3D Fräsroboter

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3D Fräsroboter

HTBLuVA Graz–Gösting
Ibererstraße 15-21
8051 Graz
Höhere Abteilung für Elektronik
Ausbildungsschwerpunkt Technische Informatik
Ausbildungszweig Hardware Software CoDesign
3D Fräsroboter
3D Milling Maschine
Diplomarbeit im Fach Elektronik und Digitaltechnik
Verfasst von:
Robin Ankele
Alexander Pucher
Thomas Resch
im Schuljahr
2008/2009
der Klasse
5 CHELI
bei
DI Helmut Benesch
am
29.05.2009
Eidesstattliche Erklärung
Ich erkläre an Eides statt,
dass ich die vorliegende Diplomarbeit selbstständig und ohne fremde Hilfe
verfasst, andere als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel nicht benutzt und
die den benutzten Quellen wörtlich und inhaltlich entnommenen Stellen als
solche erkenntlich gemacht habe.
Graz, am 29.05.2009
……………………………………
Robin Ankele
Graz, am 29.05.2009
……………………………………
Alexander Pucher
Graz, am 29.05.2009
……………………………………
Thomas Resch
I
Vorwort
Vorwort
Als Krönung unserer Ausbildung wurde uns, wie allen anderen Maturanten der HTBLuVA
Bulme Graz-Gösting, die Möglichkeit geboten, eine Abschlussarbeit in Rahmen einer
Diplomarbeit in einem bestimmten Fachgebiet zu erstellen.
Nachdem wir uns länger damit beschäftigten, ein interessantes und ansprechendes
Diplomarbeitsthema zu finden, wurde uns von Dipl. Päd. Gerald Hart und DI Helmut Benesch
die Möglichkeit geboten, die Elektronik einer 3D Fräs und Graviermaschine neu zu
entwickeln. Unser gemeinsames Interesse am Lösen von komplexen Problemen in der
Elektronik und Digitaltechnik hat uns dazu bewegt, diese Diplomarbeit in Angriff zu nehmen.
Der mechanische Aufbau der CNC Fräsmaschine bestand bereits, weswegen wir uns voll und
ganz mit der Planung und Neuentwicklung der Elektronik und der darauffolgenden
Elektrifizierung beschäftigen konnten.
Hauptverantwortlich für die Fehlersuche, die Entwicklung des Gehäuses, dem
Projektmanagement und deren Dokumentation war Robin Ankele. Die neue Steuerelektronik
wurde von Alexander Pucher und Thomas Resch entwickelt. Dabei war Thomas Resch für die
Motoren, die Ansteuerungstechniken der Schrittmotoren und die verwendeten Netzteilen
zuständig und Alexander Pucher für die Schrittmotorkarten, der Interface-Karte, der PCElektronik und der verwendeten Software. Der Großteil der Fehlersuche und der
Neuentwicklung der Steuerelektronik wurde jedoch von uns gemeinsam bewältigt, sodass
wir den besten Lösungsweg und den größtmöglichen Lerneffekt für unser späteres
Berufsleben erreichen konnten. Des weiteren planten und entwickelten wir gemeinsam ein
Gehäuse für die Steuerelektronik und ein PC-Komplettsystem.
Der umfangreiche Lehrstoff des Theorieunterrichtes, welcher uns in den fünf Jahren der
HTBLvVA BULME beigebracht wurde, hat uns viel bei dem Verständnis der komplexen
Elektronik geholfen.
Mit dieser Arbeit wollen wir das Ergebnis unser Bemühungen rund um unsere Diplomarbeit
präsentieren.
Inhaltsverzeichnis
II
Inhaltsverzeichnis
Kapitel 1 Aufgabenstellung ..................................................................................................................... 1
Kapitel 2 Abstract .................................................................................................................................... 3
Kapitel 3 Diplomandenvorstellung .......................................................................................................... 5
Kapitel 4 Einleitung Fräsmaschinen ........................................................................................................ 8
Kapitel 5 Mechanischer Aufbau ............................................................................................................ 15
5.2
Baugruppen .................................................................................................................... 15
5.3
Abmessungen ................................................................................................................. 19
5.4
Motoren ......................................................................................................................... 24
5.5
Fräser.............................................................................................................................. 25
Kapitel 6 Gehäuse.................................................................................................................................. 26
6.3
Baugruppen .................................................................................................................... 27
6.4
Abmessungen ................................................................................................................. 29
6.5
Aufbau ............................................................................................................................ 34
Kapitel 7 Fehlersuche ............................................................................................................................ 39
7.2
Vorhandene Elektronik .................................................................................................. 40
7.2.2
3D-Step .......................................................................................................................... 40
7.2.3
2nd Generation Controller Board .................................................................................. 46
7.3
Elektrifizierung ............................................................................................................... 51
7.4
Software ......................................................................................................................... 53
7.4.5
Softwarekonfigurationen .............................................................................................. 55
7.5
Endschalter ..................................................................................................................... 70
7.6
Motorlautstärke reduzieren ........................................................................................... 71
Kapitel 8 Elektronik ............................................................................................................................... 75
8.2
Motoren ......................................................................................................................... 76
8.3
Netzteile ......................................................................................................................... 81
8.4
Ansteuerung ................................................................................................................... 90
8.5
Schrittmotorendstufen................................................................................................... 94
8.6
Steuerkarte................................................................................................................... 100
II
Inhaltsverzeichnis
8.7
Sonstige Komponenten ................................................................................................ 106
8.8
Inbetriebnahme............................................................................................................ 107
Kapitel 9 Software ............................................................................................................................... 109
9.4
Konfigurationen............................................................................................................ 110
9.5
Bedienung .................................................................................................................... 117
Kapitel 10 Projektmanagement........................................................................................................... 121
10.3
Zieldefinition ................................................................................................................ 122
10.4
Mindmap ...................................................................................................................... 123
10.5
Lastenheft..................................................................................................................... 124
10.6
Projektstrukturplan ...................................................................................................... 125
10.7
Zeitplan......................................................................................................................... 126
10.8
Fehlerbaumanalyse ...................................................................................................... 129
10.9
Wochenprotokoll ......................................................................................................... 131
Kapitel 11 Quellenverzeichnis ............................................................................................................. 136
Kapitel 12 Anhang ............................................................................................................................... 138
Aufgabenstellung
Kapitel 1
Kapitel 1
Aufgabenstellung
1.1
Projektschwerpunkt
Die Ansteuerung einer Fräs - und Graviermaschine mit Hilfe eines Computerprogrammes.
1.2
Thema
Fehlersuche bzw. Neuentwicklung der Ansteuerungselektronik einer Fräs - und
Graviermaschine.
1.3
Detaillierte Aufgabenstellung
1.3.1
Fehlersuche
Die vorhandene Hardware (mechanischer Aufbau bzw. Ansteuerungselektronik)
soll auf Fehler überprüft werden. Des weiteren soll die zurzeit zur Ansteuerung
benutzte Software überprüft bzw. durch eine andere Software ersetzt und
damit die Steuerelektronik angesteuert werden.
Die Motoren sind im Betrieb leiser zu machen. Dies kann durch eine
Stromabsenkung des Ansteuerstromes erreicht werden. Des weiteren sind die
Motoren nicht ruckfrei. Dies kann man auf die Ansteuertechnik der Motoren
(Vollschritt bzw. Halbschritt) zurückführen. Hier sollte man überlegen wie man
die Motoren ruhiger bzw. mit einer anderen Ansteuerungstechnik betreiben
kann.
Seite 1
Hardware Software CoDesign
Robin Ankele
Kapitel 1
Aufgabenstellung
1.3.2
Ansteuerungselektronik
Die neue Steuerelektronik sollte mehrere Kriterien erfüllen. Eine davon ist die
wie schon erwähnte Ansteuertechnik. Wenn möglich sollte die Ansteuerung
dahingehend umgebaut werden, sodass die Motoren mit Voll -, Halb -, 1 4 -, 1 8
und 1 16 Schritttechnik angesteuert werden können. Die Motoren sind während
des Betriebes leiser zu machen. Die Steuerelektronik soll in der Lage sein, mehr
als nur eine Achse zur gleichen Zeit ansteuern können. Man soll auch Kreise
bzw. Bögen fräsen können. Es soll ein neues leistungsfähigeres Schaltnetzteil
entwickelt werden, welches die Versorgungsspannungen für die Motoren und
die Steuerelektronik bereit stellt. Das gesamte System soll schlussendlich in ein
Gehäuse eingebaut werden. Ein PC-Komplettsystem für die Ansteuerung der
Fräs und Graviermaschine sollte auch in das Gehäuse eingebaut werden.
1.3.3
Software
Die Ansteuersoftware wird nach folgenden Kriterien ausgewählt:
Sie soll einfach und komfortabel zu Bedienen sein, da die Fräs und
Graviermaschine später für Lehrzwecke eingesetzt wird und die Software nicht
zu schwierig zu erlernen sein sollte.
Sie soll gegebenenfalls auch auf End bzw. Referenzschalter reagieren können.
Wenn möglich sollte die Ansteuerung über eine USB-Schnittstelle und nicht
mehr über die zurzeit schon veraltete Druckerschnittstelle LPT erfolgen.
Wenn möglich sollte auf eine Open-Source Anwendung (d.h. eine kostenfreie)
bzw. auf eine kostengünstige Version zurückgegriffen werden.
Die Echtzeitfähigkeit unter Windows sollte auch gegeben sein.
Des weiteren sollte die Software stabil und fehlerresistent funktionieren. Sie
sollte die Systemvoraussetzungen eines durchschnittlichen PC-Systems nicht
überschreiten.
Robin Ankele
Seite 2
Abstract
Kapitel 2
Kapitel 2
Abstract
2.1 Project emphasis
The control of a milling and engraving machine with the help of a computer program.
2.2
Theme
Troubleshooting and new electronics to control a milling and engraving machine.
2.3
Detailed Tasks
2.3.1
Troubleshooting
The existing hardware (mechanical structure and control electronics) should be
checked for errors. Furthermore, the currently used software to control the
machine should be checked for errors and replaced by some other software,
which control the machine.
The engines should be made more quiet during operation mode. This can be
reached by a current reduction of the control current. In addition, the engines
are not jerk free. This could be traced back to the control technique(Fullstep
and Halfstep). Here someone should consider how to make the engines more
quiet and to control the engines with different control techniques.
Seite 3
Robin Ankele
Kapitel 2
Abstract
2.3.2
Control Electronics
The new control electronics should meet several criteria. One of them is the as already
mentioned control technique. If possible, the control should be rebuilt, so the engines
may be controlled with full, half, 1 4 -, 1 8 and 1 16 step technique. The engines
should be made more quiet during operation mode.. The control electronics
should be capable to control more than one axis at the same time. It should also be
possible to mill circles or arcs. There should be developed a new efficient switching
power supply, which provides the supply voltages for the engines and the control
electronics. Ultimately the entire system should be assemble in a package. A complete
PC-system for the control of the milling and engraving machine should also be
assemble in this package.
2.3.3
Software
The control software is according to the following criteria:
It should be simple and convenient to use, because the milling and engraving machine
will be used for teaching later on and the software should not be too difficult to learn.
Appropriate it should can react on end or reference switches.
If possible, the control should happen via a USB interface and no longer on the
currently outdated LPT printer port.
If possible, the software should based on an open source application (that means free
of charge) or a low-cost software version.
The real-time capability on Windows should also be given.
In addition, the software had to be solid and blemishless during operating mode. It
should not exceed the system requirements of an average PC system.
Robin Ankele
Seite 4
Diplomandenvorstellung
Kapitel 3
Kapitel 3
3.1
Diplomand Robin Ankele
Teamleiter
Diplomand:
Robin Ankele
Geb.:
11.05.1990
Kontakt:
[email protected]
Abteilung:
Elektronik
Zweig:
Hardware – Software – CoDesign
Klasse:
5 CHELI
Aufgabe:
Fehlersuche, Projektmanagement, Entwicklung Gehäuse, Software,
Dokumentation
Schwerpunktfach:
Elektronik und Digitaltechnik
Betreuer:
DI Helmut Benesch
Seite 5
Robin Ankele
Kapitel 3
3.2
Diplomand Alexander Pucher
Diplomand:
Alexander Pucher
Geb.:
07.09.1989
Kontakt:
[email protected]
Abteilung:
Elektronik
Zweig:
Klasse:
5 CHELI
Aufgabe:
Schrittmotorkarten, Interfacekarte, PC-Elektronik, Inbetriebnahme,
Software, Dokumentation
Schwerpunktfach:
Betreuer:
DI Helmut Benesch
Robin Ankele
Seite 6
3.3
Kapitel 3
Diplomand Thomas Resch
Diplomand:
Thomas Resch
Geb.:
08.10.1989
Kontakt:
[email protected]
Abteilung:
Elektronik
Zweig:
Klasse:
5 CHELI
Aufgabe:
Schrittmotoren, Ansteuerung der Fräsmaschine, Schaltnetzteile,
Software, Dokumentation
Schwerpunktfach:
Betreuer:
DI Helmut Benesch
Seite 7
Robin Ankele
Kapitel 4
Einleitung Fräsmaschinen
Kapitel 4
4.1
Grundidee
„Fräsmaschinen sind Werkzeugmaschinen. Mithilfe von rotierenden Schneidwerkzeugen
wird durch die Fräsmaschine Material von einem Werkstück zerspannend abgetragen, um
das Werkstück der gewünschten Form anzupassen. Das Fräsen leitet sich vom Bohren ab,
jedoch können beim Fräsen mindestens drei Vorschubrichtungen verwendet werden,
wodurch auch die Möglichkeit besteht räumliche Körper zu erstellen. Desweiteren können
auf Fräsmaschinen komplexe Teile wie Motorblöcke oder Zahnräder hergestellt werden,
aber auch einfache Arbeiten wie Bohren oder Reiben können damit durchgeführt werden.
Gekennzeichnet sind Fräsmaschinen durch drei oder mehr Bewegungsachsen, denen
Werkzeug- oder Werkstückträger zugeordnet sind. Einfach aufgebaute Fräsmaschinen, wie
z.B. für eine Werkstatt, bestehen aus einem manuell horizontal und vertikal verfahrbaren
Maschinentisch sowie einem horizontal beweglichem Fräskopf. Aufwendigere oder moderne
Maschinen haben jedoch recht unterschiedlich zugeordnete Bewegungsachsen und verfügen
häufig über dreh- bzw. schwenkbare Werkzeug- oder Werkstückaufnahmen.
Fräsmaschinen werden für die Herstellung von ebenen oder gekrümmten Flächen
eingesetzt. Bei Fräsvorgängen wird das Werkstück gegen ein rundes Werkzeug, den Fräser,
geführt. Man unterscheidet zwischen verschiedenen Typen von Fräsern, wie z.B. spitz
gezahnte oder so genannte Messerköpfe. Bei Konsolfräsmaschinen wird das Werkstück
gegen das Werkzeug geführt.
Abbildung 1. Konsolfräsmaschine ohne Gehäuse
Alexander Pucher
Seite 8
Kapitel 4
Hingegen erfolgt bei einer Bettfräsmaschine die Vorschubbewegung durch das Werkzeug.
Mit Fräsmaschinen erfolgt eine Realisierbarkeit vieler verschiedener
Bewegungsmöglichkeiten, weshalb dafür verschiedene Fräsmaschinen entwickelt wurden.
Man unterscheidet zwischen Waagerecht-, Senkrecht- und Rundfräsmaschinen.
Mit Waagerechtfräsmaschinen werden waagerechte und längsgerichtete Bewegungen
realisiert, bei Senkrechtfräsmaschinen hingegen werden vertikale Bewegungen von
Werkzeugen oder Werkstücken ermöglicht. Mit so genannten Rundfräsmaschinen kann man
zylindrische Flächen erzeugen.
Abbildung 2. Universalfräsmaschine mit geschwenktem Fräskopf
4.2
Geschichtliches
Die frühe Geschichte der modernen Werkzeugmaschinen begann etwa 1775, als von dem
englischen Erfinder John Wilkinson eine Horizontalbohrmaschine für die Bearbeitung der
Innenflächen zylindrischer Teile gebaut wurde. Die erste Leitspindeldrehbank wurde etwa
1794 von Henry Maudslay entwickelt. 1830 erfand Joseph Whitworth Messinstrumente, mit
denen man auf einen millionsten Zoll genau messen konnte, wodurch die Verbreitung der
Werkzeugmaschine enorm beschleunigt wurde. Für die spätere Massenproduktion von
Geräten mit austauschbaren Teilen waren genaue Messverfahren unerlässlich, was auch
Grund für den unschätzbaren Wert seiner Arbeit war. Die ersten Versuche, austauschbare
Teile herzustellen, fanden in Europa und den USA fast zur selben Zeit statt. Der
amerikanische Erfinder Eli Whitney, welcher 1798 einen Regierungsauftrag zur Produktion
von 10 000 Armeegewehren, deren Teile austauschbar sein mussten, erhielt, führte das
erste tatsächliche Massenproduktionsverfahren durch.
Während des 19. Jahrhunderts wurde mit gewöhnlichen Werkzeugmaschinen wie
Drehmaschinen, Stoßmaschinen, Hobelmaschinen, Schleifmaschinen und Sägen sowie mit
Fräs-, Räum- und Bohrmaschinen bereits eine vergleichsweise hohe Maßgenauigkeit
erreicht. Anfang des 20. Jahrhunderts wurden größere Werkzeugmaschinen gebaut und
zudem ihre Genauigkeit erhöht. Ab 1920 wurde der Anwendungsbereich auf einzelne
Werkzeugmaschinen spezialisiert. Um den mittlerweile verbesserten Schneidestoffen
gerecht zu werden, wurden von 1930 bis 1950 leistungsfähigere und stabilere
Werkzeugmaschinen gebaut. Durch diese spezialisierten Werkzeugmaschinen wurde eine
sehr kostengünstige Herstellung normierter Teile ermöglicht. Aufgrund der geringen
Seite 9
Alexander Pucher
Kapitel 4
Anpassungsfähigkeit und der Fixierung auf vorgegebene Normen dieser Werkzeugmaschinen
entwickelte man neue Werkzeugmaschinen, welche äußert flexibel und zugleich sehr genau
waren. Solche Maschinen werden heutzutage beinahe überall verwendet.
4.3
Aufbau
Obwohl sich Fräsmaschinen durch ihr breites Spektrum an Bearbeitungsfällen stark
unterscheiden, lassen sich doch einige Gemeinsamkeiten feststellen.
Gestell und Maschinenständer
Das Gestell ist als gewichtstragende Baugruppe die wichtigste Komponente einer
Fräsmaschine und muss je nach Gewicht der Maschine unterschiedlich konstruiert sein.
Gestell und Maschinenständer bilden bei den meisten Fräsmaschinen eine Einheit, an der
die Führungen befestigt sind. Diese Bauweise ist auch als Monoblockmaschine bekannt und
ist nur für kleine und mittlere Baugrößen geeignet. Die Monoblockbauweise zeichnet sich
durch ihre hohe dynamische Belastbarkeit, durch geringe Maschinenaufstellflächen und
durch ihre ergonomische Bedienbarkeit aus, allerdings ist der Herstellungs- bzw.
Transportaufwand ab einer gewissen Größe wirtschaftlich nicht mehr vertretbar. Größere
Maschinen bestehen aus geschweißten Stahlkonstruktionen oder werden am Einsatzort von
Hand aufgebaut. Bei Maschinen mit Handbetrieb sind alle benötigten Motoren und Getriebe
für Arbeitsspindel und Vorschub im Gestell integriert. Bei neueren Maschinen werden die
Motoren mit Getriebe so nah wie möglich an das angetriebene Element gebaut. Bei großen
Maschinen fahren die Maschinenständer entlang des Werkstückes. Immer häufiger wird vor
allem für schwere Werkstücke die Gantry-Bauweise in Betracht gezogen, da hier alle
Bewegungen durch das Werkzeug ausgeführt werden und dadurch auf die Maschine geringe
Belastungen wirken. Bei CNC-Fräszentren wird immer häufiger eine modifizierte GantryBauweise mit dreh - bzw. schwenkbaren Tischen eingesetzt, da hier bei kleinen
Maschinenmaßen ein großer Arbeitsbereich zur Verfügung steht.
Abbildung 3. Universalfräsmaschine in modifizierter Gantry-Bauweise
Alexander Pucher
Seite 10
Kapitel 4
Maschinentisch und Bett
Je nach Maschinengröße werden die Werkstücke auf einem Maschinentisch oder auf ein
Bett gespannt. Bei herkömmlich aufgebauten Fräsen hängt der Maschinentisch an
Querschieber und Konsole in den Führungen des Maschinenständers. Der Querschieber
verfährt in horizontaler und die Konsole in vertikaler Richtung. Um den Tisch in eine dritte
Achse bewegen zu können, kann auch ein Kreuztisch montiert sein. Diese Variante kommt
oft bei Waagerechtmaschinen zum Einsatz. Um eine Rundumbearbeitung zu ermöglichen,
verfügen die meisten Bearbeitungszentren über winkelgesteuerte Drehtische.
Schwere und sperrige Werkstücke werden auf Bettfräsmaschinen eingespannt, da das Bett
an allen Eckpunkten aufliegt und somit ein Verbiegen verhindert. Konsolen dagegen kippen
seitwärts herunter und verursachen so geometrische Ungenauigkeiten.
Fräskopf mit Hauptspindel
Im Fräskopf wird die Hauptspindel gelagert. Herkömmliche Fräser besitzen für gewöhnlich
eine senkrechte Arbeitsspindel mit einer manuell ausfahrbaren Pinole und einer
Steilkegelaufnahme in einem um 90° schwenkbaren Fräskopf. Um die Werkzeuge zu
spannen, muss eine Schraube mit einer Kurbel in den Fräsdorn eingedreht werden um ihn so
in den Morsekegel zu ziehen. Die Pinole wird hauptsächlich für Bohrarbeiten verwendet, da
hier meist keine exakte Tiefe gefordert wird uns sie aufgrund der fehlenden Steifigkeit für
Fräsarbeiten ungeeignet ist. CNC-Fräsmaschinen hingegen verfügen über Fräsköpfe mit
hydraulischen Werkzeugspannsystemen und Hohl- oder Steilschaftkegeln zum schnellen
sicheren und automatischen Wechseln der Werkzeuge. Bei den CNC-Fräsmaschinen sind
