Otrzymany wynik można wpisać w polu ‘Posuw’ oraz przyjąć taką samą wartość dla ‘Prędkość przebijania’, która odpowiada za prędkość wejścia w materiał w osi Z. Uwaga! Mamy co prawda do dyspozycji trochę wzorów pomocnych przy ustawianiu parametrów frezowania natomiast zarówno z moich doświadczeń jak i doświadczeń profesjonalnych operatorów CNC parametry te często są dobierane na podstawie doświadczenia. Nie ma uniwersalnego wzoru dla wszystkich materiałów i rodzajów frezów. Bardzo możliwe jest, że dla obliczonych ze wzoru parametrów doświadczymy dużych wibracji maszyny i wtedy powinniśmy zmodyfikować obroty wrzeciona lub posuw aby te wibracje ustały. Po utworzeniu ścieżki narzędzia warto dodać 2 mostki technologiczne, które służą do podtrzymania elementu w końcowej fazie wycinania, jest to rekomendowane działanie ponieważ element pod koniec operacji cięcia może się poruszyć i uszkodzić lub złamać frez, natomiast wadą rozwiązania jest konieczność usunięcia śladów po mostkach ręcznie. Tak przygotowaną operację można zapisać ikonką ‘P’ w górnym lewym rogu, a wygenerowany plik można załadować w Mach3. Uruchomienie pracy w Mach3 Zawsze zaraz po uruchomieniu Mach3 oraz włączeniu zasilania maszyny należy przeprowadzić bazowanie układu współrzędnych klikając pionowy przycisk ‘BAZOWANIE OSI’ co uruchamia automatyczną procedurę. Bazowanie osi gwarantuje stały punkt odniesienia układu współrzędnych. Następnie ręcznie przy pomocy skrótów klawiaturowych przesuwamy końcówkę roboczą nad obrabiany materiał w zamierzone miejsce cięcia oraz wciskamy przyciski ‘Zero X’ oraz ‘Zero Y’, które zerują współrzędne X i Y w układzie współrzędnych materiału. Aby wyzerować parametr osi Z, możemy posłużyć się czujnikiem do korekcji długości narzędzia. Aby tego dokonać zacisk krokodylkowy czujnika wpinamy na frez, a czujnik ustawiamy pod frezem. Przed automatycznym pomiarem narzędzia zalecam w zakładce ‘Diagnostyka’ przetestować działanie czujnika, co zostanie zasygnalizowane przez odpowiednią kontrolkę. Jeżeli tego nie sprawdzimy, a okaże się, że czujnika nie podłączyliśmy lub coś gdzieś nie łączy to w najlepszym przypadku wyciśniemy frezem dziurę w materiale, a w najgorszym pęknie frez. Po wyzerowaniu osi Z klikamy ikonę ‘Start cyklu’ w zakładce ‘Program’ po czym maszyna samoczynnie przystąpi do pracy z zadanymi parametrami. UWAGA! Frezowanie może się okazać nie tak bezpieczną zabawą jak drukowanie na drukarce 3D! Pamiętajmy aby nie wkładać rąk pod frez podczas pracy maszyny! Ponadto frezy zazwyczaj są wykonane z bardzo twardej i kruchej hartowanej stali przez co pękając możliwe są latające z dużą prędkością kawałki freza. Nie jest to raczej prędkość umożliwiająca przebicie skóry, natomiast nasze oczy mogą się z takimi odłamkami nie zakolegować... Frezowanie i pomiar dokładności Do cięcia sklejki został użyty frez wielopiórowy o średnicy 3,175 mm. Zadany rozmiar kostki na etapie projektu w Autodesk Inventor wynosi 50x50 mm co jest wartością odniesienia dla naszego pomiaru. Wymiary kostek zostały zweryfikowane przy pomocy suwmiarki elektronicznej o dokładności ±0,02 mm. Wymiar kostek został wykonany wyłącznie na bokach, na których nie występował mostek technologiczny, aby wykluczyć jego wpływ na jakość pomiaru. Jak widać powyżej dokładność frezowania jest całkiem zadowalająca jak na amatorską maszynę, natomiast należy zwrócić uwagę, że na dokładność wpływa masa czynników oraz możemy kompensować te błędy na etapie edycji ścieżki narzędzia na przykład poprzez modyfikację średnicy narzędzia aby nieznacznie zmienić offset. Test na gubienie kroków Drugim