SPECIALIZAREA:AUTOMATICĂ SI INFORMATICĂ APLICATĂ LUCRARE DE DIPLOMĂ COORDONATOR: S.L.Dr.Ing Marin Măinea ABSOLVENT: Paraschiv David IULIE 2019 Masina… [304322]

UNIVERSITATEA VALAHIA DIN TÂRGOVIȘTE

FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ ELECTRONICĂ SI

TEHNOLOGIA INFORAȚIEI

SPECIALIZAREA:AUTOMATICĂ SI INFORMATICĂ APLICATĂ

LUCRARE DE DIPLOMĂ

COORDONATOR: S.L.Dr.Ing Marin Măinea ABSOLVENT: [anonimizat] 2019

Masina CNC cu laser

Introducere

Tema lucrării constă in construirea unei masini cu comandă numerică. Este o metoda de a [anonimizat]. [anonimizat], tăiere, decupare etc. [anonimizat]-un limbaj international standard numit G-code, care va fi stocat si executat de către unitatea de control(microcontroler) atasată mașinii.[anonimizat], intensitatea, viteza componentelor. Freze, strunguri, [anonimizat] o [anonimizat]. Inainte de tot acest proces utlizatorul va crea modelul sau desenul pentru a [anonimizat], Inkscape, [anonimizat], desenatori, artiști pentru a [anonimizat], modele sau desene tehnice foarte precise. Programul este incărcat in unitatea de control a mașinii iar operatorul face un test făra materialul destinat prelucrarii pentru a [anonimizat] a mașinii.

Mașina cu comandă numerică este cunoscută pentru precizia pe care o oferă, complexitatea si repetabilitatea in comparatie cu varianta manuală. [anonimizat]. Pe de altă parte o astfel de masină implică cheltulieli pentru procurarea sau fabricarea acesteia si pentru mentenata.

Capitolul 1

[anonimizat]. Prima tehnologie CNC a [anonimizat] a fost inițial utilizată pentru fabricarea pieselor pentru industria aerospațială.

Folosirea controlului numeric (NC) a [anonimizat] a [anonimizat] a tehnologiei de control numeric al computerului (CNC).

Primele mașini NC au fost construite în anii 1940 și 1950, pe baza instrumentelor existente care au fost modificate cu motoare care au mutat comenzile pentru a urmări punctele introduse în sistem pe bandă perforată. [anonimizat]-unelte CNC moderne care au revoluționat procesele de prelucrare

Nașterea NC este în general datorată lui John T. Parsons și lui Frank L. Stulen. [anonimizat] 1985 pentru "Revoluționarea producției de autoturisme și avioane cu controale numerice" .

Această evoluție la determinat pe Parsons să ia în considerare posibilitatea utilizării de ștampile din metal în locul lemnului. Acestea nu numai că ar fi mult mai puternice, dar și mai ușor de realizat, deoarece ar elimina layup-ul complex și lipirea și fixarea cu șurub pe lemn. Duplicarea acestui lucru într-o lovitură metalică ar necesita înlocuirea unui dispozitiv de tăiere cu un instrument de tăiere metalic din oțel de scule. Un astfel de dispozitiv nu ar fi ușor de realizat având în vedere conturul complex. Privind pentru idei, Parsons a vizitat Wright Field pentru a vedea pe Frank L. Stulen, șeful Branșei Rotary Wing a laboratorului Propeller Lab. În timpul conversației lor, Stulen a concluzionat că Parsons nu știa cu adevărat despre ce vorbește. Parsons a observat că Stulen a ajuns la această concluzie și la angajat pe loc.

Precursorul istoriei frezării CNC era într-adevăr mașini cu comandă numerică, iar NC a fost dezvoltat de John Parsons. Lucrând la fabrica tatălui său, el a dezvoltat mai întâi șabloane de lame de rotor care ar fi folosite pentru elicoptere. Această primă încercare la NC a permis perforarea datelor pe carduri. Parsons a continuat să lucreze la numeroase proiecte din Forțele Aeriene și a început să lucreze cu MIT în 1949. Aici a fost construită prima mașină CNC

fig 1

Această mașină experimentală a reprezentat un punct de cotitură în istoria frezării CNC și au fost făcute multe modificări la prima mașină de frezat cu contur vertical de 28 inch. Trei viteze variabile s-ar adăuga, precum și transmisii hidraulice, și un sistem de feedback a fost apoi adăugat. Prototipul real pentru CNC ar fi de asemenea dezvoltat la Massachusetts în 1953.

