CNC stroje podobného zamerania môžu byť rozdelené na:
• pravouhlé (väčšinou sa používa táto koncepcia)
• rotačné (roboty, robotické ramená)
• iné
Presné vedenie osi je zabezpečené spravidla pomocou lineárnych vedení ktoré môžu byť:
• Prizmatické vedenia (najpresnejšie)
• Kruhové tyče s podoprením (otvorené domce)
• Kruhové tyče voľné (uzavreté domce)
Uloženie vedení môže byť široké (vedenia osi X pri portálovej konštrukcií), alebo úzke. Úzke uloženie vedení býva priskrutkované na ráme, alebo nosníku, na vrchu, na boku, alebo zo spodu, prípadne na dvoch stranách nosníka. Posuv je zabezpečený prevažne guličkovými skrutkami, prípadne trapézovými skrutkami, ozubeným hrebeňom, reťazou alebo ozubeným remeňom. Na pohon sa využívajú najčastejšie krokové motory alebo servo motory. Konštrukcia môže byť zhotovená z uzavretých profilov, otvorených profilov, alebo odliatkov. Stroje môžu mať rôzne konštrukčné riešenia a koncepcie ktoré vyplývajú z hľadiska cieľového zamerania. Ako prvý krok nás čakal výber koncepcie a voľba konštrukčného riešenia.
Koncepčne riešenia
Na výber koncepcie použijeme pravouhlú súradnú sústavu s troma osami X,Y,Z. Zvolili sme si 6 koncepcií, z ktorých sme vyberali pre nás najvhodnejšie riešenie. Hľadali sme označenie ktorým sa bude dať pomenovať každá koncepcia a zároveň názvy koncepcií sa nebudú zhodovať, takto každá koncepcia má svoje osobitné označenie vychádzajúce z jej vlastností. M predstavuje materiál (obrobok) pričom každé M má svoj index. Index 0 pod písmenom predstavuje že obrobok je pevne pripevnený na stôl (rám), ktorý sa nehýbe. Index (x,y,z) znamená že sa obrobok hýbe spolu s osou ktorá je napísaná v indexe. Písmená X,Y,Z tieto písmená označujú jednotlivé osi. Index (0) predstavuje že vedenia osi sú priamo pripevnené na rám konštrukcie. Index (x,y,z) označuje na akej osi je dané vedenie pripevnené. Takto sme dostali označenie, ktorým su definované jednotlivé koncepcie.
Z ponúknutých koncepcií sa nám z hľadiska našich potrieb a možností zdala najhodnejšia koncepcia nosníková M_0 X_0 Y_X Z_Y, pretože sme mali nasledujúce požiadavky:
Konštrukčné riešenie
Stroj pozostáva z týchto základných častí
Mechanická časť
Mali sme k dispozícií lineárne vedenia- podopreté kruhové tyče ∅20mm s otvorenými domcami ktoré sme použili na osi X, Y a kruhové tyče s uzavretými domcami ∅20mm ktoré sme použili na os Z. Pre posuv jednotlivých osi sme mali k dispozícií guličkové skrutky s guličkovou maticou, hriadeľové spojky a krokové motory. Bolo potrebné vyrobiť domec matice, pevné uloženie skrutky s axialno radialnimi ložiskami, voľné uloženie skrutky a držiak krokového motora.
Konštrukcia stroja pozostáva z týchto častí.
Základné technické údaje
Rozmery stroja:
• šírka: 560 (800) mm
• Hĺbka: 660(1100) mm
• Výška: 1330(1660) mm
Obrábaná plocha: x=350 y=260 z=230 mm
Presnosť cca: 0,01mm
Napájanie: 230V
Odporúčaný materiál obrábania: drevo, plast
Príslušenstvo
Medzi príslušenstvo zahrňujeme nasledujúce skupiny:
• Upínací stôl v závislosti na type práce
• Zostava chladenia vretena- Pre vreteno ktoré sme mali k dispozícií
• Zostava odsávania
Upínací stôl
Stroj má byť multifunkčný a tak aj stôl musel byť robený tak aby sa dali na neho upnúť rôzne rozmerové a tvarové materiáli. Stôl má 2 základné prevedenia môže byť zložený z hliníkového dorazu ktorý zároveň slúži aj ako pevný bod pre úpinky a drevenej dosky použitej ako pracovný stôl. Druhý variant pracovného stola môže byť bez dosky s dvoma a viac hliníkovými profilmi slúžiacimi ako miesta uchytenia materiálu. Tento variant sa v prípade, keď nástroj zachádza pod rovinu rezu a vtedy sa využije zbernica odsávania.
