Arduino

Станок для намотки катушек.

Посетители сайта уже знакомы с данным автором. В частности с его самоделкой «Магнитная левитация с помощью катушки соленоида».
В процессе работы над той самоделкой, мастер решил, что нужно сделать устройство для намотки катушек.
Именно об изготовлении такого станка и будет данная статья.
На видео ниже, с 1 минуты 50 секунд, можно посмотреть пример работы данного устройства.

Инструменты и материалы:
-Arduino Uno R3;
-Драйвер шагового двигателя A4988 — 2 шт;
-Плата расширения — A4988;
-Шаговый двигатель NEMA 17 — 2 шт;
-GT2 ремень ширина 6 мм длина 200 мм — 2 шт;
-Шкив GT2 60 зубьев, диаметр отверстия 8 мм — 2 шт;
-Круглый стержень диаметром 8 мм, длина 400 мм;
-Круглый стержень диаметром 8 мм, длина 200 мм 3 шт;
-Ходовой винт T8, шаг 2 мм, длина 400 мм с медной гайкой;
-Подшипники F608ZZ — 16 шт;
-Кабель с разъемом — 2 шт;
-Штекер питания постоянного тока;
-Блок питания 12 В;
-Лист акрила;
-Пустая пластиковая катушка (можно использовать от паяльной проволоки);
-Ролик V-типа — 2 шт;
-Колено ПВХ Ø 42мм — 6 шт;
-Крестовина ПВХ Ø 42мм;
-Два метра ПВХ-трубы Ø 42мм;
-Тройник ПВХ Ø 42мм — 12 шт;
-Заглушка ПВХ Ø4 2мм — 12 шт;
-Сверлильный станок;
-Сверло 22 мм;
-Ножовка;
-Паяльные принадлежности;
-Ножницы;

Шаг первый: подключение
Схема подключения очень простая. Мастер просто подключил плату расширения к Arduino Uno R3 и подключил кабели к 2 шаговым двигателям. Два драйвера шагового двигателя A4988 также были подключены к плате в положениях X и Y.
Есть 2 оси для намотки катушек, которые называются:
Ось подачи (питателя): подключение к оси X, отмеченной на щите ЧПУ.
Ось шпинделя: подключение к оси Y, отмеченной на щите ЧПУ.

Шаг второй: станина
Основание станка мастер решил сделать из ПВХ-труб. Это быстро, недорого и + небольшой вес.
Он собрал квадратную раму размером около 480 х 480 мм.
Соединительные трубы должны быть обрезаны до подходящей длины, чтобы при соединении колена с тройником или тройника с тройником между ними не было зазора. Благодаря этому способу соединения не нужно будет проводить какие-либо измерения или выравнивания позже, потому что они одинакового размера и полностью симметричны друг другу.

Шаг третий: отверстия
Дальше нужно просверлить отверстия в 12 торцевых заглушках.Диаметр отверстия 22 мм. Для установки подшипников, отверстия нужно немного развальцевать ножницами.

Для установки медной гайки ходового винта отверстие нужно 8 мм.

Шаг четвертый: ось подачи
Ось питателя состоит из 1 тройника из ПВХ и 1 крестовины из ПВХ с установленными подшипниками и гайками ходового винта.
В тройник он установил вал диаметром 42 мм. Если подходящего вала нет, то можно использовать заглушки.

Для проверки работы временно установил узел на станину.

Шаг пятый: узел шаговых двигателей
Дальше вырезал акриловую пластину размером 100 x 230 мм, просверлил 8 маленьких отверстий для установки на нее 2 шаговых двигателей. Затем эта акриловая пластина будет прикреплена к раме с помощью ПВХ-труб. В них тоже устанавливаются заглушки и подшипники.

Шаг шестой: ось шпинделя
У мастера от ранее завершенных проектов было несколько шпилек 16 x 8 мм, и он использовал их для вала шпинделя. Или можно использовать стержни вала 200 x 8 мм, как указано в списке спецификации.

Акриловая пластина была установлена на основной каркас. Дальше установил на моторы шкив на 20 зубьев, шкив на 60 зубьев к валу шпинделя, и ремень 200 мм.
Ось питателя была установлена на основной раме. Его шкивы и ремень были такими же, как и ось шпинделя.

Также установил 1 болт на основную раму с другой стороны оси шпинделя.

Шаг седьмой: сборка узла шпульки
Для установки катушки с проволокой он использовал шпильку и затянул медную катушку между двумя заглушками. Шпуля может вращаться с определенным трением, основанным на усилии затяжки.

Пустая катушка также была соединена с валом шпинделя.

