CNC Project

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FAQ

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CNC "computer numerical control"

 

le cnc sono macchine governate da un computer, il computer tramite un software di controllo muove i motori dei 3 assi della macchina permettendo alla fresa o al tornio di seguire il profilo del pezzo programmato, il software gestisce i finecorsa e tutti i servizi acqua, luci, aspirazione, evaquatore truccioli, ecc....

nel professionale il controllo numerico trova svariate applicazioni controlla torni, frese, presse...

Il software

Ogni macchina a cnc ha un programma che la governa...

i software rivolti al cnc hobbistico hanno delle impostazioni da settare la prima riguarda i pin della seriale ogni scheda di controllo riceve dai pin della seriale dei segnali Step e dir, il dir dice alla scheda di controllo di far avanzare di un passo il motore, il segnale dir da il senso di rotazione orario, o anti orario, nella documentazione fornita con la scheda viene spiegato come settare i pin nel software di controllo, i pin sono le uscite della seriale ovvero quei piccoli punzoni presenti nella presa seriale del computer sono numerati e vanno configurati in modo da far sapere al software quali pin deve usare per comunicare i segnali alla scheda.

Dopo aver configurato i pin si imposta la velocità di avanzamento dei motori il tutto va impostato in modo da ottenere un'equlibrio tra meccanica e elettronica se impostiamo una velocità troppo elevata il motore "perde passi" ovvero si ferma non riuscendo a soddisfare la velocità richiesta dalla scheda goveranta dal programma, il software non sa che il motore si è fermato e prosegue a leggere il G-code e a inviare segnali alla seriale il motore non potendo recuperare i passi persi produce un pezzo di scarto non conforme a ciò che abbiamo programmato...

impostando la velocità giusta il motore riesce a seguire le richieste del software e se non "perde passi" produce un pezzo conforme al nostro programma...

ogni motore passo passo ha delle carateristiche di coppia e velocità massima a determinate velocità ed esprime la massima coppia e potenza a una deteminata velocità un motore M23 da 2A fino a 100 giri al minuto esprime la sua massima potenza e coppia superando questa velocità coppia e potenza crollano, funziona un pò come un motore diesel tanta coppia ai bassi ma la coppia crolla nei alti regimi....

solo con la pratica si trovano le giuste impostazioni.... il software di controllo deve sapere quanti passi deve inviare alla seriale per far avanzare l'asse seguendo le quote scritte nel G-code del programma, per dire al software di quanto si sposta l'asse per ogni passo inviato alla seriale dobbiamo sapere quanti passi compie il motore per ruotare di 360° e il passo della madrevite che fa avanzare il carro se montiamo un passo passo da 200 passi/giro e lo colleghiamo a una madrevite passo uno ogni volta che il motore ruoterà di un passo il carro avanzerà di 0.005 per ottenere questa misura occore dividere il passo della vite per il numero di passi del motore (1/200=0.005)

IL seguente video guida mostra come impostare mach 3 per lavorare con una macchina tagliapolistirolo a 4 assi...


Il G-code

il g-code è il codice scritto dall'operatore per dire alla machina cosa deve eseguire, il codice è estreamente breve per permettere alla macchina di produrre nel minor tempo possibile riducendo i tempi di fermo....

i codici G sono riservati al movimento dei assi e controllano i cicli di foratura filettatura ma nel cnc amatoriale non sono implementati..

i codici M sono riservati ai servizi come avviare la pompa dell'acqua, l'evaquatore, la luce dell'area di lavoro, ecc...

il codice X Y Z C seleziona l'asse che si intende usare il C riguarda il mandrino...

il condice N10 N20 N30 indica il numero della riga del programma certi programmi la chiedono altri no...

il + o il - dei assi è riferito allo zero pezzo...

il programma scritto nella machina è riferito allo zero pezzo, lo zero pezzo è il punto dove l'utensile tocca il pezzo nei 3 assi X Y Z da questo punto le quote scritte con il carattere meno (negative) andranno a fresare il pezzo mentre le quote scritte in positivo saranno fuori dal pezzo...

il codice G0 (rapido) muove uno o più assi verso il punto descritto il più velocemente possibile

esempio:

