RIP: ELEMENTI CNC STROJEV Povzetek Moderni obdelovalni stroji so krmiljeni računalniško, čemur pravimo CNC (ang. Computer Numeric Control). Na vaji bodo obravnavani mehatronski elementi strojev in njihove medsebojne povezave. Odprtokodni CNC krmilnik, osnovan na osebnem računalniku, bo uporabljen za krmilnjenje koračnega motorja prek računalnikovega paralelnega porta.

CNC Računalniško numerično krmiljenje (CNC) označuje avtomatizacijo obdelovalnih strojev, krmiljenih s programi, zapisanimi na računalniku – za razliko od ročnega krmiljenja z ročicami in vzvodi.

V modernih CNC sistemih je izdelava izdelka tesno integrirana od računalniško podprtega načrtovanja (CAD) do računalniško podprtega proizvajanja (CAM). CAD/CAM programi so sposobni ustvariti program za stroj, ki na podlagi geometrije definirane s CAD modelom in tehnologije, definirane s CAM, omogoča izdelavo kosa na stroju.

Lakos 150 Lakos 150 (Slika 1) je 3-osni namizni CNC stroj, proizvajan v laboratoriju LAKOS. Gibanje osi omogočajo koračni motorji, ki so prek gonilnikov in optične ločitve povezani na LPT vmesnik PC računalnika. Resolucija pomikov stroja je 0,05 mm. Na stroju je običajno montirano vreteno z 20000 obrati/min. S strojem je možno graviranje, vrtanje in rezkanje lažjih materialov, npr. pleksi stekla, plastičnih mas in aluminija.

SLIKA 1: SHEMA POVEZAV VMESNIKOV CNC STROJA LAKOS 150.

Krmiljenje stroja sestavljajo naslednji koraki:

• Računalnik z odprtokodnim krmilnikom LinuxCNC (EMC2) ustvarja signale tipa korak/smer na paralelnem portu.

• Ločevalna kartica poskrbi za optično ločitev signalov med računalnikom in gonilnikom koračnih motorjev.

• Gonilniki koračnih motorjev imajo svoje napajanje in na podlagi krmilnega signala

korak/smer preklapljajo tuljave koračnih motorjev in s tem zagotavljajo vrtenje.

• Končna stikala so prek ločilne kartice in LPT vmesnika nazaj sporočajo stanja stikal domače lege.

LinuxCNC EMC2 LinuxCNC je CNC krmilnik, ki temelji na PC računalniku in Linux operacijskem sistemu z modulom za delo v realnem času. Prvotno je bil namenjen uporabi na 3-osnih CNC rezkalnih strojih s koračnimi motorji, danes pa ga je možno uporabljati tudi s stružnicami, roboti in z drugimi tipi motorjev.

Na LPT vmesniku računalnika generira signale tipa korak/smer in sprejema stanja končnih stikal in stikal domače lege.

LinuxCNC vmesnik prikazuje Slika 2.

SLIKA 2: UPORABNIŠKI VMESNIK LINUXCNC.

Paralelni port

SLIKA 3: PRIMER NASTAVITVE PINIOV PARALELNEGA PORTA.

Ločevalnik signalov Ločilna kartica služi kot vmesnik med paralelnim portom in gonilniki koračnih motorjev. Primer vezave prikazuje Slika 4.

SLIKA 4: PRIMER POVEZAVE LOČEVALNIKA SIGNALOV.

Gonilniki koračnih motorjev Lakos 150 uporablja Gecko gonilnike za koračne motorje. Gonilniki delujejo na 24-80V zunanjega napajanja in poterbujejo signale tipa korak/smer. Tok je možno omejiti z uporom na pinih 11 in 12 (Slika 5).

SLIKA 5: GECKO G202 GONILNIK KORAČNIH MOTORJEV.

Koračni motorji Uporabljeni so koračni motorji proizvajalca NanoTec.

SLIKA 6: ANIMACIJA DELOVANJA MOTORJEV.

Konfiguracija LinuxCNC LinuxCNC uporablja StepConf konfigurator za izdelavo specifične konfiguracije stroja. S programom je možno nastaviti časovno specifikacijo step signala, razporeditev pinov in nastavitve osi.

Konfiguracije so shranjene kot .ini datoteke na trdem disku. LinuxCNC prebere konfiguracijo vsakič znova ob zagonu programa.

Uporabne povezave Navodila ločevalnika signalov: http://www.lakos.fs.uni-lj.si/images/Predmeti/RIP/2015/Breakout-Board-Manual.pdf

Navodila gonilnika motorjev: http://www.lakos.fs.uni-lj.si/images/Predmeti/RIP/2015/G202%20REV-16%20MANUAL.pdf

LinuxCNC Wiki: http://wiki.linuxcnc.org/cgi-bin/wiki.pl

NanoTec animacija koračnih motorjev:

http://en.nanotec.com/support/tutorials/stepper-motor-and-bldc-motors-animation/

Navodila za izvajanje Naloga 1: Izdelajte vezalno shemo za krmiljenje enega koračnega motorja.

Naloga 2: Zvežite in skonfigurirajte en koračni motor.

Naloga 3: Povežite sestavljeno vezavo z eno osjo CNC stroja in ustrezno modificirajte konfiguracijo.

Naloga 4: Zvežite, skonfiguriraje in stestirajte končna stikala oz. stikala domače lege.

Vprašanja 1. Razloži in skiciraj vse tipe signalov, uporabljene pri stroju Lakos 150. Skicirajte signal korak/smer in razložite, kako sta od tega signala odvisna položaj in hitrost koračnega motorja.

2. Kaj pomeni realno-časovno delovanje operacijskega sistema? Kako je od njega odvisno nastavljanje nastavitev v programu StepConf?

3. Za kaj je uporabljena ločilna kartica?

4. Kako so izračunane LinuxCNC nastavitve osi?

5. Kaj se zgodi, če sta hitrost in/ali pospešek nastavljena previsoko? Kako je navor motorja odvisen od hitrosti vrtenja?