Želeli bi si izdelati svoj CNC stroj, pa ne veste kako začeti?

Prvo pravilo je da si dobro določite kaj želite imeti. Od tega je odvisno koliko osi boste potrebovali podpreti in s tem tudi denar, ki ga boste vložili v izdelavo cnc stroja. Običajno za domačo rabo zadostujejo tri osi: X, Y in Z. CNC stroj lahko uporabimo za vrsto najrazličnejših materialov in vrst obdelave kot so na primer rezkanje, struženje, vrtanje, plazemski razrez pločevine in tako naprej.

Medtem, ko si nekako še lahko predstavljamo mehaniko in kako naj bi stroj izgledal, pa se stvari zapletejo, ko začnemo razmišljati o krmiljenju s pomočjo računalnika in potrebni elektroniki, sploh če na tem področju nismo domači. Eden od dobrih nasvetov je gotovo ta, da na trgu najdemo elektronske sklope, ki so enostavni za sestavo, zanesljivi in preizkušeni.

Začnimo s pogonom osi ….

Motorji in gonilniki /(stepper motor driver)

Vsaka os potrebuje koračni motor in seveda gonilnik motorja, oziroma angleško stepper motor driver. Motor izberemo glede na  moč in navor, ki ga potrebujemo. V splošni uporabi so NEMA motorji, ki se delijo po zmogljivosti, s tem pa so določene tudi njihova mehanske dimenzije.

NEMA34 koračni motor

Standardni koračni motorji omogočajo rotacijo 1.8° na korak in potrebujejo za vzbujanje navitja specifično sekvenco, ki jo zagotovi gonilnik. Na trgu obstaja vrsta tako imenovanih stepper motor driver gonilnikov. Skupno jim je, da omogočajo enostavno krmiljenje koračnih motorjev s »step« (korak) in »direction« (smer) signalom. Nekateri gonilniki omogočajo tudi različne dodatne nastavitve kar zna biti za CNC stroj prednost. Med bolj  uporabnimi je microstepping, ki omogoča bolj gladko premikanje motorja, kar poleg tišjega in lepšega delovanja motorja pomeni tudi korake manjše od 1.8°. Najmanjši kot rotacije je tako določen z faktorjem 1.8°/microstepps. Seveda je ob tem potrebno vedeti, da je za enako hitrost vrtenja motorja potrebno za faktor »microstepps » večje število »step« pulzov. Torej višja frekvenca krmiljenja, ki jo mora omogočati CNC krmilnik. Več o tem bo napisano v naslednjem poglavju.

 

Primer nastavitev za bolj napreden gonilnik koračnih motorjev

Povsem jasno je, da  potrebujemo za stepper driverje  DC  napajalno napetost. Običajno zadostuje za manjše motorje  24V ali celo 12V z močjo do 100W,  medtem ko pri večjih motorjih uporabimo 36V ali 48V napajalnike moči 300W in več. Izberemo novejše stikalne napajalnike swiching power supplies. Ti so manjši, imajo boljši izkoristek in so običajno že pripravljeni za vgradnjo. Izhodno moč napajalnika izberemo glede na karakteristike koračnega motorja, naših zahtev in števila osi, motorjev našega CNC stroja.

 

 

Izbira CNC krmilnika ( CNC controller)

Kot vmesnik med programsko opremo na računalniku in koračnimi motorji, torej za generiranje step in direction signalov, potrebujemo »možgane » našega CNC stroja. To je CNC krmilnik. Tukaj smo zopet prepuščeni pestri izbiri na trgu. Najdemo lahko od preprostih cnc controllerjev z osnovnimi funkcijam kot so step/dir signali in nekaj I/O priključki za branje stanja končnih stikal ter vklapljanje in izklapljanje relejev, do funkcionalno zmogljivejših s podporo za večje število osi, priključitve enkoderjev in tako naprej. Prav tako, lahko izberemo tudi  glede na to kako se bomo povezali na računalnik. Prek LPT porta, kar je že postalo zgodovina oziroma novejše opcije kot so na primer USB ali Ethernet.

 

Širok nabor CNC krmilnikov na spletu

Ena izmed bolj popularnih CNC controller plošč glede na tuje CNC  forume in glede razmerja cena/kvaliteta je USB CNC controller PoKeys57CNC. Plošča podpira do 8-osi s hitrostjo korakov maksimalno do 125 kHz na posamezen koračni motor. Hkrati ima Ethernet priključek in podporo za priključitev pendanta, enkoderjev, končnih stikal, pwm izhoda in še kar nekaj dodatnih uporabnih funkcij. Vse skupaj se lahko programira in je  primerno za uporabo z Mach3 ali Mach4  SW programom ….  Skratka vredno razmisleka pri izbiri.

 

Stikala in dodatne funkcije za CNC stroj

Do sedaj opisano je nekako osnova oziroma minimalno kar je potrebno za premikanje osi našega CNC stroja. Vsekakor moramo dodati še eStop (emergency stop ) in kakšno končno stikalo, ki nam bo služilo predvsem za varnost in kot pomoč pri nastavitvi začetnega položaja osi CNC stroja. Za končna stikala lahko uporabimo običajna namenska mehanska stikala, ki jih ustrezno namestimo, oziroma še bolje je če za stikala uporabimo induktivne PNP ali NPN senzorje. Ta sicer potrebujejo zunanje napajanje vendar pa delujejo brezstično in zanesljivo.

Pri na primer cnc stroju za plazemski razrez pločevine je priporočljiva uporaba sistema THC– torch height controller. Ta poskrbi za avtomatski nadzor višine gorilnika, ki je pomembna za optimalen in čisti rez. Princip delovanja temelji na meritvi napetosti plazemskega loka. Izmerjeno napetost cnc controller uporablja za spreminjanje položaja Z- osi na način, da vzdržuje čim bolj stabilno konstantno napetost plazme. Napetost plazemskega loka je namreč sorazmerna razdalji med gorilnikom in pločevino.

 

THC -Merjenje napetosti plazemskega loka in popravljanje nivoja gorilnika

Pri CNC stroju za plazemski razrez  pomembno vlogo igra tudi sondiranje (probing). Uporablja se za določitev višine gorilnika, kjer se aktivira plazma. Če omenim dva najbolj pogosta načina sondiranja sta to ohmsko in stikalo z lebdečo glavo (floating head switch). Ohmsko se lahko izkaže kot problematično ali neprimerno pri močno oksidirani oziroma lakirani pločevini.

Dodatna zaželena oprema, ki vam lahko polepša in olajša delo na CNC stroju je frekvenčni pretvornik za špindel, katerega namen je kontrolirati hitrost vrtljajev orodja (rezkalnika ali svedra) oziroma vrtljajev obdelovanca pri CNC stružnici. Sodobni frekvenčni pretvorniki omogočajo natančno nastavitev vrtljajev na minuto pri čemer uporabljajo napetostni vhod, običajno 0-10V, za nastavitev obratov.