Aktuelle Version vom 30. Januar 2022, 11:46 Uhr

Einführung

Im Praktikum "Produktionstechnik" des 7. Semesters im Studiengang Mechatronik (Schwerpunkt "Global Production Systems") wird an einem selbst konzipierten, entwickelten und weiterentwickelten 3D-Bearbeitungszentrum gearbeitet. In Kleingruppen á 2-3 Personen wird die Ansteuerung anhand von unterschiedlicher, in der Industrie und Mikrocontroller-Welt üblichen Automationshardware (Siemens, PHOENIXCONTACT, NationalInstruments, dSPACE, Arduino) selbst erstellt und programmiert. Dies schafft fundierte Kenntnisse über die Funktionsweise einer 3D-Maschine, wie z. B. einer 3-Achs-Fräse oder eines 3D-Druckers. Des Weiteren wurde begonnen, einen zentralen Steuerungs-Algorithmus in Matlab/Simulink zu entwickeln, der die drei Achsen mit ihren unterschiedlichen Treibern mit Zielvorgaben bzw. Koordinaten per Broadcast mit RS232 versorgt.

Leitung: Prof. Dr. Mirek Göbel

Weitere im Rahmen von Sonderthemen für das Praktikum entstandene Artikel

Fachthemen für die Kleingruppen

Ansteuerung:

Konstruktion:

Linksammlung

Fräsmaschine im Eigenbau, sehr schick [1]
Eigenbau einer Maschine für weniger als 1000€ [2]
"open-hardware"-Projekt [3]
Tips fürs die Holzverarbeitung [4]

