Steuerungsbau. Planung und Umsetzung einer CNC Steuerung für eine Anton-Fräsmaschine


Hausarbeit (Hauptseminar), 2015
32 Seiten, Note: 1,2

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Aufgabenstellung

2 Bestandsaufnahme
2.1 Mechanik
2.2 Elektrik
2.2.1 Endschalter
2.2.2 Schrittmotoren
2.3 Software

3 Optimierung
3.1 Mechanik
3.1.1 Spindelblock
3.1.2 Y-Achse
3.1.3 Maschinenrückwand
3.2 Elektrik
3.2.1 Stromversorgung
3.2.2 Benezan Board
3.2.3 Endstufen
3.2.4 Schrittmotoren
3.2.5 Frequenzumrichter mit Spindel
3.2.6 Sicherheitsschaltung
3.2.6.1 Türschalter
3.2.6.2 Notaus-Schalter
3.2.6.3 Beleuchtung Maschinenraum
3.2.7 Gesamtschaltbild
3.2.8 Ergebnis Elektrik
3.3 Software
3.3.1 anton_mill.hal
3.3.2 anton_mill.ini
3.3.3 custompanel.xml
3.4 Einkaufsliste

4 Weitere Optimierungsmöglichkeiten (Folgeprojekte)
4.1 Mechanik
4.1.1 Kühlmittelpumpe/ Minimalmengenschmierung
4.1.2 Montage des Monitors
4.1.3 Werkzeugwechsler
4.2 Elektrik
4.2.1 Automatische Werkzeuglängenvermessung
4.3 Software
4.3.1 Simulationssteuerung

5 Abbildungsverzeichnis

6 Tabellenverzeichnis

7 Literaturverzeichnis

Vorwort

Die vorliegende Arbeit stellt ein Gemeinschaftsprojekt der Autoren , allesamt Maschinenbaustudenten am Umwelt Campus Birkenfeld, dar, nachdem durch Herrn Dipl.-Ing. (FH) Stefan Hirsch die Überlegung herangetragen wurde, ein Projekt zur sog. „Anton-Fräsmaschine“ auszuarbeiten.

Die Überlegungen der Autoren mündeten letztlich in die Realisierung eines Projektes mit der Arbeitsüberschrift „Steuerungsbau einer CNC-Fräsmaschine“ (Näheres vgl. Ziff. 1, Aufgabenstellung, Seite 1).

Die Autoren bedanken sich für die intensive Unterstützung durch als Projektleiter.

Birkenfeld, im SS 2015

1 Aufgabenstellung

Die Aufgabenstellung des Projektes beinhaltet die Planung und Umsetzung der Steuerung für die „Anton-CNC-Fräsmaschine“ des Umwelt-Campus Birkenfeld.

Hierbei wird das Augenmerk auf zwei wesentliche Sicherheitsaspekte gelegt:

Einerseits muss verhindert werden, dass während der Bearbeitung in den Maschinenraum eingegriffen werden kann. Andererseits wird es erforderlich sein, die Maschine bei Fehlfunktion jederzeit stoppen zu können. Hierzu ist die Planung und Verwendung einer Sicherheitsschaltung notwendig.

Ein weiterer Bestandteil des Projektes wird darin liegen, die Stromversorgung der Maschine durch ein einziges Anschlusskabel zu gewährleisten.

Abschließend soll eine Fehleranalyse mögliche Ergänzungen und Optimierungen für die Maschine aufzeigen und vorschlagen.

2 Bestandsaufnahme

Nach Projektaufnahme wurde die „Anton-CNC-Fräsmaschine“ aus dem Technikum übernommen und der aktuelle Bestand in Bezug auf Mechanik, Elektrik und Software geprüft und festgestellt.

2.1 Mechanik

Beim Prüfen der Mechanik wurde festgestellt, dass die Kugelumlaufspindel der Y-Achse klemmte. Nach Ausbau der Kugelumlaufspindel stellte sich ein fehlen der Kugeln in der Mutter heraus. Auch ist die Rückwand der Maschinenumhausung nicht auffindbar.

2.2 Elektrik

An der Maschine sind bereits Türschalter, Schrittmotoren und Endschalter verbaut. Diese Komponenten sind im Weiteren genauer beschrieben.

2.2.1 Endschalter

An der Maschine ist je Achse ein Endschalter verbaut.

Folgender induktiver Näherungsschalter (PNP-Schließer) ist hier als Endschalter im Einsatz:

Contrinex DW-AD-603-M8

Die Farbbelegung ist aus dem Anschlussschema (Abbildung 1) des Endschalters übernommen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Anschlussschema Contrinex DW-AD-603-M8 (Con)

2.2.2 Schrittmotoren

Die Schrittmotoren sind die Originalmotoren (Abbildung 2) der CNC-Fräsmaschine und haben daher ein Baujahr von ca. 1983. Technische Daten sind nur aus der folgenden Motorenbeschriftung zu entnehmen. Eine Farbbelegung der Anschlusskabel ist nicht vorhanden. Der

Schrittmotor besitzt 8 Anschlussdrähte, jedoch sind hier je 4 Drähte miteinander verbunden und somit der Schrittmotor als 5 polig in Verwendung.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Beschriftung Schrittmotor

Folgende Daten können anhand der Beschriftung des Motors (Abbildung 2) ermittelt werden:

Tabelle 1: Daten Schrittmotor

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.3 Software

Softwaretechnisch ist an der Maschine noch nichts umgesetzt. Jedoch ist eine Konfiguration von Linux-CNC auf der CNC-Drehmaschine vorhanden, welche im weiteren Verlauf genutzt werden kann.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Dateien CNC-Drehmaschine

3 Optimierung

3.1 Mechanik

An der Mechanik mussten verschiedene Anpassungen vorgenommen werden, welche im Folgenden beschrieben sind.