Aceste mașini rudimentare, dezvoltate de Parsons, au multe în comun cu cele mai moderne mașini CNC, mașinile moderne fiind conduse de orice fel de interfață complet digitală. Sistemul de mișcare al unei mașini moderne poate implica un cilindru, o frână, o supapă, un ambreiaj, un motor hidraulic sau o combinație a oricăror dintre acestea. Sistemul de feedback a fost înlocuit cu encodere digitale care oferă tehnologii mult mai avansate.

Capitolul 2

Notiuni generale

Mașinile de comandă numerică si control sunt dispositive electro-mecanice menite sa manipuleze si sa controleze diferite scule folosind programarea microcontroller-ului. Mașina unealtă cu comandă numerică este compus din echipamentul de comandă numeric și control, capul de prelucrare si ansamblul mecanic.

Mașina de comandă numerică și control se mai numeste și CNC care provine de la abrevierea “Computer numerically controled” (Control numeric cu Computer), controlul numeric reiese din alimentarea contină a microcontroller-ului programabil, care face parte din construcția mașinii, acesta este programat cu un set de instrucțiuni format din litere si cifre astfel incât capul de prelucrare să execute miscările pe un anume traseu, o viteză specific sau intensitate a laserului daca cazul in care capul de prelucrare este un laser.

Denumirea de “control numeric cu computer” caracterizează modul unic de functionare al unei mașini, adică, pentru miscările de bază care nu au de aface cu capul de lucrul, despre tipul masinii; freză, strung laser sau orice altceva. O mașină cu comandă numerică se folosește de matematică si diferite sisteme de coordonate pentru a putea percepe informațiile pe care le primește astfel încât sa mute ceea ce trebuie, cât ,si cu viteza care trebuie.

2.1 Tehnologia CNC

Una dintre cele mai importante funcții ale mașinii este controlul foarte precis si riguros. Toate mașinile cu comandă numerică au cel putin două axe( directii de mișcare), aceste axe sunt controlate, pozitionate cu foarte mare precizie de-a lungul planului de lucru in timpul executiei. Cele mai cunoscute si mai întâlnite tipurii de axe sunt cele de translație(liniare) si de rotație, aceste mișcari erau posibile la mașinile clasice de prelucrare prin așchiere doar prin actionarea manuală a manivelelor si a discurilor de catre utilizator. Mașinile cu comandă numerică inlocuiesc actionarea acestor miscări facute de către utilizator prin acționarea unor servomotoare conectate la un computer si contrlolate de un program memorat . Axele care se mișcă, motoarele cre actionează, cat si viteza acestora sunt programabile la toate mașinile cu comandă numerică.

Majoritatea mașinilor cu comandă numerică pot face mișcări si actiona asupra celor trei directii in acelasi timp . Aceste directii se numesc axele masinii iar fiecare axa poartă cate un nume, dupa sistemul de coordonte; X, Y si Z. Axa X este întotdeuna acea axa pe care este construita o parte a mașinii si se delaseză pe lungimea spatiului de lucru. De exemplu axa X este axa pe care se face miscarea față-spate, axa Y este cea pe care se face mișcarea stânga-dreapta iar axa Z este cea pe care se exercita mișcarea sus-jos si de obicei pe ea este montată unealta de prelucrare.

Pentru ca o masină cu comandă numerică sa fie functională si pentru a putea opera ea va trebui sa comunice cu ea insăși. Unitatetea centrală, cu computer, de comandă și control numeric trimite comnezi către motoare pentru a se deplasa pe o anumite distantă cu o anumită viteză, traductoarele montate pe axele mașinii au rolul de a comnuica înapoi către unitatea centrală dacă mișcarea care s-a făcut este corectă si coincide cu comanda transmisă către motoare. Capabilitatea mașinii de a muta capul de lucru in trei direcții diferite simultan face posibla urmărirea și realizarea oricărei traiecorii in spatiul de lucru. Miscările si comenzile pe care le execută sunt mult mai precise si mai rapide decât mișcările care pot fi realizate pe o mașina cu un operator uman.

Un robot industrial poate fi o altă formă de masină unealtă cu comandă numerică deuarece mișcările robotului sunt comandate si controlate cu același tip de controller cu care sunt echipate si controlate si mașinile-unenelte cu comandă numerică, diferența fiind limjbajul de programare. Un robot industrial constă în principiu într-un braț mecanic articulat având la capătul acestiua un dispozitiv numit “end efector” folosind la prinderea si mutarea diferitelor obiece într-o fabrică, vopsirea într-un plan de lucru foarte complex cu scopul unei vopsiri uniforme

Se poate spune și invers si anume ca mașina CNC este un robot, ambele avand același mod de funcționare , depind de un program scris pe un computer care poate fi modificat foarte ușor cu scopul ca robotul sa efectueze alte sarcini.

