Pantografo con doppia vite, servo DC, encoder lineari, Kflop

Sezione dedicata alla tua CNC: Costruzione, descrizione, foto, accorgimenti ed errori di progettazione.
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Zebrauno
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Pantografo con doppia vite, servo DC, encoder lineari, Kflop

Messaggio da Zebrauno » sabato 20 luglio 2013, 14:09

Inizio il topic perfettamente consapevole che ci vorranno mesi, forse anni prima che questo progetto inizi a muoversi.
Ma visto che ne ho bisogno faro' in modo che si tratti di mesi :mrgreen:

La prima "pietra" e' la vite per l'asse Z: una 16x4 rettificata in classe C1 con chiocciola precaricata su cuscinetti NSK.
Sara' probabilmente l'unica delle viti rettificate che potro' permettermi ma visto che uso spesso le cnc come macchine da rilievo usando i miei tastatori meccanici ho deciso di dare alla Z la massima qualita' possibile.
Il motivo per cui ho scelto una classe C1 deriva dall'intenzione di costruire una Z estremamente compatta, con il minor sbalzo possibile, dunque potrei non avere lo spazio per montare una riga ottica convenzionale e dovrei affidarmi ad un motore in trazione diretta con encoder sull'asse (ecco perche' la classe di precisione della vite diventa fondamentale).


Gli altri dati sulla macchina da realizzare:

- corsa asse X >= 800mm
- corsa asse Y >= 1500mm
- corsa asse Z: da definire, compresa tra 150 e 200mm, sino ad un massimo di 300mm se mi decido a creare anche la testa rotativa abbinata ad una tavola girevole di grandi dimensioni sul piano macchina.

Movimentazioni:
- X: motore servo DC da 400W su vite 16x5 o 20x5 in riduzione 1,5:1
- Y: idem, con motore da 550W su vite 16x5 (chiocciola rotante, vite tesa) con riduzione 1,5:1
- Z: idem, con motore da 400W su vite 16x4 con riduzione da 1,6:1, oppure motore da 550W accoppiato in diretta.

Guide:
- e' la parte piu' costosa di tutto il progetto, cerchero' di usare lineari Hiwin con sezioni 25 per Y, 20 per X e Z. Carrelli doppi per ogni guida.

Feedback:
- encoder lineari magnetici su X e Y, spazio permettendo riga ottica su Z, oppure guida con encoder incorporato (se ne trovo uno d'occasione ma solo per Z)

Controller (2 scelte)
- Colibri', chiudendo il loop di ogni asse sul rispettivo drive, oppure....
- Kflop, chiudendo il loop nella sua CPU in modo da avere un movimento sincronizzato tra tutti gli assi che includa anche le letture degli errori e le relative compensazioni.
Per Kflop ho gia' scritto tutti i codici di programmazione, Colibri' invece la uso da anni....la scelta sara' ardua.

Avrei potuto risparmiare molto usando motori stepper, ma questa macchina e' destinata a lavorazioni molto lunghe o su materiali non sacrificabili (rilavorazioni su esistente, rilievi 3D etc..) quindi non posso permettermi problemi di perdite passi, con la conseguente devastazione del lavoro svolto o acquisizione errata di un rilievo che magari e' andato avanti 24 ore.
Ho gia' avuto una cnc 1000x800 su stepper di qualita' ed ho tratto le mie conclusioni con cognizione di causa, dunque niente piu' stepper, certi errori sono un lusso che non mi posso piu' permettere.

Sicurezze:
- le stesse presenti sull'attuale cnc A3 in firma, dunque con limiti, home, protezioni termiche e sull'alimentazione, catena di sicurezza intrinseca sulla linea STOP per gestire gli errori dei driver, recepimento dei codici errore dall'inverter etc..

Ho sviluppato in questi mesi un sensore che misura l'ampiezza delle vibrazioni e ho intenzione di interfacciarlo in diretta sul controllo del Feedrate, per ridurlo in modo da restare sempre sotto una data soglia di vibrazione (in automatico).


Soldi permettendo questa macchina avra' il cambio utensile automatico, mi bastano 6-8 posizioni ma come sapete quello che costa e' il mandrino, e non posso usare soluzioni come i Kress modificati perche' voglio montare una ghiera almeno ER20 con pinze di precisione per l'uso di punte molto lunghe (sui 100mm) o bulini e frese da microforatura.


La struttura e' al vaglio da quasi 2 anni, sto ancora cercando il miglior compromesso tra scatolare in acciaio piegato cnc, profili in alluminio rettificati, combinazioni dei precedenti con armature e riempimenti in epoxy-granite.

Ho gia' i motori, la vite di Z ed i drivers servo...ormai il treno e' partito!

ciao
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Re: Nuovo pantografo con motori servo ed encoder lineari

Messaggio da Bender » sabato 20 luglio 2013, 16:19

Sono curioso...
Che tipologia di struttura geometrica hai intenzione di utilizzare? Il classico pantografo per minimizzare gli ingombri, o strutture più "importanti"?

