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hswiki:raum:elektronikwerkstatt:cnc-fraesmaschine

CNC-Fräsmaschine

TODOs

  • Die Steuerungssoftware (DOS-Programm) läuft derzeit auf einem Indstrie-PC mit Win 98. Kann man das auch auf Linux mit DosBox oder Wine realisieren?
  • Zur Maschine gab es ein paar Fräswerkzeuge. Wir sollten noch sinnvolle Fräser ergänzen, um verschiedene Anwendungen abzudecken. Insbesondere sollten verschiedene Fräser für Kunsstoff und Aluminium benutzt werden, um die Schärfe der Schneiden für die Kunststoffbearbeitung länger zu erhalten. Verschiedene Formen sind ebenfalls nötig: Zylinder (vertikale und horizontale Flächen), Kegel (Senkungen und Fasen), rundes Fräserende für nicht-ebene Flächen. Außerdem verschiedene Durchmesser für unterschielich große Bearbeitungsflächen.
  • Ein Grundstock an Material (v.a. Kunststoffplatten) sollte vorhanden sein.

Vorhandenes Zubehör

Zerspanungswerkzeuge

Anzahl Name Schneiden-∅ Schaft-∅ Material
1 Einschneider 2 mm 3 mm HSS
1 Einschneider 4 mm 6 mm Hartmetall
1 Einschneider 6 mm 6 mm Hartmetall

Spannzangen

Spannzangentyp: Spannzange DIN 6388-A, Typ 400E (OZ6).
Abmessungen: ∅11.5 mm, Länge 21mm, Konus 1:10.
Einseitig geschlitzt, für Werkzeuge mit zylindrischem Schaft ohne Anzugsgewinde.

Anzahl Bezeichnung für Schaft-∅
1 Spannzange 1 mm
1 Spannzange 2 mm
2 Spannzange 2.5 mm
2 Spannzange 3 mm
1 Spannzange 3.5 mm
1 Spannzange 4 mm
1 Spannzange 4.5 mm
1 Spannzange 5 mm
1 Spannzange 5.5 mm
1 Spannzange 6 mm
2 Überwurfmuttern für Spindel

Montagewerkzeug

Anzahl Bezeichnung Größe
1 Hakenschlüssel 16-20
1 Maulschlüssel SW 19
1 Maulschlüssel SW 17

Spannmittel

Anzahl Bezeichnung
2 Anschlagschienen 225 mm
1 Handhebel-Spannvorrichtung SH 1

Messmittel

Anzahl Bezeichnung
1 Messuhr Mahr Analog MarCartor 810 A
1 Magnet-Messstativ für Messuhr
1 Messschieber (analog) Maschinenbauqualität

Postprocessor

Uns liegt ein Postprocessor für das Fräsenmodell vor, den man in das jeweilige CAM-Tool einfügt. Die beiden Dateien liegen auf ownkraut:/home/gecko/CNC/postprocessor/ISEL.{mpc,mmc} .

Notwendige oder wünschenswerte Anschaffungen

Die folgende Tabelle enthält Anschaffungsvorschläge, die entweder notwendig oder wünschenswert sind. Die aufgeführten Positionen sind als Vorschläge zu verstehen, die diskutiert und priorisiert werden sollten, bevor Anschaffungen getätigt werden.

Teil Beispiel-Modell + Link Preis Priorität
Stahlmaßstab 500mm
Satz Spiralbohrer (nur für die Fräse)
Kegelfräser (Senkungen, Fasen, Entgraten) Entgrater 25 €
Zentrierbohrer
Fräser mit Stirnradius
Gravierwerkzeug
Planfräser
Gewindewerkzeuge manuell für innen/außen min. M2-M8

Ansteuerung

Ausgangssituation

Derzeit wird die Maschine von einem Industrie-PC gesteuert. Die gesamte Technik ist auf dem Stand von ca. 1998, d.h:

  • Das Betriebssystem ist Windows 98.
  • Das eigentliche Steuerprogramm läuft im DOS-Modus, hat eine im Textmodus realisierte pseudo-grafische Oberfläche und ist dadurch schnell und einfach mit Tasten zu bedienen
  • Der Rechner kommuniziert mit der Maschine über eine serielle Schnittstelle (drei Leitungen: RX, TX, GND)
  • Der Rechner hat ein 3.5-Zoll-Diskettenlaufwerk und ein CD-ROM-Laufwerk.
  • Weitere verfügbare Kommunikationsschnittstellen sind:
    • eine weitere serielle Schnittstelle
    • ein Parallelport
    • eine Netzwerkkarte mit RJ45- und BNC-Buchse
  • Der Rechner hat *keine* USB-Schnittstelle.
  • Das Steuerprogramm versteht kein G-Code, sondern nur das Isel-spezifische NCP-Format (das sich aber deutlich besser lesen lässt…)

