Pronta per fresare! CNC A3 con servo DC e Colibri'

[Zebrauno]

Dopo una sequenza di avviamento degna del lancio di un razzo vettore oggi ho finalmente messo in moto una piccola cnc su cui lavoravo in questi mesi.

La meccanica deriva da una Gears che ho acquistato usata qualche mese fa da Kon.
All'epoca ero rimasto senza cnc ed avevo dei progetti da ultimare velocemente cosi' approfittai della disponibilita' di questa meccanica, molto solida e ben concepita, per allestire subito un mulo da far sgobbare senza pieta'.
Il caso pero' volle che potessi disporre di un centro di lavoro per terminare i miei progetti, cosi' ho deciso di dedicare piu' attenzioni a questa cnc cercando di allestirla senza trascurare niente, in modo da farne un valido strumento di lavoro.
Ovviamente ho approfittato del centrino per tastare e dare qualche "pelatina" in modo da correggere ogni minimo difetto geometrico.

Ho voluto cogliere l'occasione per implementare un sistema servo basato sui drivers progettati e descritti sul forum dall'utente Marcosin, in modo da sperimentarli personalmente su una configurazione classica.

Mentre smontavo la meccanica pezzo per pezzo per verificare gli allineamenti, ed apportare le necessarie correzioni, mi sono dedicato alla parte elettronica.

Ecco cosa ho buttato nel calderone:
- 3 drivers per motori servo DC, con ingresso per encoders in quadratura e segnali STEP DIR (https://www.cncitalia.net/forum/viewtopi ... r+servo+dc
- 2 motori servo DC Electrocraft E240 con encoder da 512 cpr (2048 impulsi in quadratura per giro)
- 1 servo DC E242, la versione maggiorata dotata di freno elettromeccanico, con encoder da 2000 cpr (8000 impulsi per giro in quadratura)
- alimentatore da 60V dc 10A per i motori
- stadio di filtraggio da 33'000 microF 80V(sono 33 condensatori Nichicon 80V 105° da 1000 uF in parallelo)
- alimentatore da 12V dc 3A per la logica, i rele', le spie etc..
- condensatore da 47'000 microF 25V
- Colibri' (controller USB con cpu onboard)
- vari rele' per telecomunicazioni dedicati alla logica (bassissimo assorbimento), altri classici per le utenze a 220V
- vari led
- fibre ottiche per uso illuminotecnico
- ventole
- connettori di ogni genere

Tutto dentro un rack standard, pienamente consapevole che per non impazzire nella distribuzione degli spazi e nei passaggi dei cavi mi sarebbe servito un volume almeno doppio, ma l'ingombro ridotto all'osso era un vincolo che mi ero imposto da subito.

Allego qualche foto.

[leopiro]

Grande Zebra,la batteria di condensatori è mitica ....
Aspettiamo il resto ovviamente

[Zebrauno]

(Gia' Leopiro, questa e' una soluzione presa direttamente dal campo audio esoterico, piu' costosa/laboriosa ma motivata)

A parte il muovere i motori a cui e' collegata un'elettronica di controllo "dovrebbe" integrare delle funzioni di sicurezza sia per consentire l'arresto immediato per volonta' dell'utente (il fungo di ESTOP) che in caso di problemi elettromeccanici.

Descrivo brevemente le funzioni di sicurezza che per il momento ho implementato:

- Fault seriali: se anche un solo driver dovesse rilevare problemi sul motore (errore eccessivo, sovracorrente etc..) la sua condizione di Fault romperebbe la catena. E' gestito da alcuni rele' NC che sono in serie alla catena dell'ESTOP.

- sovra-temperatura nel cabinet: superati i 70° i drivers non ricevono piu' l'alimentazione di potenza. Oltre gli 85° si disconnettono gli alimentatori.

- sovra-temperatura sui motori: oltre i 75° viene tagliata l'alimentazione del motore, il termistore e' sul corpo del motore piu' grande, quello incassato sotto il piano. Se interviene il distacco il driver rileva un errore di posizione, scatta il Fault, tutto si blocca.

- resistenza di frenatura sovradimensionata: l'inverter e' da 0,75 kW, il motore da 0,8kW, la resistenza e' da 1,6kW. Questo consente di arrestare il motore entro 2" anche quando gira a 24'000 rpm, senza bisogno di raffreddamento forzato.

