Gradimo CNC stroj, III dio

Steppers.and.controllersGradimo CNC stroj
III dio

Montaža sigurnosnih mikro-sklopki

Stara poslovica kaže: “Bolje spriječiti nego liječiti”. Primijenjeno na ovaj naš slučaj, pored mogućnosti da softverski postavimo krajnje granice gibanja po pojedinoj osi, postaviti ćemo i sasvim obične ali vrlo efikasne mikro-sklopke, koje neće dozvoliti da pogonsko navojno vreteno na nekoj od osi dovede nosač druge osi ili nosač motora u jedan od dva krajnja položaja i na taj način polomi stroj. Kakva je moguća šteta, ako bi se to ipak dogodilo? Na ovo pitanje ima nekoliko odgovora, a prvi se nameće sam od sebe. Sve ovisi o spojnici koračnog motora s pogonskim navojnim vretenom pojedine osi. Ako su spojnice suviše krute, postoji mogućnost da svornjak u spojnici (ili dva, kao u našem slučaju) “odere” osovinu motora ili pogonskog navojnog vretena, ili oboje. Ako spojnica nije previše kruta, puknuti će, i možda spasiti stroj. Ako se ne dogodi ni prvo ni drugo, vjeratno će doći do oštećenja pogonskog navojnog vretena, i/ili ležajeva i/ili bočnih nosača osi. Može doći i do pregaranja koračnog motora ili kontrolne elektronike, pa zato nikad ne ostavljajte hobby CNC stroj bez nadzora.

X-axis.microswitchesS obzirom da naš CNC stroj iz primjera ima 3 osi, (X, Y, Z), potrebne su nam 3×2=6 mikro-sklopki. Za osi X i Y odabrao sam robusne mikro-sklopke s valjčićem na limiću za okidanje sklopke. Nažalost, zbog ograničenog prostora na Z osi, nisam imao previše izbora, nego sam montirao dvije mikro-sklopke koje su se uklapale u ograničavajućih
21 mm prostora. Mehanički, sve mikro-sklopke pričvršćene su vijkom M3 na pokretne nosače osi, čime se gubi potreba za dodatnim razvlačenjem spojnih kablova, jer su veze s kontrolnom elektronikom koja prekida rad motora već provučene zajedno s pogonskim kablovima koračnih motora. Na ovaj način smanjuje se “šuma kablova”, a efikasnost je
jednaka kao kad se mikro-sklopke postave na fiksne dijelove stroja. U ovom slučaju, mikro-sklopke su “pomične”, a graničnici koji izazivaju uključenje mikro-sklopke i prestanak gibanja po osi su fiksni.

Y-axis.microswitchesNe bih rekao da je ovakav način inovativan ili neobičan, prije bih rekao da je neobičan nedostatak rupa s navojem, predviđenih za montažu mikro-sklopki, jer ih u ovom mehaničkom kitu jednostavno nije bilo. Bio sam primoran izbušiti 6 rupa od 2.5 mm i urezati M3 navoj u svakoj od njih, na mjestima koje sam odabrao za montažu mikro-sklopki. Ako izuzmemo lom jedne ureznice, sve je bilo uspješno, pa sam prešao na iduću fazu.

Y-axis.stepperMontaža koračnih motora i motora glavnog pogona

Koračni motori su proizvod svjetski poznatog kineskog proizvođača koračnih motora “Longs Motor”, tipa Nema23, snage 425 oz. po inchu (model Longs 23HS9430B) u dual-shaft izvedbi (dvije osovine). Kit koji je kupljen posebno, sastojao se od 3 takva koračna motora, 3 komada 128-mikrostep kontrolera i napajanja za sva 3 motora, 36V/10A.

U mehaničkom kitu, na sreću, nalazili su se i držači za montažu koračnih motora. Lijepo oblikovani, funkcionalni, ali od plastike. Ovaj “ali” ću kasnije izbaciti iz rečenice, jer su jednako dobri kao da su metalni. Za svaki slučaj, naručio sam i metalne valjke od A2-Inoxa, promjera 10 mm, debljine stjenki 2 mm, dužine 40 mm, ukupno 12 komada, kao “konstrukcijski backup”, ako mi se učini da plastični nisu od koristi. Kasnije, kad sam motore već montirao, ustanovio sam da cijeli stroj mogu podignuti na način da uhvatim za jedan koračni motor vezan na bočnu stranicu osi upravo s tim plastičnim nosačem, bez vidljivih posljedica u obliku deformacije nosača motora.

