VELEUILITE U RIJECI

Marin Simi

IZRADA CNC STROJA UPRAVLJANOG

PUTEM ARDUINO MIKROKONTROLERA (zavrni rad)

Rijeka, 2013.

VELEUILITE U RIJECI

Struni studij TELEMATIKE

IZRADA CNC STROJA UPRAVLJANOG

PUTEM ARDUINO MIKROKONTROLERA (zavrni rad)

MENTOR STUDENT

Marino Franui, predava Marin Simi

MBS: 2427005016/10

Rijeka, srpanj 2013.

I Z J A V A

Izjavljujem da sam zavrni rad pod naslovom Izrada CNC stroja upravljanog

putem Arduino mikrokontrolera izradio samostalno pod nadzorom i uz strunu

pomo mentora predavaa Marina Franuia.

Student

____________________

Marin Simi

SAETAK

Na poetku ovog rada prikazan je saet presjek numeriki upravljanih strojeva te su

opisane osnove potrebne za razumijevanje njihova djelovanja. U treem poglavlju je opisana

izrada nosive tri-osne mehanike konstrukcije s priloenim 3D i 2D radionikim nacrtima.

Elektromotorni pogon koranim motorima se opisuje u etvrtom poglavlju, a u petom je

opisana izrada kontrolno-upravljakog sklopa. Upravljanje je realizirano s Arduino-UNO

mikrokontrolerom na kojem je izvren upload CNC kontrolera otvorenog koda, visokih

performansi, napisan u C programskom jeziku. esto poglavlje prikazuje implementaciju

open source programskih rjeenja za izradu i pokretanje CNC upravljakog programa.

Mogunosti nadogradnje realiziranog CNC stroja su opisane u sedmom poglavlju.

Cilj je bio napraviti upotrebljiv alat sa to manje financijskog ulaganja, posebno za

mehaniki dio koji je veim dijelom izraen koritenjem otpadnih materijala te za

elektomotore koji su izvaeni iz rabljenih pisaa.

CNC strojevi omoguavaju preciznu obradu uz uvjet da su i sami vrlo precizno

izraeni. To je osnovni razlog to je za realizaciju mehanikog dijela stroja trebalo koristiti

pomo kovinotokara i glodaa.

Izraeni CNC stroj s pisaim priborom ugraenim na Z-osi omoguava ispis zadanog

predloka na papiru, a to je i razina gotovosti planirana ovim radom. Slijedei korak je

ugradnja mini builice/glodalice to e stvoriti uvjete za iru primjenu stroja kao to je

graviranje ili 3D rezbarenje manjih predmeta od mekih materijala te obrada tiskane ploice

postupcima kontroliranog buenja i rezbarenja bakrenog filma.

Na ideju za izradu CNC stroja autor je doao prilikom izrade projektnog rada iz

kolegija Projekt u telematici; Upravljanje koranim motorima putem ARDUINO platforme,

kada je imao prilike upoznati i koristiti vei dio elektromehanike opreme ugraene u

praktini dio ovog rada. No za realizaciju cjelokupnog projekta trebalo je dodatno prouiti

brojne izvore podataka i primjeniti steena znanja iz veeg broja kolegija Strunog studija

telematike.

Kljune rijei: numeriko upravljanje, mikrokontroler, 3 osni CNC stroj, G-kod.

SADRAJ

1. UVOD .................................................................................................................................... 1

2. OPENITO O CNC-U ......................................................................................................... 2

2.1. Usporedba konvencionalnog i numeriki upravljanog alatnog stroja ............................ 4

2.2. Vrste numeriki upravljanih strojeva .............................................................................. 5

2.3. Definicija NC-a ............................................................................................................... 6

2.4. Programiranje CNC strojeva ........................................................................................... 7

2.5. Struktura CNC programa ................................................................................................ 8

2.6. Koordinatni sustav ........................................................................................................ 10

2.7. Razine upravljanja numeriki upravljanih strojeva ...................................................... 12

2.8. Mehaniki dio CNC stroja ............................................................................................ 12