N10 G0 X0.0 Y0.0 Z0.0

questa riga di codice porta i 3 assi della fresa verso lo zero pezzo il + rapidamente possibile

il codice G1 (lavoro) è affiancato dalla lettera F (feed avanzamento) muove uno o più assi alla velocità specificata dopo la lettera F

esempio:

M103//accende il madrino 1 e lo fa ruotare in senso orario

N10 G0 X10.0 Z3.0 Y10.0// porta la fresa sopra il pezzo

N20 G1 Z-10.0F100.0// pratica un foro profondo 10mm

N30 G0 Z10.0 //si stacca in rapido dal pezzo salendo di 10mm sopra lo zero pezzo.....

i codici M variano a seconda del programma utilizzato i codici g sono universali....

un cad permette di disegnare sul computer il pezzo da reallizzare una volta inserite nel cam le misure del pezzo grezzo il cam lo confronta con il pezzo finito dopo aver inserito le dimensioni dell'utensile che vogliamo utilizzare calcola il percorso utensile necessario per reallizzare il pezzo grazie al cad e al cam è possibile evitare di scrivere il G-code nei pezzi complessi un programma può raggiunere 100.000 righe di codice un cam lo scrive senza errori in pochi minuti su un pc potente...



La scheda di controllo...

In base la meccanica della vostra macchina va scelta una scheda più o meno potente: se dovete cnczzare una fresa da 1 tonnellata serve una scheda ingrado di sopportare motori da 6Amper mentre se avete una fresa in legno una elettronica da 2A è sufficiente, in commercio ci sono schede ingrado di pilotare 2, 3, 5, assi...

dipende da quale macchina volete reallizare...

Al mometo esistono diverse schede amatoriali in commercio pronte all'uso o in kit di montaggio su internet esiste la possibilità di realizzare la scheda in casa, scaricando schemi e maschere pronte per la fotoincisione...

la Cnc 3AX è possibile acquistarla pronta all'uso, oppure è possbile farsela in casa, sul sito del costruttore è possibile scaricare le maschere per la fotoincisione, il sito del costruttore con tutta la documentazione per realizzare la cnc 3AX in casa si trova QUA.. l'ho costruita 3 anni fa spendendo 70€uri....

volendo spende qualche €uro si può optare per delle schede pronte all'uso La Bee hobby è un'ottima scheda a 4 assi in vendita QUA....

su internet e su ebay si possono trovare numerose schede dedicate al cnc amatoriale... il vdeo mostra una cnc 3AX all'opera...




 


I Motori passo passo

I motori passo-passo, spesso chiamati anche step o stepper, sono considerati la scelta ideale per tutte quelle applicazioni che richiedono precisione nello spostamento angolare e nella velocità di rotazione, quali la robotica ed i servomeccanismi in generale.

  • È possibile realizzare azionamenti di precisione controllati da computer in catena aperta, cioè senza utilizzare sensori di posizione o di velocità. Sono quindi utilizzabili con relativa semplicità e senza richiedere particolare potenza di calcolo.

  • Hanno un'elevata robustezza meccanica ed elettrica: infatti non esistono contatti elettrici striscianti e, se necessario, possono essere realizzati anche in ambiente completamente stagno.

  • È facile far compiere all'albero piccole rotazioni angolari arbitrarie in ambedue i versi e bloccarlo in una determinata posizione.

  • La velocità di rotazione può essere molto bassa anche senza l'uso di riduttori meccanici.

  • Hanno molto spesso momento d'inerzia piuttosto bassa.

Difetti:

  • Richiedono sempre circuiti elettronici per il pilotaggio, in genere di tipo digitale.

  • Hanno un funzionamento a scatti e producono vibrazioni, soprattutto ai bassi regimi e se si adottano le tecniche di pilotaggio più semplici.

  • Il loro rendimento energetico dipende dalla tecnologia costruttiva adottata, la potenza meccanica espressa comecoppia e misurata in Nm "Newtone per metro", a parità di assorbimento in corrente, dipende spesso dal tipo di pilotaggio elettrico/elettronico adottato.

  • Permettono una velocità di rotazione massima intorno a 1000-1500 rpm. Esistono tuttavia motori che raggiungono i 4000-5000 rpm tramite sistemi di retroazione ad anello chiuso. La loro caratteristica di coppia tuttavia scende quasi esponenzialmente al crescere della velocità.

