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.
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
Zielsetzung & Themen
Das primäre Ziel dieser Arbeit ist die Planung und Realisierung einer neuen Steuerung für eine vorhandene CNC-Fräsmaschine. Hierbei liegt der Fokus auf der Implementierung moderner Sicherheitsstandards, der Stromversorgung über ein zentrales Anschlusskabel sowie der softwareseitigen Konfiguration für einen funktionsfähigen Betrieb.
- Mechanische Überholung und Anpassung der Maschinenkomponenten
- Aufbau der elektrischen Steuerung inklusive Sicherheitskreis
- Softwareseitige Implementierung von LinuxCNC
- Erstellung einer detaillierten Einkaufs- und Komponentenliste
Auszug aus dem Buch
3.2.6 Sicherheitsschaltung
Die Sicherheitsschaltung ist nach EN ISO 13850:2008 Pkt. 4.1.4 und EN 60204-1:2006 Pkt. 9.2.2 in die Stopp-Kategorie 0 einzustufen, dies bedeutet, dass die Energiezufuhr zu den Antriebselementen sofort getrennt wird.
Nach Entriegeln der Notaus-Schaltung darf die Maschine nicht von selbst anlaufen, daher wird die Freigabe der Maschine über einen beleuchteten Taster (Abbildung 13) kontrolliert.
Die Steuerung muss mit Betätigen des Tasters (Abbildung 13) gestartet werden. Dies erfolgt über Schalten des Relais K1. Die Schaltung verfügt über eine Selbsthaltung des Relais K1. Weiterhin werden durch das Schalten von K1 die Kontakte X 2.5 und X 2.6 des Benezan Bordes gebrückt. Hierdurch wird die Not-Aus-Rückmeldung vom Benezan Board an den Rechner aufgehoben. Durch die Selbsthaltung wird auch das Relais K2 angesteuert, welches das 75V-Netzteil zur Endstufenversorgung aktiviert. Beim Abschalten der Maschine per Hauptschalter werden alle Relais stromlos geschaltet und die Steuerung ist in ihrer Ausgangsstellung. Die Signallampe im Taster signalisiert nach dessen Betätigung die Bereitschaft der Maschine.
Da dies noch keinen Einfluss auf die Sicherheit der Maschine hat, berücksichtigen wir weitere Fälle in der Schaltung. Daher wurden zwei Türschalter (Kapitel 3.2.6.1) und ein Notaus-Schalter (Kapitel 3.2.6.2) in Reihe geschaltet um das Not-Stopp-Signal zu unterbrechen bzw. durchzuschalten.
Durch ein unterbrochenes Not-Stopp-Signal wird die Selbsthaltung des Relais K1 aufgehoben.
Dies bewirkt, dass die Lampe des Starttasters erlischt, des Weiteren wird die Brücke der Kontakte X 2.5 und X 2.6 des Benezan Bordes geöffnet und das Board sendet ein Not-Stopp-Signal an den Rechner. Durch die aufgehobene Selbsthaltung des Relais K1 wird auch Relais K2 abgeschaltet, welches das 75V-Netzteil stromlos schaltet und somit auch die Endstufen.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Aufgabenstellung: Definition des Projektrahmens zur Modernisierung der Steuerung der Anton-CNC-Fräsmaschine unter Berücksichtigung von Sicherheitsaspekten.
2 Bestandsaufnahme: Prüfung des Ausgangszustandes der Mechanik, Elektrik und der vorhandenen Softwarekomponenten nach Übernahme aus dem Technikum.
3 Optimierung: Detaillierte technische Beschreibung der durchgeführten mechanischen, elektrischen und softwareseitigen Anpassungen an der Maschine.
4 Weitere Optimierungsmöglichkeiten (Folgeprojekte): Vorschläge für zukünftige Erweiterungen wie Kühlmittelpumpen, Werkzeugwechsler und Simulationslösungen.
Schlüsselwörter
CNC-Fräsmaschine, Steuerungsbau, LinuxCNC, Benezan Board, Sicherheitsschaltung, Notaus, Endschalter, Schrittmotoren, Frequenzumrichter, Maschinensteuerung, Mechanik, Elektrotechnik, Automatisierung, Kugelumlaufspindel, Systemkonfiguration
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit dokumentiert den interdisziplinären Prozess der Planung und Umsetzung einer neuen Steuerung für eine bestehende CNC-Fräsmaschine am Umwelt-Campus Birkenfeld.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Felder umfassen die mechanische Instandsetzung, den Aufbau der elektrischen Schaltschranksteuerung inklusive Sicherheitssystemen sowie die softwareseitige Anbindung über LinuxCNC.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist die Erstellung einer funktionstüchtigen, sicheren Steuerung, die eine zuverlässige Ansteuerung der Maschine ermöglicht und Sicherheitsnormen erfüllt.
Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?
Es wurde eine systematische Bestandsaufnahme gefolgt von einer zielgerichteten technischen Optimierung und Konfiguration der Hardware- und Softwarekomponenten durchgeführt.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die mechanischen Anpassungen (Spindelblock, Y-Achse, Rückwand), die Elektrik (Board, Endstufen, Sicherheitskreis) und die Softwareanpassungen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit ist geprägt durch Begriffe wie CNC-Steuerung, LinuxCNC, Sicherheitsschaltung, Schrittmotoransteuerung und Systemintegration.
Warum wurde das Benezan Board für die Steuerung gewählt?
Das Benezan Board wurde aufgrund seiner funktionalen Kompatibilität mit LinuxCNC und der Unterstützung für notwendige Sicherheitsfunktionen wie Notaus und Watchdog integriert.
Wie ist die Sicherheit der Maschine gewährleistet?
Die Sicherheit basiert auf einer Schaltung nach Stopp-Kategorie 0, die Türschalter und Notaus-Taster in Reihe schaltet, um die Energiezufuhr bei Gefahr sofort zu unterbrechen.
- Citation du texte
- Michel Martin (Auteur), 2015, Steuerungsbau. Planung und Umsetzung einer CNC Steuerung für eine Anton-Fräsmaschine, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/534847