2.8.1. Linearno voenje osi ........................................................................................ 13

2.8.2. Linearni prijenos pomaka ................................................................................. 15

2.9. Elektromotorni pogon CNC stroja ................................................................................ 16

3. IZRADA MEHANIKE CNC STROJA ............................................................................ 18

3.1. 3D prikazi i radioniki nacrti CNC stroja ..................................................................... 19

4. ELEKTROMOTORNI POGON ....................................................................................... 20

4.1. Upravljanje koranim motorom .................................................................................... 20

4.2. Povezivanje motora s kontrolerom ............................................................................... 22

5. IZRADA KONTROLNO UPRAVLJAKOG SKLOPA CNC-A ................................. 22

5.1 Upravljanje putem Arduino mikrokontrolera ................................................................ 22

5.1.1. GRBL Controller .............................................................................................. 24

5.1.2. Instalacija GRBL-a ........................................................................................... 24

5.1.4. Povezivanje GRBL-a ........................................................................................ 25

5.2. Motor-driver s L298/L297 ............................................................................................ 26

5.3. Sigurnosni sustav za prekid rada stroja ......................................................................... 29

5.4. Izvor napajanja .............................................................................................................. 30

6. UPRAVLJANJE GRBL KONTROLEROM ................................................................... 31

6.1. Konfiguracija GRBL-a ................................................................................................. 32

6.2. Generiranje upravljakog koda ..................................................................................... 33

7. OPIS RADA CNC STROJA .............................................................................................. 35

7.1. Izrada predloka u CAD softveru ................................................................................. 35

7.2. Konverzija CAD datoteke u G-kod .............................................................................. 36

7.3. Putanje CNC stroja u rad ............................................................................................. 40

8. MOGUNOSTI NADOGRADNJE IZRAENOG CNC STROJA .............................. 43

9. ZAKLJUAK ..................................................................................................................... 44

POPIS KORITENIH KRATICA ........................................................................................ 45

LITERATURA ....................................................................................................................... 45

POPIS SLIKA ......................................................................................................................... 46

POPIS PRILOGA ................................................................................................................... 48

1

1. UVOD

Suvremena industrijska proizvodnja usmjerena na kvalitetu i kvantitetu je nezamisliva

bez strojeva kojima umjesto ljudi upravljaju raunala. Numeriki upravljani strojevi

uglavnom koriste istu tehnologiju obrade materijala kao i klasini strojevi, bitna je razlika u

dodatku kontrolno-upravljake jedinice i servo ili koranih pogonskih motora na osovine svih

vretena pominih dijelova stroja. Investiranjem u CNC strojeve tvrtka ulae u konkurentnost i

opstanak na sve zahtjevnijem globalnom tritu. Ponovljivost i fleksibilnost u proizvodnji su

dvije od vanijih karakteristika raunalno upravljanih strojeva, jednom napisan upravljaki

kod lako se moe promjeniti i neogranien broj puta upotrijebiti za izradu predmeta jednake

kvalitete. Razvoj mikroelektronike prati razvoj preciznijih, brih i sigurnijih alatnih strojeva, a

sintezom CNC strojeva razliitih tehnologija obrade u takozvane obradne centre mogue je

obraditi predmete razliite sloenosti geometrije s automatskom izmjenom alata.

Unazad neto vie od 10 godina izrada CNC strojeva i njihovo koritenje smatralo se

privilegijom velikih tvrtki. Pojavom prvih samograditelja, CNC tehnologija je postala vrlo

popularna i danas broji veliki broj, to profesionalnih, to hobi korisnika. Na tritu se moe

nai veliki broj proizvoaa koji nude dijelove ili kompletne CNC strojeve u kitu, no mnogi

se, u prvom redu zbog relativno visoke cijene takvih proizvoda, odluuju na samogradnju

raspoloivim i cjenovno prihvatljivim materijalima. Internet nudi itavu galeriju

samograditeljskih uradaka, napravljenih od razliitih materijala, u velikom rasponu veliina,

oblika, stabilnosti konstrukcija, itd., a na brojnim CNC forumima mogu se nai korisne

informacije, savjeti i zanimljiva originalna rj