außerdem in den Fräskopf integrierte Motoren mit Motorspindel zu finden. Bei
Bearbeitungszentren kommt es häufig vor, dass Fräsköpfe mit fünf oder mehr Achsen in zwei
Achsen um 180° schwenken können.
Abbildung 4. Typische Fräswerkzeuge aus Schnellarbeitsstahl
Seite 11
Alexander Pucher
Kapitel 4
Vorschub
Bei numerisch gesteuerten Maschinen wird die Vorschubbewegung einzeln von
Servomotoren erzeugt und mit Gewindetrieben auf den Schlitten übertragen, ansonsten
wird die Vorschubbewegung vom Hauptantrieb abgeleitet. Um zu verhindern, dass das
Werkstück beim Gleichfräsen in das Werkstück hineingezogen wird, ist vor allem auf den
spielfreien Lauf der Triebe zu achten. Bei älteren Modellen lässt sich zusätzlich zum
maschinellen Antrieb auch jede Achse manuell über Kurbeln betätigen. Hydrostatische
Gewindetriebe und Lineartriebe mit wälzgelagerten Führungen setzen sich aufgrund ihrer
Schwingungsdämpfung und Nebenzeitverringerung immer öfter durch.
4.4
Funktionsweise
Die Verarbeitung der eingegebenen Programme und die Steuerung der Achsen werden von den
zentralen Elementen einer CNC übernommen, den Mikroprozessoren.
Eine CNC verfügt über drei wichtige Schnittstellen. Über die erste Schnittstelle erfolgt die
Integrierung der SPS in die CNC. Die SPS ergänzt die CNC in ihren Aufgaben und dient hauptsächlich
für die Sicherheit beim Betrieb der Maschine. Durch die zweite Schnittstelle wird die CNC mit den
Antriebsreglern verbunden, welche die Bewegungen der Achsen regeln. Schnittstelle eins und zwei
sind serielle Schnittstellen, wobei die Verbindung über einen Bus erfolgt. Ein Bus ist ein
Leitungssystem mit Steuerungskomponenten und dient zum Austausch von Daten zwischen
Hardware-Komponenten. Die dritte Schnittstelle wird für das Benutzerinterface verwendet. Das
Benutzerinterface besteht aus einem Bildschirm, einer Maus und einer Tastatur und dient zur
Programmierung und Visualisierung der Vorgänge in der Maschine. Zusammenfassend bezeichnet
man diese Elemente auch als Human Maschine Interface (HMI). Hauptsächlich dient eine CNC zur
Positionsregelung der Achsen. Sie sorgt dafür, dass sich Werkstück und Werkzeug in vorgegebener
Weise relativ zueinander bewegen. Hierfür müssen die Achsen über Sensoren und Systeme zur
Wegmessung verfügen, um in der Lage zu sein, die aktuelle Position zu erfassen und diese an die CNC
zurück geben zu können. Desweiteren muss die CNC die Daten der SPS verarbeiten und auswerten.
Eine Sonderfunktion der CNC ist die Splineinterpolation. Durch die Splineinterpolation können
Freiformflächen beschrieben werden. Bei der Splineinterpolation handelt es sich um ein
mathematisches Verfahren zur Streckeninterpolation zwischen mindestens zwei Punkten. Bei der
Splineinterpolation wird ähnlich wie bei der Geradeninterpolation, bei welcher je zwei Punkte mit
einer Geraden miteinander verbunden werden, erfolgt die Verbindung bei der Splineinterpolation
durch Kurven, welche durch mathematische Funktionen beschrieben sind. An den einzelnen Punkten
sind sowohl Steigung als auch Krümmung gleich, wodurch ein fließender Übergang erzielt wird. Bei
der Splineinterpolation handelt es sich um einen Spezialfall, bei welchem ganz bestimmte
mathematische Gleichungen zum Einsatz kommen. Durch die Splineinterpolation ist es möglich, jede
denkbare Freiformfläche in einem Raum darzustellen.
Alexander Pucher
Seite 12
4.5
Kapitel 4
Einsatzmöglichkeiten
Fräsmaschinen bieten eine Vielzahl von verschiedenen Einsatzmöglichkeiten. Sie können
sowohl im Unternehmensbereich als auch für den Eigengebrauch verwendet werden. Durch
ihre vielseitigen Ausführungsvarianten können sie z.B. zum Modellieren oder in der
Forschung eingesetzt werden. Fräsmaschinen können zum Bearbeiten von Holz, Kunststoff,
Aluminium, Plexiglas, Carbon und ähnlichem verwendet werden.
Auflistung verschiedener Einsatzbereiche:
Fräsen im Radsport:
Bei der Herstellung einer Bremsmomentabstützung oder einem Kettenblattschutz:
Abbildung 5. Bremsmomentabstützung
Abbildung 6. Kettenblattschutz
Fräsen im Modellierungsbereich:
Für 3D-Architekturmodellbau
Abbildung 7. 3D Modellierung
In der Forschung und Ausbildung:
Seite 13
Alexander Pucher
Kapitel 4
Ausbildung von Feinmechanikern, Frontplatten und Platinen für Elektronik fräsen,
Einzelteilherstellung für Forschung“1
Abbildung 8. Bauteil Aluminium
Alexander Pucher
Seite 14
Mechanischer Aufbau
Kapitel 5
Kapitel 5
Mechanischer Aufbau
5.1
Einleitung
Der mechanische Grundaufbau der 3D-Fräs und Graviermaschine wurde von Fachlehrer Dipl.
Päd. Gerald Hart entworfen. Dabei fehlte noch die Z-Achse. Diese wurde von den
Diplomanden Claus Maier, Dominik Nitsch und Patrick Reiter im Schuljahr 2004-2005 in
Rahmen einer Diplomarbeit ausgearbeitet. Wir konnten daher den mechanischen Aufbau
der 3D-Fräs und Graviermaschine ohne aufwendigen Umbau benutzen.
5.2
Baugruppen
5.2.1
Mechanische Konstruktion
Abbildung 9. Mechanische Konstruktion mit CATIA
Seite 15
Robin Ankele
Kapitel 5
Mechanischer Aufbau
Abbildung 10. Mechanische Konstruktion mit CATIA
5.2.2
Baugruppe A - Grundgestell
Abbildung 11. Baugruppe A - Grundgestell
Robin Ankele
Seite 16
Mechanischer Aufbau
5.2.3
Kapitel 5
Baugruppe B - X-Achse
Abbildung 12. Baugruppe B - X-Achse
5.2.4
Baugruppe C - Y-Achse
Abbildung 13. Baugruppe C - Y-Achse
Seite 17
Robin Ankele
Kapitel 5
Mechanischer Aufbau
5.2.5
Baugruppe D - Z-Achse
Abbildung 14. Baugruppe D - Z-Achse
5.2.6
Baugruppe E - XY-Achse
Abbildung 15. Baugruppe E - XY-Achse
Robin Ankele
Seite 18
Mechanischer Aufbau
5.3
Kapitel 5
Abmessungen
5.3.1
Mechanische Konstruktion
Abbildung 16. Abmessungen Mechanische Konstruktion
Bezeichnung
A
B
C
D
Baugruppe
Baugruppe A – Grundgestell
Baugruppe B – X-Achse
Baugruppe C – Y-Achse
Baugruppe D – Z-Achse
Tabelle 1. Baugruppenliste Mechanische Konstruktion
Seite 19
Robin Ankele
Kapitel 5
Mechanischer Aufbau
5.3.2
Baugruppe A - Grundgestell
Abbildung 17. Abmessungen Baugruppe A - Grundgestell
Bezeichnung
1
2
3
4
5
Baugruppe
Profil 45x45mm
Profil 60x45mm
Tisch
Profil 60x45mm
Fuß
Tabelle 2. Baugruppenliste Grundgestell
Robin Ankele
Seite 20
Mechanischer Aufbau
5.3.3
Kapitel 5
Baugruppe B - X-Achse
Abbildung 18. Abmessungen Baugruppe B - X-Achse
Bezeichnung
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Baugruppe
Wange links
Wange rechts
Lagerbock a
Lagerbock b
Lagerbock c
Verstrebung
Führung
Schiene
Kugelgewindespindel
Rillenkugellager
Zylinderschraube M6x35
Tabelle 3. Baugruppenliste X-Achse
Seite 21
Robin Ankele
Kapitel 5
Mechanischer Aufbau
5.3.4
Baugruppe C - Y-Achse
Abbildung 19. Abmessungen Baugruppe C - Y-Achse
Bezeichnung
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Baugruppe
Profil 35x35mm
Lagerbock 1
Lagerbock 2
Lagerbock 3
Lagerbock4
Anschlag links
Anschlag rechts
Rillenkugellager D22
Rillenkugellager D16
Führung
Schiene
Kugelgewindespindel
Scheibe -4,3
Tabelle 4. Baugruppenliste Y-Achse
Robin Ankele
Seite 22
Mechanischer Aufbau
5.3.5
Kapitel 5
Baugruppe D - Z-Achse
Abbildung 20. Abmessungen Baugruppe D - Z-Achse
Bezeichnung
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Baugruppe
Motorbefestigung Teil 1
Motorbefestigung Teil2
Motorbefestigung Teil 3
Obere Grundplatte
Z-Aufnahmeplatte
Untere Grundplatte
Deckel unten
Aufnahmeplatte vertikal
Aufnahmeplatte horizontal
Tabelle 5. Baugruppenliste Z-Achse
Seite 23
Robin Ankele
Kapitel 5
5.4
Mechanischer Aufbau
Motoren
Abbildung 21. Schrittmotor ST5818L3008-A
Abbildung 22. Abmessungen Schrittmotoren - ST5818L3008-A
Robin Ankele
Seite 24
Mechanischer Aufbau
5.5
Kapitel 5
Fräser
Abbildung 23.Frässpindel – Kress FM 6990 E
Seite 25
Robin Ankele
Kapitel 6
Gehäuse
Kapitel 6
Gehäuse
6.1
Einleitung
Es gab mehrere Auswahlkriterien, welches Gehäuse am Besten für die Baugruppen geeignet
ist. Die gesamte Steuerelektronik und ein PC-System sollte in dem Gehäuse Platz finden. Es
darf nicht zu eng aneinander gebaut werden, da sonst die Belüftung der einzelnen
Baugruppen nicht mehr gegeben wird. Die Auswahl fiel auf ein vorhandenes Gehäuse,
welches aus einen Boden und zwei Seitenwände bestand. Dieses wurde dahingehend
umgebaut, sodass ein PC-System, die Steuerelektronik und die Netzteile zur
Spannungsversorgung Platz fanden. Als Deckel wurde ein durchsichtiger Kunststoff benutzt
um die Elektrifizierung begutachten zu können. Die Fertigung des Gehäuses wurde großteils
in der KUV – Werkstätte, sowie auch in anderen Werkstätten der HTBLuVA Bulme Graz
Gösting durchgeführt.
6.2
Einzelbauteilliste
Das Gehäuse besteht aus folgenden Baugruppen:
 Vorhandenes Gehäuse
 Abdeckplatte VORNE
 Abdeckplatte HINTEN
 Deckel
 Befestigungen NETZTEILE
 Befestigung HP-STEP – MOTORTREIBER
 Befestigung INTERFACE-Karte
 Befestigung Motherboard
 Befestigung DVD-Laufwerk
 Befestigung Festspeicher
Robin Ankele
Seite 26
Gehäuse
6.3
Kapitel 6
Baugruppen
6.3.1
Einschubgehäuse
Abbildung 24. Einschubgehäuse
6.3.2
Abdeckplatte VORNE
Abbildung 25. Frontplatte
6.3.3
Abdeckplatte HINTEN
Abbildung 26. Heckplatte
Seite 27
Robin Ankele
Kapitel 6
6.3.4
Gehäuse
Deckel
Abbildung 27. Deckel
6.3.5
Befestigung Netzteile
6.3.6
Befestigung HP-Step – Motortreiberkarten
Abbildung 28. Befestigung Netzteile
Abbildung 29. Befestigung HP-Step-Motortreiberkarten
Robin Ankele
Seite 28
Gehäuse
Kapitel 6
6.3.7
Befestigung Interface-Karte
Abbildung 30. Befestigung Interface-Karte
6.3.8
Befestigung DVD-Laufwerk
Abbildung 31. Befestigung DVD-Laufwerk
6.4
Abmessungen
6.4.1
Einschubgehäuse
Seite 29
Robin Ankele
Kapitel 6
Gehäuse
Abbildung 32. Abmessungen Grundaufbau
6.4.2
Abdeckplatte VORNE
Abbildung 33. Abmessungen Frontplatte
Robin Ankele
Seite 30
Gehäuse
6.4.3
Kapitel 6
Abdeckplatte HINTEN
Abbildung 34. Abmessungen Heckplatte
6.4.4
Deckel
Abbildung 35. Abmessungen Deckel
Seite 31
Robin Ankele
Kapitel 6
6.4.5
Gehäuse
Abbildung 36. Abmessungen Netzteil-Befestigungen
6.4.6
Befestigung HP-Step – Motortreiberkarten
Abbildung 37. Abmessungen HP-Step Motortreiberkarten-Befestigung
Robin Ankele
Seite 32
Gehäuse
6.4.7
Kapitel 6
Befestigung Interface-Karte
Abbildung 38. Abmessungen Interface-Karten-Befestigung
6.4.8
Abbildung 39. Abmessungen DVD-Befestigung
Seite 33
Robin Ankele
Kapitel 6
6.5
Gehäuse
Aufbau
6.5.1
Einschubgehäuse
Das Einschubgehäuse diente als Grundaufbau auf welches unser Gesamtgehäuse
aufbauen sollte. Es wurden in den Boden Löcher zur Befestigung der INTERFACEKarte, der Netzteile, des Computernetzteiles, zur Befestigung der Motherboard –
Befestigung, der DVD – Befestigung gebohrt. Diese Löcher wurden alle mit einem 3,5
mm Bohrer gebohrt. Des weiteren wurde an der linken Seitenwand vier Löcher
gefeilt, wo wir die Befestigung der HP-STEP MOTORTREIBER befestigten. An die
rechte Seitenwand wurde das DVD - Laufwerk und die Festspeicher – Befestigung
geschraubt. Deswegen wurden auch hier vier Löcher gefeilt. In die Seitenwände
wurden hinten noch jeweils zwei 3,5 mm Löcher gebohrt, wo die Abdeckplatte
HINTEN befestigt wird. Schlussendlich ist der Boden des Grundsystems mit einer
grauen Farbe pulverbeschichtet geworden. Die Seitenwände wurden schwarz
pulverbeschichtet.
6.5.2 Abdeckplatte VORNE
Die Abdeckplatte VORNE wurde mit folgenden Maßen (505 mm x 177 mm x 2 mm)
aus einer Blechplatte herausgeschnitten. Danach wurde für das DVD-Laufwerk ein
Ausschnitt mit den Maßen (140 mm x 40 mm) mit Hilfe einer Metallstichsäge
ausgeschnitten. Es wurden für die Befestigung an dem Grundaufbau
(Einschubgehäuse) oben und unten jeweils vier 3,5 mm Löcher gebohrt, um die
Abdeckplatte VORNE festschrauben zu können. Des weiteren wurden zwölf 3,5 mm
Löcher für die Signal, Kurzschluss bzw. Power LEDs der Motortreiberkarten HP-STEP
gebohrt. Es wurden noch zwei rechteckige Löcher mit den Abmessungen 5 mm x 2
mm gebohrt bzw. gefeilt, wo wir die Power bzw. die HDD LED des eingebauten PCSystems befestigten. Die LEDs wurden mit einer Heißklebepistole an ihren
vorgegebenen Positionen fixiert. Um den Computer und die Steuerelektronik mit
Spannung zu versorgen, wurden noch zwei Netzkippschalter eingebaut. Für diese
Schalter wurden zwei 6 mm Löcher gebohrt. Schlussendlich wurde die Abdeckplatte
VORNE mit einer grauen Farbe pulverbeschichtet.
6.5.3 Abdeckplatte HINTEN
Die Abdeckplatte HINTEN wurde mit folgenden Maßen (545 mm x 177 mm x 2 mm)
aus einer Blechplatte herausgeschnitten. Danach wurde für die Spannungsversorgung
der Netzteile ein Ausschnitt für einen Kaltgerätestecker ausgeschnitten und befestigt.
Es wurde für die INTERFACE-Karte ein Ausschnitt mit den Abmessungen(85 mm x 15
mm) erstellt. Für das Netzteil des PC-Systems wurde ein Ausschnitt mit den Maßen
(147 mm x 80 mm) erstellt. Für das Motherboard wurde ein Ausschnitt mit den
Robin Ankele
Seite 34
Gehäuse
Kapitel 6
Maßen (150 mm x 55 mm) erstellt und es wurde die Abdeckschablone von dem
Motherboard eingesetzt. Des weitern wurde noch ein Ausschnitt mit den
Abmessungen (20 mm x 30 mm) für den Anschluss des Monitorkabels an der
Grafikkarte erstellt. Es wurde auch noch ein 30 mm Loch für die Motokabeln gebohrt.
Für die Befestigung der Abdeckplatte HINTEN wurden auf allen vier Eckpunkten vier
3,5 mm Löcher gebohrt. Auf der Unterseite wurden noch drei 3,5 mm Löcher zur
Befestigung gebohrt. Auch die Abdeckplatte HINTEN wurde mit einer grauen Farbe
pulverbeschichtet.
6.5.4
Deckel
Als Deckel benutzten wir ein bräunlich gedämpftes Plexiglas mit den Abmessungen
(500 mm x 380 mm x 5 mm). Um den Deckel auf unser Grundgerüst festschrauben zu
können, bohrten wir auf beiden Seiten drei 3 mm Löcher.
6.5.5 Befestigungen Netzteile
Um die drei Netzteile zur Spannungsversorgung der Steuerelektronik befestigen zu
können, benutzten wir einen weißen Kunststoff welcher schon in Form eines 90°
Winkels gebogen war. Wir schnitten drei Stücke mit den Abmessungen (295 mm x 55
mm x 110 mm) zur Befestigung der Netzteile heraus. Des weitern wurden drei 3,5
mm Löcher gebohrt um die Befestigungen an dem Grundgerüst festzuschrauben. Zur
Befestigung der Netzteile an den Netzteil – Befestigungen mussten zusätzlich noch
vier 3,5 mm Löcher gebohrt werden.
6.5.6 Befestigung HP-STEP – Motortreiber
Zur Befestigung der HP-STEP – Motortreiberkarten entwickelten wir eine Befestigung
aus einem grauen Kunststoff mit den Abmessungen (400 mm x 110 mm x 3 mm). Um
diese Befestigung an unseren Grundaufbau zu fixieren mussten wir auf den vier
Eckpunkten vier 3,5 mm Löcher bohren. Des weiteren wurden noch zwölf 3,5 mm
Löcher gebohrt, um die drei Motortreiberkarten zu befestigen.
6.5.7 Befestigung INTERFACE-Karte
Zur Befestigung der INTERFACE-Karte wurde wie schon bei den NetzteilBefestigungen, ein weißer Kunststoff mit den Abmessungen (80 mm x 65 mm x 100
mm ) benützt, welcher schon in Form eines 90° Winkels gebogen war. Es wurden zur
Befestigung am Grundaufbau zwei 3,5 mm Löcher gebohrt. Des weiteren wurden
noch vier 3,5 mm Löcher zur Befestigung der INTERFACE-Karte auf der INTERFACEKarten-Befestigung angebracht.
Seite 35
Robin Ankele
Kapitel 6
Gehäuse
6.5.8 Befestigung Motherboard
Zur Befestigung des Motherboardes in unserem Grundaufbau wurde, aus einem alten
Computergehäuse, ein Blechstück entnommen, wo schon Bohrungen zur Befestigung
von Distanzbolzen vorhanden gewesen sind.
6.5.9 Befestigung DVD-Laufwerk
Zur Befestigung der DVD-Laufwerkes wurde wie schon bei den Netzteilen und der
INTERFACE-Karte, ein weißer Kunststoff mit den Abmessungen(100 mm x 50 mm x 70
mm) benützt, welcher schon in Form eines 90° Winkels gebogen gewesen war. Zur
Befestigung des DVD-Laufwerkes bohrten wir zwei 3,5 mm Löcher. Zur Befestigung
der DVD-Befestigung an unserem Grundaufbau, bohrten wir noch zwei 3.5 mm
Löcher.
6.5.10 Befestigung Festplatte
Zur Befestigung der Festplatte in unserem Gehäuse, entwickelten wir eine
Festspeicher-Befestigung von der Befestigung von Festplatten aus einem alten
Computergehäuse. Wir schnitten mit einer Blechschere die vorhandene Befestigung
zu den Abmessungen (140 mm x 110 mm x 30 mm ).
6.5.11 Zusammenbau der einzelnen Baugruppen in das Gesamtgehäuse
Schlussendlich nachdem alle Baugruppen entworfen waren, mussten wir noch alle
Baugruppen mit den darauf enthaltenen Bauteilen zusammenbauen. Die Netzteile,
die HP-STEP – Motortreiberkarten bzw. die INTERFACE-Karte wurden mit
Gewindeschrauben mit den Abmessungen (M3, 12 mm) und Muttern mit den
Abmessungen (M3) befestigt. Die Abdeckung HINTEN bzw. die Abdeckung VORNE
wurden mit Gewindeschrauben mit den Abmessung (M3, 9 mm) befestigt. Zusätzlich
wurde die Abdeckung HINTEN noch mit vier Blechschrauben mit den Abmessungen (5
mm) befestigt. Die DVD-Laufwerk – Befestigung, die INTERFACE-Befestigung, die
Netzteil – Befestigungen wurden mit Gewindeschrauben mit den Abmessungen (M3,
12 mm) und Muttern mit den Abmessungen(M3) befestigt. Die
Motherboardbefestigung wurde mit Computerschrauben mit den Abmessungen (M3,
8,5 mm) verschraubt. Das PC-Netzteil wurde mit Gewindeschrauben mit den
Abmessungen (M3, 9mm) befestigt. Die Festspeicher – Befestigung und die HP-STEP
– Motortreiberbefestigung wurde mit Gewindeschrauben mit den Abmessungen(M3,
17 mm) und Muttern mit den Abmessungen (M3) verschraubt.
Robin Ankele
Seite 36
Gehäuse
6.6
Kapitel 6
Gehäuse Gesamtübersicht
Abbildung 40. Gehäuse Gesamtübersicht mit Cinema4D
Abbildung 41. Gehäuse Gesamtübersicht 2 mit Cinema4D
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Robin Ankele
Kapitel 6
Gehäuse
Abbildung 42. Gehäuse Gesamtübersicht Original
Abbildung 43. Gehäuse Gesamtübersicht Original 2
Robin Ankele
Seite 38
Fehlersuche
Kapitel 7
Kapitel 7
Fehlersuche
7.1
Einleitung
Nachdem wir die nicht einwandfrei funktionierende Fräs und Graviermaschine, welche in
Rahmen einer Diplomarbeit in den Schuljahr 2004/05 gebaut wurde, im Diplomandenlabor
aufgebaut hatten fingen wir sofort an die möglichen Fehlerquellen in Bezug auf die
Nichtfunktionalität der Schrittmotoren zu suchen.
Als Fehlerquellen hatten wir uns drei mögliche Ursachen in Verdacht. Die Schrittmotoren
selbst, die Ansteuerelektronik oder aber die Steuersoftware. Die Schrittmotoren konnten wir
aber ziemlich bald ausschließen, da es unwahrscheinlich ist, dass zugleich drei
Schrittmotoren defekt sein könnten. Als nächstes prüften wir die Elektronik. Bei einer
Sichtprobe konnten wir keine Beschädigungen sehen. Des weiteren wurde die
Elektrifizierung der Schrittmotoren bzw. der Elektronik begutachtet. Als auch hier keine
Fehler entdeckt wurden, beschlossen wir die Fräsmaschine vollständig aufzubauen bzw. die
gesamte Elektrifizierung neu anzuschließen und die Fräsmaschine mit der Software, welche
von den Diplomanten, welche die Fräsmaschinensteuerung entwickelt hatten, zu verwenden
und zu überprüfen ob die Fehlerquelle bei der Software oder bei der Elektronik liegt.
Die vorhandene Fräsmaschinesteuerung ist in zwei Versionen vorhanden. Zu allererst ist die
Fräsmaschinensteuerung mit einer Schrittmotorensteuerkarte mit der Bezeichnung 3D-Step
der Firma Mechapro, welche über die parallele Schnittstelle der Computers LPT mit der
Software CNCPlayer angesteuert wird, vorhanden. Als Erweiterung ist eine Übersetzerkarte
mit der Bezeichnung 2nd Generation Controller Board von der Firma DeskCNC, welche über
die Serielle Schnittstelle COM mit der Steuersoftware DeskCNC gesteuert wird, vorhanden.
Wir begannen nun mit der Konfiguration der Software CNCPlayer. Nachdem wir mit der
Konfiguration der soeben erwähnten Software keine Fehlerlösung hatten, beschlossen wir
die zweite Ansteuerung auszutesten. Die Fräsmaschine wurde nun mit der Software
DeskCNC getestet. Nach mehreren Konfigurationen schafften wir es schlussendlich das die
Schrittmotoren zuerst ein Signal bekamen und leise zu Rauschen begannen. Als wir ein
Steuersignal an die Motoren anlegten bewegten sich die Schrittmotoren. Sie waren aber
sehr laut und bewegten sich nicht ruhig und flüssig.
Nachdem sich nun die Schrittmotoren bewegten konnten wir als Fehlerquelle die
Schrittmotoren und die Elektronik ausschließen. Wir kamen zu dem Ergebnis, dass
wahrscheinlich die Software nicht richtig konfiguriert gewesen war.
Nachdem nun die Fräsmaschine sich bewegte und den Steuersignalen folgte, stießen wir auf
Seite 39
Robin Ankele
Kapitel 7
Fehlersuche
weitere Fehler, wie zb. das die Endschalter nicht funktionieren. Des weiteren versuchten wir
die Lautstärke der Schrittmotoren zu verringern und das unruhige nicht flüssige Fahren der
Schrittmotoren zu ändern. Unter anderem wollten wir die Elektronik der Fräsmaschine an
den heutigen Stand der Technik bringen und die Ansteuerung der Maschine, anstatt mit der
Parallelen LPT oder der Seriellen Schnittstelle COM eine USB-Schnittstelle auswählen.
Zu Ende der Fehlersuche stellten wir fest, dass es intelligenter und produktiver ist die
gesamte Steuerung der Fräsmaschine auszutauschen.
7.2
Vorhandene Elektronik
7.2.1 Einleitung
Die Ansteuerung der Fräs und Graviermaschine bestand aus zwei verschiedenen
Versionen. Bestandteil beider Versionen ist die 3D-Step – Schrittmotortreiberkarte
der Firma Mechapro.
Die erste Version der Fräsmaschinensteuerung wurde über die parallele Schnittstelle
LPT angesteuert.
Bei der zweiten Version ist einer Erweiterungskarte mit der Bezeichnung 2nd
Generation Controller Board vorhanden. Die 3D-Step Karte wird über den Computer
mit der Steuersoftware DeskCNC über einer serielle Schnittstelle bis zum 2nd
Generation Controller Board und dann weiter über die parallele Schnittstelle LPT zu
der 3D-Step Karte.
7.2.2 3D-Step
Abbildung 44. 3D-Step Motortreiberkarte
7.2.2.1
Robin Ankele
Funktionsbeschreibung
Seite 40
Fehlersuche
Kapitel 7
Die 3D-Step Motortreiber-Karte bietet eine Ansteuerung von 3 Schrittmotoren
(zusätzlich kann noch über einen 4 Ausgang C-Achse optional eine vierte Achse
angesteuert werden). Sie bietet eine Boost-Funktion, wobei der Motorstrom
kurzzeitig während der Beschleunigungsphase angehoben werden kann, um
Schrittverlusten durch zusätzliches Drehmoment vorzubeugen. Die 3D-Step-Karte
bietet unter anderem auch eine Stromreduzierfunktion(Sleep) wobei der Strom
an den Ausgängen der Endstufen um 25% über die Software reduziert wird. Dies
ist aber nur dann ratsam, wenn keine Kräfte auf den Fräser wirken, da sonst der
Fräser aus der Spur kommen könnte.
Die Ansteuertechnik der 3D-Step Karte beschränkt sich aber auf Voll und
Halbschritt. Die Ansteuerung erfolgt über die parallele Schnittstelle LPT. Die 3DStep kann Ströme von 0,4 A bis 2,1 A pro Phase liefern. Des weiteren kann eine
Motorspannung bis 44 V eingestellt werden.
7.2.2.2
Schaltplan
Abbildung 45. Schaltplan 3D-Step X-Achse
Seite 41
Robin Ankele
Kapitel 7
Fehlersuche
Abbildung 46. Schaltplan 3D-Step Y-Achse
Abbildung 47. Schaltplan 3D-Step Z-Achse
Robin Ankele
Seite 42
Fehlersuche
Kapitel 7
Abbildung 48.Schaltplan 3D-Step Boost bzw. Sleep
Abbildung 49. Schaltplan 3D-Step Notaus
Abbildung 50. Schaltplan 3D-Step LED-Beschaltung
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Robin Ankele
Kapitel 7
Fehlersuche
Abbildung 51. Schaltplan 3D-Step LPT bzw. Switches
Abbildung 52. Schaltplan 3D-Step C-Achse
7.2.2.3
Technische Kenndaten






