Opinnäytteenä CNC-jyrsin

[Säätelijä]

Törmäsin netissä surffaillessani diycnc sivustoihin ja sen jälkeen en ole ollut entiseni. Laite on niin tarpeellinen ja seksikäs että sellainen on saatava! Opiskelen kone-insinööriksi ja hokasin että opinnäytetyö on hyvä syy ottaa opintolainaa ja alkaa moinen laitos rakentamaan. Tässä on nyt tullu kahlattua nettisivuja parisen kuukautta ja asiat alkavat valjeta. Koneen mekaniikka alkaa olla selvillä, en ala selittään koska melkeinpä identtisen koneen kuvan löysin netistä (liitteenä). Alumiiniprofiilista ja alumiinilevystä tulee runko. Johteet tulee THK-tyyliset mutta varmaankin halpisvalmistajalta ja trapetsiruuveilla mennään. Alustava budjetti on 2000e.

Koneella olisi tarkoitus jyrsiä puuta, muovia ja alumiinia. Elektroniikkapuoli ei ole hyvin hallussa, joten siinä tarvitsenkin nyt hieman apuja. Voisitteko suositella jotain helpohkoa ja varmatoimista ratkaisua? 3d-stepin korttia aletaan varmasti ehdotteleen, mutta itseäni kiinnostais enempi tuo hp-step.pro sarja tai mechapro:n performance kit, sillä taitaa tuo 3d-stepin kortti antautua kun alumiinia aletaan jyrsiä. Äskisessä lauseessa olleet paketit löytyvät kaikki osotteesta www.nc-step.de. Tottakai ehdottaa voi erilaisia paketteja tai vaikka yksittäisiä komponenttejakin mistäpäin maailmaa tahansa, kunhan liikutaan tarpeeksi tehokkaissa ja varmatoimisissa ratkaisuissa (sekä budjetissa).

Rungosta vielä senverran että olen ajatellut liikealaksi n. 1400x700x300.

[Oh5hrm]

http://www.geckodrive.com/  noi on jenkkilän puolella suosittuja.  askelmoottorin ohjaimet muistaakseni 7A kestävät..
tuli noita muutama tuolta tilailtua kaverin koneeseen..
tuli just mieleen joku foorumilainen kehitteli ohjaimen, nyt tuli oikosulku en muista missä se keskustelu on..

[porepe]

tero ainakin teki ihan toimivan stepperi ohjaimen, joita on käytössä  sielä sun täällä. Itsellänikin oli vanhassa koneessa  nuo. Sittemmin Tero ymmärtääkseni  kehitteli Granited devices:in ohjaimet.
Korjatkaa jos olen väärässä :)

[Jussik]

DC-servo on myös yksi vaihtoehto.
Itse tein koulussa DC-servo ohjauksen joka joka totteli RS232 ja askel / suunta ohjauksia.
Puuttui ennen valmistumista muutamia opinto viikkoja vapaastivalittavia, tein tämän sitten elektroniikan erikoistyönä.

Ohjain sisälsi PID-loopin ja sen virittelyn, encoder interfacen, optoerotetut tulot  jne.
Tämä oli kokeellinen ja vehjes ja maxs ulos anti oli 3A 24Vdc.
Toimi kyllä ihan hyvin. Alustana toimi atmel ATMEGA8 16Mhz taajuudella.
Jos joku haluaa jatko kehittää saa koodit(jos löytyy) ja pari lautaa prossuineen kehitettäväksi nimellis hintaan.


Inspiraation ohjaimen tekoon sain täältä: http://elm-chan.org/works/smc/report_e.html

[Säätelijä]

Kiitoksia vastauksista.
Kun nyt ollaan ensimmäistä kertaa tekemisissä cnc-vermeiden kanssa niin jätetään suosiolla nuo servot rauhaan.
Geckoa olen ajatellut yhtenä ratkaisuna, mutta minusta tuntuu että ne on vähän ylimitotettuja tarpeeseen. Tarkotuksena olis laittaa n. 2nm askelmoottorit. Pitääpä ottaa selvää noista Teron ohjaimista...

[Jussik]

Terve

Ei servo-tekniikka ole vaikeata/ hankalaa.
Myös paljon luotettavampaa takaisin kytkennän johdosta.
DC-Servo tekniikka on loppuen lopuksi yhtä helppoa kuin askelmoottorien kanssa pelaaminen.

Ainoa ero on ohjaustapa(analoginen) ja se että takakaisin kytkentä tuodaan suoraan ohjaukseen.
Ohjaus puolen kustannukset kasvaa noin 50%, EMC2 ja siihen mesan korttit, ovat hyvin hintansa väärtit.
Täältä löytyy hinnat nuolle mesan korteille:
http://www.mesanet.com/

liikeen ohjaus kortin tyyppi on 5I20 FPGA based PCI Anything I/O card, siihen saa lisäkorttina esim:
7I30  Quad 100 Watt H-bridges
joka toimii 4 x 100w dc servo ohjaimena, tätä olen testannut käytänössä ja toimivaksi todennut.
Tai
7I25/7I27 150/400 Watt H-bridges for 4I27 and FPGA cards
7I40  Dual 400W  driver
jne.

