Távvezérelhető CNC marógép

Készítette: Sipos Szabolcs Tamás

A Bánki Donát Műszaki Középiskola és Kollégium

( 4400, Nyíregyháza, Korányi Frigyes út 15.)

10.D osztályos tanulója

Felkészítő tanár: Baracsy Zsolt

Bevezető:

A Computer Numerical Control (CNC) olyan szerszámgép, amely programozható
mikroszámítógépet is tartalmaz, ami a vezérlését végzi. A számítógépek alkalmazása
lehetővé teszi az egyidejűleg több tengely mentén végzett és nem egyenes menti
mozgásokat is, ami kézzel lehetetlen. Egy digitálisan megtervezett rajzot képes
automatikusan nagy pontossággal rámarni különböző anyagok felületére. Az
újdonság ebben az eszközben, hogy akár interneten keresztül távvezérelhető és így
nem szükséges manuális indítás a gépezet mellől. Felhasználási területei például:
Nyomtatott áramköri lapok készítése, műanyag vagy alumínium lapok megmunkálása.
Az ötlet akkor jött amikor nagy mennyiségű nyomtatott áramköri lapot kellett
készítenem. A vegyszeres megoldások túl lassúak és körülményesek voltak. A CNC
gép segítségével viszonylag gyorsan elkészíthetőek, emellett az előlapok gyártását is
megkönnyíti és egyéb kisebb, könnyen megmunkálható anyagból álló eszközöket is
elkészíthetünk segítségével. A távvezérlés alkalmazásával bárhonnan
kezdeményezhető marási folyamat, ahol van internet kapcsolat. A gépet egy
weboldalon keresztül érhetjük el, akár egy okos-telefonnal is vezérelhetjük. Ez a
megoldás azért hasznos, mert ha épp nem tartózkodok otthon, de mire hazaérek
szükségem van egy kész nyomtatott áramköri panelre, akkor bárhonnan elindíthatom
az elkészítési folyamatot.
Az eszköz lelke egy Arduino Mega 2560-as 16MHz-es AVR mikroprocesszoros
fejlesztőkörnyezet. Azért erre esett a választás mert a CNC gép vezérlők 90%-a
LPT(párhuzamos) portot használ a vezérléshez, viszont az Ardunio tartalmaz egy
USB-soros port átalakítót is, így könnyen megoldható volt az USB porton keresztüli
kommunikáció ugyanis a mai asztali számítógépek nagy részén már nem igazán, a
hordozható számítógépeken pedig egyáltalán nem található párhuzamos portú
csatlakozás.

Az áramkörök

A tápegység

A táplálást egy 2*12V-os 48W-os transzformátor biztosítja, amelyet a D1 és D2-es
diódával egyenirányítunk és a C1 kondenzátorral pufferelünk, így körülbelül 18V-ot
kapunk a kimeneten 4A folyamatos terhelhetőséggel. Ezen a panelon kapott még
helyet egy relé vezérlése, amely a szerszámgép indítását végzi.

A tápegység kapcsolási rajza:

A tápegység nyomtatott áramköri rajza:

Alkatrészjegyzék:

-R1: 1kΩ
-D1, D2: 1N5408
-C1: 3300µF
-T1: BC337

Az áramkörök

A kész tápegység

A kész tápegység:

A tápegység kimenő feszültsége:

Az áramkörök

A motorvezérlő

A motorvezérlő feladata, hogy a tápegységről lejövő feszültséget megfelelően
kapcsolgassa a léptetőmotorokra a mikroprocesszor irányításával. Amint ez egyik
bemenetre pl.: be-1-re 5V-os (logikai 1) jelszintet kapcsolunk a T5-ös tranzisztor nyit
és a T1-es MOSFET gate-jére 5V-ot kapcsol és amíg van bemeneti jel, addig nyitva
tartja, majd az R2-es ellenállás lezárja a T1-et. A D1-es LED arra szolgál, hogy
jelezze, mikor van a motor feszültség alatt. Ezzel a konstrukcióval unipoláris léptető
motorokat tudunk vezérelni. A kimeneten maximum 30W-os terhelés lehet abban az
esetben, ha nem alkalmazunk hűtést a T1, T2, T3, T4-es FET-eken! Ez a kapcsolás
egy motor vezérlését végzi, a teljes elektronika elkészítéséhez három ilyen áramkörre
van szükségünk (X, Y, Z motor).