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-= Einführung =
+[[Kategorie:Projekte]]
-Projekt vorstellen!
+[[Datei:CNC_Maschine_nach_Neukonstruktion_gerendert.JPG|500px|rechts]]
-=Fachthemen=
-== Achsensteuerung mit SPS ==
+= Einführung =
+Im [[Praktikum_Produktionstechnik | Praktikum "Produktionstechnik" des 7. Semesters]] im Studiengang Mechatronik (Schwerpunkt "Global Production Systems") wird an einem selbst konzipierten, entwickelten und weiterentwickelten 3D-Bearbeitungszentrum gearbeitet. In Kleingruppen á 2-3 Personen wird die Ansteuerung anhand von unterschiedlicher, in der Industrie und Mikrocontroller-Welt üblichen Automationshardware (Siemens, PHOENIXCONTACT, NationalInstruments, dSPACE, Arduino) selbst erstellt und programmiert. Dies schafft fundierte Kenntnisse über die Funktionsweise einer 3D-Maschine, wie z. B. einer 3-Achs-Fräse oder eines 3D-Druckers. Des Weiteren wurde begonnen, einen zentralen Steuerungs-Algorithmus in Matlab/Simulink zu entwickeln, der die drei Achsen mit ihren unterschiedlichen Treibern mit Zielvorgaben bzw. Koordinaten per [[Broadcast mit RS232]] versorgt.
-== Achsensteuerung mit Echtzeitrechner ==
-== Achsensteuerung mit µController ==
-== Zentraler Steueralgorithmus ==
-== Konstruktion ==
-=== Aufgabe im Fachthema ===
-Das Fachthema Konstruktion im Rahmen des Praktikums „Produktionstechnik“ umfasst die mechanische Planung und den Aufbau einer CNC-Maschine.
-Es geht hierbei um die Zusammenstellung von Anforderungen bezüglich einer 3-Achs-CNC-Maschine sowie die konstruktive Planung mittels CAD-Modellen und technischen Zeichnungen und die Umsetzung dieser Planung durch die Montage der Maschine.
-=== Erste Überlegungen ===
+Leitung: [[Benutzer:Mirekgoebel| Prof. Dr. Mirek Göbel]]
-Im ersten Schritt wurden Anforderungen an die Maschine, an den Werkzeughalter sowie den Werkstückhalter gesammelt und ein erster Entwurf der Maschine erstellt.
-==== Anforderungen ====
+= Weitere im Rahmen von Sonderthemen für das Praktikum entstandene Artikel =
-Die gesammelten Anforderungen sind im Folgenden erläutert.
+*[[Schrittmotor]]
-Um eine präzise Ausführung der Bewegungen zu realisieren, muss der Aufbau sowohl leichtgängig als auch verwindungssteif sein.
+*[[Schrittmotoransteuerung mit Gecko Drive]]
-Da die Maschine von mehreren Generationen von Studenten genutzt werden soll, sollte die Bedienung einfach und intuitiv sein.
+*[[Mikrocontrollerboard Arduino Mega 2560]]
-Um eine Flexibilität des Gebrauchs zu gewährleisten, sollte die Maschine möglichst leicht im Gewicht sein sowie (ggf. durch teilweise einfache Demontierbarkeit) gut transportierbar.
+*[[Automatisierungssystem SPS SIMATIC S7-300]]
-Das verwendete Material sollte korrosionsbeständig, preisgünstig sowie mit einfachen Mitteln zu bearbeiten sein. Das Material war zum großen Teil bei Projektaufnahme bereits vorhanden.
+*[[Automatisierungssystem dSpace DS1104 R&D Controller Board]]
-Der Werkzeughalter sollte erweiterbar sein, sodass keine Beschränkung auf zuvor geplante Werkzeuge vorliegt. Der Werkzeughalter sollte entsprechend entweder kompatibel oder leicht zu wechseln sein.
+*[[Ansteuerung des Mitsubishi Roboters]]
-Durch eine gute Abriebfestigkeit soll eine hohe Genauigkeit sowie eine hohe Haltbarkeit erreicht werden.
+*[[3D-Druck mit dem German RepRap X400]]
-Der Werkstückhalter sollte flexibel sein, sodass Werkstücke unterschiedlicher Form und Größe eingespannt werden können. Außerdem muss er nach Gebrauch leicht zu reinigen und gut transportierbar sein.
+*[[Baukasten Automatisierung]]
+*[[Entwicklung und Bau von Roboterzellen für Delta-Roboter]]
+*[[2D-Styroporschneidewerkzeug für 3D-CNC-Bearbeitungsmaschine]]
+*[[Computer_Aided_Manufacturing_(CAM)#Fr.C3.A4ser_und_ihre_Parameter_zum_Fr.C3.A4sen_von_unterschiedlichen_Materialien]]
-==== Erster Entwurf ====
+=Fachthemen für die Kleingruppen =
-In einem ersten Entwurf wurden zunächst verschiedene Möglichkeiten aufgezeigt, um eine 3-Achs-CNC-Maschine zu konzipieren.
