CNC yapma ve hobi olarak ilgilenme hayaline 2004 yılında başladım. Deneyimlerimi ve bilgi birikimimi elimden geldiğince aktaracağım.
-Öncelikle yapmak istediğiniz iş nedir sorusunu cevaplamalısınız.
Burada amatör yapıda bir tezgahtan ileri seviye imalata geçiş için adımlar olduğunu görüyorum. Genelin yapmak istediği yapı x, y, z üç eksenle sınırlı. Bir tezgah tasarımında göz önüne alınması gereken sorulara yanıt arayarak başlamalısınız. Üç eksen için sistem tasarlanmalıdır. Taşınacak ve aktarılacak güce göre gövde tasarlanmalı. Gövdeye binen yük iyi hesaplanmaz ise kaymalar olacak, hatalı işleme yapacaksınızdır. Seçeceğiniz taşıyıcı motorlar ve aktarma sistemi özenli seçilmeli. Hassasiyet gereken işler için tercih edilen bazı yöntemler dikkate alınmalı. Hassasiyeti bozan
Elektronik ve mekanik kurallar göz önünde bulundurulmalı.
Tezgah nasıl bir yük altında olacak?
- Ağır metal işi için (Kalıp metal işleme 20x20x20 ebatların üstünde parçalar işlenecek):
1-) Bu türde bir işleme için yüksek devirli freze motoru kullanılarak işleme hızı artırılarak sisteme binen yük azaltılır. Frezeleme uçları yüksek hızda dönüşlerle metale her değişinde ufak bir parça koparacak fakat devir yüksek olduğundan malzemeden dakikada kopan parçacık sayısı çok fazla olduğundan işleme hızı artacaktır. Eksenlere binen yükler hem motor ağırlığı az olduğundan hemde frezede parçacık koparma için gereken değme gücü az olacağından aşırı güçlü bir sisteme ihtiyaç olmayacaktır. Bu değme ve taşıma hızı sistemin hata yapmaması için gerekli bir hesaplamadır. Güç eksik hesaplanırsa sistem hassasiyeti çabucak bozulur, miller ve motorlar aşınırlar.
2-) Yüksek tork düşük hızda çalışacak bir freze motoru kullanılacaksa motor ağırlığı epey artacaktır, freze ucu değme esnasında kopartılan parçacık büyüyecek ve koparma gücü epey artacaktır. Motor yükü ve koparma gücünü karşılamak için taşıyıcı sistem büyüyecektir. Taşıma için kullanılacak motorlar güçlü seçilecek hatta redüktörlü sistem tercih edilecektir.
- Hafif metal işçiliği, kazıma tercih edilecekse, ploter tarzı birşeyler yapılacaksa:
Yüksek devirde çalışan ufak bir freze işinizi görecektir. Sisteminiz Aşırı yük almayacağı için basit bir yapıya sahip olacaksınız. Freze güç hesabınızı, değme koparma hızını aşmayacak hızlarda işleme yapmanız burada da önemlidir. Kesim yada çizim için kullanılacak bir ploter yapacaksanız yükünüz çok hafiftir. Önemli olan kısım elektronik yönetime kalır.
- Ahşap işleme, ahşap kalıp (genelde döküm için kumlama yönteminde kullanılır) işlemi için kullanılacaksa:
Freze motorunuz hız ayarına sahip olmalı. Ufak bir freze motoru işinizi görecektir. Aşırı güçte bir spindle almanıza gerek yoktur. Freze motorunun elinizdeki uçlara göre uygun hızı seçmelisiniz. Ahşap kopma ve yanma gibi bir tutumu sergiler. Bu durumdan uygun freze ucu ve uygun hız seçeneğiyle kurtulursunuz.
- Hızlı prototipleme için slikon, plastik yada yapıştırıcı ile kesim yerine inşa etme yöntemini kullanacak iseniz:
Bu konumda bir frezeye ihtiyacınız yoktur. İhtiyacınız olan malzemeyi püskürteceğiniz bir pompa yada pompalar serisidir. Aşırı yük gerektirmeyeceğinden basit bir sistem sizin için yeterli olacaktır.