- Errore generico sull'inverter: il rele' di bordo sull'inverter Fuji Frenic puo' essere programmato per attivarsi nell'evento di una condizione di errore particolare (sono circa 20) o per una qualsiasi. L'ho impostato in questa modalita'. Il rele' e' nella catena dell'ESTOP come contatto NC. Le condizioni di errore piu' importanti coperte sono:

- eccesso di corrente assorbita dall'elettromandrino
- calo di tensione
- inefficacia della resistenza di frenatura
- usura dei condensatori di interstadio

- mandrino avviato-arrestato per via logica da Colibri': questo si integra con il dialogo tra controller e inverter.

Il software di controllo dei drivers, SmTuningTool, permette di impostare una soglia di corrente assorbita dal motore, ed un tempo di superamento, in modo da poter limitare ( di fatto) la spinta massima di ogni asse.

Questo significa che se vogliamo lavorare con una fresetta da 0.5mm non c'e' bisogno di lasciare che i motori possano imprimere 200kg di spinta al mandrino (per esempio), e dunque in caso di collisioni possiamo ridurre l'entita' dei danni.


Dulcis in fundo: sensori di Home e limiti rigorosamente meccanici (microswitch e limit-switch industriali), e per puro caso ho avuto il tempo di forare e maschiare tutta la meccanica per dotarla di soglie di intervento regolabili (cosi' se in futuro cambio i sensori posso adeguare la corsa).

A tra poco per le foto

[Zebrauno]

Appena prima del collaudo.

Non e' stato semplice montare i microswitch sul gruppo Z permettendo di poterli smontare, e di poter smontare e regolare ogni elemento del castello....ho dovuto disegnare tutto sino all'ultima vite perche' gli spazi di partenza erano veramente ridotti.

[Zebrauno]

I motori al momento sono ridotti 2:1 (X Y) e 2,4:1 (Z).
Puleggia da 20 al motore, su albero da 8mm, e da 40 sulla vite (intestata a 10mm). Ho usato il passo HTD 3mm, con cinghie Gates alte 9mm.
A 3000 rpm gli assi si muovono a 6000mm/min su XY e 5000 in Z.

Le viti sono passo 4mm, gia' dopo le prime prove ho visto che i motori potrebbero muovere la cnc anche senza riduzioni ma visto che in questo progetto e' la precisione ad avere la priorita' credo che non modifichero' il setup.

Dal cabinet dell'elettronica arrivano due cavi terminati su morsettiere rapide sul retro della cnc, in un piccolo box schermato:
- un cavo 20 poli Scart che trasporta i segnali encoder, i limiti, gli home, i +5V per gli encoder, il segnale Probe.
- un cavo 4 poli con 60V dc per l'elettrofreno sul motore della Y (viene alimentato per sbloccarsi) e 12V dc per utenza di servizio (luci, ventole etc)

Nella catena portacavi con molta fatica convivono:

- 2 tubi da 8mm per il raffreddamento del mandrino
- 2 cavi encoder (4poli+calza)
- 2 cavi motore (2poli+calza)
- 1 cavo per l'inverter (4 poli+calza)
- 1 cavo da 8 poli+calza per limiti, home, +12V, probe e altri 3 contatti liberi.

Tutti i cavi sono schermati, compreso il connettore dell'elettromandrino in metallo e i cavi che alimentano l'inverter e l'elettronica.

[Zebrauno]

Le corse utili, dopo aver regolato i sensori di limite/home, sono di 320x440x77mm.

Per sfruttare al meglio la corsa in Z il mandrino e' libero di scorrere verso l'alto.
E' sufficiente che il suo corpo impegni 1/3 del blocco di sostegno per avere un serraggio solido.

Questo significa che se voglio avviare un ciclo di foratura su un materiale spesso 70mm, usando una punta a 118° diametro 8mm posso farlo.

Una cosa del genere non mi era possibile neppure sull'altra cnc, con 120mm di corsa in Z.

A tal proposito ringrazio Riporeno, che ha eseguito il supporto per il mandrino con una cura eccelsa.

Visto che intervenivo su una meccanica molto compatta ho fatto di tutto per contenere l'offset tra l'asse mandrino ed i fulcri dei carrelli.
Vedete nel disegno le sedi per ospitare le teste delle viti retrostanti.