-Generell gibt es die Möglichkeit, einen Tisch unterhalb eines Portalbalkens zu verfahren. Der Tisch stellt dabei die X-Achse dar. An dem Portalbalken sitzt die zweite Achse, welche im 90Grad-Winkel zur X-Achse verfährt und die Y-Achse darstellt. Auf dieser Y-Achse sitzt wiederum im 90Grad-Winkel die Z-Achse, welche senkrecht zur X-Achse steht.
-Alternativ kann man ein in X-Richtung fahrbares Portal erzeugen, welches an einem feststehenden Tisch entlangfährt. Vorteil bei dieser Variante ist der geringere Platzbedarf und damit die bessere Ausnutzung der Linearachsen für die X-Achse. Nachteil ist, dass für eine ausreichende Steifigkeit das Portal stabiler ausgeführt werden muss, als dies bei einem feststehenden Portal nötig wäre.
-Da sämtliche Linearachsen bereits vorhanden waren und möglichst gut ausgenutzt werden sollten, entschied man sich für ein fahrbares Portal, bei welchem dieses an einem rechteckigen Grundrahmen vorbeifährt und damit die X-Achse darstellt.
-Der generelle Aufbau der Maschine wurde in einem CAD-Modell erstellt. Mit hochkant angeordneten Aluminiumprofilen mit den Außenabmessungen 160x40mm wurde ein kastenförmiger Grundrahmen zusammengesetzt. Seitlich an den Längsseiten sitzen die Linearantriebe für die x-Achse. Diese sind an beiden Seiten angeordnet, um ein Verkanten des Portalbalkens bei außermittiger Krafteinwirkung zu verhindern. Der Kasten wird durch zwei weitere Aluminiumprofile versteift.  Seitlich an den beiden X-Achsen-Linearantrieben werden senkrechte Aluminiumprofile montiert, welche einen waagerechten Portalbalken aufnehmen. Auf diesem ist der Linearantrieb der Y-Achse montiert, welcher wiederum den Linearantrieb der Z-Achse aufnimmt.
+==Ansteuerung:==
-=== Detaillierung ===
+*[[Ansteuerung einer Schrittmotor-Achse mit Siemens SIMATIC S7-300 SPS]]
-==== CNC-Maschine ====
+*[[Ansteuerung einer Schrittmotor-Achse mit PHOENIXCONTACT AXC 1050]]
-Der beschriebene Aufbau wurde im Weiteren detailliert und ergänzt.
+*[[Ansteuerung_einer_Schrittmotor-Achse_mit_dSpace_DS1104 und_Matlab/Simulink]]
+*[[Ansteuerung einer Schrittmotor-Achse mit Mikrocontrollern am Beispiel eines Arduino-Mega]]
+*[[Ansteuerung einer Schrittmotor-Achse mit NI Labview]]
+*[[Zentraler Steuerungsalgorithmus für ein 3-Achs-CNC-Bearbeitungszentrum]]
+*[[Zentraler Steuerungsalgorithmus für ein 3-Achs-CNC-Bearbeitungszentrum mit Matlab/GUIDE]]
+*[[Computer Aided Manufacturing (CAM)]]
-==== Werkzeug- und Werkstückhalter ====
+==Konstruktion:==
-==== Platte für Steuerungseinheiten ====
+*[[Konstruktion eines 3-Achs-CNC-Bearbeitungszentrums]]
-Da für die Maschine die Steuerungseinheiten mit Treibern, Kühlern und Netzteilen benötigt werden, wurde eine Platte konzipiert, die genügend Platz für alle benötigten Elemente bietet.
+*[[Weiterentwicklung eines 3-Achs-CNC-Bearbeitungszentrums mit neuen Spindelantrieben]]
-Es handelt sich hierbei um eine 80x50cm große Holzplatte. Um  einen optimalen Wärmetransport zu realisieren, wurden die wärmsten Bauteile am oberen Ende der Platte angebracht. die Geckos und Kühler Aluminiumwinkel
+*[[Erweiterung/Fehlerbehebung an dem 3-Achs-CNC-Bearbeitungszentrums und Konstruktion eines Außengehäuses]]
-Eine Darstellung der Platte inklusive aller zu montierenden Elemente ist der Abbildung? zu entnehmen
+*[[Konstruktion, Fertigung und Inbetriebnahme eines Rundtisches (4.Achse)]]
-=== Stückliste & Montageanleitung ===
-==== Stückliste ====
-[Datei: Stueckliste.jpg]
-==== Montageanleitung ====
 =Linksammlung=
 * Fräsmaschine im Eigenbau, sehr schick [http://der-frickler.net/technik/frickelfraese]
-* ...
+* Eigenbau einer Maschine für weniger als 1000€ [http://www.tron-cnc.de/]
+* "open-hardware"-Projekt [http://www.shapeoko.com/wiki/index.php/Main_Page]
+* Tips fürs die Holzverarbeitung [https://www.holzwerken.net/tipps-tricks]

3D-CNC-Bearbeitungsmaschine: Unterschied zwischen den Versionen