7.2.2.4
3 Kanäle (auf 4 Kanäle erweiterbar)
Stromaufnahme pro Phase 0,4 A – 2,1 A
Bis 44 V Motorspannung
Automatische Stromabsenkung
Boost Funktion
Voll/Halbschritt
Funktionsprinzip
Die Ansteuerung der Schrittmotoren ist mit der Standardansteuerbeschaltung,
nämlich mit einem L297 Stepper Motor Controller und einem L298 Dual FullBridge Driver realisiert.
Robin Ankele
Seite 44
Fehlersuche
Kapitel 7
Abbildung 53. Funktionsprinzip mit L297 und L298
Am Pin 17 liegt der Eingang CW/CCW an. An diesem Pin wird die Richtung
eingestellt, in welche der Schrittmotor sich drehen soll.
… im Uhrzeigersinn
 CW
 CCW … gegen den Uhrzeigersinn
Am Pin 18 liegt der Clock. Wenn ein Impuls kommt, wird der Schrittmotor um
einen Schritt weiterbewegt. Der Schritt wird immer bei steigender Flanke
ausgeführt.
Am Pin 19 kann man zwischen Voll und Halbschritt umschalten.
Liegt auf diesen Pin Masse an, dann werden ganz normal Schritte ausgeführt.
Liegt an diesem Pin der Logikpegel 1 an , dann werden doppelt so viele Schritte
ausgeführt.
Am Pin 20 liegt der Reset Eingang. Wenn an diesem Pin eine positive
Logikspannung von +5V anliegt, dann können die Schrittmotoren angesprochen
werden. Dies kommt davon, da vor dem Eingang eine Investierung( d.h. Reset =
low active) ist. Wenn eine logische Null anliegt, dann kommt der Schrittmotor in
seine Ausgangsstellung.
Am Pin 10 liegt der Enable Eingang. Wenn an diesem Pin ein logischer 1er anliegt,
dann können die Schrittmotoren angesprochen werden.
Am Pin 15 ist die Referenzspannung wiederzufinden. Mit der Spannung die man
an diesem Pin, im Bereich von 0 bis 3 V anlegt, kann man den Motorstrom
steuern.
Mit dem Pin 11 mit der Bezeichnung Control werden die Betriebsmodi
ausgewählt. Hier kann man beeinflussen, wie schnell der Motorstrom abklingt.
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Robin Ankele
Kapitel 7
Fehlersuche
An den Pins 4,6,7,9 liegen die Ausgänge, mit dem Bezeichnungen A,B,C,D. An
diese Pins ist der Stepper Driver L298 angeschlossen. Die Signale, die über diese
Pins laufen, sind jene, welche über die H-Brücke, die Schrittmotoren ansteuert
7.2.3 2nd Generation Controller Board
Abbildung 54. 2nd Generation Controller Board
7.2.3.1
Funktionsbeschreibung
Das 2nd Generation Controller Board von DeskCNC ist ein Schrittmotorcontroller
so wie der IC L297. Mit dem Controller werden die PWM-Signale für die
Schrittmotorendstufen erzeugt. Der Controller wird durch die eignes für diesen
Baustein entwickelte Software DeskCNC gesteuert. Mit dem Controller können
bis zu 4 Achsen angesteuert werden. Es gibt einen eigenen Ausgang wo man eine
Frässpindel anhängen kann, welche dann über ein PWM – Signal angesteuert
wird. Die Ansteuerung des Controllers verläuft über die serielle Schnittstelle
RS232. Es kann aber auch ein Seriell zu USB Adapter verwendet werden. Der
Controller muss über ein externes Netzteil mit 5 V TTL Signal oder mit 9 - 12 V DC
versorgt werden.
7.2.3.2
Technische Kenndaten
Das 2nd Generation Controller Board bietet folgende Ausgänge:
 4 Steuerachsenausgänge
 7 Ausgänge für Kühlmittel, Drehrichtung, Frässpindel und einige zur freien
Auswahl
Robin Ankele
Seite 46
Fehlersuche
Kapitel 7
Des weiteren gibt es folgende Eingänge:
 4 Eingänge für Referenzschalter
 Eingänge für Endschalter
 Notauseingang
 Versorgungsspannung
7.2.3.3
Blockschaltbild
Abbildung 55. Blockschaltbild 2nd Generation Controller Board
7.2.3.4
Pinbelegung
Abbildung 56. Pinbelegung 2nd Generation Controller Board
Seite 47
Robin Ankele
Kapitel 7
Fehlersuche
7.2.4 Schrittmotorsteuerung Version 1
7.2.4.1
Einleitung
Die erste Schrittmotoransteuerung wurde in der Diplomarbeit „Fräsmaschine“
realisiert. Angesteuert wurde die Steuerelektronik von der Software CNCPlayer.
Die Verbindung zwischen PC-System und der Steuerelektronik wurde mithilfe
eines parallele Kabels LPT erstellt. Die Steuerelektronik bestand aus der 3D-StepKarte von Mechapro und zwei Netzteilen. Das eine Netzteil stellte die
Motorspannungen bereit. Das zweite Netzteil wurde zur Bereitstellung der TTLLogikspannungen „high-Pegel“ +5 V und „low-Pegel“ 0 V. Die Steuerelektronik
wurde in ein Gehäuse eingebaut.
7.2.4.2
Blockschaltbild
Abbildung 57. Blockschaltbild SM Steuerung Version 1
Robin Ankele
Seite 48
Fehlersuche
Kapitel 7
7.2.4.3
Fehlersuche
Als wir mit der Fehlersuche begannen wurde die Ansteuerung der Fräsmaschine
dahingehend aufgebaut das sie wie im Blockschaltbild der SM Steuerung Version
1 aufgebaut war. Nach der Kontrolle der Elektrifizierung, wobei keine Fehler
festgestellt werden konnten, wurde die Fräsmaschine mit der Software
CNCPlayer angesteuert. Es wurde bei der Elektronik der 3D-Step Karte kein
Fehler gefunden. Die Spannungsversorgung über das vorhandene Netzteil wurde
geprüft. Die Spannungsversorgung der Motoren wurde geprüft. Nun wurde
getestet ob die Fräsmaschine mit der Software CNCPlayer angesteuert werden
konnte. Dazu musste die Software installiert und konfiguriert werden. Nachdem
nach mehreren Konfigurationsversuchen kein Schrittmotor angesteuert werden
konnte, beschlossen wir die Ansteuerung der Fräsmaschine mit der
Schrittmotorsteuerung Version 2 zu probieren.
7.2.5 Schrittmotorsteuerung Version 2
7.2.5.1
Einleitung
Die zweite Schrittmotoransteuerung wurde von Professor Otto Schuller der
HTBLuVA Bulme Graz Gösting gefertigt. Sie ist eine Weiterentwicklung der
Schrittmotoransteuerung Version 1. Angesteuert wird die Steuerelektronik von
der Software DeskCNC. Die Verbindung zwischen PC-System und der
Steuerelektronik erfolgt durch die serielle Schnittstelle RS232. Die
Steuerelektronik bestand aus dem 2nd Generation Controller Board von
DeskCNC, der 3D-Step-Karte von Mechapro und drei Netzteilen. Ein Netzteil
wurde, wie schon oben genannt, für die Schrittmotoren verwendet und die
anderen zwei wurden zur Bereitstellung der TTL-Logik-Pegel, für die 3D-Step und
für den 2nd Generation Controller, verwendet.
Netzteil für die Bereitstellung der TTL-Logik-Pegel und zur Versorgung des 2nd
Generation Controller Boardes:
Abbildung 58. Netzteil für TTL-Logik-Pegel
Seite 49
Robin Ankele
Kapitel 7
Fehlersuche
7.2.5.2
Blockschaltbild
Abbildung 59. Blockschaltbild SM Steuerung Version 2
7.2.5.3
Fehlersuche
Nachdem bei der SM Steuerung Version 1 keine Fehlerlösung gefunden wurde, wurde
die Ansteuerung auf die SM Steuerung Version 2 umgebaut. Nachdem auch hier wieder
die Elektrifizierung geprüft wurde und auch die Spannungsversorgung für die
Erweiterungskarte 2nd Generation Controller Board konnte die Steuersoftware DeskCNC
installiert werden. Nachdem mehrere Konfigurationen getestet wurden, konnte die
Fräsmaschine angesteuert werden.
Da nun die Schrittmotoren der Fräsmaschine angesteuert werden konnten, traten nun
neue „Wünsche“ auf. Die Schrittmotoren sind im Betrieb zu laut. Des weiteren sind die
Schrittmotoren nicht ruhig (d.h. die Schrittmotoren ruckeln leicht). Um dem Ruckeln
entgegen zu wirken wurde die Ansteuertechnik von Voll auf Halbschritt umgestellt. Um
den Geräuschen entgegen zu wirken wurde der Steuerstrom reduziert. Da aber keines
der beiden Maßnahmen so wirkte, dass man eine gezielte Verbesserung sah, wurde
beschlossen, dass die gesamte Ansteuerung der Fräsmaschine ausgetauscht werden
sollte.
Robin Ankele
Seite 50
Fehlersuche
7.3
Kapitel 7
Elektrifizierung
7.3.1 Fehlersuche
Zu Beginn der Fehlersuche bei der vorhandenen Elektronik wurde die Elektrifizierung
geprüft. Die Kabel wurden mit einer Sichtprobe auf ihre Konsistenz und etwaige
Fehler wie Scheuerstellen, Risse oder andere Beschädigungen geprüft.
Des weiteren wurden die Leitungen auf die richtige Verdrahtung überprüft. Es wurde
genau überprüft, ob die Kabel nicht eventuell falsch herum angeschlossen oder
vertauscht wurden. Es wurde überprüft, ob kein Kurzschluss durch nicht isolierte
Kabel ausgelöst worden sein könnte.
7.3.2 Serielles Kabel
Zwischen dem 2nd Generation Controller Board und der seriellen Schnittstelle des
PC-Systems wurde ein RS232 Kabel benutzt.
7.3.3 Parallel Kabel
Wie schon oben erwähnt wurde zur Kommunikation zwischen der Schrittmotorkarte
und der Steuersoftware ein LPT Kabel benutzt. Hierbei gibt es zwei verschiedene
Versionen:
Die eine Version ist diejenige, welche direkt von der Schrittmotorendstufe 3D-Step
zum Computer führt.
Die zweite Version ist jede, welche von der 3D-Step Karte auf das 2nd Generation
Controller Board führt.
Abbildung 60. Pinbelegung LPT-Schnittstelle
Pinbelegung der parallelen Schnittstelle auf der Seite der 3D-Step Karte:
Pin
1
2
3
4
5
6
7
8
Norm-Bezeichnung
Strobe
Data Bit 0
Data Bit 1
Data Bit 2
Data Bit 3
Data Bit 4
Data Bit 5
Data Bit 6
Software Signal
Spindel
Richtung X
Takt X
Richtung Y
Takt Y
Richtung Z
Takt Z
frei (optional Richtung C)
Seite 51
Robin Ankele
Kapitel 7
Fehlersuche
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18-25
Data Bit 7
Acknowledge
Busy
Paper Out
Select
Autofeed
Error
Reset
Select
GND
frei (optional Takt C)
End/Referenz Z
Enable
End/Referenz Y
End/Referenz X
Kühlmittel
frei (opt. End/Referenz C)
Boost
Sleep (low aktiv)
GND
Tabelle 6. Pinbelegung 3D-Step
Pinbelegung der parallelen Schnittstelle für die Software CNCPlayer:
Abbildung 61. Pinbelegung CNCPlayer
7.3.4 Seriell zu USB Kabel
Um die Ansteuerung der Fräsmaschine an den heutigen Stand der Technik zu bringen,
wurde ein Seriell zu USB Umsetzer Kabel gekauft und benutzt. Dieses Kabel wurde bei
der Schrittmotorsteuerung Version 2 eingesetzt und es wurde die
Softwarekonfiguration für die Verwendung von einem seriellen Kabel um
konfiguriert.
Abbildung 62. Seriell zu USB Umsetzer Kabel
Robin Ankele
Seite 52
Fehlersuche
7.4
Kapitel 7
Software
7.4.1 Einleitung
Um die Steuerelektronik ansteuern zu können und den Schrittmotoren die
gewünschten Signale zu geben wird als Verbindung zwischen Mensch und Elektronik
eine Steuersoftware benutzt. Um die Schrittmotoren für die Fehlersuche ansteuern
zu können, benutzten wir folgende Steuersoftware:
 CNCPlayer
 DeskCNC
 WinPCNC
 CNCProfi
Wir haben die vier Softwareprogramme ausprobiert, jedoch ist es uns nur mit der
Software DeskCNC gelungen die Schrittmotoren der Fräsmaschine anzusteuern.
Nachdem wir die Software CNCPlayer probiert haben, welche schon von unseren
Vorgängern benutzt wurde und wir die Fräsmaschine dennoch nicht ansteuern
konnten, versuchten wir unser Glück mit der Software DeskCNC. Mit dieser
Steuersoftware konnte die Fräsmaschine angesteuert werden. Wir versuchten
dennoch die Ansteuerung mit zwei andere Softwareprodukten, da wir sehen wollten
ob wir die Schrittmotoren besser bzw. ruhiger und leiser ansteuern können.
Da uns aber nur die Ansteuerung mit der Software DeskCNC geglückt ist wurden alle
Einstellungen bezüglich der Schrittmotoren und des Steuerelektronik nur mit dieser
Steuersoftware ausgeführt.
7.4.2 CNCPlayer
Zur Ansteuerung der Schrittmotorsteuerung Version 1 wurde die Software CNCPlayer
benutzt. Zur Kommunikation zwischen der Schrittmotorkarte 3D-Step und dem PCSystem wurde ein 25 poliges LPT Kabel benutzt. Nachdem der zur Ansteuerung
benutzte PC neu aufgesetzt wurde, wurde die Software, welche schon von den
Diplomanten Maier Claus, Nitsch Dominik und Reiter Patrick zur Ansteuerung der
Fräsmaschine benutzt wurde, installiert. Nach der Installation wurde die Software
beim Ersten Start schon einmal vorkonfiguriert. Danach muss die Software noch auf
die Fräsmaschine konfiguriert werden.
Besondere Eigenschaften:




