CNC Tekijän kokemuksia omavalmisteisten jyrsien rakenteluun ja käyttöönottoon

Transkriptio

1 CNC Tekijän kokemuksia omavalmisteisten jyrsien rakenteluun ja käyttöönottoon SISÄLTÖ: 1. Mekaaninen rakenne Jyrsirunko 2. Sähköiset komponentit Moottorit Ohjauskorttien rakenne Muuntaja 3. käyttöönotto Tarpeet kappaleen suunnittelusta lopulliseen tuotteeseen. Eri ohjelmien rooli Spaceclaim ja Rhinoceros 4 Cut3D Mach3 Mallikappale: vaiheittainen eteneminen, käytännön toteutus 4.Mikä on G-code 5. Miten tästä eteenpäin 1. CNC jyrsin mekaaninen rakenne Luullakseni myös muille, ei yksin minulle, on sattunut, että jyrsimen rakentelu on aloitettu liian heppoisesta materiaalista ja vasta koekäytössä on voitu havaita, että runkovärinöitä ja muuta "klappia" esiintyy luvattoman paljon. Lähtökohta edellisten kokemuksien perusteella on se, että rakennelma tulee saada värinätömäksi. Tavoitteena on kyetä työstämään 1000x1000x300 mm kokoinen kappale Runkomateriaali Materiaali on n 50x50 mm terästä. X johteet ovat 25 mm vedettyä akselia ja Y ja Z suunnan 50x50 mm vahvuinen ohjauspalkki liukuu 300 mm pituisten teflonpintaisen holkkien varassa.

2 Löysä mutteri Trapeziruuville ominainen pituussuuntainen "klappi"aiheutti sen, että X-akselin ohjausvarteen kiinnittymistä varten mutterien kiinnityspulttien paikat piti porata niin niin, että mutterien kierteet ovat toisiinsa nähden aavistuksen eri vaiheessa, jolloin löysyys eliminoituu. 5 moottoria X-suuntaista liikettä ohjaa kelkan raskaudesta johtuen kaksi ohjainkortin tahdistamaa moottoria, jotka pyörittävät 1300 mm pitkiä 16 mm:n trapezi-ruuveja. Y- ja Z suuntaista liikettä ohjataan samalla periaatteella trapeziruuvien avulla. Käytännön syistä Trapezi ruuvien päät ovat sorvatut 10 milliin päätylaakerointia varten. Moottorien puoleiset akselien päät ovat edelleen kavennetut 15 mm pituudelta 8 millimetriin. Kavennus on tarpeen, koska myös moottorien akselisovitteet ovat kooltaan 8 mm. Jos työstöterän sijasta työkaluna käytettään muovia syöttävää extrderia, viides moottori tarvitaan ohjaamaan muovilangan syöttöä Moottorin kiinnitys Kiinnitystä varten olen tulostanut 3d printterillä suorakulmaisen kappaleen, jossa on valmiina tarvittavat upotukset ja rei tykset: Kappale on piirretty Spacecliamilla ja talletettu stl -formaatissa

3 3d printteritulostusta varten. Vastaava moottorin kiinnitysratkaisua on käytetty myös Y- ja Z moottorien runkokiinnityksessä, tosin hieman soveltaen Kuva Joustava akseliliitos Pitkien akselin aiheuttamia vapinoita salliva liitos edelyyttää alumiinisten sahattujen liittimien käyttöä Kuva Kaikki vaateriin Rungon molemmissa päädyissä on 30 mm L-palkit, jonka ala-osassa on pultit pystykierteessä. Pulttien ja heittokellon avulla säädetään X:n ohjausakselien korkeudet niin, että ne tulevat kummaltakin puolelta ja koko pituudeltaan tarkasti samaan korkeuteen. Y- ja Z-akselit jo on rakenteensa vuoksi valmiiksi säädetyt 2, Sähköiset komponentit Päämoottorit ovat vahvat Nema 23/450 oz-in moottorit 2 kpl X akseleille 1 kpl Y ja 1 kpl Z akselille ja 1 kpl pienempi Nema 23 moottori mahdolliselle muovi langansyötölle siinä tapauksessa, että ohjainta käytetään 3d printtaukseen. Mootorit vaativat toimiakseen 45 v jännitteen. Vaadittu jännite saadaan kahden 306 tyyppisen muuntajan avulla, Toinen tarjoaa jännitteen X- aksein ohjaukseen ja toinen Y ja Z akselien ohjaukseen.