A motorvezérlő kapcsolási rajza:

Az áramkörök

A motorvezérlő nyomtatott áramköri rajza:

Alkatrészjegyzék:

-R1, R6, R7: 330Ω
-R2, R3, R4, R5: 1kΩ
-T1, T2, T3, T4: IRFZ34N
-T9: IRFZ N
-T5, T6, T7, T8, T10: BC337

Az áramkörök

A kész motorvezérlő

A kész motorvezérlő:

A motorvezérlő meghajtó jele:

Az áramkörök

A kész motorvezérlő

A motorvezérlő kimenete, rajta a motorokkal:

A mechanika

Az asztal

A CNC gép alsó része, ahová a megmunkálandó anyagot helyezzük és amely nem mozgó rész.

Alkatrészjegyzék:

-4db 10cm hosszú 20*20mm-es alumínium zártszelvény
-2db 30cm hosszú 20*20mm-es alumínium zártszelvény
-2db 26cm hosszú 20*20mm-es alumínium zártszelvény
-1db 30*30cm széles 1cm vastag textil bakelit
-1db 31*2cm széles 1cm vastag textil bakelit
-4db 18*18*25mm-es textil bakelit
-2db 30cm hosszú fióksín
-1db 30cm hosszú M8-as menetes szár
-4db 20*20mm-es csúszásgátló talp
-8db M6-os 50mm-es csavar
-8db M4-es 35mm-es csavar
-8db M6-os anya
-8db M4-es anya

A mechanika

A keret

A CNC gép azon része amely előre és hátra mozog az asztal felett és az ezen lévő 2
csúszórúdon mozog a szerszámgép oldal irányba.

Alkatrészjegyzék:

-2db 10*31cm-es 1cm vastag textil bakelit
-2db 8*12cm-es 1cm vastag textil bakelit
-1db 3*12cm-es 1cm vastag textil bakelit
-1db 32cm hosszú 10mm-es acélrúd
-2db 10mm-es csúszógyűrű
-1db 32cm hosszú 6mm-es acélrúd
-2db 6mm-es csúszógyűrű
-1db 30cm hosszú M8-as menetes szár
-4db 1cm hosszú facsavar

A mechanika

A szerszámgép

A CNC azon része amely fel és le képes mozgatni a rajta lévő szerszámgépet.

Alkatrészjegyzék:

-1db 10*8cm-es 7mm vastag textil bakelit
-2db 10cm hosszú fióksín
-1db 20cm hosszú M6-os menetes szár
-8db M4-es csavar
-8db M4-es anya

A mechanika

A kész CNC gép

A CNC gép X és Y irányú mozgatását egy-egy 3W-os 1,8 fok/lépéses motor és a Z
tengelyt pedig egy 2W-os 7,5 fok/lépéses motor hajtja meg.

A motorok (Z, Y, X):

A kész gép:

A szoftver

A CNC vezérlő

A szoftver leírása:

A programot Basic nyelven készítettem, futtatásához .NET 2-es vagy újabb
keretrendszer szükséges, rendszerkövetelménye nagyon minimális. A program angol
nyelvű, valós időben követhető vele a tengelyek helyzete. Lehetőség van interneten
keresztüli vezérlés esetén IP cím alapú szűrésre, valamint maximális munkaterület
meghatározására.

A szoftver:

A szoftver

A CNC távvezérlő

A távvezérlő szoftver leírása:

Egy általam fejlesztett weboldalon keresztül elérhetjük a CNC gépet, indíthatunk
megmunkálási folyamatot, élő kameraképet kaphatunk a gépről, listázhatjuk a már
befejezett folyamatokat és a még várakozó listán lévőket, valamit információkat
kaphatunk a gépről.

Az oldal:

Végszó

Nagyon örülök, hogy ezt a projektet megvalósítottam, mivel számomra ez egy
nagy kihívást jelentett, és bebizonyíthattam magamnak, hogy képes vagyok
megcsinálni. Sok buktatót és más irányú ismeretek elsajátítását (AVR, Weboldal
programozás) tette szükségessé, de ezeket a későbbiekben még használni
tudom, ezért örülök, hogy szükség volt erre.

Nyíregyháza, 2013.05.02 Sípos Szabolcs Tamás

Picassa: [link]