Salutare !

Valkyrie CNC este o masina de debitare cu trei axe, controlata de calculator, ce foloseste o freza pentru a decupa in material forme, concepute cu ajutorul unui program CAD/CAM.

Intro

Inspiratia pentru acest proiect mi-a venit dand intr-o zi peste proiectul RepRap (www.reprap.org) o imprimata 3D cu trei axe controlata de un Arduino. Din acel moment am hotarat ca imi trebuie si mie asa ceva, asa ca am studiat in deataliu problema si am ajuns la concluzia ca imi va fi enorm de greu sa fac rost de componentele printate in plastic si de curelele dintate, restul nu ar fi fost o problema prea mare. Sa cumpar un kit nu s-a pus problema de la inceput din cauze de $$. Asa ca am cautat o alternativa in genul celor prezentate pe siteul RepRap sub denumirea de RepStrap, o masina intermediara care ar putea ajuta la construirea celei finale prin printarea componentelor necesare in house.

Tot cautand,  am dat peste siteul acestui tip: www.buildyourcnc.com, care pe langa faptul ca produce o gama de kituri de CNC-uri de vanzare, a postat pe site o gramada de filmulete in diverse etape ale asamblarii. Urmarind-ule mi-am facut o idee despre cum ar trebui facuta partea mecanica si am folosit ideeile prezentate acolo in constructia mea.

Intr-un final am decis ca este mai interesanta o constructie a unui CNC decat a unui RepRap, deoarece CNC-ul poate fi adaptat pentru a face acelasi lucru, marele plus fiind ca poate fi folosit si pentru a taia in material, ceea ce cu un RepRap este destul de greu datorita modului in care este conceput.

Asa a luat nastere Valkyrie CNC la care lucrez de aproximativ 1 an si jumatate.

Detalii tehnice:

- 265 x 225 mm zona maxima de lucru

- lungime 50 cm,  latime 35 cm,  inaltime 35 cm

- deplasare pe axe in gol 600mm/min

- alimentare pe 12V/5A o sursa AT sau 24V/5A pentru viteza de deplasare mai mare

- precizie teoretica aproximativa 0.006 mm,  in practica aproximez eu pe la 0.01 mm datorita jocurilor care apar in componente, nu am gasit o metoda de masurare exacta

Materiale folosite:

Principalul material folosit este de PAL de 16 mm – am folosit aproximativ un metru patrat.

Pentru sine am folosit profil de aluminiu in forma de L cu dimensiunea de 1,5 cm X 9 mm – aproximativ 3 metri.

Pentru deplasarea axelor am folosit bara filetata de otel, cu filet M8, cam ce gasim pe la Bricostore  - 3 metri.

Rulmenti ABEC7, cei folositi la roler blades – 40 bucati

Initial motoarele folosite au fost motoare pas cu pas de 7.5 grade pe pas, 24 V, de tip canstack, astfel de motoare se gasesc in majoritatea  imprimantelor mai vechi (acestea apar in poze). Rezolutia obtinuta era destul de buna dar acele motoare se incalzeau foarte tare, si avand pasul mare generau vibratii destul de puternice.  Acum folosesc motoare mai puternice de 200 pasi pe rotatie,  care lucreaza mult mai silentios, voi updata si pozele la un moment dat

Partea de control este alcatuita in acest moment dintr-un Arduino, varianta Single Sided Serial (http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardSerialSingleSided3) si drivere pentru motoarele pas cu pas de conceptie proprie.  Driverele sunt construite pe baza circuitelor dedicate TEA3718 care primesc secventele necesare de la un Attiny2313.

Restul materialelor folosite constau in suruburi M8 si M6  de diverse lungimi, cabluri, etc.

Partea mecanica:

Din punct de vedere mecanic, constructia este relativ simpla. Totul a pornit de la modul de deplasare al axelor folosind transmisia prin surub.  Am ales acest mod din considerentele urmatoare:

- raportul de forta este foarte bun,  miscarea axei fiind posibila prin rotirea directa a surbului de catre motor, fara a necesita reductie

- se pot obtine rezultate bune si fara folosirea de suruburi speciale, cu putina atentie la alegerea barei filetate

- constructia transmisiei este simpla

Practic bara filetata este montanta la cele doua extremitati in rulmenti, tinuta in loc de piulite anti-defacere. Pe aceasta se deplaseza prin rotatie  o piulita (lunga de 2 cm), care este fixata pe elementul ce trebuie deplasat (ansamblul axei). Prin rotirea barei filetate se obtine deplasarea piulitei si implicit a axei respective .