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Re: Nuovo pantografo con motori servo ed encoder lineari

Messaggio da kon » sabato 20 luglio 2013, 17:04

Molto interessante, il fatto che sfrutterai determinati componenti per un uso specifico ti porterà  molta soddisfazione, ti seguo sicuramente, ciao.

Michele

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Re: Nuovo pantografo con motori servo ed encoder lineari

Messaggio da Zebrauno » sabato 20 luglio 2013, 22:50

Bender con un'area di lavoro come quella e lo spazio di cui dispongo non posso usare altre configurazioni, dunque di certo ci sara' il ponte mobile.
Cerchero' di limitare le lavorazioni critiche sulle parti strutturali (la cui precisione potrebbe pregiudicare il risultato finale) e mi sforzero' di inserire tutte le regolazioni possibili per correggere il setup geometrico....dopo anni di esperienze questi che sembrano dettagli trascurabili diventano invece necessita' essenziali.

Di certo concentrero' tutta la precisione possibile sull'asse Z, il porta mandrino sara' analogo a quello che uso ora...dunque con scorrimento in alto e in basso per i mandrini di tipo cilindrico raffreddati ad acqua.

Parto dalla Z per controllare meglio la gestione dei pesi, la catena cinematica mi sembra logico affrontarla dalla parte piu' leggera, sommando le leve baricentriche dei movimenti in modo da conoscere in iter le forze che si svilupperanno a parita' di sforzi di lavorazione.

Con soldi e spazio infinito, ed una fornitura trifase da 20kW, avrei progettato un ponte fisso con piano mobile lungo X, l'asse corto, ed una struttura monolitica da rinforzare con cemento armato.
Ma la realta' e' ben diversa, oltretutto per me e' fondamentale che la macchina rimanga trasportabile in un furgone, magari smontando solo il ponte, per tutte le operazioni di rettifica e verifica dimensionale presso i centri di controllo.

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Re: Nuovo pantografo con motori servo ed encoder lineari

Messaggio da ema_72 » domenica 21 luglio 2013, 8:31

ovviamente un post da seguire lettera dopo lettera per cercare di imparare qualcosa

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Re: Nuovo pantografo con motori servo ed encoder lineari

Messaggio da massimomb » domenica 21 luglio 2013, 8:58

Ciao Zebra, bel progetto, mi chiedevo se sapevi già  dell'esistenza di questi

http://www.zappautomation.co.uk/en/easy ... drive.html

http://www.zappautomation.co.uk/en/easy ... orque.html

e se alla luce del fatto che esistano, non riconsidererai l'uso degli stepper, dato che a questo punto, chiudendo l'anello, io non vedo possibili svantaggi nel loro utilizzo, semmai, l'errore di inseguimento di colpo diventa un non problema,tra gli altri vantaggi......

...ti seguo.

M.
"La struttura alare del calabrone, in relazione al suo peso, non è adatta al volo, ma lui non lo sa e vola lo stesso."

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Re: Nuovo pantografo con motori servo ed encoder lineari

Messaggio da Pedro » domenica 21 luglio 2013, 9:22

beh, da qualche parte l'avevo già  scritto e so che l'avevi letto: io non capisco l'uso dei servo per poi pilotarli in step/dir a meno che non si parli solo di velocità , allora si; ma tu parli di precisione ed accuratezza.....vai con un controller +-10 volts dammi retta. Per il resto sono d'accordo su tutto, quasi tutto :lol:

scherzo, e so che ci hai già  pensato a un bel gruppo di continuità  visto che lavorerai pezzi unici e delicati, interrompere qualsiasi cosa per un black-out non è saggio
"Ho controllato molto approfonditamente," disse il computer, "e questa è sicuramente la risposta. Ad essere sinceri, penso che il problema sia che voi non abbiate mai saputo veramente qual è la domanda."

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Re: Nuovo pantografo con motori servo ed encoder lineari

Messaggio da Zebrauno » domenica 21 luglio 2013, 13:03

Massimomb: ti ringrazio del consiglio e penso pure io che l'abbinata tra quei drive e degli stepper con encoder sarebbe un'ottima via. Per questo progetto devo pero' tener conto dei motori gia' disponibili (omaggiati dal caro Nocerino) e dei drive che gia' avevo preso in vista del loro utilizzo. Se avessi iniziato il progetto totalmente da zero avrei di certo considerato la via che hai suggerito anche perche' con quei drive si risparma tutto lo stadio di alimentazione e filtraggio.