Kannattaa tutustua, EMC2:ssa on suora tuki tuolle 5I20 kortille.

Servo vahvistin:
http://www.pico-systems.com/

Servo moottoreita löytää esim.:
http://www.camtronics-cnc.com/

Nuo yllä olevat linkit kaivelin A Wallinin sivuilta.
Sielä on hyvin dokumentoitu tuota servo puolta:
http://www.anderswallin.net/category/cnc/

[Säätelijä]

Olen vähän tuota servo-ohjaus hommaa tutkiskellut, mutta mieleeni nousee kyllä kokoajan kysymys että onko tämä tarpeellista? Jos kustannukset nousee puolella, niin kyllä siitä pitäis huomattavaa hyötyä olla. Sählääkö nuo askelmoottorit sitten niin paljon että takaisinkytkentä on tarpeellista?

[Jussik]

Terve

Ei pakosta, kyllähän askelmoottoritkin toimivat, eihän niitä muuten käytettäisi.

Servojen etuna on nopeus , voima ja tarkkuus yhtäaikaisesti.

Askelmoottorilla maximi nopeus jolloin siinä on vielä jonkinverran vääntöä noin 1400rpm max.

DC-servolla 4500rpm ja sama vääntö. Askelmoottorilla 200 askelta / kierros niiden epätarkkuus noin 10-15%.
Servolla tarkkuus encooderista riippuen 256-4096 pulssia kierrokselle ja servo pitää paikoituksen hyvin säädettynä noin 5 pulssin sisällä.
Sitten kun nuo encoder pulssit luetaan 4x moodissa niin tarkkuus on aivan toista luokkaa.

Servojen yksi etu on se takaisin kytkentä, jolloin tiedetään akselien paikat eikä oleteta niitä.
Askelmoottoria kun kuormitetaan sen väännön rajoilla saattaa se hukata askelia, joiden hukkumista ohjaus ei havaitse ilman takaisin kytkentää. Servolla voidaan ajaa sen väännön rajoilla huoletta koska tiedetään sen todellinen sijainti ja ohjataan sitä sen perusteella.

Nopeus ja kiihtyvyys ero on oikeasti todella huomattava, askelmoottori ja servo käytön välillä.

Voin laittaa illalla video mun vahhasta X-pöydästä jota paikoitin 200W ac-servolla, se oli suoraan kytketty 10 nousulla olevaan kuularuuviin.

[mkuivamaki]

Toki askelmoottorikäytössä takaisinkytkennän voi hoitaa lineaariencoodereilla (tai vaikka pulssianturilla tms.). Tällöin ollaan periaatteessa samassa tilanteessa kuin servojen kanssa, eli ohjaus tietää koneen todellisen paikan. Mutta edelleen jää jälkeen servoille mm. nopeudessa. Ja servoilla homma on vähän simppelimpi toteuttaa kun ei tarvitse erikseen viritellä encoodereita rakenteeseen jne.

[porepe]

Toki askelmoottorikäytössä takaisinkytkennän voi hoitaa lineaariencoodereilla (tai vaikka pulssianturilla tms.). Tällöin ollaan periaatteessa samassa tilanteessa kuin servojen kanssa, eli ohjaus tietää koneen todellisen paikan. Mutta edelleen jää jälkeen servoille mm. nopeudessa. Ja servoilla homma on vähän simppelimpi toteuttaa kun ei tarvitse erikseen viritellä encoodereita rakenteeseen jne.

Paitsi, jos on sellaiset stepperit, joihin on kiinnitetty encooderit kiinni :). Mulla on 3 stepperiä, joissa on 3600:set encooderit persiissä kiinni. Ne sitten plutolla EMC:n kiinni niin lopputulos on jo paljon parempi, kuin normi stepperillä. Sitä ovatko nuo myytävänä, vai käytänkö noita itse joskus johonkin en tiedä. Tai niin kaikkihan on jos vaan rahaa on tarpeeksi.

Eikä ne servotkaan mahdottomia maksa.

[Säätelijä]

Kuulostaa tuo servo-ohjaus niin pätevältä että taidankin laittaa semmosen. Anders wallinin sivuilla on senverran hyviä ohjeistuksia että kannattaa laittaa ehdottomasti samanlaiset komponentit. Noista moottoreista vielä senverran, että kuinka tehokkaat ne 100w dc moottorit sittein oikein ovat? Jos pitäis askelmoottoreihin verrata?