Ono što ne dolazi u mehaničkom kitu je potrebnih 12 komada M5 vijaka (isto iz A2-Inoxa) s imbus glavom dužine 60 mm. Također, morao sam kupiti A2 podloške za M5 vijke kao i tzv. “špreng” podloške, tj. prevedeno na standardni hrvatski jezik, elastične rascjepljene podloške, kako se učvršćenje motora u radu nebi opustilo zbog vibracija.

Pored držača motora, vijaka i podložaka, za montažu su potrebne i tri rigidne spojnice. Ove spojnice napravljene su od jednog komada aluminijskog valjka s provrtom od 8 mm na obje strane koji je “prošlican” poprečno u spiralu od 5 navoja. Na taj način ova rigidna spojka više i nije takog “rigidna” ili kruta, nego u radu kompenzira pomake koračnog motora naprijed ili nazad, tj. ponaša se kao elastična spojka. Zanimljivo rješenje, jer sam na svom prvom CNC hobby stroju koristio spojnice napravljene u obliku kardanske spojke, s kompenzacijskom masom od guma-plastike. Oba rješenja su dobra, a ovo sadašnje je malo jeftinije.

Motor se na bočnu stranicu osi montira na način da se prvo na navojno pogonsko vreteno montira rigidna spojnica, zatim se na motor utisne plastični nosač, kroz rupe na nosaču provedu se M5x60 vijci sa podloškama a osovina koračnog motora se vrlo nježno utisne u provrt rigidne spojnice. U ovoj fazi, pri ruci obavezno treba biti dugački imbus ključ kojim se M5 vijci metodom nasuprotnog zatezanja privinu u bočnu stranicu osi. Kad sve sjedne na svoje mjesto i M5 vijci su čvrsto privijeni, privijemo i svornjake u rigidnoj spojnici, kako bi pričvrstili osovinu koračnog motora u spojnici. Ovaj postupak ponovimo još točno 2 puta, za preostale osi. Kako su koračni motori u “dual-shaft” izvedbi, (imaju osovine na oba kraja motora), ako i sada možemo pokretati osi samo snagom prstiju vrteći vanjsku osovinu koračnog motora koja je preko rigidne spojnice vezana na pogonsko navojno vretno osi, onda je sve u redu.

Steppers.and.controllersPostavljanje i spajanje pogonskih i signalnih kablova

Čitajući forume koji se bave CNC tematikom i samogradnjom CNC hobby strojeva, nekoliko puta sam pronašao opise problema ljudi koji su koristili tanke tj. neadekvatne kablove. Pod time mislim na sve kablove koji ne mogu adekvatno prenjeti napon i struju od kontrolne elektronike do koračnog motora. Kao i kod vodovodnih instalacija, gdje je poznato da kroz tanku cijev za vodu ne možemo napajati 100 kuća već samo jednu, tako je i kod električnih instalacija, gdje se koristi Ohmov zakon koji kaže da će jakost struje kroz vodič biti to veća što je veći napon među njegovim krajevima i što je manji otpor strujnog kruga u koji je vodič uključen, tj. da je jakost struje u strujnom krugu proporcionalna naponu, a obrnuto proporcionalna otporu. Matematički, ovo se može izraziti slijedećim formulama:

I = U/R  ili  U = IR  ili  R = U/I, gdje su:

I = jakost struje kroz strujni krug u amperima (A)
U = napon izvora u voltima (V)
R = ukupan otpor strujnog kruga (otpor trošila + otpor električnih vodova + unutarnji otpor izvora struje) u omima (Ω). Om se može napisati i kao volt/amper (V/A).