Pedro: vedi sopra...avendo gia' i drive non mi restano altre scelte, a meno di pesanti investimenti. Devo anche dire che l'esperienza avuta usando quei drive in step+dir mi ha soddisfatto....so bene che l'uscita di un DAC a 12bit (4096 livelli tra -10 e +10) sarebbe l'optimum, come so anche che il sistema ideale e' basato su motori brushless AC...ma i soldi, Pedro....quelli devo dedicarli a quanto ancora non possiedo ovvero alla struttura :wink:

Gruppi di continuita': la piccola cnc A3 gia' adesso lavora sotto UPS servito da 2 batterie pb-gel da 12V 7Ah. Proprio il voler usare ancora una macchina capace di essere "portata" a spasso da un UPS di piccole dimensioni, quando serve, mi spige a mantenere le potenze dei motori sulla taglia che avete letto nelle specifiche.

Per ora l'UPS e' intervenuto una sola volta, da quando l'ho installato, per sopperire ad un calo di tensione a 140V che e' durato circa 1 secondo...ma che avrebbe di certo fermato la macchina e fatto scattare l'allarme di sottotensione sull'inverter del mandrino.

ciao

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Re: Nuovo pantografo con motori servo ed encoder lineari

Messaggio da Pedro » domenica 21 luglio 2013, 13:48

:) ma certo che ognuno di noi fa i conti, ci mancherebbe. Solo che, scusa ma non ricordo i tuoi motori e driver, quasi tutti i driver/servo hanno gli ingressi +-10 volts...dico quasi, e quasi tutti anche hanno lo step/dir, non tutti anche qui. Se i tuoi avessero gli ingressi analogici di velocità  allora faresti bene ad usare un controller analogico ecco, adesso mi sa che l'ho detta meglio :lol:
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Re: Nuovo pantografo con motori servo ed encoder lineari

Messaggio da Zebrauno » domenica 21 luglio 2013, 14:10

I motori sono dei Parvex, molto ben costruiti ed efficienti, mentre i drive sono gli ormai collaudatissimi su progetto di Marcosin, gli stessi che ho montato sulla mia cnc A3 ma modificati per avere maggior corrente di picco (12A invece di 6).
Non hanno ingresso analogico ma solo step+dir.
Quello che conta e' che ormai li conosco bene e so come calibrare il PID in modo ottimale quindi mi sento in qualche modo al sicuro su questa via, anche a livello di gestione delle interferenze.

Non fatevi problemi su critiche e consigli, quello che scrivete servira' anche agli altri utenti, i link di massimomb li ho gia' messi tra i preferiti e di certo salteranno fuoi molte altre chicche interessanti 8)

ciao
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Re: Nuovo pantografo con motori servo ed encoder lineari

Messaggio da Pedro » domenica 21 luglio 2013, 16:30

=D>

scelte ottime, vai come un fuso allora
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Re: Nuovo pantografo con motori servo ed encoder lineari

Messaggio da syntronik » lunedì 22 luglio 2013, 8:03

Ciao Zebrauno
ottimo il motore scelto, come driver su cosa ti sei orientato, i suoi originali, oppure quelli
che hai già  testato?
saluti
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Re: Nuovo pantografo con motori servo ed encoder lineari

Messaggio da Zebrauno » lunedì 22 luglio 2013, 9:17

Quelli che ho gia' testato, vanno benissimo con quei motori. A dire il vero ho provato quei drive pure con motori ad armatura piatta (Axem e Kollmorgen) che come sai hanno bassissima induttanza e resistenza di armatura: funzionamento perfetto.
In quel caso pero' la corrente di picco non sarebbe sufficiente poiche' le armature piatte richiedono picchi di amperaggio elevatissimi per garantire le loro accelerazioni fulminee.
Ho visto anche i drive di CNCDRIVE, i modelli con correnti piu' elevate (35A) hanno solo una sezione di potenza diversa dai modelli da 15 e 20, sono molto semplici da cablare e credo sarebbero stati anche loro un'ottima scelta.

ps: sopra non l'ho scritto ma la chiocciola rotante e' quella concepita da Syntronik!

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Re: Nuovo pantografo con motori servo ed encoder lineari

Messaggio da syntronik » lunedì 22 luglio 2013, 9:41

Ti ringrazio delle informazioni. Io volevo usare per i miei cnc, i driver di Marcosin.
Tempo fa lo avevo contattato, per chiedere se mi poteva vendere i driver, ma mi disse, che non avrebbe
prodotto per vendita, ma solo per disponibilità  esclusivamente a livello hobbystico.
Mi pare di aver letto nel forum, che venderebbe solo i chip, se fosse disposto a questo,
potrei acquistare una serie di chip, e farmi le schede, credi sia fattibile questo, questa è anche una domanda
rivolta anche a Marcosin, se legge questo massaggio.
Saluti
Maurizio
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Re: Nuovo pantografo con motori servo ed encoder lineari

Messaggio da Zebrauno » lunedì 22 luglio 2013, 11:30

Se ti riferisci al costruirle per uso personale di certo so che ti puo' vendere i chip programmati, ma per rifornire una produzione dovresti accordarti con lui, meglio se gli mandi un PM poiche' ultimamente partecipa di rado.

ciao

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