Шаг восьмой: натяжной ролик
В конструкции мастер использовал стальные L-опоры для крепления 2 резиновых роликов на одном акриловом листе, а затем установил этот натяжной направляющий ролик на ось питателя.
Чтобы подать медную проволоку к шпинделю, была использована небольшая стальная трубка с пластиковыми стержнями от ручки на концах.

Наконец, он подключил провода от шаговых двигателей к плате и станок готов.

Разматывающую часть можно установить по-другому, добавив еще одно колено из ПВХ. Его легко повернуть, чтобы выбрать оптимальное направление подачи.

Шаг девятый: GRBL* и UGS**
*GRBL — программное обеспечение, позволяющее управлять станком с ЧПУ, подключённого к плате Arduino (или аналогов) через USB-порт.
Параметры GRBL для данного намотчика катушек следующие:

 Показать / Скрыть текст$0 10.000 Step pulse time
$1 25.000 Step idle delay
$2 0.000 Step pulse invert
$3 0.000 Step direction invert
$4 0.000 Invert step enable pin
$5 0.000 Invert limit pins
$6 0.000 Invert probe pin
$10 1.000 Status report options
$11 0.010 Junction deviation
$12 0.002 Arc tolerance
$13
0.000

Report in inches
$20
0.000

Soft limits enable
$21
0.000

Hard limits enable
$22
0.000

Homing cycle enable
$23
0.000

Homing direction invert
$24 25.000 Homing locate feed rate
$25 500.000 Homing search seek rate
$26 250.000 Homing switch de-bounce delay
$27 1.000 Homing switch pull-off distance
$30 1000.000 Maximum spindle speed
$31 0.000 Minimum spindle speed
$32 0.000 Laser-mode enable
$100 600.000 X-axis travel resolution
$101 4800.000 Y-axis travel resolution

$102 250.000 Z-axis travel resolution
$110 500.000 X-axis maximum rate
$111 500.000 Y-axis maximum rate

$112 2000.000 Z-axis maximum rate
$120 5.000 X-axis acceleration
$121 5.000 Y-axis acceleration

$122 10.000 Z-axis acceleration
$130 200.000 X-axis maximum travel
$131 200.000 Y-axis maximum travel
$132 200.000 Z-axis maximum travel
Важные параметры, для которых нужно выполнить калибровку, выделены в таблице выше.
Подробная информация о параметрах 100 и 101 обсуждается на следующем шаге.
Параметры ускорения 120 и 121 должны быть установлены на небольшое значение, в зависимости от диаметра провода, чтобы предотвратить его обрыв.
**UGS — полнофункциональная платформа gcode, используемая для взаимодействия с продвинутыми контроллерами ЧПУ, такими как GRBL , TinyG , g2core и Smoothieware.
Для настройки параметров открываем UGS, выбираем порт и множество бод для 115200. Нажимаем на Connect на вкладке.
Выбираем подходящее положение, перемещая ось X влево — вправо, вращая ось Y по часовой стрелке — против часовой стрелки.
Устанавливаем исходные координаты кнопкой Reset Zero.
Шаг десятый: принцип работы
Данное устройство работает с цилиндрическими катушками и основано на прошивке GRBL. Чтобы намотать медный провод потребуются следующие параметры (конкретный пример):
Номер поворота: 1000 .
Длина рулона: 47 (мм).
Исходный диаметр шпульки: 27,7 (мм).
Диаметр проволоки: 0,3 (мм).
Скорость: 50 (об / мин).
Таким образом, нужно уложить 1000 витков проволоки диаметром 0,3 мм слоями на пустую катушку длиной 47 мм и исходным диаметром 27,7 мм.

Основные расчеты приведены ниже:
Число витков на один слой = длина катушки / диаметр проволоки = 47 / 0,3 = 156,67 .
Кол-во слоев = Общее кол-во витков / кол-во витков на один слой = 1000 / 156,67 = 6,38 .
Авторская идея для использования прошивки GRBL такая:
Ось фидера: будет перемещаться вправо и влево в диапазоне от 0 до 47 мм, с 6,38 раза, а ее параметр шаг / мм точно определен в соответствии с прошивкой GRBL. Он изменится на противоположный, когда ось шпинделя повернется точно на 156,67, то есть, когда один слой будет завершен.
Ось шпинделя: совершит ровно 1000 оборотов, а затем остановится. Ее настройка в прошивке GRBL — STEP / rev. Обратите внимание, что это — Шаг / обороты, а не Шаг / мм.
Поскольку диаметр медной проволоки составляет 0,3 мм, ось механизма подачи будет перемещаться между 0,15 и 46,85 мм (за вычетом радиуса проволоки на 2 кромках).
Следуя приведенному выше примеру, всего будет 6,38 слоя, поэтому последний слой 0,38 (слой 7) имеет 0,38 x 156,667 = 60 оборотов. Это означает, что ось шпинделя будет вращаться на 60 оборотов, а ось питателя переместится на (60 * 0,3 — 0,15) = 17,85 с 0,15. Правило движения питателя:
Нечетный слой: от 0,15 до 46,85 (сдвинуть вправо).
Четный слой: от 46,85 до 0,15 (влево).