Zostava odsávania
Vedeli sme že stroj pri obrábaní bude produkovať piliny a tak bolo jasné že budeme musieť vyriešiť problém s odsávaním. Povedali sme si že ak bude tento stroj využitý ako učebná pomôcka musí mať nezávislé odsávanie. K dispozícií sme mali starý vysávač ktorý sme plánovali využiť. Problém sme vyriešili za pomoci separátora pilín. Separátor sa skladá z rýchlo uzatváracej nádoby na ktorej vrchu sú pripevnené dva vstupy jeden vstup ide na priamo do nádoby a vstup číslo dva je spojený s filtrom pevných častíc ktorý zabezpečuje aby piliny ostali v separátore. Myslíme si že myšlienku využiť vysávač na odsávanie pilín sa nám podarilo zvládnuť a separátor plní svoj účel.
Do elektrickej časti patria:
1) Kabeláž a vedenia vodičov
2) Snímače
3) Krokové motory
4) Pripájací rozvádzač
5) Riadiaca skriňa
Výber riadenia
Výber a nakonfigurovanie riadiacej skrine alebo samotných riadiacich členov pozostával z určenia si priorít čo očakávame od stroja. Riadenie stroja môže prebiehať pomocou týchto možností:
• Riadenie cez počítač pripojený na stroji
• Riadenie pomocou CNC USB controlera, PLC automatu
• Zložité CNC riadiace jednotky a iné
Riadenie za pomoci počítača sa nám zdalo nevhodné pre dielenské podmienky na ktoré bol tento stroj určený. Riadenie pomocou CNC ovládacích panelov, akými sú napríklad Simens paneli je určite správna voľba, ale nie na náš stroj z dôvodu vysokej ceny a nutnosti zaškoliť sa na používanie takýchto panelov. Ostala nám možnosť riadiť stroj za pomoci CNC USB controlerov, alebo PLC automatov.
Riadiaca skriňa
CNC controleri a PLC automaty ponúkajú možnosť ktorá sa dá jednoducho aplikovať do stroja a kvalita takýchto súčiastok a ponúkané funkcie sa odvíjajú spravidla od ceny. Predpokladali sme, že skriňu budeme musieť skladať z jednotlivých komponentov ktoré budeme musieť dokupovať postupne. Ale našli sme riadiacu skriňu spoločne s ovládacím panelom ktorá už bola vybavená súčiastkami potrebnými na chod stroja. Po zvážení sme sa rozhodli túto skriňu aplikovať do nášho stroja. Kúpa tejto skrine sa nám v konečnom dôsledku osvedčila a dovolila nám vyhnúť sa samotnému výberu a zapájaniu súčiastok do vlastnej skrine.
Riadiaci panel
Základné funkcie riadiaceho panelu sú nasledovné. Za pomoci riadiaceho panela hľadáme nulový bod obrobku od ktorého bude stroj počítať operácie. Do riadiaceho panelu zapájame USB disk s už vopred nahraným G-kódom. Pomocou tohto panelu môžeme urobiť ešte malé zmeny na kóde a spôsobe obrábania, zároveň na displeji riadiaceho panelu sa ukazuje aktuálna poloha vretena.
Všeobecne riadiaci panel slúži ako vstupná jednotka do stroja za pomoci ktorej sa ovládajú a nastavujú všetky funkcie a vlastnosti.