Questo blocco di serraggio ha due dettagli estremamente utili:
- puo' essere serrato da davanti (l'assenza di una contropiastra permette di regolare la sua verticalita' alla perfezione in poco tempo)
- tra le 3 viti di serraggio compaiono 2 grani di spinta: il foro e' barenato con una precisione tale che sarebbe altrimenti molto difficile far scorrere il mandrino durante la regolazione.

[Zebrauno]

A destra del mandrino vedete una squadretta che puo' scorrere in alto e in basso.
Ha tre funzioni:

- e' una battuta verticale per il mandrino, quando e' svincolato impedisce che batta sul piano o che venga serrato in una posizione troppo bassa. Secondo il progetto la ghiera blocca pinze non puo' scendere a meno di 5mm dal piano scanalato.
- e' una battuta orizzontale per quando fisso i pezzi in morsa (rimuovo le 3 vitine)
- serve da supporto: per la webcam (ad uso microscopio con la lente invertita) per gli ugelli del lubrorefrigerante o per una luce, un laser a linea/croce.


Buona notte

[Franco99]

Bel lavoro, complimenti!

Il connettore SCART però non mi piace per niente e un normale
DB25 di qualità  sarebbe stato cento volte meglio.

Saluti,

Franco

[walgri]

Oh cielo, mi stavo perdendo questo thread, appena un anno sul forum e già  perdo colpi...

Complimenti Zebrauno !

Ma il supporto del mandrino è addirittura sabbiato/pallinato ?

[turambar]

Riesco a malapena a distinguere le foto reali dai render,spettacolare

[walgri]

Ma cos'è quello "zainetto" nero a fianco del motore del ponte ?

[elettromirco]

bella! e senza spessori esagerati nei materiali utilizzati!

[kon]

Hai fatto tutto con molta cura, impressionante il box dell'elettronica (sei sicuramente un campione a tetris ), anche esteticamente fa una gran bella figura (ci sono prodotti con marchiatura CEE che non sono così curati, per non parlare del lato sicurezza)
Quando pensi di farci vedere qualche foto o video di lavorazione?

[stefano830_1]

Ma cos'è quello "zainetto" nero a fianco del motore del ponte ?

a me sembra la catena portacavi a fine corsa che sporge un pochino dal bordo della macchina...

[Zebrauno]

Bel lavoro, complimenti!

Il connettore SCART però non mi piace per niente e un normale
DB25 di qualità  sarebbe stato cento volte meglio.

Saluti,

Franco

E' vero, un DB25 sara' proprio quello che montero' anche perche' lo scart non ha viti di serraggio.
Il motivo per cui l'ho usato in questa versione e' che avevo immediatamente disponibili i connettori femmina da pannello con le linguette dorate, che assicurano comunque un buon contatto.

Un altro motivo e' che in caso di modifiche sui cablaggi il connettore maschio si apre facilmente e consente di sfilare e spostare le linguette con un solo cacciavite, senza saldature.

@Walgri: quella scatola nera riceve il cavo a 20 poli dall'elettronica e le tensioni del freno motore e delle utenze a 12V. All'esterno e' in nylon, dentro e' schermato da un foglio di alluminio, a sua volta isolato da un foglio in polietilene.
E' distanziato dalla piastra per consentire la manovra delle viti M8 che fissano il piano, in caso di regolazioni o manutenzione alla vite sottostante, senza doverlo rimuovere.


Oltre alle varie morsettiere ospita i 3 condensatori di bypass degli encoder, che sono da 4,7uF 250V in polipropilene.

@Kon: il cablaggio nelle foto non e' quello definitivo che ho ultimato in questi giorni, ora ci sono i capicorda e alcune piccole modifiche. Avrei preferito dividere su due livelli distinti alimentazione e logica ma il volume non lo consentiva, ecco il perche' degli incastri.
Non ho messo la foto del cuscinetto superiore in Z, ora ho montato un 30/8-B-2Z a due piste (alto 11mm) e nel complesso e' cosi' rigido che potrei anche rimuovere quello inferiore insieme alla sua piastra.

Se vi interessa posso mettere qualche prova con i comparatori cosi' vediamo come si comportano questi servo e ne sentite anche il rumore.

A presto