3.1.1 Spindelblock

Um die neue Elte-Spindel (Abbildung 11) mit der Maschine zu verbinden, muss ein Spindelblock gemäß Abbildung 4 angefertigt werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3.1.2 Y-Achse

Bei Untersuchung der Klemmung der Y-Achse, wurde festgestellt, dass viele Kugeln der Kugelumlaufmutter fehlen. Eine Reparatur war auf Grund des Zustandes der Kugelumlaufmutter nicht möglich. Daher wurde eine neue Kugelumlaufmutter samt Kugelumlaufspindel bestellt.

Um die neue Kugelumlaufspindel mit dem Antrieb und der Lagerung verbinden zu können, muss diese wie in Abbildung 5 bearbeitet werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Zeichnung Kugelgewindespindel

Auch muss zur Verbindung der neuen Kugelumlaufmutter mit dem Maschinenturm ein neuer Mutternblock wie in Abbildung 6 angefertigt werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: Zeichnung Mutterblock

3.1.3 Maschinenrückwand

Aufgrund des Fehlens der Rückwand wurde eine neue Rückwand (Abbildung 7) angefertigt. Hierzu wurde ein 2mm dickes Stahlblech auf die Abmessung 1200mmx800mm zurechtgeschnitten und mit den Halterungen der Maschine vernietet

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7: Maschinenrückwand

3.2 Elektrik

3.2.1 Stromversorgung

Die Anlage wird mit einer normalen 230V Leitung gespeist. Die 230V Leitung wird durch einen Hauptschalter geschaltet. Im Schaltschrank werden die 230V mittels 4 Netzteilen auf 5V, 12V, 24V und 75V transformiert.

Zur Stromversorgung von Rechner und Monitor sind am Schaltschrank Einbausteckdosen verbaut.

Die Spannungsversorgung des 75V Netzteils wird mittels Relais gesteuert.

3.2.2 Benezan Board

Verwendet wird, wie auch in der CNC-Drehmaschine, das Breakoutboard von „Benezan electronics“ (Abbildung 8).

Das Breakoutboard verfügt über folgende Funktionen:

- 1 SUBD-25 Stecker für LPT-Portkabel zur Verbindung mit dem Steuerrechner
- Betrieb mit LinuxCNC möglich
- 4 RJ45-Buchsen für Ethernet Patchkabel zu den Endstufen
- 4 Eingänge für induktive Referenzschalter ,1 Nothalt
- 2 Relais für Enable-Signal und Drehrichtung des Frequenzumrichters
- Watchdog (Ladungspumpe) verhindert ungewollte Bewegungen beim Booten des PC
- Analogausgang 0.10V für Drehzahlsteuerung (Frequenzumrichter)
- unterstützt Stromabsenkungs- und Statussignal der Endstufen
- Alle Ein- und Ausgänge gepuffert und entstört für hohe Störfestigkeit
- Weitbereichs-Versorgungsspannungseingang 15 .80V

(Benezan, Nicolas; Benezan Electronics, 2012)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 8: Benezan Breakoutboard

3.2.3 Endstufen

Die Endstufen werden durch das 75V Netzteil mit Strom versorgt. Zur Verbindung der Endstufen mit dem Benezan Breakoutboard werden RJ45 Adapter verwendet.

Eingestellt wurden die Endstufen auf 1/8 Schritte.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 9: Endstufen

3.2.4 Schrittmotoren

Nach Rücksprache mit dem Hersteller der Schrittmotoren, besteht leider keine Möglichkeit das fehlende Datenblatt dieser zu bekommen, alternativ kann jedoch das Datenblatt des Schrittmotors Typ SM 87.2.1818JL3,5W der Firma STÖGRA Antriebstechnik GmbH, ehemals Zebotronics Schrittmotoren GmbH, zur Ermittlung der Farbbelegung der Anschlussdrähte verwendet werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 10: Anschlüsse Standardmotoren Serie SM87, SM 88 und SM 107 (STÖ14)

Aufgrund der verwendeten Endstufen wird das Anschlussbild bipolar parallel verwendet.

Die Farbbelegung des 5 poligen Kabels im Schaltschrank ist aus Tabelle 2 zu entnehmen.

Tabelle 2: Belegung Schrittmotor

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

[...]

Ende der Leseprobe aus 32 Seiten

Details

Titel
Steuerungsbau. Planung und Umsetzung einer CNC Steuerung für eine Anton-Fräsmaschine
Hochschule
Fachhochschule Trier - Umwelt-Campus, Standort Birkenfeld
Note
1,2
Autor
Jahr
2015
Seiten
32
Katalognummer
V534847
ISBN (eBook)
9783346138248
Sprache
Deutsch
Schlagworte
CNC Fräse, Umbau eine Konventionellen Fräse auf CNC Steuerung, Anton Fräsmaschine
Arbeit zitieren
Michel Martin (Autor), 2015, Steuerungsbau. Planung und Umsetzung einer CNC Steuerung für eine Anton-Fräsmaschine, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/534847

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