- Köpük kesmek için bir sisteme ihtiyacınız var:
Yapaçağınız köpük (Strafor) kesmek ise basit yapıda 2 eş eksen yada 4 ayrı eksen kontrolü gerekebilir. ' eksenli kesimde destek çubuklarının sağlam olmasını sağlayın. Araya bir tel gerip elektriği vereceksiniz. Isınan tel straforu kesecektir. Telin gergin olması için yay ile gereceksiniz. Gerginliği karşılayacak güçte bir tasarım ve basit bir sürücü sisteni hayli hayli işinizi görecektir. 4 ayrı eksen kontrolü olduğunda farklı kesimler elde edebilirsiniz. Örneğin bir uçak kanadı yaparken 4 ayrı eksen işinizi kolaylaştıracaktır. Bir koni kestiğinizi düşünün, sağdaki iki eksen hareketsiz dururken soldaki eksenler daire yaptığında bir konik elde edersiniz. 4 eksende gergi sisteniniz uzayabilmeli ve uzama esnasında gerginin olduğu kısımdan tele
Elektrik verdiğinizden telin uzayan kısmının da sıcak olması gerektiğini unutmayın. Telin uzunluğu ile orantılı voltaj verilmeli ki ısı değişmesin. Bu durumda telin uzayabileceği kadar kısmı sıcak tutulmalı, gergi yayı yada ağırlığı sistemde düzenlice yerleştirilmelidir.
- Baskı Almak için bir printer yapmayı planlıyorsanız:
Büyük boy bir yazıcı yapmak istiyorsunuz, Sisteminizin hızı bu noktada çok önemlidir. Pükürtme kafası yada kafalarını sistem üzerinde hızla gezdireceksiniz. İki eksenli bir sisteme sahip olacaksınız. 3. ekseniniz püskürme kafaları olacaktır. Sorununuz artık zamanlama ayarları olacaktır.
Sistemden beklediğiniz hassasiyet nedir?
- İlk deneyimlerimi yaşayarak basit bir sistemi çalıştırmak istiyorum, çalışsın yeter:
Gözünüzde büyütülecek bir şey yok. Alın sonsuz vidaları bağlayın bir şekilde motorlara. Sürücülerinizi L297 L298 çifti gibi çokça bulunan şemalarından birini yapın gitsin. mach3 programını bulun. Kendinizi kandırmaya gerek yok, hesapladığınız hassasiyetler gerçekle uzaktan yakından alakalı olmayacaktır. İstediğiniz kadar takla atın işleme esnasında sistem mutlaka hata verecektir.
- Kısa işlemler yaparak ufak alanlarda çalışıyorsunuz, plastik kesiyor harf çıkartıyorsunuz, ufak prinç isimlikler yazıyorsunuz:
16 lık 5 yada 10 hatveli sonsuz mil alın. Eğer uzun süre dayansın istiyorsanız bilyalı somun kullanın. Somunların enaz 3 diş bilya teması olacak şekilde alın. Basit bir sürücü işinizi görecektir.
- Hata payını azaltmanız ve değerli malzeme işlediğiniz için hatadan kaçmanız gerekiyorsa:
Burada artık ya bir motor sürücüsü alacaksınız yada kendinize güveniyorsanız kolları sıvayıp işlemci kontrolüne dayalı, hata geri bildirimi olan bir sisteme ihtiyacınız olduğunun farkına vararak bir tane yapmanız gerekiyor. Sürücünüzde voltaj girişlerini kontrol eden bir eklenti yararınıza olacaktır. Düşük ve yüksek voltaj geldiğinde sisteme akım verilmemeli. Akım verildiğinde sürücünüz yanar yada motorlarınız özelliğini kaybeder. Isı koruması da önemli bir etkendir. Sıcaklık sürücüde ve motorlarda kontrol altında tutulmalı. Motorların o anki voltaj ve akım değerleri anında okunmalı. Okumaların yapılması için opamp kullanmanız yararınıza. Karşılaştırma için DAC ile seviye belirleme yada PWM olanağı ile Karşılaştırma yapılmalı. Kişisel tercihim DAC tan yanadır. Motorun istediğimiz voltaj ve akım seviyesinde tutulması konum kaymalarını önlemede önemlidir. Akım voltaj seviyesinin o anki rezonans durumuna göre uygun olması hatayı azaltır. Motorların iç yapısında oluşturulan manyetik güce göre bir iç direnç oluşacaktır. Bu direnç ve indüktans değerleri için uygun frekans hesaplatılarak motora giden akı azaltılıp artırılır. Yani motor hareket ederken bile anlık bir durma pozisyonu olduğu düşünülerek o an için hesaplanan rezonans frekansında akım alçaltılıp yükseltilecektir. Bu yaklaşım motorun step kaçağı yapmasını engelleyen bir etken olacaktır. İşin içinden çıkmak için işlemci içinde basit bir fuzzylogic (bulanık mantık) hesabı yaptırılarak sistem dengelenmeli. Unutmayın, motorlar step aralıklarında güç kaybederler. Güç kaybı noktası gereken gücün altına indiği anda hata yapacaktır. Sistemin hata oranını hesaplarken bu etken büyük bir rol oynar.
