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Dokumentation 1.1.0 Technisches Handbuch
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MC-1-Hardware
_Entwurf (Runde 14): Der Text wird noch geschrieben; die Abschnitte können noch wachsen._
Die MC-1, wie sie konstruiert ist: Die Angaben in diesem Kapitel sind Konstruktionswerte. Jede gebaute Maschine soll bei der Inbetriebnahme vermessen und ihr Zwilling auf das Gemessene eingestellt werden (siehe Maschinenprofile).
Die Maschine
Die MC-1 ist eine dreiachsige Tischfräsmaschine für Aluminium, Messing und technische Kunststoffe. Ihr Portal ist feststehend; der Tisch bewegt sich in Y, der Schlitten des Portals in X, die Spindel in Z.
| Verfahrwege X / Y / Z | 200 / 150 / 80 mm |
| Tisch | 300 × 220 × 35 mm, M6-Gewindebohrungen im 25-mm-Raster |
| Abmessungen, Breite × Tiefe × Höhe | etwa 508 × 490 × 564 mm, mit Motoren, Energieketten und Stellfüßen, ohne Schaltkasten |
| Masse | etwa 57 kg, ohne Schaltkasten |
| Rahmen | Aluminiumplatten 6061-T6, verschraubt |
| Linearführungen | HIWIN-Schienen HGR15 (6), Flanschwagen HGW15CC (12) |
| Kugelgewindetriebe | SFU1204 (12 mm, 4 mm Steigung), C7, in Lagereinheiten BK10 / BF10 |
| Motoren | NEMA-23-Closed-Loop-Schrittmotoren, 1,2–1,3 N·m (3), mit Klauenkupplungen |
| Spindel | 800 W, wassergekühlt, Ø65 × 195 mm, Spannzange ER11 |
| Schaltkasten | ein eigener Kasten neben der Maschine, auf ihrer rechten Seite |
Achsen und Antriebe
Jede Achse ist ein Closed-Loop-Schrittmotor, der seinen Kugelgewindetrieb direkt über eine Klauenkupplung antreibt. Die Antriebe melden eine Störung auf einer Leitung: Die Alarmausgänge der drei Antriebe sind in Reihe an den Eingang für Motorstörung der Steuerung angeschlossen, sodass ein Antrieb, der eine Störung hat oder seine Spannungsversorgung verliert, die Maschine mit einem Alarm stoppt.
Die schnellsten Bewegungen der Konstruktion sind 3000 mm/min in X und Y und 1500 mm/min in Z.
Endschalter und Referenzfahrt
Fünf induktive M8-Schalter markieren die Enden der Verfahrwege: je einer an jedem Ende von X und von Y, jeder auf einem eigenen Eingang, und einer am Z-Schlitten für beide Enden von Z. Die Schalter sind im Ruhezustand geschlossen (Öffner): Ein Drahtbruch oder ein lockerer Stecker wird als ausgelöster Schalter gelesen, sodass die Steuerung einen Alarm auslöst und die Referenzfahrt verweigert, statt in den Endanschlag zu fahren.
Die Referenzfahrt läuft zuerst in Z, dann in X und Y, jeweils zu ihrem positiven Ende (X+, Y+, Z+). Die Maschine muss nach dem Einschalten referenziert werden.
Z und die Schwerkraft
Der Z-Schlitten trägt die Spindel, etwa 6,35 kg. Solange die Antriebe mit Spannung versorgt sind, halten sie Z. Sind sie nicht mit Spannung versorgt (nach einem Not-Halt, einer Antriebsstörung oder einem Stromausfall), kann Z mit der Spindel langsam absinken.
⚠ Warnung
Referenzieren Sie die Maschine nach einem Not-Halt oder einer Antriebsstörung erneut, bevor Sie fortfahren. Greifen Sie nicht unter die Spindel, solange die Antriebe ausgeschaltet sind.
Zur Inbetriebnahme gehört ein Test bei ausgeschalteten Antrieben: Sinkt Z ab, erhält die Maschine einen Z-Motor mit Bremse oder ein Gegengewicht.