4 Moottorien ohjaus Kaikkien viiden moottorin perusohjaus toimii keskitetysti yhdellä ohjailukortilla, nimeltä 5AXIS BREAKOUT BOARD FOR STEPPERMOTOR DRIVER CNC. Kortin perusidea on yksinkertainen. Tarvitsemansa 5 v jännitteen kortti ottaa tietokoneen USBliitännästä ja tietokoneen antamat ohjailukäskyt se ottaa vastaan tavallisen LPT 24- napaisen printteriportin kautta ja jakaa käskyt kullekin moottorille erikseen. X-moottorin ohjaus: Tietokoneelta käskyt tulevat sisään lpt portista ja siirtyvät X-moottorin ohjailupinneille: -käsky1. moottorin pöyrimissuunta, pyörii myötäpäivään + - pyörii vastapäivään käsky2. pulssi tulon ajankohta (hetki): pulssi tulee + - ei tule käsky3 pulssin sisääntulo (enabled) sallitaan + - ei sallita kortin maadoitus G Vastaavat moottoriohjaukset (kuvassa oikealla ja alla) Y, Z,A ja B-moottoreille siirtyvät ohjauspinneille g g g g

5 Moottoriohjain Yksittäistä moottoria ohjaa erillinen moottoriohjain (5 kpl) CNC One Axis TB6600 0,2-5a Two Phase Hybrid Stepper Motor Driver

6 Kuvan mukaan kytkentä oikealta lukien on seuraava Dir- Dir+ = pyörimissuunta Pul- Pul+ = pulssin tulo En- En+ = enabled (sallittu) Moottorin ohjausjohtojen kytkentä nastoille musta a+ vihreä a- sininen b+ punainen b- tulojännite nastoille D D+ +45 Moottoriohjaimen dippaus (katso kuva) on on off - 2,5 amppeeria virtaa off on off - nopeus 1/8 Elektroniikan kotelointi ja kaapeleiden kytkentä Ylläkuvattu laitteisto ja sen kaapelointi on sijoitettu jyrsin päähän niitä varten rakennettuun pölytiiviiseen tuuletettuun laatikostoon, Komponenttien sijoitus ja kaapeliasennus on Kalevi Sippolan käsialaa.

7 3. Tuotteen matka ideasta lopulliseen toteutukseen Matka on kolmivaiheinen, Aluksi kappale piirretään kolmiulotteisena (Spaceclaim 11+), Siitä luodaan G-koodi (Cut3D) ja työstetään jyrsillä. Jyrsin terän liikkeitä ohjaa 4 askelmoottoria (X+A, Y ja Z) G-koodin lukemisen kykenevän ohjausohjelman avulla (Mach3) 3.1. Kappaleen suunnittelu Ensimmäiseksi piirretään mittatarkka kappale, Se tehdään Spaceclaim11 nimisen kolmiulotteisen piirto-ohjelman avulla. Piirron lopuksi valmis piirros tallennetaan stl muodossa seuraavaa työvaihetta varten. Kuva 8 Hahmon suunnitteluvaihe Spaceclaimilla Kappaleen Suunnitteluun voi toki käyttää muitakin 3d ohjelmia, (Rhinocers, Sketchup) G-koodin luonti Seuraava vaihe on -stl muotoisen kappaleen tuonti G-koodin luontiin kykenevään Cut3d ohjelmaan. Cut3d luo niin haluttaessa stl:stä virtuaalisen veistoksen, jota tarkastelemalla voi

8 pohtia, mitä tuleman pitää ja myös muuttaa parametrejä tarpeen mukaan. Viimeisenä vaiheena se luo jyrsinnässä tarvittavat G-koodit: 1. koodi karkeaa jyrsintää varten, 2. koodi hieno jyrsintään ja 3. koodi viimeistelyä varten Kva 9 Jyrsinparametrien syöttö Cut 3d:n avulla Kuva 10 Virtuaaliveistos 3.3. Jysin ohjaustiedon työstö ohjausmoottoreille Kolmas vaihe on Cut 3D ohjelmassa tallennettujen kolmen tason koodien ajo, siis jyrsintä. Se tehdään Mach 3 ohjelman avulla. Se kykenee lukemaan g-koodia ja ohjaamaan jyrsimen terän kulkua millimetrien osien tarkkuudella koodin määräämää jyrsintäreittiä periaatteella pisteestä A pisteeseen B jne.

9 Kuva 11 Mach3 ohjausnäyttö

10

11 Esimerkkiprojekti: Kiinnitystuen valmistus

12

13 1. 3d kuvan piirtäminen Tavoitteena on jyrsiä CNC:llä tuki -niminen kappale lämmönvaihtimen kiinnittämiseksi lämminvesivaraajan kylkeen. - ensimmäinen testiversio jyrsitään foamilla, lopullinen versio jyrsitään mahongista. - piirretään tarkasti mittakaavan mukainen tasopiirros (Spaceclaim 11) - tasopiirroksesta pursotetaan tuki 3-ulotteisesti nähtynä - kun tallennus stl muodossa on tehty, ohjelma suljetaan liikaa vääntöä vaativana ohjelmana ja jatkossa tarpeettomana. - avataan Cut3D, joka osaa lukea lukuisia eri tiedostoformaatteja mm. stl, -3ds.