Der übliche Workflow für die Fertigung eines Bauteils ist:

  1. CAD-Modell erzeugen
  2. mit CAM-Postprozessor G-Codes für Fräserbewegungen, Bohrungen, etc. erzeugen
  3. G-Code in Steuersoftware der Maschine laden
  4. Programm mit Maschine ausführen

Zur Zeit gibt es dabei zwei Hürden zu überwinden (vorausgesetzt ein geeignetes CAD-Programm und ein CAM-Postprozessor existieren):

  • Übersetzung des G-Code aus dem CAM-Tool in das NCP-Format
  • Übertragung des Programms auf den Steuer-PC

Um mit der Maschine in der jetzigen Konfiguration arbeiten zu können, muss mindestens

  • ein Konvertierungstool von G-Code ins NCP-Format gefunden/geschrieben werden
  • ein Weg geschaffen werden, das NCP-Programm mittels Datenträger oder Netzwerk auf den Rechner zu bekommen

Langfristig ist allerdings anzustreben, die Maschinensteuerung auf eine modernere Basis - optimalerweise realisiert mit freier Software - zu stellen. Deswegen sollte man den Aufwand, die derzeitige Konfiguration arbeitsfähig zu bekommen, in Grenzen halten.

Modernisierungsmöglichkeiten Steuerung

Nach derzeitigem Kenntnisstand existieren theoretisch folgende Möglichkeiten einer Modernisierung mit aufsteigendem Awesomeness-Faktor:

Originalen Steuerrechner ins Krautspace-Netz

  • Als kurzfristige Lösung für das Datentransferproblem kann versucht werden, den Steuerrechner ins Krautspace-Netz zu bekommen.
  • Daten können dann per Netzwerkfreigabe auf dem Rechner abgelegt werden
  • Vorteil:
    • Datenaustausch per Netzwerk möglich
  • Nachteil:
    • Keine wirkliche Modernisierung - nur Datenaustausch wird vereinfacht
    • Kein G-Code verarbeitbar - G-Code-zu-NCP-Übersetzer wird benötigt
    • Kein Datenaustausch per USB-Stick

Originale Steuerungssoftware mit Wine/DosBox betreiben

  • Umsetzen der vorhandenen Isel-Steuersoftware auf einen moderneren Rechner mit Linux und Wine oder DosBox
  • Hier ist zu klären, ob die Kommunikation über die serielle Schnittstelle dann noch gut genug funktioniert. Laut Isel-Manual wurden beim DOS-Treiber ein paar Tricks unternommen, um die serielle Schnittstelle mit einer höheren Frequenz als normal abfragen zu können.
  • Vorteil:
    • einfacher Datenaustausch per USB-Stick oder Netzwerk möglich
  • Nachteil:
    • Es kann nach wie vor kein G-Code verarbeitet werden - ein G-Code-zu-NCP-Übersetzer wird benötigt.
    • Es kann sich herausstellen, dass die Lösung nicht funktioniert.

Kommerzielle Steuerungssoftware für Windows/Wine

  • Die Firma delft spline systems bietet die Steuerungssoftware KAY an, die unsere Isel CPM 4030 out-of-the-box unterstützt.
  • Die Software kann NCP- und G-Code-Programme verarbeiten.
  • KAY setzt Windows voraus, ein Versuch auf Linux mit Wine kann mit der kostenlosen Testversion unternommen werden. Leider kann man mit dieser Version nicht die Verbindung zur Maschine testen (vielleicht verhandelbar?).
  • Die Software kostet ca. 250€.
  • Vorteile:
    • Die Maschine wäre relativ schnell einsatzbereit.
    • Die Software wendet sich explizit an Nutzer älterer Isel-Maschinen. Das Risiko beim eigenständigen Herumbasteln an der Steuersoftware etwas an der Maschine zu beschädigen entfällt.
    • Es kann G-Code und nativer NCP-Code verarbeitet und damit beliebige CAM-Tools genutzt werden
  • Nachteile:
    • Kostet Geld.
    • Keine freie Software
    • Eventuell sogar unfreies Betriebssystem nötig (je nach Erfolg des Wine-Experiments)

