Kolmeakselisen CNC-jyrsimen suunnittelu ja rakennus

Abstract

Työn tarkoituksena oli suunnitella ja valmistaa kolmeakselinen jyrsinkone. Työn edetessä tavoitteena oli myös saada kokemusta konesuunnittelun eri aihealueilta.

Työn alussa kerrotaan NC-tekniikasta yleisesti sekä lastuavasta työstöstä. Työssä määriteltiin myös jyrsimen käyttötarkoitus, jonka tietojen pohjalta pystyttiin aloittamaan koneen mekaniikka-, sähkö- ja automaatiosuunnittelu.

Mekaniikkasuunnittelu suoritettiin Autodesk Fusion 360 -ohjelmistolla. Sähkösuunnittelussa käsiteltiin koneen riskianalyysiä sekä komponentteja. Sähkökuvat piirrettiin EPLAN-sähkösuunnitteluohjelmistolla. Automaatiosuunnittelussa käytettiin kahta erilaista ohjausta, Arduino-pohjaista Grbl-ohjausta ja Beckhoffin TwinCat-ohjausta. Työssä käytiin läpi myös erilaisia ohjelmointikieliä sekä ohjelmoinnissa käytettäviä yleisiä standardeja.

Grbl-ohjauksella toteutettiin lineaariliikkeet kuularuuveilla ja askelmoottoreilla, mutta työn loppuvaiheessa koneen ohjaus vaihdettiin Beckhoffin TwinCat-ohjaukseen. Ohjauksen vaihdon takia koneeseen tehtiin sähkömuutoksia ja lineaariliikeiden moottorit muutettiin servokäyttöiseksi.

CNC-jyrsin tehtiin kahdella erilaisella ohjauksella ja molemmilla ohjauksilla saatiin lopputuloksena toimiva CNC-jyrsin, jolla pystyttiin jyrsimään puuta, alumiinia ja terästä.

The purpose of the thesis was to design and manufacture a three axis milling machine. As the work progressed, the goal was to gain experience in various areas of machine engineering. In the beginning of the work NC techniques were studied in general and attention was also paid to the milling process. The purpose of the milling machine was defined, so that mechanical, electrical and automation engineering could be started based on the definned values. Mechanical engineering was performed with Autodesk Fusion 360 software. The machine risk analysis and electrical components were studied in the electrical engineering section. Electrical drawings were made with the EPLAN design software. In the automation engineering section, two different machine controls were handled. The first one was an Arduino based Grbl control and the second one was a Beckhoff TwinCat control. Various programming languages and general standards for programming were also discussed. With the Grbl control, linear movements were made with ball screws and stepper motors. In the final stage, the Grbl control was changed to the TwinCat control, so the motors were also updated to servomotors. Because of this it was necessary to make two different electrical- and automation designs. The CNC milling machine was made with two different controls. Both control systems produced a working CNC Mill, capable of cutting wood, aluminum and steel.