Ansteuerungsbox für CNC-Maschinen

Vollständig zusammengebaute Box

Autor: Phillip Blunck
Betreuer: Prof. Dr.-Ing Mirek Göbel
Hauptseite: Studentische Arbeiten

Thema

Thema dieser Projektarbeit ist die Entwicklung und der Bau einer Ansteuerungseinheit "3D-CNC-BOX" für CNC-Maschinen wie einer 4-Achs-Fräse oder einem 3D-Drucker.

Ziel

Die Ansteuerungseinheit soll für die CNC-Fräsmaschine von Prof. Göbel und dem 3D-Drucker "GermanRepRap-X400" eingesetzt werden. Ziel ist der schnelle Wechsel zwischen den Maschinen und eine Steuerung für die geplante Umrüstung der Hochschul CNC-Maschine.

Aufgabenstellung

Als Projektrahmen wurden folgende Aufgaben gestellt:

1. Recherche
   1. Existierende Möglichkeiten
   2. Existierende Konfigurationen
2. Entwicklung
3. Beschaffung der Komponenten
4. Zusammenbau und Inbetriebnahme
5. Dokumentation
6. Erstellen eines Wikiartikels

Lösung der Aufgabenstellung

Dimetrische Ansicht der 3D-CNC-BOX (CAD Entwurf)

Einführung

Als Hauptansteurerungseinheit für 3D-Drucker wurde das Controllerboard "PiBot" ausgewählt, da es folgende Vorteile bietet:

• modulare Komponenten (Schrittmotortreiber, Sensoren)
• Schrittmotortreiber bis 2.4 A Phasenstrom
• Autolevelingsensor
• Open-Source-Software
• Unterstützung von 2 Extruder

Für die CNC-Fräse wurde als Lösung "LinuxCNC" verwendet, da keine weitere Open-Source-Software für den Betrieb von 4-Achsen existiert. Demnach wurde eine parallele Schnittstelle verbaut, welche mit dem LinuxCNC-PC verbunden wurde. Die parallele Schnittstelle wurde außerdem mit den Schrittmotortreiber verbunden, sodass die geforderten Achsen angesteuert werden können.

Alle Komponenten wurden in einem selbstentwickelten Acrylglasgehäuse verbaut.

Funktion

Die 3D-CNC-BOX kann für den Einsatz von 3D-Druckern oder 4-Achs-CNC-Fräsen eingesetzt werden. Alle Komponenten werden mit Hilfe von Steckverbindern an die Box angeschlossen, sodass ein schneller Wechsel der Maschinen möglich ist.

Ansteuerung über PiBot

Pin-Belegung der Schrittmotoren-Buchse

Kabelfarbe	Belegung (Output Schrittmotortreiber)
Braun	A/
Schwarz	B/
Blau	B
Weiß	A

Uploaden der Firmware

Zunächst müssen alle Treiber installiert werden. Diese können unter folgendem Link heruntergeladen werden. Anschließend muss die Firmware von der Herstellerseite heruntergeladen werden. Danach kann die Firmware "PiBot.ino" geöffnet und mit dem vorhandenen Arduino-Programm auf das Board hochgeladen werden. Jedoch muss darauf geachtet werden, dass der richtige Serial Port und das korrekte Board in der Arduino IDE ausgewählt wurde. Bei Bedarf kann die Header-Datei "OnePageConfigure.h" individuell auf die Parameter des 3D-Druckers angepasst werden.

PiBot 3D-Drucker Software

Der Hersteller PiBot stellt eine eigene Software zur Verfügung, um Werkstücke zu fertigen. Das Programm enthält des Weiteren einen Slicer und ist somit Einsteigerfreundlich gestaltet. Außerdem können im Programm auch Einstellungen wie z.B. Parameter des Drucker eingestellt werden.

Ansteuerung über LinuxCNC

Pin-Belegung der Sub-D-25-Buchse

Sub-D-25-Buchse

Verkabelte Buchse

Pin-Nr.	Belegung
1	frei
2	Step X-Achse
3	Direction X-Achse
4	Step Y-Achse
5	Direction Y-Achse
6	Step Z-Achse
7	Direction Z-Achse
8	Step Rotationsachse
9	Direction Rotationsachse
10	frei
11	frei
12	frei
13	frei
14	frei
15	frei
16	frei
17	frei
18	Ground
19	Ground
20	Ground
21	Ground
22	Ground
23	Ground
24	Ground
25	Ground

Anschlussplan