Cuplajul motorului la bara filetata este facut printr-o bucsa de cauciuc prin frecare.

Pentru o deplasare a axelor cat mai usoara acestea sunt montate pe sine, deplasarea realizandu-se prin rulmenti. Imi este foarte greu sa explic acest ansamblu, cred ca din poza se intelege mai bine

Partea electronica:

Dupa cum spuneam mai sus, creierul este un Arduino ce primeste comenzile de deplasare de la calculator printr-o conexiune seriala, le interpreteaza, si controleaza cele 4 drivere (2 pentru a misca axa X, 1 pentru Y, 1 pentru Z).  Nu sunt prea multe de spus in plus despre Arduino aici, doar ca e facut “pe genunchi”,  folosind schemele de pe site.

In ceea ce priveste driverele am tinut sa le fac eu, in primul rand pentru a invata, in al doilea rand pentru ca nu sunt dispus sa cumpar astfel de componente. Am ajuns in prezent la versiunea 4 a acestora, pe scurt am dat 2 rateuri, versiunea 2 a functionat destul de bine.

Driverele actuale sunt  bazate pe TEA3718, un circuit intregrat specializat pe controlul motoarelor pas cu pas in curent constant. Pentru un motor este nevoie de doua astfel de circuite, deoarece un circuit controleaza doar una dintre bobinele motorului. Important la aceste circuite este ca acestea realizeza controlul curentului in bobina, cu alte cuvinte se poate stabili valoarea amperajului folosit in functie de motor, pentru o functionare in conditii optime.

Deoarece pentru controlul unui TEA3718 este nevoie de  4 semnale, deci 8 pentru un singur driver, am hotarat sa folosesc un ATTiny2313 pentru a prelua semanalele de control de la Arduino si a genera secventele necesare pentru cele doua TEA3718, astfel incat controlul driverului se face cu 4 semnale: Enable, Direction, Step, Half/Full (optional) . In acest fel se folosesc 16 pini pentru controlul intregii masini (driverele pentru X primesc aceleasi semnale).

Folosirea ATTiny2313 aduce si avantajul ca permite modificarea parametrilor de functionare a driverului printr-o simpla reprogramare, si posibilitatea implementarii de functionalitati noi precum deplasarea motoarelor in micropasi prin controlarea exacta a amperajului. Momentan firmware-ul suporta full stepping si halfstepping.

Partea software:

Pe Arduino ruleaza o versiune modificata a firmware-ului Reprap. Practic am inlocuit clasa Serial cu ceva mai mic scris in C, am modificat functiile de control pentru drivere, am eliminat tot ce tine de extrudorul folosit de RepRap. Astfel am reusit sa obtin spatiu in memorie pentru a adauga functiile necesare prelucrarii de comenzi pentru curbe, care nu ar fi avut loc pe un AtMega168.

Rolul cel mai important al Arduino,  consta in primirea comenzilor de la PC in format GCODE si transformarea acestora in secvente de pasi pentru driveri. GCODE este standardul in ceea ce priveste astfel de masini, si majoritatea programelor CAM au posibilitatea de a exporta in acest limbaj. Astfel designul se poate face in orice software si nu exista o limitare impusa de un format propietar.

Firmware-ul de pe drivere este scris in avr-gcc, tot ce face este sa astepte o translatie de la HIGH la LOW pe semnalul Step pentru a face un pas.

Final …

Momentan ma opresc aici, mai jos un filmulet cu masinaria la lucru:

Voi mai posta updateuri, pana atunci … stay tuned.

Bafta!

arduino , ATTiny2313 , avr , CNC , Valkyrie

Ceva neclar in articolul de mai sus ? Ai vrea sa discuti cu cineva despre proiectul tau ? Vino in fiecare marti seara de la ora 19:00 la Intalnirea Tehnorama, sau ne poti contacta direct.
Vezi aici detalii complete.

proiecte 12 comentarii

arduino assembler atingere atmega168 atmega328 bootloader brick buton buzzer CNC debug DHCP DNS Ethernet fire gsm/gprs http infrarosu Internet joystick lcd led lumina microcontroller microfon post potentiometru R-Dev-Ino releu rgb roboduino robot robot majordom senzor senzor PIR serial server servo shield space sunet telecomanda IR temperatura umiditate weather clock