przeprowadzonym testem było sprawdzenie czy dla przebytej drogi o określonej długości i prędkości zostanie zaobserwowane zjawisko gubienia kroków. Do przeprowadzenia tego testu został napisany G-CODE, którego wynikiem jest podróż danej osi o 200 mm, sekunda przerwy, podróż osi o -200 mm i ponownie sekunda przerwy – ten ruch wykonywany był pięciokrotnie. Testowy G-CODE dla osi X ma postać: N0010 (Filename: TEST X.tap) N0020 (Post processor: Mach3.scpost) N0030 (Date:2018-11-19 Time:10:24:45) N0040 G21 (Units: Metric) N0050 G01 X200.000 F2500.0 N0060 G04 P1 N0070 G01 X0.000 N0080 G04 P1 N0090 G01 X200.000 N0100 G04 P1 N0110 G01 X0.000 N0120 G04 P1 N0130 G01 X200.000 N0140 G04 P1 N0150 G01 X0.000 N0160 G04 P1 N0170 G01 X200.000 N0180 G04 P1 N0190 G01 X0.000 N0200 G04 P1 N0210 G01 X200.000 N0220 G04 P1 N0230 G01 X0.000 N0240 M30 W punkcie zerowym zamontowany został miernik zegarowy o dokładności pomiaru ±0,01 mm. Osie Y oraz Z zostały zbadane w sposób analogiczny do osi X. Podczas badania każda z osi przebyła drogę równą 2000 mm z prędkością 2500 mm/min. Liczba wykonanych w tym czasie kroków wynosi: Na koniec badania dla każdej z osi miernik wskazywał 0 co oznacza, że nie wystąpiło zjawisko gubienia kroków. Podsumowanie Konstrukcja jest sztywna, zastosowany napęd zapewnia wysoką rozdzielczość, śruby kulowe gwarantują niskie opory pracy i wysoką precyzję, zastosowane czujniki i konfiguracja skracają potrzebny czas na ustawienie maszyny do pracy, a pole robocze 600x700x300 mm pozwala na obróbkę materiałów o sporych wymiarach. Powyższe rozwiązania pozwalają na obróbkę materiałów drewnianych i drewnopodobnych, tworzyw sztucznych i kompozytów, a nawet metali kolorowych, choć ich obróbka wymaga podawania chłodziwa, a konstrukcja nie jest przystosowana do instalacji podawania chłodziwa. Sprawienie, aby maszyna wykonała element wymaga dłuższego czasu przygotowania projektu oraz wygenerowania G-CODE’u, jednak szybkość działania, zastąpienie operatora podczas pracy oraz jakość wykonanych elementów kompensuje poświęcony czas. Maszyna może pełnić rolę doskonałego asystenta podczas budowy nowych równie ciekawych projektów. Ponadto została zachowana estetyka całej konstrukcji, dzięki czemu sprawia wrażenie profesjonalnie wykonanej frezarki. Maszyna jest również podatna na ulepszenia. W przyszłości może być wyposażona w czwartą oś obrotową z uchwytem tokarskim, czujnik wykrywania krawędzi materiału lub stół z układem obiegu chłodziwa do chłodzenia obrabianego materiału. A poniżej możecie obejrzeć krótki filmik z pracy frezarki 🙂 Część wykonanych prac można zobaczyć w galerii zdjęć na TYM fanpage'u FB - kiedyś była to stronka przeznaczona do publikacji rzeczy związanych z frezarką, natomiast w listopadzie 2020 założyłem własny kanał na YT i postanowiłem zmienić tematykę tej stronki. Najprawdopodobniej w przeciągu miesiąca zrobię miniserię właśnie związaną z budową i działaniem tej frezarki zatem zapraszam do sprawdzenia tego artykułu za jakiś czas czy nie został tutaj już dodany jakiś link z filmem 🙂 !!!CIEKAWOSTKA!!! Jeżeli ktoś z was brał udział w zawodach robotów Roboxy 2017 organizowanych przez Naukowe Koło Studentów Automatyki na Politechnice Gdańskiej to mogliście zobaczyć statuetki do wszystkich konkurencji wykonane właśnie na tej frezarce (jeżeli nie pamiętacie to zdjęcie poniżej dla przypomnienia 😉 ), a może nawet u kogoś z was ta statuetka jeszcze stoi na półce 😛 Jeżeli tak to może ktoś się pochwali w komentarzu? 😄 Mam nadzieję, że ten artykuł przypadł wam do gustu i okazał się pomocny. W razie pytań zapraszam do zadawania ich w komentarzach 🙂