3.2 Fizični potek predelave
3.2.4 Montaža komponent
Po izdelavi nosilcev jih je bilo potrebno pritrditi na samo napravo. Najprej se je na osi stroja in osi motorjev namestilo zobate jermenice, nato se je nosilec z motorjem nastavilo v približen položaj in namestilo jermen. Sledilo je označevanje položaja za vijake, ki bodo pritrdili ploščo na frezalni stroj. Na označenih mestih se je izvedlo točkanje, vrtanje in na koncu vrezovanje navojev v konstrukcijo naprave, zatem se je istočasno nosilce pričvrstilo z M6 vijaki in izvedlo napenjanje zobatega jermena.
3. Metode dela
26 Slika 3.12: Koračni motorji po montaži
Sledila je montaža končnih stikal. V tem primeru je bila pomembna prilagodljivost v smeri premika osi, saj smo želeli končno stikalo postaviti čim bližje dejanskemu koncu pomika, da izkoristimo največji možen delovni volumen. Za ta namen smo uporabili utore, ki so predhodno služili za namestitev menskih končnih stikal, ki so izklapljali avtomatske pomike ob koncu delavne smeri. Na ohišje stroja smo z vijačnimi spoji togo namestili nosilec končnega stikala, posamezno os premaknili v končno lego in s premikanjem feromagnetnega bloka po utoru določili končno pozicijo po posamezni osi.
Slika 3.13: Montaža končnih stikal
3.2.5 Vezava elektronskih komponent
Po končani montaži mehanskih komponent je sledilo povezovanje motorjev s krmilniki in krmilnikov z vhodno-izhodno kartico. Povezovanje motorja, ki ima vgrajeni dajalnik položaja s krmilnikom je bilo preprosto, saj je proizvajalec namestil ustrezne konektorje, tako da jih je bilo potrebno le spojiti. Dodati je bilo potrebno le vir napajanja, ki je v tem primeru variabilni transformator z napetostjo nastavljeno na 80 V. To se je izvedlo enako za vsako os frezalnega stoja, le da se je na vhodno-izhodni kartici uporabilo druga priklopna
3. Metode dela
mesta. Krmilnik se je z glavno ploščo povezalo po priloženi shemi, oziroma kot je prikazano na Slika 3.14.
Slika 3.14: Povezava krmilnika z vhodno-izhodno kartico
Sledil je priklop končnih stikal na kartico. Induktivno končno stikalo ima tri priklopne žice in sicer modro in rjavo, ki služita za napajanje, ter črno za napetostni signal, ko je feromagnetni predmet v bližini slednjega. Napajanje za vsa tri stikala je bilo vezano vzporedno, tako da smo za ta del lahko uporabili en napajalnik, vsako črno žico pa je bilo potrebno vezati na ločeno vhodno mesto na kartici. Način vezave je prikazan na Slika 3.15.
3. Metode dela
28 Slika 3.15: Vezava induktivnih končnih stikal
3.2.6 Programski del krmiljenja
V prihodnjem segmentu naloge bo predstavljen potek namestitve programske opreme in osnovne nastavitve programa LinuxCNC. V zadnjem delu se bomo posvetili izničevanju mrtvega hoda, ki je posledica zračnosti med trapezno navojno palico in bronasto matico.
3.2.6.1 Namestitev LinuxCNC in povezovanje
Prvi korak je predstavljalo formatiranje starejšega prenosnega računalnika, na katerega je bila naložena programska oprema. Sledilo je prenašanje potrebnih datotek in namestitev novega operacijskega sistema (LinuxCNC 2.7) na prenosnik. Nato smo vzpostavili povezavo med računalnikom in vhodno-izhodno kartico preko UTP kabla. Potrebno se je bilo prebiti skozi nastavitvenega čarodeja, kjer smo nastavili uporabo vseh priključnih mest na glavni plošči, izračunali premik posamezne osi v primeru, ko se koračni motor zasuče za en korak in vnesli delavne gabaritne dimenzija stroja. S poskušanjem je bilo potrebno določiti maksimalne hitrosti premikanja posamezne osi, ki jih še dopuščajo izbrani koračni motorji, preden krmilniki javijo napako. Izbrati je bilo potrebno še pozitivne smeri pomika osi in hitrosti, pri katerih se bo stroj približeval končnim stikalom, med iskanjem bazne točke.