Spindel
Die Spindel ist eine wassergekühlte 800-W-Motorspindel, Ø65 × 195 mm mit Spannzange ER11, zweipolig, bis zu 24.000 min⁻¹. Ein Spindelantrieb Huanyang HY01D523B (Frequenzumrichter, Eingang einphasig 220 V) betreibt sie; die Steuerung stellt seine Drehzahl ein und liest seinen Zustand über RS-485 durch ein galvanisch trennendes Modul. Eine Wasserpumpe kühlt die Spindel.
- Das Störungsrelais des Spindelantriebs ist ebenfalls in die Leitung für Motorstörung geschaltet: Wenn der Spindelantrieb auslöst, stoppt die Steuerung das Programm mit einem Alarm, statt ein stehendes Werkzeug ins Werkstück zu fahren.
- Bei einem Not-Halt verliert der Spindelantrieb zusammen mit den Antrieben seine Spannung, und die Spindel läuft von selbst aus (sie wird nicht gebremst).
Steuerung und Verdrahtung
Die Steuerung ist ein Teensy 4.1 auf einer Trägerplatine T41U5XBB mit optoisolierten Eingängen. Sie führt Twinwrights eigenen Kernel aus, der mit dem seriellen Grbl-1.1-Protokoll kompatibel ist, und ist über USB mit dem Computer verbunden.
| Eingang | Was daran angeschlossen ist |
|---|---|
| Endschalter | X−, X+, Y−, Y+ und Z, fünf Eingänge |
| Messtaster | der Werkzeuglängensensor und der Messtaster |
| Not-Halt | der zweite Kontakt des Not-Halt-Tasters |
| Motorstörung | die Alarmausgänge der drei Antriebe und das Störungsrelais des Spindelantriebs, in Reihe |
| Zyklusstart, Vorschub halt | die Taster SB2 und SB3 am Schaltkasten |
Stromversorgung
Das Netz läuft über einen Leitungsschutzschalter. Ein 24-V-Netzteil ist immer eingeschaltet: Es versorgt die Steuerung, die Sensoren und den Steuerstromkreis, sodass die Steuerung mit dem Computer verbunden bleibt und den Not-Halt meldet. Ein Schütz (KM1) schaltet die 48-V-Versorgung der Antriebe, den Spindelantrieb und die Pumpe.
Die Taster des Schaltkastens
Vier Taster Ø22 an der Tür des Schaltkastens, von vorn gesehen:
| links | rechts | |
|---|---|---|
| obere Reihe | SB1 Einschalten (grün) | SB0 Not-Halt (rot) |
| untere Reihe | SB2 Zyklusstart (grün) | SB3 Vorschub halt (gelb) |
- SB1 Einschalten schließt KM1, das sich danach selbst hält. Nach einem Not-Halt oder einem Stromausfall fährt die Maschine nicht von selbst hoch: Entriegeln Sie den Not-Halt und drücken Sie SB1 erneut.
- SB3 Vorschub halt tut, was der Vorschub halt Ihres Sender-Programms (
!) tut: Die Achsen halten kontrolliert an, die Spindel läuft weiter. Er sitzt unter dem Not-Halt, sodass eine Hand, die den Not-Halt verfehlt, Vorschub halt trifft und nicht Zyklusstart. - SB2 Zyklusstart setzt fort, wie es der Zyklusstart Ihres Sender-Programms (
~) tut.
Achtung
Vorschub halt ist keine Sicherheitsfunktion. Um die Maschine aus Sicherheitsgründen anzuhalten, verwenden Sie den Not-Halt.
Werkzeuglängensensor und Messtaster
Der Werkzeuglängensensor sitzt hinten links am Tisch, gehalten von zwei M6-Schrauben im Raster; er belegt die Ecke des Arbeitsbereichs bei etwa X 0–57, Y 130–150 mm. Der Werkzeuglängensensor und ein Messtaster teilen sich den Messtastereingang der Steuerung.
Mit Z oben liegt die Spitze eines Werkzeugs, das 15,5 mm aus der Spannzange ragt, 80 mm über dem Tisch und die Spindelnase 130 mm. Die Spitze eines längeren Werkzeugs liegt um dessen zusätzliche Länge tiefer. Ein in einer ER-Spannzange gehaltener Messtaster ist von der Mutter bis zur Messtasterspitze meist 60–90 mm lang: Mit Z oben kommt ein solcher Messtaster nur über niedrigen Aufspannungen frei, bei einem Messtaster von 70 mm etwa 20 mm über dem Tisch.