Sürücüyü yaptınız yada satın aldınız, şimdi düşünmeniz gereken motoru nasıl bağlamalıyım konusuna gelir. Motorlar sisteme direkt bağlandığında adım kaçakları artar. Bu hatadan kurtulmak için kaplin dediğimiz bağlantı elemenları kullanırız. Kaplin türü olarak seçtiğiniz birim alt güç ve üst güç seviyesine hitap etmelidir. Kaplinlerde bağlantıyı direkt güç aktarmak yerine arada bulunan yay yada arada bulunan plastik parçacığın elastik aktarımı ile yapılması yumşak bir geçiş sağlatır. Bu yumşak geçiş gücün gecikmeli aktarılması ile ivmelenmelerdeki ataletlerin karşılanmasını sağlar. Sistemde ivmelenme hızı yüksek tutulduğunda motorunuz bunu karşılayamaz ve hata oluşturur. Kaplin geçişinde kaplin alt ve üst gücüne uygun ivmelenmeler ile hareket etmeniz şartı vardır.
- Uzun süren işlemler yapıyorsunuz yada hassas aralıklarda işlem yaptırıyorsanız:
Sistemin gayet stabil olması gerekmektedir. Hassasiyeti 0,01 ve altı seviyeside olması da gerekiyorsa işinizde usta olmanız gerekmekte.
Öncelikle Mekanik aksamınız güçlü olmalı, hareketli sistemin atalet merkezi dikkatli hesaplanmalı. Atalet noktası boştayken ve işlem yapılmakta iken gayet hassas bir şekilde seçilmeli. Mümkünse atalet merkezi işleme noktası ile hareket aktarım mili arasında, aktarım miline yakın olan kısmı küçük olacak şekilde altın oran dediğimiz oranı tutturmalı (1.618033988749894). Bu oran hassasiyet konusunda size yardımcı olacaktır.
İşin elektronik tarafına gelince sistemi iyi tasarlanmalı. Eş zamanlı motor hareketliliği önemli bir etkendir. Komut işlemciye gönderilir ve komutun işleme gireceği an bir dış kesmeyle belirtilir. Komut gönderiminde yön ve adım aralığı her sürücüye ayrı ayrı gönderilir. Adım aralığı esnektir (1/2, 1/4, 1/8 gibi değilde 1/277, 1/45 gibi farklı mikro step isteği olabilmeli), verilen adım arlığı bütün sürücüler tarafından aynı anda uygulanır. Normal sistemde kusursuz daire çizilemez, önce bir sürücü harekete geçer sonra diğeri. Bu şekilde yapılan veri gönderiminde kayma hareketi ile oluşan işleme düzgün değildir ve işleme hatası olarak hesaba giren, hata oranını yükselten bir etkendir. Farklı adım aralıklarını verebilen bir sürücü hata oranını aşağı çeker. Kusursuz ovallikler için çift kol sistemi dediğimiz başka bir yöntem daha vardır. Bu mekanik sistemi bir sonraki başlıkta inceleyeceğim.
Sürücü devreniz geri bildirimlere açık olmalıdır. Motorun konumunu bildiren bir potansiyometre bağlanmış olmalı ve ayrıca eksenlerin konumunu bildiren bir potansiyometre yada manyetik şerit okuyucudan veri almalıdır. Sistemin o anki koordinatlarını okuyabilmelidir. O anki konumu okumak için hareket eksenlerine paralel potansiyometre yada manyetik şerit çekilir. Potansiyometre manyetik şeride göre daha az hassastır. Manyetik şerit yöntemi için 200 nanometre hassasiyetinde ölçüm yapılabilmekte. Potansiyometre motor konumunu ölçmede iyi sonuç verirken eksenel konum için manyetik şerit daha iyidir. Sürücü bu verileri okumalı ve hesaba dahil etmeli. Motor ve sürücü devre ısısı arttıkça güç azalır. Sistem ısısı belirli aralıkta tutulacak şekilde sistm kendini soğutmaya alabilmeli yada daha iyi soğutma yada gerekenden daha güçlü elemanlar seçilerek sorun çözülmelidir. Sürücü devrenizde anti-rezonans sağlayacak hesaplamalar yaptırılması gerekir. Rezonans önleme ve anlık frekanslı konum koruyucu frekans verdirme motorunuzun kör nokta dediğimiz adım aralarındaki güç kaybını ortadan kaldıracaktır. Sistemde CPLD türü yüksek hızlı lojik programlanabilir işlem yapan entegreler dahil edilmesi düşünülmeli.