3. Metode dela
Slika 3.16: Programske nastavitve LinuxCNC
3.2.6.2 Programska kompenzacija mrtvega hoda
Zahtevnejša naloga je bila fina nastavitev pomika osi. Programska oprema LinuxCNC ima možnost kompenzacije praznega hoda preko celotnega vretena, saj vreteno nima enotne obrabe po celotni dolžini. Največja obraba je na sredini oziroma na področju kjer se je stroj najpogosteje uporabljal. Pri tem načinu korekcije giba, programsko okolje potrebuje kompenzacijsko datoteko, v kateri je za posamezno os navedena dejanska lega v intervalih brez uporabe kakršnekoli korekture. Naloga je bila postaviti os v nično lego z uporabo končnega stikala, uporabiti merilno uro, ter izmeriti dejansko lego, ko os potuje v pozitivni oziroma negativni smeri na posamezno točko. V našem primeru je bil interval na vsakih 5 mm prepotovane razdalje kar je pomenilo 124 meritev za X os oziroma 62 vrstic kompenzacijske datoteke. Slednji postopek je bilo potrebno ponoviti za vsako os posebej.
Na spodnji Slika 3.17 je predstavljen odsek kompenzacijske datoteke.
Slika 3.17: Izsek kompenzacijske datoteke
30
4 Rezultati
Končni rezultat prve faze predelave je delujoč stroj, ki omogoča simultano premikanje treh osi med obdelavo. Stroj prejme G-kodo, velikostno omejitev datoteke predstavlja le kapaciteta trdega diska v prenosniku in premika obdelovalne osi skladno z njo. Trenutna G-koda ne more vklapljati glavnega vretena, regulacije vrtljajev, izklopa/vklopa hladilno mazalnega sredstva in menjave orodja. Ostale specifikacije so predstavljene v Preglednica 4.1.
Preglednica 4.1: Končne specifikacije
Delavno območje (x/y/z – osi) 320/220/330 mm
Velikost vpenjalne mize 700 x 300 mm
Masa stroja 1300 kg
Moč glavnega vretena 3000 W
Priključna napetost 380 V
Frekvenca 50 Hz
Vrtilna frekvenca glavnega vretena 115 – 1600 vrt/min Najvišja hitrost pomikov x-os 2000 mm/min
y-os 1700 mm/s z-os 800mm/s
4.1 Izmerjena natančnost stroja
Na koncu projekta je bila izvedena izdelava testnega kosa, valja s sferično obliko na vrhu, ki je bil dimenzijsko ovrednoten v Laboratoriju za odrezavanje na Fakulteti za strojništvo.
Meritev je bila izvedena na optičnem 3D merilnem stroju, proizvajalca Alicona. Pri meritvi nas ni zanimala hrapavost površine, ampak predvsem odstopanje ciljnega radija od izmerjenega. Vrednost ciljnega radija je bila 19,50 mm, vrednost izmerjenega pa približno 19,71mm, kar predstavlja približni odstopek 0,21 mm. Izmerjena natančnost stroja je nižja, kot je bila predvidena (odstopki do 0,15 mm), a vseeno zadovoljiva ob upoštevanju obrabljenosti trapeznih vreten.
4. Rezultati
Slika 4.1: Izdelan testni kos in meritev radija
4.2 Finančna analiza
Celoten postopek predelave je potrebno ovrednotiti tudi s finančnega vidika. V Preglednica 4.2 so prikazani vsi stroški, ki so se pojavili pri predelavi. Znotraj cene nakupa rabljenega frezalnega stroja je potrebno upoštevati tudi priloženo orodje kot je nagibna miza, vpenjalne priprave in veliko frezalnega orodja, ki zagotovo predstavljajo tretjino vrednosti. Skupni seštevek ne vključuje komponent kot so prenosni računalnik, aluminijaste plošče, induktivna končna stikala in variabilni transformator, saj so slednji gradniki bili na voljo od prejšnjih nedokončanih projektov in jih ni bilo potrebno kupiti. Skupni vložek je prikazan v Preglednica 4.2.
Preglednica 4.2: Finančna analiza predelave
Komponenta Cena [€]
Rabljeni frezalni stroj z orodjem 1350 Koračni motorji in krmilniki 326,96 Vhodno-izhodna kartica Mesa 7I96 164,74 Zobata jermena in jermenice 75,04
Skupaj 1916,74
32
5 Zaključki
Projekt predelave stroja, ki smo si ga zadali v okviru zaključne naloge, nas je postavil pred mnoge izzive, tekom reševanja katerih smo pridobili veliko novih znanj. Slednje je bil glavni cilj naloge, ki je bil s tem tudi dosežen. Razumevanje postopka odrezavanja s frezanjem in delovanje frezalnega stroja je postalo bolj intuitivno, teoretično znanje, ki je bilo pridobljeno v času izdelave in študija pa je na tem področju dobilo oprijemljiv temelj za nadaljnjo gradnjo. Končni rezultat prve faze predelave je prikazan na Slika 5.1.