Il principio di funzionamento

I motori passo-passo sono motori che, a differenza di tutti gli altri, hanno come scopo quello di mantenere fermo l'albero in una posizione di equilibrio: se alimentati si limitano infatti a bloccarsi in una ben precisa posizione angolare.

Solo indirettamente è possibile ottenerne la rotazione: occorre inviare al motore una serie di impulsi di corrente, secondo un'opportuna sequenza, in modo tale da far spostare, per scatti successivi, la posizione di equilibrio.

È così possibile far ruotare l'albero nella posizione e alla velocità voluta semplicemente contando gli impulsi ed impostando la loro frequenza, visto che le posizioni di equilibrio dell'albero sono determinate meccanicamente con estrema precisione.

La costruzione elettromeccanica

Il rotore appare come una coppia di ruote dentate affiancate e solidali all'albero (i "denti" sono chiamati coppette) costituite da un nucleo magnetico (le due ruote sono permanentemente magnetizzate, una come NORD, l'altra come SUD) e le coppette in materiale ferromagnetico il numero di denti è variabile ma 50 è in assoluto il più frequente. Tra le due ruote è presente uno sfasamento esattamente pari ad 1/2 del passo dei denti: il dente di una delle due sezioni corrisponde quindi alla valle dell'altra. Nel rotore non sono presenti fili elettrici e quindi manca completamente ogni connessione elettrica tra la parte in movimento e quella fissa. In genere il rotore è montato su cuscinetti a sfera, anche nei modelli economici.

Lo statore appare come il classico insieme di avvolgimenti ed il circuito magnetico è costituito da 4 o, più frequentemente, 8 "espansioni polari" (otto in quello mostrato fotografia). All'interno dello statore sono presenti piccoli denti che si affacciano esattamente a quelli del rotore o meglio, sono esattamente affacciati al rotore solo il gruppo di denti appartenenti ad una espansione polare e a quella opposta; le altre coppie sono sfalsate rispettivamente di 1/4, 1/2 e 3/4 del passo dei denti. Avvolti intorno ai poli magnetici dello statore ci sono i fili che, opportunamente percorsi da corrente, generano il campo magnetico.

All'esterno sono evidentemente presenti le alimentazioni dei vari avvolgimenti; in pratica le fasi possono essere avvolte secondo due schemi:

  • Sono presenti due soli avvolgimenti (avvolti su più espansioni polari) e quindi all'esterno arrivano due sole coppie di fili: in questo caso si parla di motori bipolari in quanto la corrente dovrà percorrere le fasi nei due versi al fine di creare gli opportuni campi magnetici.

  • Sono presenti quattro avvolgimenti avvolti a coppie, in antiparallelo, sulle espansioni polari; all'esterno arrivano almeno cinque fili (spesso sono infatti presenti delle connessioni interne al motore tra le varie fasi). Si parla in questo caso di motori unipolari in quanto la corrente nella singola fase ha sempre lo stesso verso. È possibile creare due campi magnetici opposti semplicemente scegliendo in quale dei fili debba passare la corrente.

Una tipologia particolare di motore passo-passo è utilizzabile sia in configurazione unipolare che bipolare: si tratta di quelli a 6 o 8 fili.

Il numero di differenti posizioni di equilibrio presenti in una rotazione completa dell'albero è in genere indicato come passi per giro e dipende del numero dei denti del rotore e dai poli dello statore, non dal numero di fili uscenti o dal numero delle fasi, questo numero è spesso stampato sul contenitore ed espresso in gradi.

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dando tensione all'elettromagnete numero 1 il campo magnetico generato allinea i magneti permanenti del rotore con i magneti dell'elletromagnete 1

si spegne elettromagnete numero uno e si accende il numero 2 a questo punto i magneti permanenti del rotore ruotano verso l'eletromagnete numero 2 facendo compiere al rotore una rotazione 3.6 gradi...

Si spegne elettromagnete numero 2 e si accende il numero 3 facendo ruotare il rotore di altri 3.6°

Si spegne il 3 e si accende il quarto facendo ruotare il rotore di altre 3.6°

in questo esempio ripetendo le 4 figure 100 volte si ottiene una rotazione 360° dell'albero motore.....

questi video mettono in pratica i disegni postati sopra...

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