Studio prüft das für Sie: Wenn Sie das Werkstück einrichten, ein Werkzeug wechseln oder die Werkzeugtabelle bearbeiten, vergleicht es den höchsten Punkt der Aufspannung mit der Spitze jedes Werkzeugs bei Z oben und sagt, welches Werkzeug nicht freikommt und um wie viel.
Werkstückspannung
Die M6-Bohrungen des Tisches im 25-mm-Raster nehmen Spannpratzen, eine Grundplatte oder einen Schraubstock auf. Der Zwilling kennt einen selbstzentrierenden 75-mm-Schraubstock auf einer 10 mm dicken Aluminium-Grundplatte, Parallelunterlagen, Spanneisen, doppelseitiges Klebeband und ein Prisma.
- Mit dem Schraubstock auf seiner Grundplatte liegen die Oberkanten der Backen etwa 66 mm über dem Tisch, sodass ein im Schraubstock gehaltenes Teil bis etwa 71 mm Höhe oder mehr reicht.
- Verwenden Sie für Teile, die Sie antasten wollen, eine niedrige Aufspannung: Spanneisen auf der Grundplatte (die Oberseite des Rohteils 15–30 mm über dem Tisch) oder einen niedrigen Schraubstock. Über einem im 75-mm-Schraubstock gehaltenen Teil hat ein Messtaster keinen Platz.
- Wenn Sie die 10-mm-Grundplatte entfernen, haben Werkzeuge 10 mm mehr Platz; für einen Messtaster genügt das nicht.
Sicherheit
- Not-Halt (SB0): Er öffnet den Spulenstromkreis des Schützes, der die Antriebe, den Spindelantrieb und die Pumpe abschaltet, und meldet es der Steuerung über seinen zweiten Kontakt. Die Achsen und die Spindel werden stromlos; die Spindel läuft von selbst aus; Z kann absinken (siehe Z und die Schwerkraft). Das Entriegeln des Not-Halts startet nichts neu: Drücken Sie SB1, warten Sie, bis die Antriebe anlaufen, setzen Sie die Steuerung zurück und referenzieren Sie.
- Störungen: Eine Antriebsstörung, ein Auslösen des Spindelantriebs oder ein Drahtbruch an einem Endschalter stoppt die Maschine mit einem Alarm.
- Vorschub halt ist ein kontrollierter Halt für die Arbeit, nicht für die Sicherheit.
- Die MC-1 hat keine Einhausung. Halten Sie Abstand zur Spindel, solange sie sich dreht und solange sich die Achsen bewegen können, tragen Sie einen Augenschutz und bringen Sie Faltenbälge oder Bürstenabdeckungen über den Kugelgewindetrieben in X und Z gegen Späne an.
- Keine der Sicherheitsfunktionen der Maschine verwendet KI, und der KI-Assistent in Studio ist keine Sicherheitsfunktion.
Was bei der Inbetriebnahme gemessen wird
Die obigen Konstruktionswerte sind an jeder gebauten Maschine zu prüfen, und ihr Zwilling ist auf das Gemessene einzustellen:
- der Auslösepunkt jedes Endschalters (induktive Schalter, die seitlich überstrichen werden, können etwa 2 mm später auslösen als gezeichnet), danach der Rückzug nach der Referenzfahrt und die Software-Endschalter;
- die Alarmausgänge der Antriebe: Wird einer abgezogen oder werden die 48 V abgeschaltet, muss das einen Alarm auslösen;
- der Z-Test bei ausgeschalteten Antrieben;
- die Parameter des Spindelantriebs, ein Hochlauf ohne Last am Bedienfeld des Antriebs, danach die Steuerung über RS-485;
- der Schaltkasten: der Not-Halt und SB1 wie oben, jeder Endschalter und der Werkzeuglängensensor einzeln abgesteckt (jeder muss einen Alarm ergeben) und die Taster des Bedienfelds.
Wie der Zwilling die gemessenen Werte übernimmt: Maschinenprofile.