Slika 5.1: Končni izgled stroja
5. Zaključki
1) Izbrali smo rabljen klasični frezalni stroj, ga transportirali v domačo delavnico, ga pregledali očistili in pripravili za nadaljnjo predelavo.
2) Izbrali smo ustrezne hibridne koračne motorje s krmilniki, zasnovali nosilce motorjev, jih izdelali ter pritrdili na osnovno konstrukcijo stroja.
3) Uporabljen je bil prenos moči z uporabo HTD 5M zobatega jermena in zobatih jermenic, ki povezuje koračni motor in navojno vreteno.
4) Uspelo nam je pravilno povezati vse uporabljene elektronske komponente in jih s programsko opremo ustrezno uskladiti, da delujejo kot tri osni računalniško numerično krmiljen frezalni stroj.
Predlogi za nadaljnje delo
Kljub temu da stroj deluje, se njegova predelava še ni zaključila. V okviru finančnih zmožnosti bo na stroju izvedena menjava vseh trapeznih navojnih vreten s krogelnimi, dodan bo sistem za samodejno določanje višine vpetega orodja in njegovega premera in sistem za določanje pozicije obdelovanega kosa. Te nadgradnje bi dodatno izboljšale natančnost stroja. Za tem sledijo še dodatne izboljšave kot so dodajanje merilnih letev, ki zelo pripomorejo k točnosti pozicioniranja, izdelava četrte in pete osi frezalnega stroja in morda vgradnja dodatnega visoko hitrostnega glavnega vretena, ki bi omogočalo lažjo obdelavo predvsem mehkejših materialov.
34
Literatura
[1] I. Anžel et al.: Moderno proizvodno inženirstvo. Grafis trade, Grosuplje, 2010.
[2] M. Jež et al.: Strojnotehnološki priročnik, 3rd ed. Tehniška založba Slovenije, Ljubljana, 1986.
[3] H. Muren: Elementi odrezovalnih strojev, zvezek 2. Fakulteta za strojništvo, Ljubljana, 1991.
[4] B. Vrtek and P. Kaiba: CNC odrezovalni stroji: zgradba, delovanje in programiranje.
Pami, Železniki, 2001.
[5] Knuth machinetools. Dostopno na: https://www.knuth-machinetools.com, ogled:
2.8.2021.
[6] B. Žabkar: Zasnova, izdelava in testiranje 3-osnega CNC frezalnega stroja:
diplomska naloga. Ljubljana, 2012.
[7] Plethora. Dostopno na: https://www.plethora.com/, ogled: 2.8.2021.
[8] J. Kopač: Obdelovalni stroji -1. zvezek-. Fakulteta za strojništvo, Ljubljana, 2001.
[9] Autodesk. Dostopno na: https://www.autodesk.com/, ogled: 2.8.2021.
[10] Instructables. Dostopno na: https://www.instructables.com/, ogled: 2.8.2021.
[11] J. Kopač: Obdelovalni stroji, orodja in naprave. Fakulteta za strojništvo, Ljubljana, 2005.
[12] NSK. Dostopno na: https://www.nsk.com/, ogled: 2.8.2021.
[13] L. Cerče et al.: Učno gradivo za vaje pri predmetu: Odrezovalni stroji in naprave.
Fakulteta za strojništvo, Ljubljana, 2014.
[14] Tuli. Dostopno na: https://www.tuli.si/, ogled: 2.8.2021.
[15] Haas CNC. Dostopno na: https://www.haascnc.com/, ogled: 2.8.2021.
[16] Maschine Wagner Betriebs Anleitung. Navodila za uporabo frezalnega stroja, 1977.
[17] WD Tehnik katalog. Dostopno na: https://www.wd-tehnik.si/, ogled: 2.8.2021.
[18] Stepperonline. Dostop na: https://www.omc-stepperonline.com/, ogled: 2.8.2021.
[19] CNCprofi. Dostop na: https://www.cncprofi.eu/de/, ogled: 2.8.2021.