Riadiaca skriňa sa skladá z týchto častí:
• Transformátory napätia
• CNC controler
• Frekvenčný menič
• Drivre na krokové motory
• Ventilátor
• Prepínače a tlačidlá (reverzný stop, spúšťanie kľúčikom)
• Riadiaci panel
Fotky riadiacej skrine spoločne s ovládacím panelom
Dôležitou časťou CNC stroja je softwer. Je to osobitá časť navrhovania v ktorej sa zvažuje a vyberá z ponúknutých možností ktoré sú na trhu. Do výroby a programovania vlastného programu na ovládanie stroja sme sa nechceli púšťať pretože považujeme za zbytočné venovať sa niečomu a snažiť sa prekonať niečo na čom pracujú tými školených odborníkov. Preto sme sa radšej zamerali na preskúmanie trhu. Trh nám ponúka tieto možnosti:
• Jednoduché manipulátori osí
• Programy s nutnosťou pripojenia počítača (MACH)
• CAM programy
Z týchto možností nám sme zvolili CAM programy. Tieto programy majú schopnosť vygenerovať G-cod čo je vlastne súbor informácií o obrobku a nesie hodnoty dráh osí.Dostupnosť programov je zložitá. Dostať sa ku renomovaným CAM programom sa nám nepodarilo z dôvodu že neboli voľne dostupné na internete a ich zakúpenie stojí rádovo tisícky eur. Podarilo sa nám ale dostať ku programu s názvom ART-CAM 2008 a programu SURF-CAM ktorý máme v škole. Oba programy spolupracujú s našou riadiacou jednotkou pretože oba majú funkciu vygenerovať G-cod vo formáte "tap". Používali sme prevažne program ART-CAM.
MACH
Zdôvodnime, prečo nechceme používať program MACH. Bolo už veľa projektov ktoré sa venovali práve problematike a využitiu tohto programu vo svojich prácach. Týmto netvrdíme, že boli zlé, alebo menej cenné ale nechceli sme robiť niečo čo už pred nami robilo veľa študentov. To bol prvý dôvod prečo nie MACH a ako ďalší dôvod tohto kroku sme videli vtom, že sa nám nepáči užívateľské menu ktoré je dosť nepriehľadné a celý tento program je v rozpore s našou úlohou, ktorú sme si na začiatku stanovili a to zostrojiť stroj ktorý bude môcť byť použitý v bežnej praxi. A keďže na program MACH potrebujeme mať zapojený aj počítač zdalo sa nám to nevhodné . Samotný program nie je zlý, ale na naše účely sa nám zdal nevhodný. V prípade využitia stroja ako učebnej pomôcky nie je vylúčená aplikácia programu MACH.
ArtCam 2008
K tomuto programu sa dá ľahko dostať. Licencovaný CD nosič sa dá kúpiť na stránkach ponúkajúcich CNC komponenty. Program je neporovnateľne lacnejší a ponúka priehľadné a intuitívne menu v ktorom sa vie zorientovať aj menej zdatný človek.
Ako veľké plus tohto programu vidíme to že môžeme importovať vektory nakreslené v programe AUTOCAD. Eventuálne dá sa tento program použiť aj na samotné kreslenie za pomoci základných príkazov ako kružnica, čiara štvorec....
Tento program je vhodný aj na výrobu umeleckých reliéfov a jednoduchších 3D tvarov. Program nie je zameraný len na frézovačky má v sebe aj funkcie vytvárať cod pre vŕtačky a lasery. čím sme sa nezapodievali.
V krátkosti popíšem program a jeho prácu s ním pri vytvorení jednoduchej guľovej plochy
Po vygenerovaní čiar a ich prepočítaní sa nám v sekcií 3D model objaví objekt. Táto funkcia 3D môže slúžiť na kontrolu vymodelovaného objektu alebo nám pomôže si ho predstaviť v priestore.
Následne môžeme pristúpiť ku konečnej simulácií. Simulácia prebieha v reálnom čase a berie do úvahy rezné podmienky, nástroj a jeho profil.
Ak sme spokojný môžeme prejsť ku vyexpedovaniu kódu a uloženie ho na USB disk a pristúpiť k samotnému obrábaniu na stroji.
Práca na tomto projekte ma obohatila o množstvo vedomostí týkajúcich sa CNC techniky, ako i strojárskej výroby a praxe. V práci som sa venoval problematike návrhu a výroby stroja, výberu elektrických prvkov, až po jeho samotné programové vybavenie. Splniť úlohu , vyrobiť funkčný stroj sa nám podarila a stroj spĺňa všetky požiadavky ktoré sme si na začiatku stanovili. Funkčnosť stroja sme otestovali na rôznych výrobkoch, ako guľová plocha, reliéf, a niektoré úlohy z praxe.
