Станок Станок с ЧПУ - рационализация занятий техническим творчеством

В любительской или учебной радиотехнической лаборатории есть основные проблемы, это:

-изготовление элементов механических конструкций;

-изготовление электротехнических плат.

Эти процессы требуют выполнения двух видов работ: фрезерования и сверления. Проблемы при данных работах возникают в связи с миниатюрностью изготовляемых элементов и их большой плотностью на изделиях, это делает неудобным и опасным проводить данные работы вручную.

Научно-практическая работа по проектированию и конструированию станка с ЧПУ направлена на решение данных проблем. Станок позволит производить сверление и фрезерование не вручную, а с использованием ЧПУ, то есть дистанционно. Это исключает любую вероятность опасности для учащихся при применении данного оборудования в учебной или любительской лаборатории. Проект станка должен учитывать технические условия лаборатории технического творчества центра «ЭКОсфера», а так же материальные возможности.

Цель работы: решение проблемы изготовления элементов механических конструкций и электротехнических плат в условиях любительской и учебной радиотехнической лаборатории.

Задачи работы:

-проектирование конструкции учебного малогабаритного фрезерно-сверлильного 2D станка с ЧПУ;

-проектирование и сборка схем:

-схема управления через LPT порт компьютера двигателями и исполнительными элементами станка;

-схема для контроля обратной связи аппаратной части станка с его модулем числового программного управления на персональном компьютере;

-схема USB-LPT адаптера на основе AVR микроконтроллера.

-написание программ: 

-программа для управления станком;

-программа для контроля обратной связи аппаратной части станка с его модулем числового программного управления;

-прошивка AVR микроконтроллера для схемы USB-LPT адаптера.

Работа разделена на две части: над  аппаратной частью станка и над его числовым программным управлением. Для сборки механической основы станка использованы легкодоступные металлические изделия хозяйственного назначения, а в электрической части станка и блоке ЧПУ применены детали, которые есть в наличии в объединении «Электроник».

Электрическая часть станка состоит из основного рабочего двигателя и блока ЧПУ.

Блок должен обеспечивать передвижение инструмента (фрезы или сверла) по двум координатным осям (вдоль и поперек заготовки), а также врезание в заготовку (спуск/подъем). Соответственно для этого требуется установка трёх двигателей и трёх схем для управления ими.

Самым легким для управления внешними устройствами является LPT порт компьютера. При отсутствии на применяемом компьютере LPT порта можно применить простую схему преобразователя USB-LPT на основе AVR микроконтроллера. Данная схема и прошивка её микроконтроллера, написанная  на языке С, также выполнены в процессе работы над проектом.

В промышленных станках перемещение осуществляется за счет шаговых двигателей. В нашем станке применены электродвигатели постоянного тока, так как управлять ими легче, и они в большом количестве имеются у нас в объединении. Соответственно, при их использовании сократились расходы на сборку станка. На следующем этапе работы была разработана и собрана принципиальная схема для управления электродвигателями постоянного тока.

Программа для управления собранной схемой блока ЧПУ написана в среде Delphi с использованием драйвера LPT порта lptwdmio.sys. При запуске программы открывается окно настроек: скорость движения кареток по осям продольного и поперечного перемещения инструмента в горизонтальной плоскости и по оси подъема и опускания инструмента в вертикальной плоскости; размер рабочей координатной плоскости; масштаб координатной плоскости; глубина фрезерования/сверления.

После того как настройки установлены нажимается кнопка «Начать фрезерование» и на экране появляется окно с размеченной координатной плоскостью.

В этом окне размечаются линии для последующего их фрезерования на заготовке. Затем нажимается кнопка «Фрезерование» и станок начинает свою работу. При работе в режиме сверления на плоскость в программе наносятся точки.

В программе присутствует опция сохранения файла с  размеченной виртуальной плоскостью и последующей загрузкой этого файла. Эта опция может быть применена при необходимости изготовления нескольких одинаковых элементов. Также в программе (в меню) присутствует опция остановки процесса фрезерования/сверления, которая требуется, если в процессе произошел какой-либо сбой.

Далее была разработана схема, а также написана программа контроля обратной связи станка с персональным компьютером. Два оптодатчика постоянно замеряют положение рабочего инструмента по двум координатным осям («X» и «Y»), микроконтроллер с написанной нами на языке С прошивкой передает эти данные в программу на PC. В окне программы, написанной на языке C#, в графическом и цифровом виде отображается положение датчиков относительно виртуальной рабочей плоскости. При критическом отклонении реального (измеренного) положения инструмента от положения, заданного в программе управления блоком ЧПУ, станок прекратит работу. Допуск на отклонение задается в настройках.

Результаты работы:

при использовании спроектированного и собранного учебного малогабаритного фрезерно-сверлильного 2D станка  с ЧПУ и написанного в процессе работы над проектом программного обеспечения для него, в лаборатории технического творчества центра «ЭКОсфера» изготовление  элементов механических конструкций и электротехнических плат стало автоматизированным. В следствие этого понизились трудозатраты при данных работах, и повысилось заинтересованность учащихся на занятиях.