[Konemies]

Suosittelen servoja akseleille, jos budjetti antaa myöten. Ovat äänettömiä ja niiden kanssa ei tule resonanssiongelmia, kuten usein askelmoottoreilla tulee. Tietenkin servoparametritkin pitää virittää oikein, mutta useissa servo-ohjaimissa on automattinen parametriasetusmahdollisuus, jolloin se hakee parametrit kohdalleen ajamalla akseleita eri nopeuksilla ja kiihtyvyyksillä ja jopa virittävät itsensä.

Omassa kaiverruskoneessani: http://www.cnc-tekniikka.com/CNC-forum1/index.php?topic=61.0 on tällä foorumilla ehkä hieman tuntemattomat saksalaiset 100W Faulhaber -servomoottorit ja tulitikkurasian kokoiset tehoasteet. Ruuveina on 5mm nousulla olevat kuularuuvit ja mittakellolla mitattu toistotarkkuus on +/- 0,05 mm, vaikka yrittää käsin puskea liikettä vastaan niin paljon kuin jaksaa. Nuo tehoasteet (kuten yleensä muutkin servovahvistimet) ottavat vastaan askel- / suuntatietoa, eli ne voi panna suoraan askelmoottorin driverin tilalle.

Tuolle 100W moottorille rinnakkainen malli on teholtaan noin 200W. Minulla on kokemusta noista moottoreista myös oman työni puolesta ja voin varauksetta suositella. Nuo moottorit ovat todellisia laatuvehkeitä kyllä, mutta niiden oma suojaus ei ole riittävä sellaisiin paikkoihin, joissa leikkuuneste lentää. Moottorit ovat harjattomia DC-servomoottoreita ja niiden paikoitustakaisinkytkentä vastaa tarkkuutta 3000 pulssia/kierros, kun käytetään niille soveltuvaa omaa tehoastetta (katso alla).  Moottoreiden kierrosluvut ovat aika kovia - n. 7000 - 20000 r/min, eli vaatii välityksen, mutta jos käyttää riittävän pieninousuista ruuvia, niin välityksesi voi riittää esim. 4:1 ... 6:1 hammashihnavälitys. Välyksettöimä vaihteita noille moottoreille ei ainakaan moottorin valmistajalla ole saatavana.

Hintaluokka noille on suuruusluokkaa 550€ ... 650€ / setti (eli moottori + driveri), eli ei aivan halpoja, mutta huomattavasti halvempia kuin esimerkiksi Omronin/Yaskawan vastaavan kokoiset servokäytöt.

Tietoa löytyy täältä:

• 100W moottori 3564K024B-K1155: http://www.faulhaber-group.com/uploadpk/EN_3564B_MIN.pdf 
• 200W moottori 4490H036B-K1155: http://www.faulhaber-group.com/uploadpk/EN_4490B_4490BS_MIN.pdf
• Yllä oleviin sopiva tehoaste: MCBL 3006S: http://www.faulhaber-group.com/uploadpk/EN_MCBL3003-06S_DFF.pdf

Tehoaste on asetettavissa erilaisiin käyttömoodeihin ja lisäksi se on ohjelmoitavissa sarjaportin kautta. Siinä on myös muutama I/O -linja, joiden avulla tehoaste voi automaattisesti ajaa paikoitussekvenssin referenssirajalle pienen ohjelman avulla virran kytkemisen jälkeen.

Noiden suomalainen edustaja on Stig Wahlström Oy: http://www.swoy.fi ja siellä tosi hyvä asiantuntija on Tapio Verho. Kannattaa antaa sovelluksesta mahdollisimman hyvät tiedot - erityisesti max nopeuksista ja tarvittavista kiihtyvyyksistä, yms, niin saatte suosituksen paketista. Kun olette Tapioon yhteyksissä, niin kertokaa terveisiä cnc-tekniikka.com / Seppo ja laittakaa tämän jutun linkki Tapiolle, niin siitä voi olla teille taloudellista hyötyä  ;)

[JaniF]

Kotimainen vaihtoehto näyttäisi olevan hinnaltaan n. puolet tuosta. Mitenkä sitten ominaisuuksiltaan vastaavat en tiedä.

http://www.granitedevices.fi/

[petko]

Kotimainen vaihtoehto näyttäisi olevan hinnaltaan n. puolet tuosta. Mitenkä sitten ominaisuuksiltaan vastaavat en tiedä.

http://www.granitedevices.fi/

Omassa koneessa X&Y akseleilla vanhemmat mallit (VSD-A) noitten kanssa:
http://www.cnc-tekniikka.com/CNC-forum1/index.php?topic=438.msg1802#msg1802.
Z-akselilla n. 1KW DC-servo samalla ohjaimella.
Hyvin toimivat, voin suositella.

[Konemies]

Kotimainen vaihtoehto näyttäisi olevan hinnaltaan n. puolet tuosta. Mitenkä sitten ominaisuuksiltaan vastaavat en tiedä.
http://www.granitedevices.fi/

Tässä yhteydessähän Tero voisi hieman esitellä vaihtoehtoja ja niiden kustannuksia.