S obzirom da proizvođač koračnih motora daje podatak o potrošnji od 3A po fazi, moramo omogućiti da se napon napajanja kod nazivne struje od 3A sa što manje gubitaka prenese od kontrolne elektronike do koračnog motora. Kod gotovih CNC strojeva proizvedenih u Kini, vrlo često se koriste tanke (jeftine) žice površine od 0.5 ili 0.75 kvadratnih mm, što je nedostatno. Tko se bavi elektronikom, iz prakse će znati da se za prijenos istosmjerne struje jačine od 2A mora osigurati bakreni vodič presjeka od 1 kvadratnog mm. Za prijenos istosmjerne struje od 3A, potreban je vodič presjeka od 1.5 kvadratnih mm. Ako se koristi tanji vodič, manjeg presjeka, rezultati su greške u radu koračnog motora u vidu gubljenja impulsa, smanjene snage koračnog motora itd. Izgubjeni impuls ujedno znači i nepreciznost u radu, jer je broj učinjenih okretaja koračnog motora direktno ovisan o broju primljenih impulsa.

Za spajanje svakog koračnog motora s kontrolnom elektronikom koristio sam visoko fleksibilni kabel za električne instalacije 4×1.5 mm kvadratnih sa teflonskom izolacijom, tj. po 4 Cu fleksibilne žice (licna) dužine 4×2 metra, ukupno 24 metra Cu fleksibilne žice u 4 različite boje za sve koračne motore. Spojeve sam izveo lemljenjem kvalitetnih muških i ženskih raznobojnih stopica, koje mogu prenjeti veliku struju bez gubitaka i na taj način osigurao i rastavnost spojeva, pored adekvatnog prijenosa struje kod nazivnog napona. Također, za spajanje pogonskog motora glodala, mikro-sklopki i Tool-senzora potrošio sam dodatnih 14 m Cu žice, što je ukupno 38 m utrošene izolirane Cu žice. Sve žice provode se putem kvalitetnih konektora, od panela kutije s kontrolnom elektronikom do koračnih motora, upakirane u tzv. “plastične lance”, tj. unutar gibljivih plastičnih, međusobno povezanih modula koji osiguravaju fleksibilnost i drže spojne žice na okupu. Korištene su 4 različite boje žice, kako bi svaka od pojednih faza na koračnom motoru bila spojena na točno odgovarajuće mjesto. Na kraju polaganja potrebnih kablova, svi spojevi provjereni su ohm-metrom.

CNC.electronics.in.PC.chasisMontaža kontrolne elektronike i napajanja u staro PC mini-tower kučište

S obzirom da sam u mojoj “furdi” pronašao jedno staro PC mini-tower kučište, odlučio sam dodatno uštedjeti i iskoristiti tu kutiju koja se godinama prebacivala amo-tamo i konačno dočekala da bude iskorištena kao kutija u koju ću montirati slijedeće:

BOB– BOB elektroniku, (Break-Out-Board), tj. elektroniku koja preko paralelnog porta (printer port) prihvaća impulse od upravljačke programske potpore Mach3 i prosljeđuje ih na pojedine kontrolere koračnih motora.
– 3 komada 128-mikrostep kontrolera
– napajanje za sva 3 koračna motora 36V/10A
– napajanje za glavni pogonski DC motor (nosač obradnog alata), 48V/8.3A
– upravljački panel s konektorima, osiguračima, emergency sklopkom za trenutno zaustavljanje svih osi, naponskim prekidačima.

Controllers.wiringSve od nabrojenog već je predviđeno za ugradnju i pričvršćenje vijcima, pa mi je samo preostalo da izmjerim sve razmake između postojećih rupa, mjere precizno prenesem na lim PC kučišta i izbušim rupe odgovarajućeg promjera. Što pažljivija izmjera, to manje čupanja kose kod montaže pojedinih dijelova.

Spajanje BOB elektronike (Break-Out-Board) s kontrolnom elektronikom i napajanjem te spajanje kontrolne elektronike s koračnim motorima provedeno je prema shemama dobijenih od proizvođača, koje nisu uvijek bile “do zadnje žice” precizne. Ono što je bilo nejasno, nadopunjavao sam saznanjima drugih ljudi koji su svoja iskustva u  spajanju elektronike i koračnih motora nesebično podijelili s drugima. Ja objavljujem shemu spoja kako je spojeno u ovom slučaju, i koja radi odlično:

Schematics
Nastavak slijedi.

Prethodni članci:
Gradimo CNC stroj, I dio
Gradimo CNC stroj, II dio

 

 

Views: (636)

Leave a Reply