Ansteuerung von bis zu 4 Achsen
Verwaltung von 8 End/Referenzschaltern
Konvertierung verschiedener Fileformate
Unterstützt Files des Types: *.plt, *.cnc, *.dfx, *.ncp
Seite 53
Robin Ankele
Kapitel 7
Fehlersuche
7.4.3 DeskCNC
Zur Ansteuerung der Schrittmotorsteuerung Version 2 wurde die Software DeskCNC
benutzt. Zur Kommunikation zwischen der Schrittmotorkarte 3D-Step und dem PC
wurde die Erweiterungskarte 2nd Generation Controller Board benutzt.
Zur Kommunikation zwischen dem PC und dem 2nd Generation Controller Board
wurde ein RS232 Kabel benutzt. Zwischen dem 2nd Generation Controller Board und
der 3D-Step Schrittmotorendstufe wurde ein 25 poliges LPT Kabel benutzt.
Nachdem die Software CNCPlayer getestet wurde, wurde die Steuersoftware
DeskCNC installiert. Die Software wurde auf die Verwendung des 2nd Generation
Controller Board und der Verwendung eines seriellen Kabel konfiguriert.
Die Fräsmaschine konnte mit der Software DeskCNC erfolgreich angesteuert werden.
Nachdem die Fräsmaschine nun mit dieser Software funktionierte konnte die
Software erneut auf ein Seriell zu USB Kabel um konfiguriert werden.
 Ansteuerung von bis zu 4 Achsen
 Unterstützt Files des Types: *.dfx, *.stl, Extended Gerber
Format, *.gif, *.jpeg, *.bmp, *.png
 Image Modification, Carving, Encraving
 Interated 3D GCode Editor
7.4.4 Installation
7.4.4.1
CNC-Player
Die Software CNCPlayer ist sehr einfach zu installieren. Man muss nur die von der
Webseite www.cncplayer.de heruntergeladene Version des CNCPlayers mit
einem ZIP Programm extrahieren und in das gewünschte Verzeichnis kopieren.
Die Systemvoraussetzungen für die Verwendung von der Steuersoftware
CNCPlayer sind ein PC-System mit dem Betriebssystem Windows. Empfohlen wird
die Version Windows 98. Die Software läuft aber auch mit kleinen
Einschränkungen unter Windows XP bei der Verwendung eines eigens dafür
geschriebenen Treibers für die Druckerschnittstelle. Des weiteren sollte muss der
PC mindestens über eine parallele oder eine serielle Schnittstelle verfügen.
7.4.4.2
DeskCNC
Die Installation von DeskCNC ist einfach.
Die Systemvoraussetzungen für die Verwendung der Steuersoftware DeskCNC
sind: Ein PC-System mit dem Betriebssystem Windows. Alle gängigen Versionen
Robin Ankele
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Fehlersuche
Kapitel 7
werden unterstützt. Des weiteren wird noch eine serielle oder parallele
Schnittstelle benötigt. Es kann aber auch ein Seriell zu USB Umsetzer Kabel
benutzt werden.
7.4.5 Softwarekonfigurationen
Softwarekonfiguration CNCPlayer
Beim ersten Start der Steuersoftware CNCPlayer wird die Software vorkalibriert.
Zu Beginn wird nach den Maßeinheiten in mm oder inch gefragt. Nach Auswahl
klicken wir auf den Button <OK>.
Abbildung 63. Maßeinheiten
Danach kalibriert sich die Steuersoftware CNCPlayer an das vorhandene PC-System.
Abbildung 64. Kalibrierung
Wir klicken auf <Start>. Nach ca. 10 sec kommt ein neues Fenster wobei nun der
CNCPlayer an die Geschwindigkeiten des Computers ( CPU Takt, usw. …) angepasst
wird.
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Robin Ankele
Kapitel 7
Fehlersuche
Abbildung 65. Kalirierung
Wir klicken erneuet auf den <Start> Button. Nun startet der CNCPlayer mit seiner
Kalibrierung welche bis zu 2 Minuten dauern kann.
Wenn die Kalibrierung abgeschlossen ist, wechselt der Button <Start> auf den Button
<Close> womit man die Kalibrierung abschließt.
Danach kommen noch ein paar Warnhinweise im Umgang mit Fräsmaschinen und
der Software.
Abbildung 66. Sicherheitswarnungen
Mit diesem Fenster ist die Voreinstellung des CNCPlayers abgeschlossen.
Nachdem nun die Software vorkalibriert ist, kann nun die Software auf unsere
Steuerkarte und die Mechanik anpassen.
Robin Ankele
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Fehlersuche
Kapitel 7
Um die verwendete Steuerelektronik auszuwählen, klickt man auf das Menü Install –
Device.
Abbildung 67. Device Konfiguration
Nun stellt man hier das Device Universial Clock/Direction Device ein. Hierbei können
unter den Untermenü Motor noch der Port A für die Achsen 1..4 (888=$378)
eingestellt werden. Unter den Menüs Input bzw. Output können noch diverse Inputs
(Emergency Switch, Digital Switch) und Outputs (Standby, Boost, Reset) definiert
werden.
Nachdem dies erfolgt ist müssen noch die Bereiche Elektronik bzw. Mechanik
konfiguriert werden.
Die Konfiguration der Elektronik wird unter dem Menüpunkt Install – Express Config
eingestellt.
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Robin Ankele
Kapitel 7
Fehlersuche
Abbildung 68. Elektronikeinstellungen
Wie empfohlen wird dann der Einstellungsweg Easy angeklickt. Man kann auch auf
Medium oder Difficult klicken, was aber für unsere Einstellungen nicht erforderlich
ist.
Nach dem Klick auf den Button Easy erscheint folgendes Fenster:
Abbildung 69. Easy express Configuration
Hier wird die Verbindung zwischen dem Computer und der Steuerkarte definiert,
anhand des LPT1 Ports. Die Schnittstellenbelegung wird deklariert, entweder einfach
oder mit zusätzlichen Schaltern (I/Os).
Nach dem Klick auf den Button <Start> kalibriert sich die Software von selbst.
Nun muss nur noch die Mechanik konfiguriert werden. Die Konfiguration erreicht
man über den Menüpunkt Install – Resolution.
Hierbei öffnet sich nun ein Fenster wo man auf die Buttons <X>, <Y>, <Z> und <C>
klicken kann.
Nun sollte sich ein Fenster wie das folgende, für die Einstellungen der Mechanik an
der X-Achse (X axis) öffnen:
Robin Ankele
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Fehlersuche
Kapitel 7
Abbildung 70. Konfiguration X-Achse
Hier kann man nun die Einstellungen an den Schrittmotoren der X-Achse
konfigurieren.
Da die verwendeten Schrittmotoren pro Schritt um 1,8 ° drehen, benötigt man für
eine volle Umdrehung um 200 Schritte.
Darunter wird die Schrittart eingestellt. Da die Schrittmotoren ruhig und leise
funktionieren sollte stellen wir hier die Schrittart ½ Step (Halbschritt) ein.
Mit dem Punkt GearRatio kann eine eventuelle Getriebeübersetzung eingestellt
werden. Da aber bei der verwendeten Fräsmaschine keine Übersetzung vorhanden
ist wird dieser Faktor auf 1.0 gestellt.
Mit dem Punkt ScrewPitch wird die Spindelsteigung eingestellt. Diese beträgt 5.0
mm.
Nachdem dies eingestellt ist muss es nur noch auf den andere Achsen (Y,Z) auch noch
eingestellt werden. Schussendlich muss die Steuersoftware erneut kalibriert werden.
Dies kann untern dem Menü Config – Speed –Calibration- Auto-Calibration erledigt
werden.
Mit diesem Punkt ist nun die Konfiguration der Steuersoftware CNCPlayer
abgeschlossen und somit die Maschine einsatzbereit.
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Kapitel 7
Fehlersuche
Softwarekonfiguration DeskCNC
Nach der Installation von DeskCNC muss das Programm noch auf die vorhandene
Software konfiguriert werden.
Zuerst wird der 2nd Generation Controller mit +5V DC Spannung versorgt. Wenn der
Controller in Ordnung ist blinkt die blaue Status LED.
Danach steckt man die Verbindungen I/O, Step und Direction an. Schlussendlich
steckt man noch das RS232 Kabel am Computer und an dem Controller an.
Wenn ein Seriell zu USB Kabel benutzt wird, muss ein dementsprechender Treiber
installiert werden.
Den Treiber PL-2303 USB to Seriell Driver muss vor Anstecken des Seriell zu USB
Kabels installiert werden.
Nach dem Öffnen des Steuerprogrammes DeskCNC befinden wir uns im Mode CAM.
Es gibt noch 2 andere Modi, Maschine und Edit CNC, aber dazu später mehr. Um die
Software nun auf unsere Steuerelektronik und Mechanik zu konfigurieren müssen wir
zuallererst auf das Menü Setup – Options – Language.
Abbildung 71. Spracheinstellung
Hier kann die Sprache der Software eingestellt werden. Wir wählen English, man
kann aber auf der Herstellerwebseite andere Sprachen noch herunterladen und
nachinstallieren. Mit dem Klick auf den Button <Save> bestätigen wir unsere
Einstellung.
Robin Ankele
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Fehlersuche
Kapitel 7
Nun konfigurieren wir die Steuerelektronik. Dazu öffnen wir das Menü Setup –
Maschine Setup und klicken auf den Reiter Maschine. Nun öffnet sich folgendes
Fenster:
Abbildung 72. Maschinenkonfiguration
Bei Axes kann man die Anzahl der Achsen einstellen. Wir stellen hier 3 ein. Enable
Cycle Start, Enable External Pause sind für externe Schalter.
Ganz wichtig ist der Hacken bei 2nd Generation Controller.
Zusätzlich kann man noch unter Disable EStop Terminal einen Notaustaster
aktivieren.
Nun kommen wir zu ein paar Mechanik Konfigurationen und ein paar
Verbindungseinstellungen:
Wir wählen der Reiter DeskCNC Setup:
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Robin Ankele
Kapitel 7
Fehlersuche
Abbildung 73. Mechanik und Verbindungseinstellung
Hier können wir die Maßeinheit einstellen. Wir wählen Millimeter (MM).
Es können die Abmessungen der Maschine unter Maschine Size eingestellt werden.
Unter Jog Distances wird die Schrittweite in mm eingestellt welche dann bei
manueller Fahrt pro Jog gefahren wird.
Wir können noch G-Code Highlighting einschalten. Hierbei wird der GCode aufgehellt.
Was nicht zu vergessen ist, ist das der COM Port unter Default ausgewählt werden
muss, da sonst die Elektronik angesteuert werden kann.
Zur Bestätigung klicken wir auf <Save> um unsere Konfiguration zu speichern.
Nun kommen wir zu den Geschwindigkeitseinstellungen. Hierfür klicken wir den
Reiter Maschine Velocities.
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Fehlersuche
Kapitel 7
Abbildung 74. Beschleunigungseinstellungen
Hier können die Geschwindigkeiten und die Beschleunigung der Schrittmotoren
eingestellt werden.
Max Velocity berechnet sich wie folgt:
Max Vorschub =
Maximale Geschwindigkeit (mm/min) *
Schrittauflösung/Spindelsteigung (mm)/60
und der Start Vorschub (Start Velocity):
Start Vorschub =
Max Vorschub * 0,1
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Robin Ankele
Kapitel 7
Fehlersuche
Nun muss man nur noch die Achsen konfigurieren und dann ist die Maschine
einsatzbereit. Dies geschieht unter dem Reiter Axes Setup. Nun sollte sich folgendes
Fenster öffnen:
Abbildung 75. Achsen Konfiguration
In dem Textfeld Home Position kann man einen eventuellen Offset der Achsen
einstellen.
Bei Steps per MM wird eingestellt wie viele Schritte pro 1 mm benötigt werden.
Unter Max Velocity stellen wir wie zuvor die maximale Beschleunigung ein.
Dies ist für alle drei Achsen (X,Y,Z) einzustellen.
Mit dem Klick auf den Button <Save> speichert man die Konfiguration.
Mit diesen Einstellungen ist die Software konfiguriert. Sie kann nun zur Steuerung der
Fräsmaschine benutzt werden.
Robin Ankele
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Fehlersuche
Kapitel 7
7.4.6 Bedienung
Bedienung des CNCPlayers
Es gibt drei verschiedene Arten die Fräsmaschine mit dem CNCPlayer anzusteuern. Zum
einen kann man die Schrittmotoren manuell ansprechen oder über ein importiertes oder
selbst gefertigtes Grakikfile oder aber auch über den in der CNC-Technik weit verbreiteten
GCode.
Bedienung mit Manueller Steuerung
Zu allererst sollte man über den Menüpunkt View – Position klicken wobei folgendes Fenster
erscheinen sollte:
Abbildung 76. Digitalanzeige
Hierbei öffnet sich dann eine Digitalanzeige wo man die jeweiligen gefahrenen mm sieht.
Um die Handsteuerung zu Öffnen klickt man auf den Menüpunkt Action – Jog.
Abbildung 77. Manuelle Steuerung - Jog
Mit den jeweiligen Richtungsbuttons kann man in die gewünschte Richtung fahren.
Bei Klick auf den roten Button kann die Geschwindigkeit eingestellt werden.
Bei Klick auf den blauen Button wird die Strecke eingestellt, wie weit die Fräsmaschine fahren
soll.
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Robin Ankele
Kapitel 7
Fehlersuche
Bedienung mit Automatischer Steuerung
Die Software kann aber auch Grafiken verschiedener Formate importieren und dann
automatisch nachfräsen oder gravieren. Um die Automatische Steuerung zu öffnen klicken
wir auf den Menüpunkt Action – Run.
Abbildung 78. Automatische Steuerung
Hierbei öffnet sich ein Fenster worin sich ein Home, Start, Stop, Pause , Spindle und Kühl
Button befindet.
Bedienung mittels GCode
Es gibt aber auch noch die Möglichkeit der Programmierung, um die Fräsmaschine
anzusteuern. Die Programmiersprache ist der in der CNC-Technik weitverbreitete GCode.
Um den GCode-Eingabe aufzurufen klickt man auf
Abbildung 79. Steuerung mittels GCode
Hierbei kann man seinen eignen GCode eintippen und damit die Fräsmaschine ansteuern.
Durch den Klick auf den Button <Start> wird der Quellcode ausgeführt.
Robin Ankele
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Fehlersuche
Kapitel 7
Bedienung von DeskCNC
Wie bei dem Programm CNCPlayer kann man auch mit der Steuersoftware DeskCNC Grafiken
erstellen und fräsen. Des weiteren kann man manuelle mit der Hand fräsen und auch über
eine Programmierung mithilfe des GCodes die Fräsmaschine ansteuern.
Bedienung mit Manueller Steuerung
Um die Fräsmaschine manuell steuern zu können klickt man im Menü Mode auf den Modus
Maschine. Danach sollte sich folgendes Fenster öffnen:
Abbildung 80. Maschine Mode
Hier ist man im Maschine Modus. Hier müssen zuerst einmal ein paar Einstellungen
vorgenommen werden damit die Fräsmaschine angesteuert werden kann.
Unter dem Maschinen Modi kann man den GCode eintippen und auch die Fräsmaschine
manuell steuern.
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Robin Ankele
Kapitel 7
Fehlersuche
Folgende Einstellungen müssen vor dem Start der Ansteuerung gemacht werden:
Abbildung 81. Starteinstellungen
Der Button <Mist> schaltet die Maschine ein.
Der Button <Flood> schaltet die Kühlung der Maschine ein.
Der Button <CW> oder <CCW> schaltet die Drehrichtung der Schrittmotoren ein.
Abbildung 82. Manuelle Steuerung
Über den Button <X+> und <X-> können die jeweiligen Achsen nach links oder rechts
gefahren werden.
Mit dem Button <Reset> wird der Controller neu gestartet.
Über den Button <Go> kann ein eingestelltes Grafikfile automatisch abgearbeitet werden.
Mit diesem Button startet man auch den GCode, wenn einer vorhanden ist.
Mit dem Button <Pause> kann pausiert und danach die Arbeit wiederaufgenommen werden.
Über die Auswahl Jog kann man die Strecke bzw. die Geschwindigkeit der Schrittmotoren
auswählen.
Bedienung mittels GCode
Robin Ankele
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Fehlersuche
Kapitel 7
Abbildung 83. Bedienung mittels GCode
Nachdem man den GCode in das Fenster rechts unten eingetippt hat kann man ihn über den
Button <GO> abarbeiten lassen. Über den Button <Next> kann man die einzelnen Schritte
durchspringen.
Es gibt noch den CAM Modus in welchen man in dem Programm eigene Grafiken erstellten
und Bearbeiten kann. Des weiteren können viele Filetypen geladen werden und für die
Erstellung eines Fräsmodelles benutzt werden. Das Standardformat für diese Software ist
*.dxf.
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Robin Ankele
Kapitel 7
7.5
Fehlersuche
Endschalter
7.5.1
Fehlersuche
Die vorhandene Fräsmaschine hat an der Y-Achse und an der Z-Achse auf jeder Seite einen
Endschalter befestigt, welcher die Fräsmaschine vor Eigenbeschädigung schützen sollte.
Diese Endschalter funktionierten aber bei dem vorhandenen Aufbau und mit der
Steuersoftware DeskCNC nicht. Die Endschalter wurden bei laufenden Motor gedrückt. Die
Motoren wurden nicht gestoppt und es wurde auch kein Softwaresignal empfangen. Es
wurden alle vier Endschalter jeweils zwei an der Y-Achse und zwei an der Z-Achse geprüft. Da
keine Reaktion zu sehen war mussten diese überprüft werden. Zuerst wurde überprüft ob es
sich um Schließer oder Öffner Kontakte handelt. Laut dem Datenblatt des Herstellers sollten
zumindest die ENDX, ENDY bzw. die ENDZ Signalleds leuchten. Wir konnten feststellen das es
sich bei unseren Endschaltern um Öffner Kontakte handelte. Bei Betätigung dieser Kontakte
leuchteten die Signalleds auf. Dies bestätigte uns, dass zumindest die Endschalter nicht
beschädigt sein konnten.
Nachdem nun die Endschalter selbst als Fehlerquelle ausgeschlossen werden konnten,
schrieben wir dem Hersteller eine E-Mail, welcher uns erklärte, das die Endschalter nicht an
der Schrittmotorendstufe ausgewertet werden, sondern lediglich an den Parallelport
weitergeleitet werden. Nun überprüften wir die Übertragung der Endschaltersignale an den
PC Parallelport. Und hier konnte das Problem entdeckt werden. Von den Diplomanten,
welche die erste Version der Fräsmaschinensteuerung aufgebaut hatten, wurden die
Signalleitungen von der 3D-Step Motortreiberkarte auf den PC Parallelport nicht verbunden.
Demnach konnte die Software gar kein Signal bekommen und auch keine Auswertung der
Endschalter durchführen.
Abbildung 84. Endschalter
Robin Ankele
Seite 70
Fehlersuche
7.6
Kapitel 7
Motorlautstärke reduzieren
7.6.1 Motoren ruckfreier betreiben
Um die Schrittmotoren während dem Betrieb leiser zu machen bzw. um die
Schrittmotoren ruckfreier zu machen wurde die Ansteuertechnik der Schrittmotoren
von Vollschritt auf Halbschritt umgestellt.
Vollschritt:
Es sind immer 2 Spulen stromdurchflossen. Daher hat man ein höheres Drehmoment.
Es können aber im mittleren Drehzahlbereich Resonanzen auftreten wobei es zu
Schrittverlusten kommen kann.
1 Schritt entspricht 1,8 °
1 Umdrehung entspricht 200 Schritte
Halbschritt:
Es werden immer 2 Spulen stromdurchflossen. Danach wird nur eine Spule
stromdurchflossen. Man hat ein kleineres Drehmoment. Dies kann aber durch eine
Stromerhöhung vermindert werden. Man kann eine höhere Auflösung erzielen und
die Lautstärke reduzieren.
1 Schritt entspricht 0,9 °
1 Umdrehung entspricht 400 Schritte
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Robin Ankele
Kapitel 7
Fehlersuche
Einstellungen der Jumper bei der 3D-Step Schrittmotorendstufe:
Standardmäßig ist die Schrittmotorendstufe auf Halbschritt eingestellt.
Abbildung 85. Jumpereinstellungen für Voll/Halbschritt
Robin Ankele
Seite 72
Fehlersuche
Kapitel 7
7.6.2 Strom begrenzen
Um die Schrittmotoren im Betrieb leiser zu machen wurde versucht die
Referenzspannung am Stepper Controller L297 zu verändern.
Es gibt zwei verschiedene Möglichkeiten die Schrittmotoren leiser zu machen.
Die eine Möglichkeit ist den Motorstrom zu begrenzen.
Die andere Möglichkeit ist es die Chopperfrequenz zu ändern.
Um den Motorstrom einzustellen kann man an den Potenziometern R28, R29 und
R30 drehen. Standardmäßig sind sie auf 1kΩ eingestellt. Des weiteren kann man aber
auch die Widerstände R3 und R4 auslöten und durch andere ersetzen.
Die Referenzspannung welche den Motorstrom einstellt kann an den Widerständen
R3, R8 und R13 oder auch an den Pin 15 des jeweiligen Stepper Controller ICs L297
gemessen werden.
Die Referenzspannung lässt sich über folgende Formel berechnen:
V(ref) = I (Motor) * R (sense) * Wurzel 2
R (sense) ist der jeweilig Messwiderstand (0,47 Ohm bei Standardbestückung).
Abbildung 86. Motorstromeinstellung bei der X-Achse
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Robin Ankele
Kapitel 7
Fehlersuche
Des weiteren können Geräusche der Schrittmotoren vermindert werden, indem man
die Chopperfrequenz am Potentiometer R35 ändert. Man muss aber bedenken, je
höher die Chopperfrequenz ist desto höher ist die Wahrscheinlichkeit auf
Schaltverluste in den Endstufen ICs. Das Potentiometer R35 ist standardmäßig auf
10kΩ eingestellt.
Abbildung 87. Potentiometer zur Stromeinstellung
Nachdem die Schrittmotoren von Voll auf Halbschritt umkonfiguriert wurden, der
Motorstrom begrenzt und unter anderm auch die Chopperfrequenz verändert wurde,
konnten keine sichtbaren Veränderung der Schrittmotoren während des Betriebs
ausgemacht werden. Dies war einer der Gründe, warum die gesamte
Steuerelektronik schlussendlich ausgetauscht wurde.
Robin Ankele
Seite 74
Elektronik
Kapitel 8
Kapitel 8
Elektronik
8.1
Einleitung Ansteuerung von Fräsmaschinen
Um die 3 Achsen einer Fräsmaschine anzutreiben werden in den meisten Fällen
Schrittmotoren verwendet, da mit diesen eine sehr präzise Steuerung möglich ist.
Damit sich die Motoren drehen ist entweder ein Mikrokontroller mit Motortreiber,
Motortreiber dient als Verstärker, oder eine elektronische Schaltung notwendig. Die
Standardbeschaltung wäre eine Kombination aus L297 und L298. Gesteuert werden können
die Motoren dann entweder manuell mit einer entsprechenden Hardware oder mithilfe
einer Software.
Abbildung 88. Blockschaltbild Ansteuerung
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Thomas Resch
Kapitel 8
8.2
Elektronik
Motoren
8.2.1 Einleitung
In unserer Diplomarbeit verwenden wir Schrittmotoren der Firma Nanotec. Diese
zeichnen sich durch eine gute Mikroschrittfähigkeit, sowie eine hohe
Schrittwinkelgenauigkeit aus. Drei solcher Motoren dienen in unserer Arbeit als
Antrieb der Achsen X, Y und Z.
Die Motoren waren schon zu Beginn vorhanden und da diese die perfekten
Spezifikationen aufweisen haben wir uns dazu entschlossen diese auch weiterhin zu
nutzen.
Abbildung 89. Schrittmotor
8.2.2 Kenndaten
Die genaue Typenbezeichnung dieser Motoren lautet: ST5818L3008-A
Strom pro Wicklung………………………… 2,12 A
Haltemoment…………………………………. 170 Ncm
Widerstand pro Wicklung……………….. 2 Ohm
Induktivität pro Wicklung……………….. 8,8 mH
Rotorträgheitsmoment………………….. 430 gcm²
Gewicht………………………………………….. 1,1 kg
Abbildung 90. Kennlinie SchrittmotorST5818L
Thomas Resch
Seite 76
Elektronik
8.2.3
Kapitel 8
Was sind Schrittmotoren
Schrittmotoren sind digital gesteuerte Positionier- und Drehzahlantriebe. Seit dem
Technologiewandel von der Analog- zur Digitaltechnik haben Schrittmotoren
aufgrund der einfachen Steuerung, höchster Lebensdauer und Zuverlässigkeit und
des günstigen Preises eine große Akzeptanz und Verbreitung finden können. Sie
zeichnen sich dadurch aus, dass die Steuerung besonders leicht und präzise per
Software möglich ist.
8.2.4
Funktion
Bei Schrittmotoren reicht es nicht an 2 Anschlüssen eine Spannung anzulegen, so wie
es bei andern Motoren gemacht wird, um eine Drehung zu erzielen. Ein Schrittmotor
besitzt mindestens 4 davon, es können aber auch 6 oder 8 Anschlüsse sein, abhängig
davon ob es sich um einen bipolaren oder unipolaren Motor handelt. Ein bipolarer
Schrittmotor besitzt 2 Spulen, also 4 Anschlüsse.
Abbildung 91. Aufbau Schrittmotor
Unipolare Schrittmotoren sind gleich aufgebaut, diese besitzen jedoch in der Mitte
jeder der beiden Spulen einen weitern Anschluss nach außen. Es ist natürlich auch
möglich Unipolare Motoren als Bipolare zu nutzen, indem man nur 4 Anschlüsse
benutzt.
Legt man bei Schrittmotoren an 2 Anschlüssen eine Spannung und die Anschlüsse in
der Mitte der Spulen auf Masse so bewegt sich der Motor um einen Schritt. Dieser ist
jedoch winzig und kaum zu erkennen. Im Durchschnitt liegt der Schrittwinkel bei den
meisten Motoren bei 1,8 Grad, sowie auch bei den von uns verwendeten Motoren,
und es werden 200 solcher Schritte benötigt um eine volle Umdrehung zu erreichen.
Legt man die Spannungen an eine andere Kombination von Anschlüssen erfolgt der
nächste Schritt.
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Thomas Resch
Kapitel 8
Elektronik
Vollschrittmodus:
Im Vollschrittmodus gibt es genau 4
verschiedene Schrittmöglichkeiten. Es
sind beide Spulen wirksam.
Halbschrittmodus:
Beim Halbschrittbetrieb wird eine
Spule abgeschaltet. Dadurch gibt es 8
verschiedene Schrittmöglichkeiten.
Mikroschrittmodus:
Der Mikroschrittbetrieb bringt zwei wesentliche Vorteile, nämlich einen praktisch
geräuschlosen Lauf sowie eine höhere Auflösung oder Anzahl der Zielpositionen.
Mikroschrittsteuerungen der einfachen Art arbeiten nach dem Trapezprinzip. Es ist
noch keine kontinuierlichen Drehbewegung vorhanden.
Wird der Strom der beiden Spulen in der einen Sinus und in der anderen Cosinus
förmig verändert, dann erfolgt eine kontinuierliche Bewegung. Er schreitet nicht, er
gleitet.
Belegungen der Anschlüsse für Voll und Halbschrittbetrieb von bi und unipolaren
Schrittmotoren
Abbildung 92. Spulen
Thomas Resch
Seite 78
Elektronik
Kapitel 8
Vollschrittbetrieb bei unipolaren Schrittmotoren
a
b
Mittelanzapfung
a
Spule 1 Spule 1
Spule 1
Spule 2
+
X
X
+
X
+
X
+
+
X
+
X
b
Spule 2
+
X
X
+
Mittelanzapfung
Spule 2
-
1. Schritt
2. Schritt
3. Schritt
4. Schritt
Tabelle 7. Vollschrittbetrieb bei unipolaren Motoren