Karşılaşılan bir diğer hata oluşturan sorun ise gönderilen hareket komutlarının karışmasıdır. Bu karışıklık sinyal bozulmasından kaynaklanır. Öncelikle hareket aktarımında sadece yön ve step aktarımı yöntemini silin kafanızdan. Verileri kodlayarak binary gönderecek ve güvenlik hesaplarıyla göndereceksiniz, işlemci tarafında kod doğrulandıysa kabul sinyali doğrulanmadıysa red cevabı gönderilmeli. İletişim önbelekli olarak paketli gönderilmeli. Paketler ileriye yönelik enaz 10 saniyelik komutu barındırmalı. Çift yönlü iletişim çok önemli. Tek hat kullanma zorunluluğu oluşacağı için sürücüler de kimlik programlanması gerekli bir hal alır. Bu durumda veri paketleri önde kimlik kodu ardından hareket kodu ardından paket doğrulama verisi şeklinde olması gerekmekte. Ayrıca bilgisayar dışı kontrolleri alabilmesi için sisteme dahil edilen kumandaları da düşünmeniz avantajınıza olacaktır. Özellikle analog bir potansiyometre ile hareket kontrolü tercih edilen bir yöntemdir.
- Hassasiyet sizin için çok önemli ve 0,0001 seviyesine ulaşmak istiyorsunuz:
Hassasiyeti bu kadar artırmak istiyorsanız kilitli kol tekniğine ihtiyacınız var demektir. Bu türde bir yöntemin avantajı yüksek hassasiyetken dezavantajı kısıtlı işleme alanıdır. Birbirine kenetlenmiş iki kol ve bu iki kolu kontrol eden iki motordan oluşan bir sistem kuracaksınız. Ellerinizi birbirine kenetleyin ve yatay konuma kaldırın. Sağ kolunuzu sağa doğru çekerken elleriniz kenetli olduğu için sol kolunuzun omuz tarafı sabit kalırsa eliniz kendinize doğru yaklaşarak bir yay çizecektir. Her iki omzun aynı anda hareketi ile farklı xy koordinatlarına konumlanırsınız. Omuzlarda bulunan bu çift hareket motoruna bağlanmış redüktörler (dişli sistemi) hareketi hassaslaştıracak ayrıca bağımlı hareket sistemi sebebiyle bir motor 1 adım attığında uçta oluşan hareket daha küçük olacaktır. İki motorun farklı hareketleri oluştuğunda ise konumlandırma daha da hassaslaşacaktır. Hassasiyetin yüksek olduğu aralık kısıtlıdır. Kol uzunluk oranları aynı ise dirsekler 90 derece yaptığı noktayı merkez kabul edersek bu bölgedeki hassasiyet ile farklı açılardaki hareket hassasiyeti daima farklıdır. Geometrik hesaplama gerektiren bir konumlama hesabı yapılır. Bu sistemde hassasiyetin fazla olmasının sebebi yay şeklinin basit ve pürüzsüzlüğe en yakın şekilde elde edilmesinden kaynaklanır.
- Büyük boy bir yazıcı yapmayı planlıyorsanız:
Zamanlama sizin için herşey demektir. Sürücü ve motor gücü atalete uygun güçte seçilmeli, ısınma problemi olmamalıdır. Kafa bir sağa bir sola ani ivmelenecektir. Bu güç mutlaka karşılanmalı. Burada asıl probleminiz püskürtme kafalarında hangi anda mürekkep atılacağı olacaktır. Püskürme zamanlaması için resim verileri ram tarzı bir hafızada tutulması şarttır. Kafaların test esnasında renk karışımını aynı noktaya isabet ettireceği zamanlamayı verebileceğiniz bir arayüze ihtiyacınız vardır. CPLD kullanmanız zorunludur. CPLD içinde bir zamanlama-gecikme lojiği programlamanız işinizi çözer. Resmi oluştururken zaten kafa aralıklarına göre veriyi ayırıp göndermişsinizdir. İş aradaki küçük hassas zamanlamayı ayarlayacak püskürtme anını bildiren, son tampona çıkış aktif komutunu verecek olan komutun zamanında gitmeini sağlamaktadır. Bu konuda resimdeki hassasiyeti artırmak için çifte lojik kullanımı meselesi vardır. Eğer boya aynı noktaya düşerse tam bir karışım olur, fakat karıştırma tekniği ile yan piksellerle de ortak kullanılacak yoğunluk hesaba katılarak iki eksende birden kaydırmalı atım yapılırsa resim çözünürlüğü artar. Boyama işlemi malzeme üzerinde daha fazla alana yayılacağı için yakından bakıldığında bile farkedilmeyen noktalama sağlanır. Elinize enaz 10x bir mercekle zamanlama ayarı yaparak mükemmel ayara ulaşırsınız. 400dpi çözünürlükteki 40pl lik 16 yazıcı kafasıyla teknik olarak 7200dpi çözünürlük alabilirsiniz.
Eksiklerim çok fazla ama elimden geldiğince konuyu özetledim. Konunun ayrıntısı işin ehli olanlar için çok fazla. Ben amatör olarak uğraşıyorum. Kusurlarımı sizler tamamlayarak bütün üyelere de yardımcı olursanız sevinirim.