LinuxCNC

  • LinuxCNC ist eine freie Steuerungsoftware
  • Es kann direkt G-Code verarbeiten.
  • Es unterstützt unsere Maschine vermutlich nicht - es muss also eine Möglichkeit gefunden und realisiert werden, die Maschine damit zu steuern (Aufwand derzeit unbekannt).
  • Isel-CPM-Maschinen scheinen relativ populär zu sein, trotzdem gibt es offenbar noch kein passendes Modul für LinuxCNC. Gründe? Vielleicht schwer machbar? Die Projekte, die Isel CPMs mit LinuxCNC benutzen, haben auch die Steuerplatine in der Maschine getauscht.
  • Vorteile:
    • Freie Software auf freiem Betriebssystem
    • G-Code ist direkt verarbeitbar.
    • Keine Anschaffungskosten
  • Nachteile:
    • Interface zu unserer Maschine muss erst realisiert werden. Geht das überhaupt?
    • Restrisiko, beim Basteln etwas an der Maschine zu beschädigen.
    • Wirkliche Inbetriebnahme erst möglich, wenn Integration mit LinuxCNC fertig ist. Dauer unbekannt.

Wie es scheint passt die Philosophie von LinuxCNC nicht zu unserer Absicht möglichst wenig an der originalen Steuerung der Maschine zu ändern (Quelle):

4. Why not use a micro controller over USB as a step generator

Short answer:
because it breaks the idea of the project - LinuxCNC as a machine controller.

Long answer:
If you wished to do rigid tapping with your USB-based controller - you would have to add the tapping code to your microcontroller. USB will not allow reliable communication between the motion controller (LinuxCNC) and the motor controller (your micro).

Multiply that by other options and now you have basically made your micro controller into a motion controller. This has been done in a fork of LinuxCNC - USB to a mesa 7i43 card in the araisrobo project (now uses machinekit AFAIK).

Now if someone added some cool option to LinuxCNC's motion controller you wouldn't be able to use it until you added it to your motion controller. It also doesn't allow LinuxCNC's built-in scope and meters access to the micro controller's internal test points.

By using relatively 'dumb' hardware, we avoid that scenario - whatever LinuxCNC can do it can do with all hardware that supports the basic requirements. You can even run an analog servo using the parallel port - just the performance would be low.

So is it a waste of time for simple I/O stuff? Yes, I guess you could say that - but when you look at the bigger picture it makes sense - LinuxCNC does a lot more than just simple step driven mills.

We prefer that the motion controller is in one place - LinuxCNC.

Kurz gesagt:

LinuxCNC will „dumme“ Hardware. Alles was Bewegungssteuerung angeht kommt aus der Software. Wir haben „schlaue“ Hardware, die mit einfachen Kommandos gesteuert wird und die Bewegungssteuerung (gleichzeitiges koordiniertes Verfahren der Maschinenachsen) selbst erledigt. Verbesserungen der Steuerung sind bei LinuxCNC Softwareupdates, bei uns Hardware-Updates (siehe Awesomeness++ unten).

Awesomeness++

  • Es gibt eine Plug-In-Platine für die IMC4-Platine (Motorsteuerung), die direkt in die dortigen IC-Steckplätze gesteckt werden kann und die Bewegungen der Maschine flüssiger und effizienter macht.
  • Es werden Brems- und Beschleunigungsvorgängen am Ende und Anfang von Bewegungssegmenten einer zusammenhängenden Bahn vermieden.
  • Die Bearbeitungszeit insbesondere bei Werkzeugpfaden, die aus vielen kleinen Segmenten zusammengesetzt sind, kann dadurch wesentlich verkürzt werden.
  • Durch die Vermeidung von Schwingungen werden die Oberflächen glatter.
  • Kosten inkl. MwSt. ca. 600€
  • Wäre damit mal ein Fall für einen Förderantrag.
  • Anschaffung erst wirklich sinnvoll, wenn der Rest läuft.

CAM-Tools

  • Die Website von LinuxCNC hat eine Liste
  • Das kommerzielle Tool DeskProto macht einen guten Eindruck
    • unterstützt die optionale 4. Achse unserer Maschine (Drehachse) für die Pfadplanung (komplexe Teile bearbeitbar)
    • Testversion für 30 Tage verfügbar
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