Pikamallinnustyökalu NC-työstökeskukseen
Pakanen, Henri (2013)
Pakanen, Henri
Oulun seudun ammattikorkeakoulu
2013
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2013060412731
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2013060412731
Tiivistelmä
Opinnäytetyössä suunniteltiin Fanuc-ohjauksella toimivaan NC-työstökeskukseen pikamallinnustyökalu ja testattiin sen toimivuutta. Työ tehtiin Pireplan Oy:lle Kurikkaan. Työn tavoitteena oli tutkia pikamallinnuksen toimivuutta ja mahdollisuuksia NC-ohjatussa työstökeskuksessa sekä suunnitella NC-työstökeskukseen soveltuva pikamallinnustyökalu, jolla voidaan valmistaa kappaleita suoraan 3D-mallista.
Työ oli tuotekehitystyö tyyppinen. Mekanismin suunnittelua ja toimivuutta varten työtä tehdessä perehdyttiin yleisimpiin pikamallinnustekniikoihin, edullisiin pikamallinnuslaitteisiin, avoimeen koodiin perustuvan Arduino-mikrokontrollerin ohjelmointiin ja G-koodilla ohjattuihin NC-koneisiin sekä G-koodiin. Aihepiiriin perehtymisen jälkeen laite päädyttiin toteuttamaan FDM-pursotustekniikalla sen yksinkertaisuuden takia. Pikamallin valmistukseen tarvittavien G-koodien generointiin käytettiin MakerBotin vapaata koodia hyödyntävää ReplicatorG-ohjelmaa. Jotta NC-työstökeskus ymmärtää ReplicatorG-ohjelman muodostamaa G-koodia, on koodiin tehtävä pieniä muutoksia, minkä vuoksi tehtiin myös kääntöohjelma PC-laitteelle. Itse pursotuspäätä ohjattiin Arduino-mikrokontrollerilla ja siihen tehtiin oma ohjausohjelmansa.
Laitteen toimintaa testattaessa valmistettiin prototyyppi, johon kuului mekaniikkasuunnittelu pursotuspään kiinnityksestä koneistuskeskukseen, tarvittavan ohjauselektroniikan kasaus ja pursotuspään sekä Robodrillin hallintaan tarvittavat ohjelmat. Prototyypin kiinnitysmekanismi valmistus ja prototyypin testaus suoritettiin OAMK:n tiloissa Robodrill α -T10B-koneistuskeskuksella.
Työn tuloksena syntyi prototyyppi NC-työstökoneeseen mekaanisesti liitettävästä pursotuspäästä, joka saatiin toimimaan kohtalaisesti työstökoneessa. Pursotuspää ja työstökeskuksen tasot saatiin liikkumaan synkronoidusti ja toivotulla tavalla, mutta parametrien säädöt vaatisivat vielä enemmän pohdintaa. Suunnittelun tuloksena syntyivät myös 3D-mallit pursotuspään kiinnitysrakenteesta, tekniset piirustukset, sähkökaavio elektroniikasta sekä ohjelmakoodit. Vaikkei pikamallinnustyökalu toiminut aivan asetettujen tavoitteiden mukaisesti, on se kuitenkin hyvä lähtökohta vastaavien toimintojen ja laitteiden suunnitteluun NC-laitteisiin.
Työ oli tuotekehitystyö tyyppinen. Mekanismin suunnittelua ja toimivuutta varten työtä tehdessä perehdyttiin yleisimpiin pikamallinnustekniikoihin, edullisiin pikamallinnuslaitteisiin, avoimeen koodiin perustuvan Arduino-mikrokontrollerin ohjelmointiin ja G-koodilla ohjattuihin NC-koneisiin sekä G-koodiin. Aihepiiriin perehtymisen jälkeen laite päädyttiin toteuttamaan FDM-pursotustekniikalla sen yksinkertaisuuden takia. Pikamallin valmistukseen tarvittavien G-koodien generointiin käytettiin MakerBotin vapaata koodia hyödyntävää ReplicatorG-ohjelmaa. Jotta NC-työstökeskus ymmärtää ReplicatorG-ohjelman muodostamaa G-koodia, on koodiin tehtävä pieniä muutoksia, minkä vuoksi tehtiin myös kääntöohjelma PC-laitteelle. Itse pursotuspäätä ohjattiin Arduino-mikrokontrollerilla ja siihen tehtiin oma ohjausohjelmansa.
Laitteen toimintaa testattaessa valmistettiin prototyyppi, johon kuului mekaniikkasuunnittelu pursotuspään kiinnityksestä koneistuskeskukseen, tarvittavan ohjauselektroniikan kasaus ja pursotuspään sekä Robodrillin hallintaan tarvittavat ohjelmat. Prototyypin kiinnitysmekanismi valmistus ja prototyypin testaus suoritettiin OAMK:n tiloissa Robodrill α -T10B-koneistuskeskuksella.
Työn tuloksena syntyi prototyyppi NC-työstökoneeseen mekaanisesti liitettävästä pursotuspäästä, joka saatiin toimimaan kohtalaisesti työstökoneessa. Pursotuspää ja työstökeskuksen tasot saatiin liikkumaan synkronoidusti ja toivotulla tavalla, mutta parametrien säädöt vaatisivat vielä enemmän pohdintaa. Suunnittelun tuloksena syntyivät myös 3D-mallit pursotuspään kiinnitysrakenteesta, tekniset piirustukset, sähkökaavio elektroniikasta sekä ohjelmakoodit. Vaikkei pikamallinnustyökalu toiminut aivan asetettujen tavoitteiden mukaisesti, on se kuitenkin hyvä lähtökohta vastaavien toimintojen ja laitteiden suunnitteluun NC-laitteisiin.