- (Minus), + (Plus), X (keine Belegung)
Um bei Bipolaren Schrittmotoren eine Änderung des Magnetfeldes zu erzielen ist es
von Nöten die Spannung an den Spulenenden umzupolen. Früher wurden sie
deswegen gemieden, doch heutzutage ist dies durch integrierte Schaltkreise kein
Problem mehr.
Voll und Halbschrittbelegung der Anschlüsse für bipolare Schrittmotoren
Vollschrittbetrieb
a
Spule 1
+
+
-
b
Spule 1
+
+
a
Spule 2
+
+
b
Spule 2
+
+
-
1. Schritt
2. Schritt
3. Schritt
4. Schritt
Tabelle 8. Vollschrittbetrieb bei bipolaren Motoren
Halbschrittbetrieb
a
Spule 1
+
+
+
X
X

b
Spule 1
X
+
+
+
X
a
Spule 2
+
X
X
+
+
b
Spule 2
X
+
+
+
X
-
1. Schritt
2. Schritt
3. Schritt
4. Schritt
5. Schritt
6. Schritt
7. Schritt
8. Schritt
Tabelle 9. Halbschrittbetrieb bei bipolaren Motoren
- (Minus), + (Plus), X (keine Belegung)
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Thomas Resch
Kapitel 8
Elektronik
Abbildung 93. Aufbau Schrittmotor
Unsere Schrittmotoren haben 8 Anschlüsse, also handelt es sich um unipolare Motoren.
Wie in der Zeichnung nebenan zu erkennen benutzen wir nur die 4 äußeren Anschlüsse und
überbrücken die inneren. Die Motoren werden von uns also bipolar in Serie betrieben.
Um einen Schrittmotor in Bewegung zu setzen ist entweder eine elektronische Schaltung
oder ein Mikrokontroller nötig. Der Motor kann aber nicht direkt an den Mikrokontroller
angeschlossen werden, ein Motortreiber ist zu verwenden.
Thomas Resch
Seite 80
Elektronik
8.3
Kapitel 8
Netzteile
8.3.1 Was ist ein Netzteil?
Ein Netzteil ist ein Gerät, das Objekte mit Spannung versorgt, die unterschiedlich
jener Spannung ist, die aus dem Stromnetz kommt. Also es wandelt die Spannung
aus der Steckdose, in eine für das Gerät geeignete Spannung um.
Man unterscheidet zwischen:
Ungeregelte Netzteile:

Diese haben keine konstante Ausgangsspannung

Sie sind von der Last abhängig
Geregelte Netzteile:


Linear geregelte Netzteile
Schaltnetzteile
Linear geregelte Netzteile:
Abbildung 94. Linear geregeltes Netzteil
Diese sind einfach aufgebaut und geben eine konstante Gleichspannung aus. Sie bestehen
aus einem Trafo, einem Gleichrichter und einem Linearregler, der eine konstante
Ausgangsspannung sicherstellt.
8.3.2 Schaltnetzteile
Bei Schaltnetzteilen wird die vorhandene Netzspannung erst gleichgerichtet und
dann in eine Wechselspannung mit viel höherer Frequenz als Netzfrequenz
umgewandelt. Nach der Transformation wird die Spannung wieder gleichgerichtet.
Durch die höhere Frequenz ist der Einsatz von kleineren Transformatoren möglich.
Auch der Wirkungsgrad ist um einiges höher als bei linearen Netzteilen.
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Thomas Resch
Kapitel 8
Elektronik
Abbildung 95. Schaltnetzteil
Vorteile der Schaltnetzteile:

Durch die kleineren Transformatoren und Kondensatoren sind sie kleiner und
leichter

großer Toleranzbereich (bezogen auf Eigenspannung und Netzfrequenz)

Schaltnetzteile haben einen sehr hohen Wirkungsgrad da nur wenig Verluste
entstehen. Er liegt zw. 80 und 90%.
Tabelle 10. Vorteile Schaltnetzteile
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Elektronik
Kapitel 8
Nachteile der Schaltnetzteile:

Hängt man eine zu kleine Last an ein Schaltnetzteil, dann kann es zu Schwingen
beginnen. Es wird eine sogenannte Vorlast benötigt

Sie haben ein schlechtes Regelverhalten, aber nur bei schnellen Lastwechseln oder
sehr niedriger Last am Ausgang.

Durch die hohen Frequenzen ist es notwendig aufwendige Maßnahmen zu
ergreifen um Störemissionen zu verhindern.

Die Schaltung ist viel komplexer aufgebaut als bei anderen Netzteilen. Es sind mehr
Bauelemente enthalten, wodurch sich natürlich die Ausfallwahrscheinlichkeit
erhöht.
Tabelle 11. Nachteile Schaltnetzteil
In unserer Diplomarbeit verwenden wir Schaltnetzteile, da eine konstante
Ausgangsspannung für unser Vorhaben sehr wichtig ist.
Die Schrittmotoren benötigen eine Spannung von 36V und die Steuerelektronik 5V
und 24V. Da die Schrittmotoren einen Strom von jeweils 3A benötigen, war es auch
wichtig ein Netzteil zu verwenden, das genügend Strom liefert.
Wir haben uns dann für drei Schaltnetzteile der Firma Neuhold Elektronik
entschieden, da alle Voraussetzungen die wir stellten und auch das Preis /
Leistungsverhältnis genau erfüllten. Genau handelt es sich hier um das N0855, das
folgende Ausgangsspannungen liefert:

+5 V Standby/0,02 A

+5 V/2 A

+12 V/0,7 A

+24 V/1 A

+12 V/8,5 A
Abbildung 96. Netzteil
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Kapitel 8
Elektronik
Um die 36V für die Schrittmotoren zu erreichen, mussten wir die drei Netzteile an
den 12V/8,5A Ausgängen seriell verbinden.
Abbildung 97. Zusammenschaltung Netzteile
Da die Ausgänge der Netzteile nicht erdfrei waren, das heißt GND ("Minus“) ist mit
dem Schutzleiter/PE verbunden, mussten wir vor dem zusammenschließen der
Netzteile diese Verbindung unterbrechen.
Würden die drei Netzteile ohne
Unterbrechung in Serie geschalten
werden, dann würde es zu einem
Kurzschluss kommen. Die Verbindung
muss also beim ersten und zweiten
Netzteil unterbrochen werden, beim
dritten ist dies, wie auch in der
nebenstehenden Zeichnung ersichtlich,
nicht von Nöten.
Abbildung 98. Erdungsfrei
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Elektronik
Kapitel 8
8.3.3 ON/OFF –Key
Damit die Netzteile überhaupt funktionierten, mussten wir die ON/OFF Key
Anschlüsse jedes einzelnen Netzteiles mit einem Stück Draht an der Unterseite der
Platine überbrücken. Dies führt dazu, dass die Netzteile sofort nach Umlegen des
Hauptschalters eingeschalten sind.
Abbildung 99. Aufbau ON/OFF Key
Abbildung 100. Oberseite ON/OFF Key
Abbildung 101. Unterseite ON/OFF Key
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Kapitel 8
Elektronik
8.3.4 Blockschaltbild Netzteil
Abbildung 102. Blockschaltbild Netzteil
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Elektronik
8.3.5
Kapitel 8
Schaltplan Netzteile
Abbildung 103. Schaltplan Netzteil
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Kapitel 8
Elektronik
Abbildung 104. Schaltplan Netzteil 2
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Seite 88
Elektronik
8.3.6
Kapitel 8
Spannungsversorgungsblockschaltbild
Abbildung 105. Blockschaltbild Spannungsversorgung
Seite 89
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Kapitel 8
8.4
Elektronik
Ansteuerung
8.4.1 Motortreiber

Ein Motortreiber kann Spannungen (Ausgangsspannungen) mit unterschiedlicher
Polarität erkennen und abgreifen, um sie dann dem Motor zuzuführen. Die
Polarität der Spannung teilt man dem Motortreiber an einem seiner Eingänge
mit.