14

15 2. Cut3D Avausvalikosta avataan haluttu ohjelma: tuki.stl tarvittavien asetusten ja muunnoksien syöttämistä varten Cut3D ohjelmaan Cut3D ohjelman vaikeaselkoiselta näyttävien säätöjen ja ohjailuiden haltuunotto on lopulta varsin helppoa, sillä ohjelman tuottaja on valmistuttanut siitä netistä ladattavan helppotajuisen HowTo videon os: Ennenkuin loppulisiin g-koodeihin voidaan päätyä, käyttäjän määriteltäväksi tulee lukuisia eri tekijöitä.

16 Näitä ovat mm. valmistettavan kappaleen mitoitus, mm/cm/tuuma, terän pituus, paksuus, sen pään muoto, kappaleen skaalaus kaikilta osin tai x, y. xz osalta tai erikseen, työstön ajosuunnat sen askelluksen määrä ja syvyysajon askellus. Oma kokonaisuutensa on tuotteen tarkastelu virtuaalimallissa.

17 Asetusvalikoiden vaatimien syöttötietojen ja testiajojen jälkeen Cut3D tarjoaa virtuaalisen suorakaiteen,

18 joka on hieman suurempi kuin lopullinen työstettävä kappale.

19

20

21 Halutun kappaleen, tässä kappale tuki Cut 3D kaivertaa virtuaalisesta kappaleesta.

22 Lopputulosta voi käännellä ja tarkastelle sitä eri kulmista, pohtia sen oikeellisuutta ja muotoa eri katselukulmissa Lopuksi kappale tulee aina tallentaa kolmessa eri formaatissa, aluksi karkea jyrsintä nimellä tuki1r.tap, sitten hieno jyrsintä tuki1f.tap ja viimeistely tukio1.tap ja sen mahdollisesti aiheuttamat muutostarpeet ja korjaukset ja lopuksi tarvittavat kolme eriasteista tallennusta.

23

24 3. MACH3 Avauksen jälkeen edellinen ohjelma suljetaan ja tilalle avataan Mach3, joka on varsinainen CNC jyrsimen ohjaus ja työstöohjelma. Mach3 lukee G-koodia ja ohjaa CNC-jyrsimen terän liikkeitä x- y- ja z suunnissa ao. esimerkki G- koodin mukaisesti (kuva vasemmalla) Tässä kuvassa siniset viivat kuvaavat terän vaakaliikettä X ja tumma väli korkeusaskellusta Y. Z- liike ei tasokuvassa näy. Jyrsinnän edistymistä voi seurata ruudulta ja tehdä koodiin tarvittavia muutoksia (kuva alla).

25 tuki -nimisen kappaleen karkean jyrsinnän G-goodin "16 alkutahteja"

26 Mach 3:n käyttö vaatii, että käyttäjä hyvin perehtynyt ohjelman toimintaan ja on tarkasti tietoinen jyrsittävän materiaalin ja vaadittavista terän ominaisuuksista, sen muodosta ja lukuisista muista tekijöistä. Aivan erityistä tarkkuutta vaatii myös aloituspaikan määrittely, esim. (X=0, Y=0, Z=0)

27 Saksalaisilla on tapana sanoa, Ubung macht den magister Mitä G-koodi oikeastaan on? Mistä ohjailussa on kysymys? G-koodi on jyrsin terän ohjauksen komentokieli; mistä paikasta terä tulee ja minne se seuraavaksi päätyy joko jyrsien tai työstötaspm pinnalla vappassti liikkuen. Monimutkaisen liikeradan ohjelmointi suoraan G-koodilla on työlästä. Sen voi antaa Cut 3D:n tehtäväksi, Eesimerkki CNC-kielen sorvikäskyistä G50 s700 Karanpyörimisnopeuden rajoitus 700 r/min G95 F0.2 työkalun syötöksi 0,2 millimetriä per kierros G96 S200 Vakiolastuamisnopeus 200 m/min - pyörimisnopeus vaihtelee T0101 valitaan työkalu 1 M3 karan moottori päälle - työkappale pyörimään G0 X52.Z2. siirretään työkalu pikaliikkeellä lähelle kappaletta G1 Z0. lähestytään kappaletta vaakasuoraan 0,2 mm/kierros G1 X-2 työstetään kappaleen pääty pystysuoralla liikkeellä G0 X50.Z2. siirrytään pikaliikkeellä halkaisijaan 50 mm G1 Z-100. työstetään vaakasuoralla liikkeellä 100 mm G0 X200.Z200. siirrytään pikaliikkeellä pois M5 Karanpysäytys M30 ohjelman lopetus - moottori seis Miten tästä eteenpäin

28 Hyvä kysymys. Kun perusohjaus on kunnossa ja mekaaninen rakenne on saatu riittävän lujaksi, käytönopiskelu voi alkaa, erilaisia kokeilumahdollisuuksia on rajattomasti Kiinnostavia asioita ovat esim 3d skannerointi solutions/frogscan.html ja Mach3:n käyttö 3d printterin ohjaukseen ja miksipä ei Vuoroaan odottaa myös laser.

29 Contact

30 Tapio Nummi, Kappalaisentie 11, Pori, p ,