3D-CNC-Bearbeitungsmaschine: Unterschied zwischen den Versionen

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= Einführung =
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=Fachthemen=


== Achsensteuerung mit SPS ==
= Einführung =
 
Im [[Praktikum_Produktionstechnik | Praktikum "Produktionstechnik" des 7. Semesters]] im Studiengang Mechatronik (Schwerpunkt "Global Production Systems") wird an einem selbst konzipierten, entwickelten und weiterentwickelten 3D-Bearbeitungszentrum gearbeitet. In Kleingruppen á 2-3 Personen wird die Ansteuerung anhand von unterschiedlicher, in der Industrie und Mikrocontroller-Welt üblichen Automationshardware (Siemens, PHOENIXCONTACT, NationalInstruments, dSPACE, Arduino) selbst erstellt und programmiert. Dies schafft fundierte Kenntnisse über die Funktionsweise einer 3D-Maschine, wie z. B. einer 3-Achs-Fräse oder eines 3D-Druckers. Des Weiteren wurde begonnen, einen zentralen Steuerungs-Algorithmus in Matlab/Simulink zu entwickeln, der die drei Achsen mit ihren unterschiedlichen Treibern mit Zielvorgaben bzw. Koordinaten per [[Broadcast mit RS232]] versorgt.
== Achsensteuerung mit Echtzeitrechner ==
 
== Achsensteuerung mit µController ==
 
== Zentraler Steueralgorithmus ==
 
== Konstruktion ==
=== Aufgabe im Fachthema ===
 
Das Fachthema Konstruktion im Rahmen des Praktikums „Produktionstechnik“ umfasst die mechanische Planung und den Aufbau einer CNC-Maschine.  
Es geht hierbei um die Zusammenstellung von Anforderungen bezüglich einer 3-Achs-CNC-Maschine sowie die konstruktive Planung mittels CAD-Modellen und technischen Zeichnungen und die Umsetzung dieser Planung durch die Montage der Maschine.
 
=== Erste Überlegungen ===
Im ersten Schritt wurden Anforderungen an die Maschine, an den Werkzeughalter sowie den Werkstückhalter gesammelt und ein erster Entwurf der Maschine erstellt.


==== Anforderungen ====
Leitung: [[Benutzer:Mirekgoebel| Prof. Dr. Mirek Göbel]]
Die gesammelten Anforderungen sind im Folgenden erläutert.  
Um eine präzise Ausführung der Bewegungen zu realisieren, muss der Aufbau sowohl leichtgängig als auch verwindungssteif sein.
Da die Maschine von mehreren Generationen von Studenten genutzt werden soll, sollte die Bedienung einfach und intuitiv sein.
Um eine Flexibilität des Gebrauchs zu gewährleisten, sollte die Maschine möglichst leicht im Gewicht sein sowie (ggf. durch teilweise einfache Demontierbarkeit) gut transportierbar.
Das verwendete Material sollte korrosionsbeständig, preisgünstig sowie mit einfachen Mitteln zu bearbeiten sein. Das Material war zum großen Teil bei Projektaufnahme bereits vorhanden.
Der Werkzeughalter sollte erweiterbar sein, sodass keine Beschränkung auf zuvor geplante Werkzeuge vorliegt. Der Werkzeughalter sollte entsprechend entweder kompatibel oder leicht zu wechseln sein.
Durch eine gute Abriebfestigkeit soll eine hohe Genauigkeit sowie eine hohe Haltbarkeit erreicht werden.
Der Werkstückhalter sollte flexibel sein, sodass Werkstücke unterschiedlicher Form und Größe eingespannt werden können. Außerdem muss er nach Gebrauch leicht zu reinigen und gut transportierbar sein.


==== Erster Entwurf ====
= Weitere im Rahmen von Sonderthemen für das Praktikum entstandene Artikel =
In einem ersten Entwurf wurden zunächst verschiedene Möglichkeiten aufgezeigt, um eine 3-Achs-CNC-Maschine zu konzipieren.
*[[Schrittmotor]]
Generell gibt es die Möglichkeit, einen Tisch unterhalb eines Portalbalkens zu verfahren. Der Tisch stellt dabei die X-Achse dar. An dem Portalbalken sitzt die zweite Achse, welche im 90Grad-Winkel zur X-Achse verfährt und die Y-Achse darstellt. Auf dieser Y-Achse sitzt wiederum im 90Grad-Winkel die Z-Achse, welche senkrecht zur X-Achse steht.
*[[Schrittmotoransteuerung mit Gecko Drive]]
*[[Mikrocontrollerboard Arduino Mega 2560]]
Alternativ kann man ein in X-Richtung fahrbares Portal erzeugen, welches an einem feststehenden Tisch entlangfährt. Vorteil bei dieser Variante ist der geringere Platzbedarf und damit die bessere Ausnutzung der Linearachsen für die X-Achse. Nachteil ist, dass für eine ausreichende Steifigkeit das Portal stabiler ausgeführt werden muss, als dies bei einem feststehenden Portal nötig wäre.
*[[Automatisierungssystem SPS SIMATIC S7-300]]
Da sämtliche Linearachsen bereits vorhanden waren und möglichst gut ausgenutzt werden sollten, entschied man sich für ein fahrbares Portal, bei welchem dieses an einem rechteckigen Grundrahmen vorbeifährt und damit die X-Achse darstellt.
*[[Automatisierungssystem dSpace DS1104 R&D Controller Board]]
*[[Ansteuerung des Mitsubishi Roboters]]
*[[3D-Druck mit dem German RepRap X400]]
*[[Baukasten Automatisierung]]
*[[Entwicklung und Bau von Roboterzellen für Delta-Roboter]]
*[[2D-Styroporschneidewerkzeug für 3D-CNC-Bearbeitungsmaschine]]
*[[Computer_Aided_Manufacturing_(CAM)#Fr.C3.A4ser_und_ihre_Parameter_zum_Fr.C3.A4sen_von_unterschiedlichen_Materialien]]