Mit einem Motortreiber ist es aber (in praktisch allen Fällen) auch möglich die
Drehzahl zu regeln und den Motor anzuhalten.
8.4.2 Grundschaltung mit L297 und L298
Die Standardbeschaltung für Schrittmotoren ist eine Kombination aus dem L297
Stepper Motor Controller und dem L298 Dual Full-Bridge Driver.
Abbildung 106. Schaltbild L297, L298
Thomas Resch
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Elektronik
Kapitel 8
8.4.3 L298
Abbildung 107. Innenaufbau L298
Der L298 ist ein sogenannter Bridge Driver. Er wurde designt um induktive Ladungen
wie Relais, Gleichstrommotoren und Schrittmotoren anzutreiben. Er vereint zwei
zusammengeschaltete Brückenschaltungen in einem Gehäuse und bietet sehr hohe
Leistungen.
Auszug aus dem Datenblatt des L298:
SPANNUNGSENDSTUFE
Der L298 beinhaltet zwei Endstufen (A, B). Die Endstufe ist eine BrückenKonfiguration und ihre Ausgänge können, je nach Zustand der Eingänge, eine
induktive Last im gemeinsamen oder im Differential-Modus ansteuern. Die Strömung,
welche durch die Last fließt, kommt aus dem SENSE Ausgang der Brücke: ein externer
Widerstand (RSA; RSB.) ermöglicht es, die Intensität des Stroms zu ermitteln.
ANFANGSSTUFE
Jede Brücke wird mit vier Toren angesteuert. Deren Eingänge sind: In1, In2; ENA und
In3; In4; ENB.
Wenn den EN-Eingang auf HIGH ist, wird der Brückenzustand durch die In-Eingänge
eingestellt; ein LOW-Zustand des EN-Eingangs würde die Brücke sperren. Alle
Eingänge sind TTL-kompatibel.
VORSCHLÄGE
Ein nicht induktiver Kondensator (in der Regel 100 nF), muss zwischen beiden, Vs und
Vss, zu GROUND so nahe wie möglich am GND Pin vorgesehen werden. Wenn der
große Kondensator der Stromversorgung zu weit vom IC entfernt ist, muss ein
zweiter kleinerer Kondensator in der Nähe des L298 vorgesehen werden. Die nicht
drahtgewickelten Messwiderstände müssen in der Nähe des negativen Pols der Vs,
welcher nahe an dem GND Pin des ICs liegen sollte, auf Masse gelegt werden.
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Thomas Resch
Kapitel 8
Elektronik
Jede Eingabe muss über möglichst kurze Wege mit der Quelle der Antriebssignale
verbunden sein.
Ein- bzw. Ausschalten: Bevor die Versorgungsspannung eingeschalten bzw.
ausgeschalten werden darf, müssen sich die ENABLE Eingänge im Low-Zustand
befinden.
8.4.4
Prinzip einer H-Brücke
Abbildung 108. H-Brücke
Eine Vollbrücke besteht aus vier Bauteilen die schaltbar sind. Diese Bauelemente
können zum Beispiel FETs sein. Mit einer solchen Brücke kann man Strom in beide
Richtungen durch eine Spule fließen lassen. In der unteren Zeichnung ist dies gut
ersichtlich dargestellt. Der Strom fließt jeweils über die Diagonal liegenden
Transistoren. Damit jetzt ein Strom über die Transistoren T1 und T4 fließt müssen
diese beiden Transistoren durch steuern, für die andere Richtung die Transistoren T3
und T2.
Thomas Resch
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Elektronik
Kapitel 8
8.4.5 L297
Abbildung 109. Innenbeschaltung L297
Der L297 ist ein Schrittmotor Controller. Er generiert die Signale für zwei-phasige bipolare
und vier-phasige unipolare Schrittmotoren.
Auszug aus dem Datenblatt des L297:
Die wichtigsten Funktionen sind ein Übersetzer, welcher die Motorphasen-Sequenzen
erzeugt und ein Dual-PWM-Gleichspannungswandler-Schaltkreis, der die Strömungen in den
Motorwicklungen regelt. Der Übersetzer erzeugt drei verschiedene Sequenzen welche von
der Halb- bzw. Volleinspeisung gewählt werden. Diese drei Sequenzen sind normal (zwei
Phasen unter Spannung), Wellen-Antrieb (eine Phase unter Spannung) und Halbschritt
(abwechselnd eine Phase / zwei Phasen unter Spannung). Der L297 erzeugt in dem
Halbschritt- und Wellen-Antriebsmodus zusätzlich noch zwei Sperrsignale. Diese Signale, die
direkt mit den „Enable“-Eingängen (Freigabe) des L298 verbunden sind, sind dafür
vorgesehen, den Stromabfall zu beschleunigen wenn ein Wicklung spannungsfrei wird.
Wenn der L297 verwendet wird, um einen unipolaren Motor anzutreiben, wirkt der
Gleichspannungswandler auf diese Sequenzen. Ein Eingang namens CONTROL bestimmt, ob
der Gleichspannungswandler auf die Phasenleitung ABCD oder auf die INHIBIT Leitungen
INH1&2 wirkt.
Wenn die Phasenleitungen gekappt werden, ist die nicht aktive Phasenleitung jedes Paares
(AB oder CD) aktiviert. In L297 + L298 Konfigurationen reduziert diese Technik die
Verlustleistung in dem Laststrom der Messwiderstände.
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Thomas Resch
Kapitel 8
8.5
Elektronik
Schrittmotorendstufen
8.5.1
Hp-Step –Schrittmotorendstufe
Abbildung 110. Hp-Step Karte
8.5.2
Schaltplan
Abbildung 111.HP-Step ENABLE1 für L6203 Brückentreiber
Alexander Pucher
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Elektronik
Kapitel 8
Abbildung 112.HP-Step Signale für die
Motorklemmen X2&X3
Abbildung 113.HP-Step MICROSTEP
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Alexander Pucher
Kapitel 8
Elektronik
Abbildung 114.Hp-Step ENABLE2 für L6203 Brückentreiber
Abbildung 115. Hp-Step Kurzschluss-LED Beschaltung
Abbildung 116.HP-Step PROG
Alexander Pucher
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Elektronik
Kapitel 8
Abbildung 117.HP-Step Sleep , CCW , Clock
8.5.3
Blockschaltbild
Abbildung 118. Blockschaltbild HP-Step
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Alexander Pucher
Kapitel 8
Elektronik
DAC: Der DAC wird über die SUPPLY Klemme mit Spannung versorgt. Er wandelt das
digitale in ein analoges Signal um. Desweiteren speist er den L6506 mit Spannung.
CON1: Verbindungsschnittstelle zwischen der Interfacekarte und einer HP-Stepkarte.
Über den CON1 werden die Signale von der Interfacekarte an die Hp-Stepkarte
weitergeleitet.
Der AVR Mega8-16P wandelt die Signale von CON1 mithilfe eines ADC‘s (AnalogDigital Converter) auf digitale Signale um und gibt sie anschließend über die
Ausgänge Step und Step2 aus.
Vom AVR werden die Signale an den L6506 weitergeleitet. Der L6506 ist eine lineare
integrierte Schaltung, welche entwickelt wurde, um den Strom von Schrittmotoren
und ähnlichen Geräten zu messen und zu kontrollieren. Mit dem syncPIN können
zwei oder mehrere Geräte synchronisiert werden. In diesem Betriebsmodus setzt der
Oszillator in dem Masterchip die Betriebsfrequenz für alle Chips.
Das Signal wird vom L6506 über seine Ausgänge (OUT1-OUT4) an den Brückentreiber
L6203 weitergeleitet. Der L6203 ist ein Bridge-Treiber für
Motorsteuerungsanwendungen realisiert in Multipower BCD-Technologien. Er
verbindet isolierte DMOS Leistungstransistoren mit Bipolar-und CMOS-Schaltungen
auf dem gleichen Chip.
Durch die Vermischung verschiedener Technologien ist es möglich, die LogikSchaltung und die Endstufe auf die bestmögliche Leistung zu optimieren. Die DMOS
Ausgangstransistoren können bei Betriebsspannungen bis zu 42V und bei hohen
Geschwindigkeiten effizient arbeiten. Alle logischen Eingänge sind TTL-, CMOS- und
μC-kompatibel. Jeder Kanal (Halb-Brücke) des Gerätes wird durch einen separaten
Logikeingang kontrolliert, während ein gemeinsamer Enable beide Kanäle
kontrolliert.
Der L6203 Brückentreiber liefert das Signal an die Klemmen X2 & X3. An den beiden
Klemmen sind die Motoren angeschlossen.
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Elektronik
8.5.4
Kapitel 8
Bestückungsplan
Abbildung 119. Bestückungsplan Hp-Step - Karte
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Alexander Pucher
Kapitel 8
8.6
Elektronik
Steuerkarte
8.6.1 Interface Karte
Abbildung 120. Interface-Karte
8.6.2 Schaltplan
Abbildung 121. Interface Connector X-ACHSE
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Elektronik
Kapitel 8
Abbildung 122. Interface Klemme 24V bzw. Klemme 12V
Abbildung 123. Interface Jumperanschluss FAN1&2
Abbildung 124. Interface LM2575HVT-12 Simple Switcher
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Kapitel 8
Elektronik
Abbildung 125. Interface Klemme KUEHL1&2, SPINDEL1&2 bzw. SWITCH
Abbildung 126. Interface M25HS Parallel-PC-Verbindungsschnittstelle
Alexander Pucher
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Elektronik
Kapitel 8
Abbildung 127. M09HS Verbindungsschnittstelle Referenz- und Endschalter bzw. Klemme NOTAUS
8.6.3 Blockschaltbild
Abbildung 128. Blockschaltbild Interface Karte
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Alexander Pucher
Kapitel 8
Elektronik
LPT & JP1:
Die Anschlüsse LPT und JP1 dienen dem Anschluss an den PC-Parallelport. Die
Schnittstellenbelegung ist auf das Programm PCNC abgestimmt, für andere Software sind
entsprechende Adapter erforderlich. M25HS ist der LPT Port, über den die Steuerkarte mit
dem PC verbunden wird.
X-Achse(R-Cable 10P):
An diesem Connector wird die HP-Stepkarte für die X-Achse angeschlossen. Sie wird über
diesen Connector mit der 5V Logikspannung und den entsprechenden Signalen versorgt.
RN1 & RN2:
Diese zwei zusätzlichen Relais werden zum Schalten von Verbrauchern und Schaltregler
(erzeugt 12V aus der Motorspannung) verwendet. DIR X (Bewegung in X-Richtung) und
/CLOCK X (Taktsignal für die X-ACSHSE bzw. den Motor der X-Achse) sind an Relais RN1 an
den PINS 2&4 angeschlossen. An PIN3 von Relais RN2 sind die END- bzw. Referenzschalter
für die X-, Y- und Z-Achse angeschlossen.
M09HS:
Die serielle Schnittstelle M09HS wird für die END- bzw. Referenzschalter verwendet. An ihr
werden direkt die Endschalter der jeweiligen Achsen der Maschine angeschlossen. Der
Endschalter der X-Achse, END X, wird an PIN1 angeschlossen, END Y an PIN2, END Z an PIN 3
und END C an PIN4.
LM2575HVT-12:
Der LM 2575HVT-12 ist ein einfacher Schaltregler, der 24V in 12V umwandelt.
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Elektronik
Kapitel 8
8.6.4 Bestückungsplan
Abbildung 129. Bestückungsplan Interface - Karte
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Kapitel 8
8.7
Elektronik
Sonstige Komponenten
8.7.1
Frässpindel
Abbildung 130. Frässpindel
Technische Daten:
 Leistungsaufnahme 900 Watt
 Leerlaufdrehzahl 8000...26000 1/min.
 Spannzange 6 mm, 1/8“
 max. Fräser-Ø 30 mm
 Spannhals-Ø 43 mm
 Maschinengewicht 1,6 kg
Charakteristika:
• Hohe Leistung über gesamtes
Drehzahlspektrum
• Manuell regelbare Drehzahl
• Kostengünstig
Mehrwert:
• Fräs- und Schleifmotor 900 Watt
• Vollwellenregelung mit Tachoelektronik für
konstante Leistung und Drehzahl
• Sanftanlauf
• Sicherheitsringschalter mit Quick-Off-Taste
• Aluminium-Druckguss-Motorflansch mit
Eurohals-Ø 43 mm
• Spindelarretierung zum einfachen Wechseln
der Fräswerkzeuge
• Netzkabel mit Patent-Quick-Verschluss
Einsatzgebiete:
• Elektronik
• Industrie
• Werbetechnik
• Modellbau
Lieferumfang:
• Präzisions-Spannzange 6 mm, 1/8“
• Plexiglas-Sichtschutz
Tabelle 12. Leistungsmerkmale
8.7.2 Referenzschalter
Die End- bzw. Referenzschalter werden über die serielle Schnittstelle mit der Interfacekarte
verbunden, sie können wahlweise als Schließer (NO) oder Öffner (NC) beschalten sein. Für
die richtige Montage, kann das Datenblatt der Interfacekarte verwendet werden. Der
Endschalter der X-Achse wird mit dem ersten Pin von E-Schalt (E-SCHALT-1) verbunden. Zur
Verkabelung bzw. zum Verbinden empfiehlt es sich, einen herkömmlichen seriellen Stecker
zu verwenden und diesen durch Löten mit den Kabeln der Endschalter zu verbinden. Den
Endschalter der Y-Achse verlötet man mit E-SCHALT-2 und den der Z-Achse mit E-SCHALT-3.
Versorgt werden die Endschalter über den Pin1 der KL_NOT. Für Unklarheiten kann das PDF
der Interfacekarte herangezogen werden.
Alexander Pucher
Seite 106
Elektronik
8.8
Kapitel 8
Inbetriebnahme
Bevor die Schrittmotorkarten und die Interfacekarte das erste Mal in Betrieb genommen
werden, ist es äußerst wichtig noch einige Faktoren zu überprüfen, da sonst die Schaltungen
und somit die Ansteuerung der Motoren zerstört werden könnten.
Vor der ersten Inbetriebnahme der Interfacekarte sollte man nochmal alle Lötstellen und die
Bestückung prüfen! Der Parallelport-Stecker soll ebenfalls überprüft werden, da es dort zu
Kurzschlüssen kommen könnte. Desweiteren sollte man überprüfen, ob die Jumper laut
Bestückungsplan richtig eingestellt wurden. Hat man sich vergewissert, dass alles laut
Bestückungsplan korrekt durchgeführt wurde, kann man nun die Schrittmotorkarten HP-Step
überprüfen.
Dabei ist es ebenfalls wichtig, dass alle Lötstellen und die Bestückung überprüft werden.
Zusätzlich soll überprüft werden ob alle ICs richtig eingesetzt wurden. Anschließend können
die Leitungen an CON1 und die Lötstellen an den L6203 auf Kurzschlüsse überprüft werden.
Wenn alles erledigt ist, sind nun wieder die Jumper auf die im Bestückungsplan
vorgegebenen Default-Werte einzustellen. Um die Schaltungen auf richtige Funktion zu
testen, darf zunächst nur die Logikspannung (5V) ohne die Spannung für die Motoren
angeschlossen werden und es dürfen auch keine zusätzlichen Verbindungen (PC, Motoren)
hergestellt werden. Anschließend wird die Referenzspannung für den Motorstrom über das
Potenziometer R12 eingestellt. Damit die Referenzspannung kalibriert werden kann, muss
dafür die Spannung an den Pins 2 bis 5 am TLC 5620 abgelesen werden. Die gemessene
Spannung V(ref) hängt folgendermaßen mit dem Motorstrom zusammen:
V(ref)=I(Motor)*R(sense) ergibt den Sollwert für den Strangstrom. R(sense) ist der jeweilige
Messwiderstand (0,22 Ohm). Für 3A sind z.B. 0,66 V einzustellen. Bei Problemen mit
Störgeräuschen kann die Standardeinstellung der Frequenz der Stromchopper(17-17kHz)
über R24 variiert werden. ACHTUNG: Je höher die Frequenz, desto höher sind die
Schaltverluste in den Endstufen ICs!!!
Nach der erfolgreichen Durchführung der zuvor erklärten Schritte, kann nun die Karte mit
einem Motor getestet werden. Dafür die Karte mit der Steuerung(PC mit Interfacekarte bzw.
–Kabel oder Mikrocontroller) verbinden. WICHTIG: Es soll immer zuerst der PC gebootet, die
Software gestartet und erst anschließend die Stromversorgung für die Karte eingeschaltet
werden, da es beim Hochfahren eines PCs zum Wechsel einiger Signalpegel kommt und
diese zu unerwünschten Ergebnissen führen könnten. Zum Testen reicht eine
Demoversion(z.B. von PCNC) vollkommen aus. Für die erste Inbetriebnahme sollte wenn
möglich mit geringer Motorspannung(15-20V) gearbeitet werden(z.B. aus einem
Labornetzteil).
Für weitere Informationen zu den Themen Inbetriebnahme, Anschlüsse, Fehlersuche etc.
kann entweder die Internetseite http://www.mechapro.de besucht werden, welche für die
einzelnen Karten Datenblätter in digitaler Form bereitstellt, oder es besteht auch die
Möglichkeit sich direkt mit Dipl.-Ing. T. Ostermann über E-Mail oder Telefon in Verbindung
zu setzen.
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Alexander Pucher
Kapitel 8
Elektronik
Da es bei unserer ersten Inbetriebnahme zu Komplikationen kam, mussten wir alle Punkte
nochmal durcharbeiten, um zu überprüfen ob wir die Arbeiten korrekt durchgeführt haben.
Dabei hat sich herausgestellt, dass die ICs der HP-Step Schrittmotorkarten nicht fest genug
hineingedrückt wurden, wodurch sie herausragten und nahezu keinen Kontakt zu den IC
Sockeln hatten, weshalb sie auch nicht korrekt funktioniert haben. Nachdem wir sie
ordnungsgemäß montiert hatten, haben sie ihre Funktion erfüllt und die Karten haben somit
funktioniert.
Abbildung 131. Frontplatte
Die grünen POWER Leds beginnen zu leuchten sobald an den CON 1 Anschlüssen der HP-Step
Steuerkarten 5V anliegen
Bei den gelben Leds handelt es sich um die SIGNAL Leds. Diese leuchten während des Einschaltens
und im Betrieb bei jeder vierten Vollschritt-Position.
Die roten Leds leuchten bei Kurzschluss der jeweiligen Steuerkarten auf. Jede HP-Step Karte besitzt 2
Kurzschluss Leds.
Abbildung 132. Signalleds
Bei dem linken roten Schalter handelt es sich um den Netzschalter des Computersystems und bei
dem rechten um den Hauptschalter der gesamten Steuerelektronik.
Bei der linken Led handelt es sich um die POWER Led des
PC Systems und bei der rechten um die Led für die Hard Disk. Diese leuchtet Gelb bei Zugriff auf die
HDD.
Abbildung 133. Taster
Thomas Resch
Seite 108
Software
Kapitel 9
Kapitel 9
Software
9.1
Einleitung
Um die Steuerelektronik ansteuern zu können und den Schrittmotoren die gewünschten
Signale zu geben, wird als Verbindung zwischen Mensch und Maschine eine Steuersoftware
benutzt. Die Aufgabe der Steuersoftware ist es, die Positionen mit den Schrittmotoren
anzufahren, welche der Benutzter vorgibt. Wir hatten eine große Auswahl und mussten eine
geeignete Steuersoftware finden. Zum einen sollte sie nicht zu kompliziert sein, da die
Fräsmaschine als Lehrgerät eingesetzt werden sollte. Zum anderen sollte die Steuersoftware
doch viele Funktionen beherrschen. Wie entschieden uns schlussendlich für die Software
Win PCNC. Sie ist vollständig kompatibel mit unserer Hardware. Bei Verwendung dieser
Software ist keine Änderung am LPT Kabel, welches die Signale von dem Computersystem
auf die Steuerelektronik überträgt erforderlich.


3D Betrieb
Echtzeitfähigkeit unter Windows


Geschwindigkeit, Rampen, Achsauflösungen für alle Achsen einstellbar
Importfilter für HPGL, Bohrdaten, MultiCAM 2D/3D, DIN/ISO, ISEL-NCP und
EPS/AI
volle Multitasking-Fähigkeit (Maschine starten und im CAD weiterzeichnen)
läuft bereits auf 1GHz Systemen, unter Windows 2000,XP und Vista
sehr einfache, leicht erlernbare Bedienung