G-код устройства намотки может быть прописан следующим образом со скоростью подачи 50.

 Показать / Скрыть текстCOMMENT G-CODE X Y SPEED
(Starting……) G01 X0.1500 Y0.0000 F50.0000
(Layer 1 of 7) G01 X46.8500 Y156.6667 F50.0000
(Layer 2 of 7) G01 X0.1500 Y313.3333 F50.0000
(Layer 3 of 7) G01 X46.8500 Y470.0000 F50.0000
(Layer 4 of 7) G01 X0.1500 Y626.6667 F50.0000
(Layer 5 of 7) G01 X46.8500 Y783.3333 F50.0000
(Layer 6 of 7) G01 X0.1500 Y940.0000 F50.0000
(Layer 7 of 7) G01 X17.8500 Y1000.0000 F50.0000
Ось питателя: значение $ 100 было установлено на 600 Шаг / мм .
Ось шпинделя: у данного шагового двигателя было 200 шагов на оборот и шкив с 20 зубьями. Он был соединен с валом вращения через шкив с 60 зубьями, и был включен микрошаг 1/8. Таким образом, было установлено значение 101 $: 200 x (60/20) x 8 = 4800 STEP / rev .
Можно проверить, правильно ли работает ось шпинделя, используя UGS и указав ему переместиться на 1 мм. Если он делает ровно один оборот, значит настройки верны.
В верхней части таблицы выше, команда « G01 » подает команду на перемещение оси податчика с 0,15 на 46,85, а шпиндель вращается на 156,67 оборота.
(Starting…… ) G01 X0.1500 Y0.0000 F100.0000
(Layer 1 of 7) G01 X46.8500 Y156.6667 F100.0000
Ранее мастер не был знаком с G-кодом, но после прочтения руководства я понял, что « G01 XYF » — это команда линейного перемещения по координатам (X, Y) со скоростью подачи F, что означает, что оси подающего механизма и шпинделя будут линейно перемещаться вместе. В данном случае питатель переместится в конечную точку 46,85, в то время как шпиндель совершит 156,67 оборота.
Шаг десятый: G-код для моталки
Мастер написал небольшую программу в Microsoft Excel для генерации G-кода, и она отлично работает с данным устройством. Здесь можно изменить входные параметры: количество витков, длины и диаметра катушки, диаметра проволоки и скорости, чтобы получить соответствующий G-код.

После ввода необходимых параметров Excel сгенерирует командные строки, содержащие G-код. Мастер просто скопировал их в Notepad ++ и открыл его в UGS, а затем запустил программу.

Графики G-кода в UGS представляют собой линейные линии с двумя конечными рабочими точками: 1000 мм и 46,85 мм по осям Y и X. Как обсуждалось в предыдущих шагах, 1000 мм в этом случае — это 1000 оборотов, поскольку заданы параметры 101 $ как ШАГ / оборот (4800).

В программе Excel он добавил еще несколько расчетов в поле « ОТЧЕТ ».
Общая длина провода.
Диаметр после намотки.

Шаг одиннадцатый: тестирование
Мастер тестировал медную проволоку диаметром 0,5 мм в 4 слоя, и общее количество витков 345, как показано ниже. Диаметр проволоки, введенный в файл Excel, должен быть немного больше фактического диаметра, в данном случае: 0,545 мм. Это сделано потому, что два соседних витка провода не могут касаться друг друга точно на 100%, между ними всегда есть небольшой зазор.

Затем он скопировал G-коды из Excel в Notepad ++ и запустил их в UGS.

Необходимо следить за тем, как намотчик катушки работает на первом слое. Если между двумя соседними витками есть большой зазор, то во втором слое медная проволока будет размещена в этот зазор и это повлияет на всю конструкцию катушки.

Если пользователь хочет получить идеальную катушку, то нужно обращать внимание на то, когда ось питателя меняет направление, в этот момент проволока может запутаться. Можно добавить команду G-кода, чтобы останавливать устройство на определенное время, в каждый момент реверсирования питателя, и вносить коррективы, например:
G04 P5 (It makes the coiling winder stop for a specified time — 5 seconds in this case)

Все готово. Если у вас есть станок с ЧПУ, который работал с прошивкой GRBL, можно легко сделать намотчик проволоки, добавив ось шпинделя и настроив его для работы в единицах шаг / обороты .

Источник

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть
Закрыть