Der generelle Aufbau der Maschine wurde in einem CAD-Modell erstellt. Mit hochkant angeordneten Aluminiumprofilen mit den Außenabmessungen 160x40mm wurde ein kastenförmiger Grundrahmen zusammengesetzt. Seitlich an den Längsseiten sitzen die Linearantriebe für die x-Achse. Diese sind an beiden Seiten angeordnet, um ein Verkanten des Portalbalkens bei außermittiger Krafteinwirkung zu verhindern. Der Kasten wird durch zwei weitere Aluminiumprofile versteift.  Seitlich an den beiden X-Achsen-Linearantrieben werden senkrechte Aluminiumprofile montiert, welche einen waagerechten Portalbalken aufnehmen. Auf diesem ist der Linearantrieb der Y-Achse montiert, welcher wiederum den Linearantrieb der Z-Achse aufnimmt.
=Fachthemen für die Kleingruppen =


=== Detaillierung ===
==Ansteuerung:==
==== CNC-Maschine ====
Der beschriebene Aufbau wurde im Weiteren detailliert und ergänzt. 


==== Werkzeug- und Werkstückhalter ====
*[[Ansteuerung einer Schrittmotor-Achse mit Siemens SIMATIC S7-300 SPS]]
==== Platte für Steuerungseinheiten ====
*[[Ansteuerung einer Schrittmotor-Achse mit PHOENIXCONTACT AXC 1050]]
Da für die Maschine die Steuerungseinheiten mit Treibern, Kühlern und Netzteilen benötigt werden, wurde eine Platte konzipiert, die genügend Platz für alle benötigten Elemente bietet.
*[[Ansteuerung_einer_Schrittmotor-Achse_mit_dSpace_DS1104 und_Matlab/Simulink]]
Es handelt sich hierbei um eine 80x50cm große Holzplatte. Um  einen optimalen Wärmetransport zu realisieren, wurden die wärmsten Bauteile am oberen Ende der Platte angebracht. die Geckos und Kühler Aluminiumwinkel
*[[Ansteuerung einer Schrittmotor-Achse mit Mikrocontrollern am Beispiel eines Arduino-Mega]]
Eine Darstellung der Platte inklusive aller zu montierenden Elemente ist der Abbildung? zu entnehmen
*[[Ansteuerung einer Schrittmotor-Achse mit NI Labview]]
*[[Zentraler Steuerungsalgorithmus für ein 3-Achs-CNC-Bearbeitungszentrum]]
*[[Zentraler Steuerungsalgorithmus für ein 3-Achs-CNC-Bearbeitungszentrum mit Matlab/GUIDE]]
*[[Computer Aided Manufacturing (CAM)]]


=== Stückliste & Montageanleitung ===
==Konstruktion:==
==== Stückliste ====
*[[Konstruktion eines 3-Achs-CNC-Bearbeitungszentrums]]
==== Montageanleitung ====
*[[Weiterentwicklung eines 3-Achs-CNC-Bearbeitungszentrums mit neuen Spindelantrieben]]
*[[Erweiterung/Fehlerbehebung an dem 3-Achs-CNC-Bearbeitungszentrums und Konstruktion eines Außengehäuses]]
*[[Konstruktion, Fertigung und Inbetriebnahme eines Rundtisches (4.Achse)]]
*[https://www.igus.de/energieketten/wiki/montage/grosse-energieketten igus Energiekette Montageanleitung]


=Linksammlung=
=Linksammlung=
* Fräsmaschine im Eigenbau, sehr schick [http://der-frickler.net/technik/frickelfraese]
* Fräsmaschine im Eigenbau, sehr schick [http://der-frickler.net/technik/frickelfraese]
* ...
* Eigenbau einer Maschine für weniger als 1000€ [http://www.tron-cnc.de/]
* Tolle Aufstellung G-Codes:
** https://www.maschinfo.de/CNC-G-Code
** https://www.machiningdoctor.com/gcodes/
** https://www.rapiddirect.com/de/blog/g-and-m-codes/
* "open-hardware"-Projekt [http://www.shapeoko.com/wiki/index.php/Main_Page]
* Tipps fürs die Holzverarbeitung [https://www.holzwerken.net/tipps-tricks]

Aktuelle Version vom 2. September 2024, 15:27 Uhr


Einführung

Im Praktikum "Produktionstechnik" des 7. Semesters im Studiengang Mechatronik (Schwerpunkt "Global Production Systems") wird an einem selbst konzipierten, entwickelten und weiterentwickelten 3D-Bearbeitungszentrum gearbeitet. In Kleingruppen á 2-3 Personen wird die Ansteuerung anhand von unterschiedlicher, in der Industrie und Mikrocontroller-Welt üblichen Automationshardware (Siemens, PHOENIXCONTACT, NationalInstruments, dSPACE, Arduino) selbst erstellt und programmiert. Dies schafft fundierte Kenntnisse über die Funktionsweise einer 3D-Maschine, wie z. B. einer 3-Achs-Fräse oder eines 3D-Druckers. Des Weiteren wurde begonnen, einen zentralen Steuerungs-Algorithmus in Matlab/Simulink zu entwickeln, der die drei Achsen mit ihren unterschiedlichen Treibern mit Zielvorgaben bzw. Koordinaten per Broadcast mit RS232 versorgt.

Leitung: Prof. Dr. Mirek Göbel

Weitere im Rahmen von Sonderthemen für das Praktikum entstandene Artikel

Fachthemen für die Kleingruppen

Ansteuerung:

Konstruktion:

Linksammlung

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