9.2
Systemvoraussetzung
Win PCNC setzt keine hohen Voraussetzungen an das PC-System.
Es läuft bereits auf einen 1GHz Rechnersystem und benötigt ca. 5MB Speicherplatz. Es läuft unter
dem Betriebssystem Windows 2000, XP und Vista.
Des weiteren werden noch mindestens 1 LPT Schnittstellen benötigt.
Prinzipiell wird aber von einem Notebookbetrieb abgeraten.
Es gibt auch eine DOS Version von diesem Produkt, mit dem Namen PCNC.
Seite 109
Robin Ankele
Kapitel 9
9.3
Software
Installation
Die Installation der Software Win PCNC ist denkbar einfach. Nachdem einen Doppelklick auf die
Setup.exe Datei gemacht hat kommt eine Abfrage wegen der Lizenzbestimmungen. Diesen
Lizenzbestimmungen stimmt man mit JA zu und man kommt zur Installationsverzeichnisauswahl. Wir
lassen die Standarteinstellungen und installieren das Programm auf C:\Win PCNC Economy.
Danach wird noch nach einem Startmenüeintrag gefragt und dann kann wir die Software installiert.
Um die Installation abzuschließen, muss das Rechnersystem neu gestartet werden.
Nach dem Neustart ist die Software WinPCNC nur noch zu konfigurieren und danach voll
einsatzbereit.
9.4
Konfigurationen
Erste Grundeinstellungen an WIN PCNC erfolgen mit der mitgelieferten Software CNCKonfigurator.
Um eine Testfahrt mit den Motoren zu machen, ist im einfachsten Fall nur die Maschine an
die LPT Schnittstelle anzuschließen und die Belegung der Steuersignale zu kontrollieren bzw.
richtig einzustellen.
WIN-PCNC nutzt folgende Signale um Motoren anzusteuern:
Abbildung 134. Schnittstellenbelegung LPT
Pin 1
Spindel
Pin 3
Pin 5
Pin 7
Pin 10, 12,14,16,18,20,22,24
Pin 11
Pin 15
Pin 19
Pin 23
Pin 26
Richtung Motor X
Takt X
Richtung Y-Achse
GND
Richtung Z-Achse
Richtung C-Achse
Endschalter Z-Achse
Endschalter Y-Achse
VCC
Alexander Pucher
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Pin 2
Pin 4
Pin6
Pin 8
Pin 9
Pin 13
Pin 17
Pin 21
Pin 25
Kühlung
Endschalter C-Achse
Boost
Sleep
Takt Y-Achse
Takt Z-Achse
Takt C-Achse
Notaus
Endschalter Z-Achse
Software
Kapitel 9
Für die Einstellung muss die Portadresse der LPT-Schnittstelle ermittelt werden. Hierzu
„Arbeitsplatz“ mit rechter Maustaste anklicken und „Verwalten“ wählen.
Abbildung 135. Verwalten
Anschließend auf „Geräte-Manager“ klicken, den Zweig „Anschlüsse (COM & LPT)“ öffnen
und den Druckeranschluss, an den die Maschine angeschlossen ist, mit rechter Maustaste
anklicken und Eigenschaften wählen.
Abbildung 136. Gerätemanager
Seite 111
Alexander Pucher
Kapitel 9
Software
Unter der Registerkarte „Ressourcen“ die Portadresse notieren, damit sie anschließend für
die Konfiguration von WIN-PCNC eingetragen werden kann.
Abbildung 137. LPT-Portadresse
Die ermittelte Portadresse nun in WIN-PCNC unter „Parameter – Schnittstelle – LPTPortadresse“ eintragen, sichern und OK klicken.
End bzw. Referenzschalter:
Die Funktion der End- bzw. Referenzschalter lässt sich leicht mit der Funktion „Signaltest“
überprüfen. Wenn diese Funktion aktiviert wird, erscheint ein Fenster mit LED-Anzeigen für
die wichtigsten Eingänge.
Abbildung 138. Schalter-Signaltest
Alexander Pucher
Seite 112
Software
Kapitel 9
Schalter mit der Hand drücken:
Drücken Sie nun die Schalter an Ihrer Maschine per Hand und überprüfen sie die LEDAnzeige auf Änderungen. Die LEDs der Referenzschalter sollen zwischen Schwarz und Rot
wechseln. Die Schalter funktionieren richtig, wenn die LEDs der Schalter im nicht gedrückten
Zustand Schwarz sind und beim Drücken auf Rot wechseln.
Einstellung für die Referenzfahrt:
Über „Parameter – Maschine“ kann über den Punkt „Referenzschalter am…“ eingestellt
werden, auf welcher Seite der Achse sich der Referenzschalter befindet.
Abbildung 139. Achse der Referenzschalter
Wenn alle Schalter eingestellt wurden, muss nur noch die „Referenz-Reihenfolge“ eingestellt
werden. Im Normalfall fährt zuerst immer die Z-Achse nach oben und dann die anderen
Achsen.
WICHTIG: Bei der ersten Inbetriebnahme des Programms mit den Motoren, besteht die
Möglichkeit, dass die Referenzschalter nicht funktionieren, weil sie zuerst einem PIN
zugewiesen werden müssen.
Seite 113
Alexander Pucher
Kapitel 9
Software
Abbildung 140. Referenzschalter-PIN Zuweisung
Nullpunktfindung:
1. Schnittstelle zuordnen:
Mindestens einen Schalter an die Schnittstelle anschließen. Dazu muss dem Eingang
„I221 Taster“ ein freier PIN der LPT Schnittstelle zugeordnet werden. Diese
Einstellung erfolgt über das Menü „Parameter – Maschine – Signale“. Den jeweiligen
PIN einstellen und auf „Übernehmen“ klicken. Sollte der Schalter ein Schließer sein,
muss der Eingang invertiert werden.
Abbildung 141. Taster- PIN Zuweisung
Alexander Pucher
Seite 114
Software
Kapitel 9
2. Taster verkabeln:
Einen Taster mit dem zuvor konfigurierten PINS am LPT Port verbinden. Das Kabel
sollte verdrillt sein. Der PC bzw. die Steuerung sollte während
des Anschließens nicht eingeschalten sein!
3. Schalter testen:
Die Software WIN PCNC bietet einen Signaltest an, über
welchen die korrekte Funktion des Schalters getestet werden
kann. Wenn der Schalter betätigt wird, muss sich die Farbe
der Tasterlampe ändern. Sollte dies der Fall sein, ist
hardwaremäßig alles richtig verkabelt.
4. Taster aktivieren und konfigurieren:
Um unter WIN PCNC einen Nulltaster verwenden zu können, muss dieser erst
aktiviert werden. Dies kann unter „Parameter – Maschine – Funktion“ erledigt
werden.
WICHTIG: Um diese Funktion zu aktivieren, muss WIN PCNC erst neugestartet
werden.
Abbildung 142. Taster aktivieren
Seite 115
Alexander Pucher
Kapitel 9
Software
Die Höhe des Tasters muss bei der Nullpunktfindung berücksichtigt werden, deshalb ist diese
bei der Einstellung unter „Parameter – Koordinaten – Maße“ anzugeben.
Abbildung 143. Tasterhöhe konfigurieren
5. Nullpunkt finden:
Zum Einstellen des Nullpunkts muss die Funktion
„Manuell fahren“ ausgewählt werden. Danach über den
Button „Anfahren“ den Punkt „Taster – Nullpunkt Z“
auswählen. Anschließend fährt die Maschine so lange,
bis der Taster der Z-Achse ausgelöst wird. Die sich
ergebende Höhe wird um die Tasterhöhe korrigiert und
als neuer Nullpunkt gespeichert.
Sollte beim Start des Nullpunktfahrens der Taster
bereits aktiv sein, gibt die Z-Achse den Taster frei und
„Taster – Nullpunkt Z“ muss erneut ausgeführt werden.
Alexander Pucher
Seite 116
Software
9.5
Kapitel 9
Bedienung
Win-PCNC hat einen sogenannten Importfilter, das heißt es können die meisten NC Formate
in Win-PCNC importiert werden.
Abbildung 144. Unterstützte Formate
Unterstützte Formate:
 HPGL-Format
 diverse Bohrformate nach Sieb&Meier und Excellon
 MultiCAM-Dateien in 2D und 3D
 DIN/ISO (G-Code)
 ISEL-NCP-Programme
 Vektorinformationen von EPS- bzw. AI-Dateien
Es gibt bei der Steuersoftware WinPCNC drei verschiedene Bedienarten. Zum einen gibt es
die Steuerung mit der Hand.
Zum anderen gibt es aber auch eine automatische Bedienung. Hierbei können Grafikfiles
vollständig automatisch gefräst werden.
Des weiteren gibt es auch die Möglichkeit mithilfe des weit verbreiteten GCode die
Schrittmotoren anzusprechen.
Bedienung per Hand
Seite 117
Thomas Resch
Kapitel 9
Software
Abbildung 145. Manuell Fahren
Unter dem Menüpunkt Fahren- Manuell Fahren findet man das Tool für den manuellen
Betrieb der Achsen. Man kann bei jeder Achse zwischen zwei Geschwindigkeiten wählen,
schnell und normal.
Bedienung durch Programme
Es gibt zwei Möglichkeiten ein CNC Programm zu erstellen, die eine ist die direkte
Programmierung mit dem G-Code und die andere ist die Erstellung einer Zeichnung mit
einem CAD Programm.
Programme mit Quellcode
Abbildung 146. WinPCNC Editor
In Win-PCNC ist ein eigener Editor integriert um CNC Programme zu erstellen.
Dieser ist unter Datei - Editor zu finden.
Thomas Resch
Seite 118
Software
Kapitel 9
Abbildung 147. Editor
Es können aber natürlich auch viele verschiedene andere Programme verwendet werden um
einen CNC Code zu erstellen. Es ist z.B. sogar mit dem Editor von Windows möglich.
Gezeichnete CNC Programme
Das Erstellen eines CNC Programmes in Form einer Zeichnung gewinnt heutzutage immer
mehr an Bedeutung. Es gibt unzählige verschiedene CAD Programme mit denen es auf
einfachste Weise möglich ist eine CNC Zeichnung zu erstellen, und das auch ohne Kenntnisse
der Codes (G Code).
Win-PCNC unterstützt die meisten gängigen Formate, die diese CAD Programme ausgeben.
Es ist aber auch möglich CRC Zeichnungen in normalen Zeichenprogrammen wie Coral Draw
zu erstellen. Diese können dann anschließend auch ohne Probleme in Win-PCNC importiert
werden.
Seite 119
Thomas Resch
Kapitel 9
9.6
Software
Entwicklungsumgebung
 Betriebssystem –
Windows, VISTA SP1
XP SP4
 Textbearbeitung –
Microsoft Word, 2007 Enterprise Edition
Adobe Acrobat, 8.0
 Bildbearbeitung –
Adobe Photoshop, CS
Microsoft Paint
 Projektmanagement –
Microsoft Project, 2007 Professional Edition
 Bildererstellung –
Microsoft Visio, 2007 Professional Edition
Cinema 4D, Release10.008
 Planung –
GAM, Version 11
Cinema 4D, Release 10.008
 Steuersoftware –
Win PCNC, Economy Edition
DeskCNC
CNCPlayer
Robin Ankele
Seite 120
Projektmanagement
Kapitel 10
Kapitel 10
Projektmanagement
10.1 Einführung
Was ist Projektmanagement?
Projektmanagement = Projekt + Management
Projekt
Kostenziel
Sachziel
Terminziel
Management
Planung
Koordination
Überwachung (Controlling)
Projektmanagement macht bestimmte Aufgaben überschaulicher.
Projektmanagement ist kostengünstiger.
Projektmanagement bringt eine höhere Flexibilität.
Anwendung von Projektmanagement bei der Diplomarbeit 3D-Fräsroboter
- Planung der Diplomarbeit und allen Unterthemen im Vorhinein.
- Aufteilung von Arbeitsaufträgen zwischen den Projektmitgliedern.
- Überprüfung der Arbeit durch den Betreuungslehrer.
- Kosten - Sach und Terminziel von Anfang an vereinbart.
- Zu Beginn jeder Arbeitseinheit wurde ein kurzes Briefing (Besprechung) über die bereits
getane Arbeit bzw. über die vorausliegende Arbeit gehalten.
- Ernennung eines Teamleiter, welcher die Aufgaben bzw. Vorschläge der Betreuungsperson
übernimmt und auf die Teammitglieder aufteilt.
- Strukturiertes Arbeiten.
- Führen eines Diplomarbeitstagebuches, in welches alle Teilschritte, die an einem Tag
erledigt wurden, dokumentiert wurden.
Seite 121
Robin Ankele
Kapitel 10
Projektmanagement
10.2 Bestellablauf
Die verwendeten Zukaufbauteile der Firma Mechapro wurde in der Schule bestellt. Die einzelnen
Schritte des Buchungsablaufes lauten wie folgt:
1.
2.
3.
4.
5.
Ermittlung was benötigt wird
Informationssuche
Einholung von Angeboten
Vergleich der Angebote und Auswahl
Ausfüllen des Anforderungsscheines
ad 1) Zu Beginn soll festgelegt werden, was benötigt wird und was schon vorhanden ist. Man sollte
festlegen an welchen Bauteilen noch Bedarf besteht.
ad 2) Es soll genau festgelegt werden, welche Spezifikationen die zu bestellenden Bauteile haben
sollen. Diese Bauteile sind dann bei diversen Firmen zu suchen.
ad 3) Wenn die Bauteile bei einer Firma gefunden werden, soll eine Anfrage um ein Angebot der
diversen Bauteile erfolgen.
ad 4) Wenn mehrere Angebote eingegangen sind, dann sollte eine Auswahlverfahren, um das
geeignetste Bauteil zu finden, eingeleitet werden. Hierbei soll nicht nur auf Preis, sondern auch auf
die Lieferzeit, technische Spezifikationen, Lieferumfang und Zahlungsoptionen geachtet werden.
ad 5) Nachdem das geeignetste Bauteil gefunden wurde, soll der im Werkstättensekretariat
erhältliche Anforderungsschein ausgefüllt werden. Dieser Anforderungsschein enthält Angaben wie:
 Menge
 Artikelbezeichnung
 Preis
 Kostenstelle
 Unterschrift des Bestellers bzw. der Abteilungsvorstandes
Ist der Anforderungsschein vollständig ausgefüllt und überprüft, dann wird das Produkt in
schulhierarchischer Abfolge bestellt.
10.3 Zieldefinition
Ziel unserer Diplomarbeit ist es, das nach erfolgreicher Fehlersuche, die Elektronik der bereits
mechanisch bestehenden 3D-Fräs und Graviermaschine, bis zum Abgabetermin, erneuert und
optimiert wird.
Robin Ankele
Seite 122
Projektmanagement
Kapitel 10
10.4 Mindmap
Abbildung 148. Mindmap 3D-Fräsroboter
Seite 123
Robin Ankele
Kapitel 10
Projektmanagement
10.5 Lastenheft
1.
Projektziel
Für die bereits mechanisch bestehende 3D Fräs und Graviermaschine, wird die Elektronik bis
zum Abgabetermin erneuert und optimiert.
2.
Nutzen des Produktes
Der Nutzen des Projektes ist es, eine präzise Fräs und / oder Gravierarbeit für die Anwender
in verschiedenen Werkstätten zu erzielen.
3.
Kunden, Anwender, Zielmarkt
Auftraggeber ist die KUV-Werkstätte der HTBLuVA Bulme Graz Gösting und Endverbraucher
sind Fachlehrer und diverse Schüler.
4.
Anforderungen
Der Kunde wünscht ein zuversichtliches und effizientes Arbeiten mit dem Produkt. Mit der
3D-Fräs und Graviermaschine soll man zielgerecht diverse Materialien auf Zehntel Millimeter
genau in alle Raumrichtungen gefräst oder graviert werden können. Die Steuerung soll mit
Hilfe eines Computerprogramm erfolgen.
Must have: Parallel – USB Umsetzung, Genaue und Ruckfreie Steuerung der Motoren,
Neues leistungsfähigeres Netzteil
Nice to Have: Zusätzlicher Handbetrieb, Automatischer Ein/Ausschalter für Fräser
5.
Randbedingungen
Die Software sollte kompatibel mit allen Windows Betriebssystemen sein. Die einzelnen
zugekauften Bauelemente sollten mit den selbstkonstruierten Bauelementen kompatibel
sein.
6.
Chancen und Risiken
Das Produkt wird von allen Kunststoff verarbeitenden Firmen gebraucht. Unser Produkt hat
gute Chancen in maximalen Stückzahlen produziert zu werden, da es ein professionell und
vielseitig anzuwendendes Produkt ist. Die Stückzahlen werden in etwa bei 10 Stück pro Tag
belaufen. Die Kosten werden sich in etwa bei 500 Euro Produktionskosten und ca. 700 Euro
Kaufkosten einstellen.
Hindernisse könnten die Motoren sein, welche nicht ruckfrei arbeiten könnten. Die
Mechanik ist von den Diplomanden schwer zu beeinflussbar, da diese schon gefertigt wurde.
7.
Aufwandsabschätzung
Die Herstellerkosten werden sich bei ca. 500 Euro belaufen.
Für die Entwicklung werden ca. 200 Wochenstunden pro Person benötigt.
Für die Umsetzung werden drei Mitarbeiter benötigt.
Robin Ankele
Seite 124
Projektmanagement
Kapitel 10
Der Prototyp wird zum Tag der offenen Tür fertiggestellt sein.
Bis zum Abgabetermin werden alle Funktionen des Produktes fertiggestellt sein.
10.6 Projektstrukturplan
Abbildung 149. Projektstrukturplan 3D-Fräsroboter
Seite 125
Robin Ankele
Kapitel 10
Projektmanagement
10.7 Zeitplan
10.7.1 Gesamtes Projekt
Abbildung 150. Gesamtes Projekt
… Vorgang
… Milestone
… Sammelvorgang
Nr.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Vorgangsname
Diplomarbeitsthema und Betreuer
suchen
Diplomarbeitsthema (Mls)
Zulassungspräsentation
Diplomarbeitsantrag erstellen
Aufbau vorhandener Hardware
Fehlersuche an der vorhandenen
Elektronik
Planung neuer Elektronik
Realisierung neuer Elektronik
Software
Testen
Diplomarbeitsdokumentation
Ende Diplomarbeit (Mls)
Anfang
Ende
Mi 10.09.08
Mi 24.09.08
Mi 24.09.08
Do 25.09.08
Mi 15.10.08
Mi 01.10.08
Mi 08.10.08
Mi 24.09.08
Fr 03.10.08
Mi 15.10.08
Do 16.10.08
Mi 19.11.08
Mi 26.11.08
Do 11.12.08
Mi 29.04.09
Mi 04.03.09
Mi 18.03.09
Mi 20.05.09
Mi 10.12.08
Mi 15.04.09
Mi 13.05.09
Mi 13.05.09
Mi 20.05.09
Mi 20.05.09
Tabelle 13. Vorgänge - Gesamtes Projekt
Robin Ankele
Seite 126
Projektmanagement
Kapitel 10
10.7.2 Fehlersuche
Abbildung 151. Zeitplan Fehlersuche
Nr.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Vorgangsname
Fehlersuche an der vorhandenen
Elektronik
Software
Software CNCPlayer testen
Software DeskCNC testen
Diverse sonstige Software testen
Fehlersuche Software (Mls)
Informationen aus dem Internet
suchen
Softwarebeschreibung CNCPlayer
Softwarebeschreibung DeskCNC
Datenblätter für
Hardwarebausteine (L297,L298)
Verschiedene CNC-Programme
Motorenlautstärke reduzieren
Strom reduzieren
Umstellen Vollschritt/Halbschritt
Lautstärke reduziert (Mls)
Seriell/USB Umsetzung
Seriell/USB Umsetzer Kabel
Fehlersuche (Mls)
Anfang
Ende
Mi 08.10.08
Mi 19.11.08
Mi 08.10.08
Mi 08.10.08
Mi 15.10.08
Mi 12.11.08
Mi 19.11.08
Mi 08.10.08
Mi 19.11.08
Mi 08.10.08
Mi 19.11.08
Mi 19.11.08
Mi 19.11.08
Mi 19.11.08
Mi 08.10.08
Mi 15.10.08
Mi 05.11.08
Do 09.10.08
Mi 19.11.08
Mi 05.11.08
Mi 19.11.08
Mi 22.10.08
Mi 22.10.08
Mi 22.10.08
Mi 22.10.08
Mi 29.10.08
Mi 29.10.08
Mi 19.11.08
Mi 19.11.08
Mi 22.10.08
Mi 22.10.08
Mi 22.10.08
Mi 22.10.08
Mi 29.10.08
Mi 29.10.08
Mi 19.11.08
Tabelle 14. Vorgänge - Fehlersuche
Seite 127
Robin Ankele
Kapitel 10
Projektmanagement
10.7.3 Realisierung neuer Elektronik
Abbildung 152.Zeitplan Realisierung neuer Elektronik
Nr.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Vorgangsname
Realisierung neuer Elektronik
Netzteile
Schaltnetzteile N0855
Netzteile (Mls)
Steuerkarte
Bestellung von HP-Step-Karten
bzw. Interface-Karte
Steuerkarte (Mls)
Gehäuse
Planung von Gehäuse
Bestücken und Verlöten der
Steuerkarten
Einbau in Gehäuse
Plexiglasdeckel
Abdeckplatte VORNE
Abdeckplatte HINTEN
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Anfang
Ende
Do 11.12.08
Do 11.12.08
Do 11.12.08
Do 11.12.08
Do 11.12.08
Do 11.12.08
Mi 15.04.09
Do 11.12.08
Do 11.12.08
Do 11.12.08
Do 11.12.08
Do 11.12.08
Do 11.12.08
Mi 07.01.09
Mi 07.01.09
Mi 28.01.09
Do 11.12.08
Mi 25.03.09
Mi 07.01.09
Mi 04.02.09
Mi 14.01.09
Mi 14.01.09
Mi 14.01.09
Mi 14.01.09
Mi 25.03.09
Mi 14.01.09
Mi 18.03.09
Mi 18.03.09
Seite 128
Projektmanagement
Kapitel 10
15
16
17
18
19
20
Befestigung HP-Step - Karten
Befestigung INTERFACE - Karte
Befestigung Motherboard
Befestigung Festspeicher
Do 26.02.09
Mi 11.02.09
Do 26.02.09
Mi 04.02.09
Mi 25.02.09
Mi 25.02.09
Mi 18.03.09
Mi 25.02.09
Do 26.02.09
Mi 04.02.09
Do 26.02.09
Do 26.02.09
21
22
23
24
25
26
27
Einbau Computer in Gehäuse
Einbau (Mls)
Sandstrahlen
Pulverbeschichten
Elektrifizierung
Verdrahtung der Bauteile
Neue Elektronik (Mls)
Mi 04.02.09
Mi 25.03.09
Fr 20.03.09
Fr 20.03.09
Mi 25.03.09
Mi 25.03.09
Mi 15.04.09
Mi 25.03.09
Mi 25.03.09
Fr 20.03.09
Fr 20.03.09
Mi 15.04.09
Mi 15.04.09
Mi 15.04.09
Tabelle 15. Vorgänge - Realisierung neuer Elektronik
10.8 Fehlerbaumanalyse
10.8.1 Fehlerbaumanalyse Motoren
Abbildung 153. Fehlerbaumanalyse Motoren
Seite 129
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Kapitel 10
Projektmanagement
10.8.2 Fehlerbaumanalyse Vorhandene Elektronik
Abbildung 154. Fehlerbaumanalyse Vorhandene Elektronik
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Seite 130
Projektmanagement
Kapitel 10
10.9 Wochenprotokoll
Woche 1 + 2 10.09.2008 – 24.09.2008
In den ersten zwei Wochen wurde ein Diplomarbeitsthema und ein
Diplomarbeitsbetreuungslehrer gesucht.
Woche 3
24.09.2008 – 01.10.2008
Auseinandersetzung mit dem Diplomarbeitsthema und Ausarbeitung der
Zulassungspräsentation
Woche 4
01.10.2008 – 08.10.2008
Aufbau der Fräsmaschine im Diplomarbeitslabor. Beschaffung eines Computer zur
Ansteuerung der Fräsmaschine. Elektrifizierung der vorhandenen Elektronik.
Woche 5
08.10.2008 – 15.10.2008
Die Software CNCPlayer installieren und prüfen ob die Fräsmaschine funktioniert.
Woche 6
15.10.2008 – 22.10.2008
Diplomarbeitsantrag erstellen und abgeben. Die Software DeskCNC installieren und prüfen
ob die Fräsmaschine funktioniert.
Woche 7
22.10.2008 – 29.10.2008
Es wurde versucht die Motorenlautstärke und die nicht ganz ruckfreien Bewegungen der
Motoren zu optimieren, indem der Steuerstrom begrenzt und die Ansteuertechnik von Halb
auf Vollschritt umgestellt wurde.
Woche 8
29.10.2008 – 05.11.2008
Seriell – USB – Umsetzer Kabel besorgen und die Ansteuerung vom Computer dahingehend
um konfigurieren, sodass die Fräsmaschine über ein Seriell zu USB Kabel funktioniert.
Woche 9
05.11.2009 – 12.11.2008
Die vorhandene Elektronik der Fräsmaschine wurde von Prof. DI Johann Töglhofer erklärt
und es wurden erste Überlegungen über eine neue Ansteuerelektronik besprochen. Des
weiteren wurde der Grundaufbau einer Schrittmotorsteuerung anhand der IC`s L297 und
Seite 131
Robin Ankele
Kapitel 10
Projektmanagement
L298 erklärt.
Woche 10
12.11.2008 – 19.11.2008
Diverse andere Steuersoftware für die Fräsmaschine wurde gesucht und installiert. Es wurde
eine E-Mail an den Hersteller der vorhandenen Elektronik geschrieben, worin nach
Problemlösungen bezüglich ruckfreieren Bewegungen und reduzierter Lautstärke gefragt
wurde.
Woche 11
19.11.2008 – 26.11.2008
Es wurde nach weiterer Steuersoftware gesucht. Die Ansteuerung wurde wieder auf Parallel
– Betrieb umgebaut und es wurde versucht Kreise und Bögen zu fräsen. Des weiteren wurde
der Fräsroboter vom Betreuungslehrer DI Helmut Benesch besichtigt.
Woche 12 + 13
26.11.2008 - 10.12.2008
Planung neuer Elektronik bzw. Informationssuche, welche Steuerung am Besten für die Ansteuerung
der Fräsmaschine geeignet ist.
Woche 13
10.12.2008 – 07.01.2009
Planung abschließen. Bestellung der neuen Elektronik wurde geschrieben bzw. abgegeben.
Gehäuse geplant und Netzteile gekauft.
Woche 14
07.01.2009 – 14.01.2009
Das Gehäuse worin die neue Elektronik und ein PC-System eingebaut werden soll wurde
geplant. Des weiteren wurde mit der Diplomarbeitsdokumentation begonnen.
Woche 15
14.01.2009 – 21.01.2009
Entwicklung des Gehäuses wurde begonnen. Es wurde das ein vorhandenes
Einschubgehäuse, welches aus zwei Seitenwänden und einem Boden bestand, benutzt. Des
weiteren wurde ein Plexiglas Deckel und die Frontplatte bzw. die Heckplatte ausgeschnitten
und gebohrt.
Woche 16
21.01.2009 – 28.01.2009
Der Plexiglas Deckel wurde befestigt. Es wurden geeignete Schrauben und Muttern für die
Befestigung der Einzelteile ausgesucht. Des weiteren wurde das PC-System
auseinandergebaut. Schlussendlich wurde dann der Wiedereinbau in das Gehäuse geplant.
Robin Ankele
Seite 132
Projektmanagement
Woche 17
Kapitel 10
28.01.2009 – 04.02.2009
Die bestellten Bauteile wurden geliefert. Die Bausätze der HP-Step Motortreiberkarten
wurden auf Vollständigkeit kontrolliert und danach wurden die Bauteile auf die
mitgelieferten Leiterplatten gelötet.
Woche 18
04.02.2009 – 11.02.2009
Die noch nicht eingelöteten Bauteile der HP-Step Karten wurden verlötet. Die Kühlkörper
wurden auf die Bauteile angebracht. Die INTERFACE-Karte wurde verlötet. Es wurde eine
Befestigung für das Motherboard erstellt. Er wurde die Befestigung der HP-Step – Karten
zugeschnitten und gebohrt.
Woche 19
11.02.2009 – 25.02.2009
Die Steuerkartenbefestigung wurde fertiggestellt. Des weiteren wurde die Festplatte und das
Computernetzteil in das Gehäuse eingebaut. Die Abdeckung HINTEN wurde
weiterentwickelt.
Woche 20
25.02.2009 – 04.03.2009
Die Abdeckplatte HINTEN wurde weiterentwickelt. Es wurde eine DVD-Laufwerkbefestigung
entwickelt. Die Festplatte wurde befestigt und das DVD-Laufwerk wurde befestigt. Die
Frontplatte wurde modifiziert. Die Interfacekartenbefestigung wurde angezeichnet.
Woche 21
04.03.2009 – 11.03.2009
Die Netzteile wurde auf Funktion hin überprüft. Es wurde eine Messung auf Last und eine
ohne Last gemacht. Es wurde ein ON/OFF Key – Drahtbrücke gemacht und verlötet. Es wurde
ein drittes Netzteil gekauft und zwei Netzkippschalter. Es wurden die Löcher für die
Netzteilbefestigung in den Netzeilbefestigungen gebohrt und eine dritte Netzteilbefestigung
wurde erstellt. Der weiteren wurden alle Teile zum Zwecke des Sandstrahlens aus dem
Grundaufbau ausgebaut.
Woche 22
11.03.2009 – 18.03.2009
Die Netzteile wurde auf Funktion hin überprüft. Es wurde eine Messung auf Last und eine
ohne Last gemacht. Es wurde ein ON/OFF Key – Drahtbrücke gemacht und verlötet. Die
Masseleitungen bei zwei Netzteilen wurde getrennt und danach wurde die
Funktionsprüfmessung wiederholt. Bei der Abdeckung HINTEN wurde eine Kaltgerätestecker
angezeichnet und ausgeschnitten.
Seite 133
Robin Ankele
Kapitel 10
Woche 23
Projektmanagement
18.03.2009 – 25.03.2009
Die Netzteile wurden überprüft ob sie auch 36V liefern. Die Diplomarbeitsdokumentation
wurde eitergeführt. Es wurde das Titelblatt, das Vorwort geschrieben und die Formatierung
besprochen. In die Frontplatte wurden die Löcher für die Anzeige LEDs gebohrt. Es wurden
auch die Löcher für die Powerschalter der Steuerelektronik bzw. des Computers eingebaut.
In die Heckplatte wurde der Kaltgerätestecker eingebaut. Von den Netzteilen wurden die
Nieten der Kaltgerätestecker aufgebohrt und die Kaltgerätestecker wurden entlötet.
Die Abdeckplatte VORNE und HINTEN wurden sandgestrahlt. Der Grundaufbau und die
Abdeckplatten wurden danach schwarz bzw. grau pulverbeschichtet.
Woche 24
25.03.2009 – 01.04.2009
Alle Bauteile außer die Netzteile wurden wieder in das Gehäuse eingebaut. Das Gehäuse
wurde wieder zusammengebaut. Das PC-System wurde verkabelt. Die Leds wurden mit
Verlängerungskabeln an die HP-Step-Karten bzw. an die Abdeckplatte VORNE gelötet bzw.
mit einer Heißklebepistole befestigt. Die Schalter und die Power LED wurden eingelötet.
Woche 25
01.04.2009 – 15.04.2009
Die HP-Step-Karten und die INTERFACE-Karte wurden mit einem Labornetzteil mit Spannung
versorgt und auf Funktion getestet. Es wurde der Motorstrom eingestellt. Die LEDs wurden
erneut befestigt und die Netzteile wurden eingebaut. Die Netzteile wurden verkabelt und
der Schalter für die Netzteile wurde eingelötet. Der Computer wurde ausgetestet.
Woche 26
15.04.2009 – 22.04.2009
Die Netzteile wurden fertig verdrahtet und die Netzteilspannungen gemessen. Die Netzteile
wurden nach dem verdrahten wieder eingebaut und es wurde ein 30mm Loch in die
Abdeckung HINTEN für die Motorkabeln gebohrt. Es wurde die erste Inbetriebnahme der
Fräsmaschine gestartet. Es musste ein Fehler korrigiert werden. Es wurde ein Parallel Kabel
angeschlossen und die Spannungen an den Ausgängen gemessen.
Woche 27
22.04.2009 – 29.04.2009
Nach Problemen mit dem PC-System wurde die Grafikkarte ersetzt und auch der
Arbeitsspeicher ausgetauscht. Nachdem dies nichts geholfen hat, wurde der PC neu
aufgesetzt. Die Fräsmaschine wurde angeschlossen und der Tisch, auf welcher die
Fräsmaschine steht, wurde umgebaut.
Robin Ankele
Seite 134
Projektmanagement
Woche 28
Kapitel 10
29.04.2009 – 06.05.2009
Die Fräsmaschine wurde zum ersten Mal erfolgreich mit dem Computer angesteuert. Des
weiteren wurden bei den HP-Step-Karten Wiederstände ausgetauscht, welcher verhindern
sollen das die Bauteile so heiß werden.
Woche 29
06.05.2009 – 13.05.2009
Einbau der Steuerelektronik in das Gehäuse. Testen der Fräsmaschine. Kabel mit Kabelbinder
zusammenfassen. Endschalter anschließen und testen. Softwarekonfiguration auf
Verwendung von Endschalter umstellen. Erneutes Befestigen von drei LEDs welche sich
gelöst haben und befestigen einer Spule auf der INTERFACE-Karte.
Zusammenbau sämtliche Elektronik in das Gehäuse. Anschluss der Motorleitungen bzw.
Endschalter. Verschrauben der Abdeckplatte VORNE, HINTEN. Befestigung des Deckels.
Reinigung der Fräsmaschine.
Woche 30
13.05.2009 – 20.05.2009
Kaufen eines neuen Tasters für die Inbetriebnahme des PC-Systems. Verschrauben des
gesamten Systems. Erstellen von vier Gewindestangen, welche zur Erhöhung der
Fräsmaschine dienen sollten. Besprechung über schriftliche Diplomarbeit.
Seite 135
Robin Ankele
Kapitel 11
Quellenverzeichnis
Kapitel 11
Quellenverzeichnis
1
Quelle: URL: http://de.encarta.msn.com/encyclopedia_761554377_2/Werkzeugmaschinen.html
http://de.wikipedia.org/wiki/Fr%C3%A4smaschine#Siehe_auch
Mechanischer Aufbau
http://de.nanotec.com/page_product_archive__schrittmotor_st5818__de.html#top
Abb. 21,22
Diplomarbeit „Fräs - Graviermaschine“, Patrick Reiter, Dominik Nitsch, Claus Maier
2004/05 ,
Abb. 9-20,23
Fehlersuche
http://www.cms-dk.de/desk-cnc/index.php
http://www.deskcnc.com/controller2nd.html
www.befi-tec.de/pdfs/LPT_Pinbelegung.pdf
Abb. 60
http://www.neuhold-elektronik.at/catshop/product_info.php?products_id=2328
Abb. 62
http://www.deskcnc.com/gen2.pdf
Abb.55,56
http://www.nc-step.de/pdf/3dstep_doku.pdf
Abb. 45-53,61,86
Datenblätter
Datenblatt L297
Abb. 110
Datenblatt L298
Abb. 108
Datenblatt ST5818L3008 Schrittmotor
Abb. 90
Robin Ankele
Seite 136
Quellenverzeichnis
Kapitel 11
Elektronik
http://www.mechapro.de
http://www.roboternetz.de
Abb. 91,92,93,106
Tab. 7-9 nach Vorlage von Roboternetz
http://www.techeden.de/elmalab/projekte/start.htm
Abb. 109
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:PrinzipNetzteil.svg&filetimestamp=20090409130808
Abb. 94
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/0/0d/Schaltnetzteil.gif
Abb. 95
Datenblätter
Datenblatt N0855 Schaltnetzteil
Abb. 96,99,102,103,104
Datenblatt HP Step
Abb. 112-118,120,
Datenblatt Interface
Abb. 122-130
Software
http://www.cnc-step.com/hbwinpcn.pdf
http://www.burger-web.com/images/CNCSoftware/HelloWorldProgram.gif
Abb. 148
http://www.rmk-models.com/img/cad/Aca_11.jpg
Seite 137
Robin Ankele
Kapitel 12
Anhang
Kapitel 12
Anhang
12.1 Danksagungen
Ein Projekt in den Umfang einer Diplomarbeit kann nicht ohne fremde Hilfe bewältigt
werden. Aus diesen Grund möchten wir uns hier bei einigen Personen bedankten, welche
uns ermöglicht haben, dass wir die Diplomarbeit „ 3D-Fräsroboter“ so erfolgreich realisieren
und absolvieren konnten.
Besonderer Dank gebührt unseren Betreuungslehrer DI Helmut Benesch, welcher uns
überhaupt ermöglicht hat, diese Diplomarbeit in Angriff zu nehmen und uns bei der
Aufgabenstellung und diversen Problemlösungen immer tatkräftig zur Seite stand.
Des weiteren wollen wir uns auch bei Fachlehrer Dipl. Päd. Gerald Hart bedanken, welcher
uns beim Bau des Gehäuses tatkräftig unterstützte. Bedanken wollen wir uns bei außerdem
bei Professor DI Johan Töglhofer, welcher uns die Ansteuerung von Schrittmotoren näher
brachte und uns bei der Neuentwicklung der Elektronik unterstützte. Wir wollen uns bei
Prof. DI Kurt Illmayer, Fachlehrer Ing. Hansjörg Gomm und Prof. DI Helmut Benesch
bedanken, welche uns immer bereitwillig diverses Werkzeug geliehen hatten.
Wir wollen uns bei allen Werkstättenlehrern bedanken, welche uns beim Aufbau des
Gehäuse geholfen haben. Für die Verfügungsstellung diverser PC-Systeme, wollen wir uns
bei Fachlehrer Ing. Gottfried Enenkel und Prof. DI Michael Nestler bedanken.
Besonderer Dank gilt auch der HTBLuVA Bulme Graz – Gösting, welche die Kosten für unsere
Diplomarbeit übernahm.
Schlussendlich wollen wir uns noch bei dem Magazinär der Werkstätte der HTBLuVA Bulme
Andreas Weixler bedanken, welcher uns unsere zahlreichen Anfragen um Schrauben und
Muttern ohne zu Murren erfüllt hatte. Nicht vergessen sollten wir auch DI Thorsten
Ostermann, welcher uns auf unsere zahlreichen Anfragen und Emails, in Bezug auf die
Elektronik immer wieder geholfen hatte und uns bei diversen Problemlösungen immer
passende Vorschläge gemacht hatte.
Robin Ankele
Seite 138
Abbildungsvereichnis
III
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1. Konsolfräsmaschine ohne Gehäuse.................................................................................... 8
Abbildung 2. Universalfräsmaschine mit geschwenktem Fräskopf ......................................................... 9
Abbildung 3. Universalfräsmaschine in modifizierter Gantry-Bauweise .............................................. 10
Abbildung 4. Typische Fräswerkzeuge aus Schnellarbeitsstahl ............................................................. 11
Abbildung 5. Bremsmomentabstützung ................................................................................................ 13
Abbildung 6. Kettenblattschutz ............................................................................................................. 13
Abbildung 7. 3D Modellierung ............................................................................................................... 13
Abbildung 8. Bauteil Aluminium ............................................................................................................ 14
Abbildung 9. Mechanische Konstruktion mit CATIA .............................................................................. 15
Abbildung 10. Mechanische Konstruktion mit CATIA ............................................................................ 16
Abbildung 11. Baugruppe A - Grundgestell ........................................................................................... 16
Abbildung 12. Baugruppe B - X-Achse ................................................................................................... 17
Abbildung 13. Baugruppe C - Y-Achse ................................................................................................... 17
Abbildung 14. Baugruppe D - Z-Achse ................................................................................................... 18
Abbildung 15. Baugruppe E - XY-Achse ................................................................................................. 18
Abbildung 16. Abmessungen Mechanische Konstruktion ..................................................................... 19
Abbildung 17. Abmessungen Baugruppe A - Grundgestell ................................................................... 20
Abbildung 18. Abmessungen Baugruppe B - X-Achse ........................................................................... 21
Abbildung 19. Abmessungen Baugruppe C - Y-Achse ............................................................................ 22
Abbildung 20. Abmessungen Baugruppe D - Z-Achse ........................................................................... 23
Abbildung 21. Schrittmotor ST5818L3008-A ......................................................................................... 24
Abbildung 22. Abmessungen Schrittmotoren - ST5818L3008-A............................................................ 24
Abbildung 23.Frässpindel – Kress FM 6990 E ........................................................................................ 25
Abbildung 24. Einschubgehäuse ............................................................................................................ 27
Abbildung 25. Frontplatte ..................................................................................................................... 27
Abbildung 26. Heckplatte ...................................................................................................................... 27
Abbildung 27. Deckel ............................................................................................................................. 28
Abbildung 28. Befestigung Netzteile ..................................................................................................... 28
Abbildung 29. Befestigung HP-Step-Motortreiberkarten ...................................................................... 28
Abbildung 30. Befestigung Interface-Karte ........................................................................................... 29
Abbildung 31. Befestigung DVD-Laufwerk ............................................................................................ 29
Abbildung 32. Abmessungen Grundaufbau........................................................................................... 30
Abbildung 33. Abmessungen Frontplatte .............................................................................................. 30
Abbildung 34. Abmessungen Heckplatte............................................................................................... 31
Abbildung 35. Abmessungen Deckel ..................................................................................................... 31
Abbildung 36. Abmessungen Netzteil-Befestigungen ........................................................................... 32
Abbildung 37. Abmessungen HP-Step Motortreiberkarten-Befestigung .............................................. 32
Abbildung 38. Abmessungen Interface-Karten-Befestigung ................................................................. 33
III
Abbildung 39. Abmessungen DVD-Befestigung .................................................................................... 33
Abbildung 40. Gehäuse Gesamtübersicht mit Cinema4D ..................................................................... 37
Abbildung 41. Gehäuse Gesamtübersicht 2 mit Cinema4D .................................................................. 37
Abbildung 42. Gehäuse Gesamtübersicht Original ............................................................................... 38
Abbildung 43. Gehäuse Gesamtübersicht Original 2............................................................................. 38
Abbildung 44. 3D-Step Motortreiberkarte ............................................................................................ 40
Abbildung 45. Schaltplan 3D-Step X-Achse ........................................................................................... 41
Abbildung 46. Schaltplan 3D-Step Y-Achse ........................................................................................... 42
Abbildung 47. Schaltplan 3D-Step Z-Achse............................................................................................ 42
Abbildung 48.Schaltplan 3D-Step Boost bzw. Sleep .............................................................................. 43
Abbildung 49. Schaltplan 3D-Step Notaus ............................................................................................ 43
Abbildung 50. Schaltplan 3D-Step LED-Beschaltung ............................................................................. 43
Abbildung 51. Schaltplan 3D-Step LPT bzw. Switches ........................................................................... 44
Abbildung 52. Schaltplan 3D-Step C-Achse ........................................................................................... 44
Abbildung 53. Funktionsprinzip mit L297 und L298 .............................................................................. 45
Abbildung 54. 2nd Generation Controller Board ................................................................................... 46
Abbildung 55. Blockschaltbild 2nd Generation Controller Board .......................................................... 47
Abbildung 56. Pinbelegung 2nd Generation Controller Board .............................................................. 47
Abbildung 57. Blockschaltbild SM Steuerung Version 1 ........................................................................ 48
Abbildung 58. Netzteil für TTL-Logik-Pegel ........................................................................................... 49
Abbildung 59. Blockschaltbild SM Steuerung Version 2 ........................................................................ 50
Abbildung 60. Pinbelegung LPT-Schnittstelle ........................................................................................ 51
Abbildung 61. Pinbelegung CNCPlayer .................................................................................................. 52
Abbildung 62. Seriell zu USB Umsetzer Kabel ........................................................................................ 52
Abbildung 63. Maßeinheiten ................................................................................................................. 55
Abbildung 64. Kalibrierung .................................................................................................................... 55
Abbildung 65. Kalirierung ...................................................................................................................... 56
Abbildung 66. Sicherheitswarnungen .................................................................................................... 56
Abbildung 67. Device Konfiguration ...................................................................................................... 57
Abbildung 68. Elektronikeinstellungen .................................................................................................. 58
Abbildung 69. Easy express Configuration ............................................................................................ 58
Abbildung 70. Konfiguration X-Achse .................................................................................................... 59
Abbildung 71. Spracheinstellung ........................................................................................................... 60
Abbildung 72. Maschinenkonfiguration ................................................................................................ 61
Abbildung 73. Mechanik und Verbindungseinstellung .......................................................................... 62
Abbildung 74. Beschleunigungseinstellungen ....................................................................................... 63
Abbildung 75. Achsen Konfiguration ..................................................................................................... 64
Abbildung 76. Digitalanzeige ................................................................................................................ 65
Abbildung 77. Manuelle Steuerung - Jog............................................................................................... 65
Abbildung 78. Automatische Steuerung ................................................................................................ 66
Abbildung 79. Steuerung mittels GCode................................................................................................ 66
Abbildung 80. Maschine Mode .............................................................................................................. 67
Abbildung 81. Starteinstellungen .......................................................................................................... 68
Abbildung 82. Manuelle Steuerung ....................................................................................................... 68
Abbildung 83. Bedienung mittels GCode ............................................................................................... 69
Abbildung 84. Endschalter ..................................................................................................................... 70
Abbildungsvereichnis
III
Abbildung 85. Jumpereinstellungen für Voll/Halbschritt ...................................................................... 72
Abbildung 86. Motorstromeinstellung bei der X-Achse......................................................................... 73
Abbildung 87. Potentiometer zur Stromeinstellung .............................................................................. 74
Abbildung 88. Blockschaltbild Ansteuerung .......................................................................................... 75
Abbildung 89. Schrittmotor ................................................................................................................... 76
Abbildung 90. Kennlinie SchrittmotorST5818L ...................................................................................... 76
Abbildung 91. Aufbau Schrittmotor....................................................................................................... 77
Abbildung 92. Spulen ............................................................................................................................. 78
Abbildung 93. Aufbau Schrittmotor....................................................................................................... 80
Abbildung 94. Linear geregeltes Netzteil .............................................................................................. 81
Abbildung 95. Schaltnetzteil .................................................................................................................. 82
Abbildung 96. Netzteil ........................................................................................................................... 83
Abbildung 97. Zusammenschaltung Netzteile ....................................................................................... 84
Abbildung 98. Erdungsfrei ..................................................................................................................... 84
Abbildung 99. Aufbau ON/OFF Key ....................................................................................................... 85
Abbildung 100. Oberseite ON/OFF Key ................................................................................................. 85
Abbildung 101. Unterseite ON/OFF Key ................................................................................................ 85
Abbildung 102. Blockschaltbild Netzteil ................................................................................................ 86
Abbildung 103. Schaltplan Netzteil ....................................................................................................... 87
Abbildung 104. Schaltplan Netzteil 2 .................................................................................................... 88
Abbildung 105. Blockschaltbild Spannungsversorgung......................................................................... 89
Abbildung 106. Schaltbild L297, L298.................................................................................................... 90
Abbildung 107. Innenaufbau L298 ........................................................................................................ 91
Abbildung 108. H-Brücke ....................................................................................................................... 92
Abbildung 109. Innenbeschaltung L297 ................................................................................................ 93
Abbildung 110. Hp-Step Karte ............................................................................................................... 94
Abbildung 111.HP-Step ENABLE1 für L6203 Brückentreiber ................................................................. 94
Abbildung 112.HP-Step Signale für die Motorklemmen X2&X3 ............................................................ 95
Abbildung 113.HP-Step MICROSTEP ...................................................................................................... 95
Abbildung 114.Hp-Step ENABLE2 für L6203 Brückentreiber ................................................................. 96
Abbildung 115. Hp-Step Kurzschluss-LED Beschaltung ......................................................................... 96
Abbildung 116.HP-Step PROG ............................................................................................................... 96
Abbildung 117.HP-Step Sleep , CCW , Clock .......................................................................................... 97
Abbildung 118. Blockschaltbild HP-Step................................................................................................ 97
Abbildung 119. Bestückungsplan Hp-Step - Karte ................................................................................. 99
Abbildung 120. Interface-Karte ........................................................................................................... 100
Abbildung 121. Interface Connector X-ACHSE ..................................................................................... 100
Abbildung 122. Interface Klemme 24V bzw. Klemme 12V .................................................................. 101
Abbildung 123. Interface Jumperanschluss FAN1&2........................................................................... 101
Abbildung 124. Interface LM2575HVT-12 Simple Switcher ................................................................. 101
Abbildung 125. Interface Klemme KUEHL1&2, SPINDEL1&2 bzw. SWITCH ........................................ 102
Abbildung 126. Interface M25HS Parallel-PC-Verbindungsschnittstelle ............................................. 102
Abbildung 127. M09HS Verbindungsschnittstelle Referenz- und Endschalter bzw. Klemme NOTAUS 103
Abbildung 128. Blockschaltbild Interface Karte .................................................................................. 103
Abbildung 129. Bestückungsplan Interface - Karte ............................................................................. 105
Abbildung 130. Frässpindel ................................................................................................................. 106
III
Abbildung 131. Frontplatte ................................................................................................................. 108
Abbildung 132. Signalleds ................................................................................................................... 108
Abbildung 133. Taster ......................................................................................................................... 108
Abbildung 134. Schnittstellenbelegung LPT ........................................................................................ 110
Abbildung 135. Verwalten ................................................................................................................... 111
Abbildung 136. Gerätemanager .......................................................................................................... 111
Abbildung 137. LPT-Portadresse ......................................................................................................... 112
Abbildung 138. Schalter-Signaltest ..................................................................................................... 112
Abbildung 139. Achse der Referenzschalter ....................................................................................... 113
Abbildung 140. Referenzschalter-PIN Zuweisung................................................................................ 114
Abbildung 141. Taster- PIN Zuweisung ............................................................................................... 114
Abbildung 142. Taster aktivieren ........................................................................................................ 115
Abbildung 143. Tasterhöhe konfigurieren ........................................................................................... 116
Abbildung 144. Unterstützte Formate ................................................................................................. 117
Abbildung 145. Manuell Fahren .......................................................................................................... 118
Abbildung 146. WinPCNC Editor .......................................................................................................... 118
Abbildung 147. Editor .......................................................................................................................... 119
Abbildung 148. Mindmap 3D-Fräsroboter .......................................................................................... 123
Abbildung 149. Projektstrukturplan 3D-Fräsroboter........................................................................... 125
Abbildung 150. Gesamtes Projekt ....................................................................................................... 126
Abbildung 151. Zeitplan Fehlersuche .................................................................................................. 127
Abbildung 152.Zeitplan Realisierung neuer Elektronik ....................................................................... 128
Abbildung 153. Fehlerbaumanalyse Motoren ..................................................................................... 129
Abbildung 154. Fehlerbaumanalyse Vorhandene Elektronik .............................................................. 130
Tabellenverzeichnis
IV
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1. Baugruppenliste Mechanische Konstruktion ........................................................................ 19
Tabelle 2. Baugruppenliste Grundgestell .............................................................................................. 20
Tabelle 3. Baugruppenliste X-Achse ...................................................................................................... 21
Tabelle 4. Baugruppenliste Y-Achse ...................................................................................................... 22
Tabelle 5. Baugruppenliste Z-Achse ...................................................................................................... 23
Tabelle 6. Pinbelegung 3D-Step............................................................................................................. 52
Tabelle 7. Vollschrittbetrieb bei unipolaren Motoren ........................................................................... 79
Tabelle 8. Vollschrittbetrieb bei bipolaren Motoren ............................................................................. 79
Tabelle 9. Halbschrittbetrieb bei bipolaren Motoren ............................................................................ 79
Tabelle 10. Vorteile Schaltnetzteile ....................................................................................................... 82
Tabelle 11. Nachteile Schaltnetzteil ...................................................................................................... 83
Tabelle 12. Leistungsmerkmale ........................................................................................................... 106
Tabelle 13. Vorgänge - Gesamtes Projekt .......................................................................................... 126
Tabelle 14. Vorgänge - Fehlersuche .................................................................................................... 127
Tabelle 15. Vorgänge - Realisierung neuer Elektronik......................................................................... 129
V
Abkürzungsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
PC
LED
KUV
LPT
COM
RS232
USB
IC
HW
SW
A
V
CW
CCW
PWM
DC
AC
TTL
3D
SM
CNC
… Personal Computer
… Light Emitting Diode (Leuchdiode)
… Kunststoffverarbeitungswerkstätte
… Line Printing Terminal (Parallele Schnittstelle)
… Communication Port (Kommunikation Schnittstelle)
… Serielle Schnittstelle
… Universal Serial Bus (Serielles Bussystem)
... Integrated Circuit (Integrierter Schaltkreis)
… Hardware
… Software
… Ampere
… Volt
… Clockwise
… Counter Clockwise
… Pulse Width Modulation
… Direct Current (Gleichstrom)
… Alternating Current (Wechselstrom)
… Transistor – transistor logic
… 3 Dimensional
… Schrittmotor
… Computerized Numerical Control

3D Fräsroboter

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