Avantaje/Dezavantaje

Unul dintre marile beneficii oferite de toate tipurile de maișini CNC este îmbunatațirea automatizării, contribuția operatorului la prelucrarea și producerea pieselor este redusă foarte mult sau chiar eliminate. Mașinile CNC pot funcționa pe întreaga durată a efectuării unei sarcini fară a fi supravegheate, aceasta oferind operatorului oportunități și beneficii: datorită neparticipării utilizatorului la procesul de prelucrare se vor reduce foarte mult greșeli provocate de eroarea umană,reducerea oboselii, tip de lucru rapid și constant asta însemnând o productie preivzibilă. In comparatie cu un operator care lucrează la o masină-strung, nivelul de cunoștințe despre tehnologia prelucrării materialelor nu trebuie să fie asa de mare deuarece mașina CNC ruleaza un program de control ceea ce reprezintă un avantaj in privința aceasta. O altă caratcteristică care constituie un avantaj al tehnologiei CNC este faptul ca poate combina atât rapiditatea cât si precizia pentru realizarea obiectelor, pieselor. Dupa ce un program este verificat, testat si corectat se pot crea foarte multe obiecte sau piese cu aceeași rapiditate, precizie și timp pentru fiecare dintre ele.

Un alt beneficu al tehnologiei CNC este flexibilitatea, deuarece mașinile execută programe scrise de către operator aceste pot fi modoficate foarte ușor iar modificarea prelucrării este la fel de ușoară că și încărcarea unui program. Odată ce un program a fost testat și verificat, primul obiect creat îndeplinind criteriile impuse de către operator, programul poate fi salvat în memorie și refolosit oricând va fi nevoie de el, acesta este un alt beneficiu: schimbări foarte rapide în producție.

Voi prezența în contiunare avantajele și dezavantajele mașinilor CNC în comparație cu cele clasice.

Avantaje

Flexibilitatea

O mașină CNC va funcționa și  crea diferite actiunui asupra spațiului destinat lucrului conform programului încărcat în memorie. O mașină-unealtă cu comandă numerică este considerată flexibilă deuarece pentru exercitarea altor acțiuni și realizarea altor obiecte și piese decât cele create înainte se poate încarcă foarte ușor un alt program În memorie care va face posibil ucrul acesta.

Repetabilitatea

O mașină-unealtă cu coamndă numerică poate face foarte multe obiecte identice  fără abateri. Un strungar nu poate avea această abilitate, de a crea două sau mai multe piese exact la fel. De cele mai multe ori piesele ajung să fie reajustate sau rebutate. O mașină cu comandă numerică este cu mult superioară unui operator uman.

Reduce costurile unei producții de stoc

Fabricantul unui automobil are datoria de a asigura piese de schimb clienților săi pentru o perioada mare de timp chiar dacă acel tip de automobil nu se mai fabrică. Înainte se fabrica un număr foarte mare de piese după care se depozitau în stocuri de rezervă, ceea ce reprezinta un lucru foarte neeconomic și inefficient deuarece blochează cantități mari de resurse; bani, spațiu, material. La momentul de față cu ajutorul tehnologiei CNC piesa de schimb se fabrică doar la comandă clientului atunci când acesta are nevoie, încărcând programul aferent pentru piesă dorită, se realizaza piesă și este și livrată la client în aceeași zi.

Reducerea costurilor sculelor speciale și a timpului pentru pregatire a mașinii

Mașinile clasice sunt construite cu diverse sisteme de prindere a materialului pe care se lucreaza iar acestea sunt complexe și fabricarea lor necesita mult timp de lucru, sunt de asemenea greu de modificat ceea ce înseamna ca se irosesc multe resurse pana la începerea producției.

Mașinile-unealtă cu comandă numerică nu necesită foarte mult timp pentru prinderea si fixarea materialului, mai ales daca vorbim despre masina-unealtă cu laser in cazul căreia de foarte multe ori nu este nevoie de vreunn dispozitiv de fixare a materialului, iar daca se folosesc acestea sunt foarte simple, de timp menghină sau clește. Din punctul de vedere al sculei nu este nevoie de fabricarea multor, diverse si complicate scule deuarece pentru un CNC se poate folosi un tip de piesa pentru multe acțiuni.

Reducerea timpului pentru calificarea și pregatirea operatorilor

Un operator pe mașina-unealt cu control numeric nu controlează mișcăriile si operațiile în sine ale acesteia, el pregatește si încarca materialul pentru piesa, descarcă produsul finit din mașina.Salariile oferite operatorilor care lucreaza pe o mașina-unealtă cu comandă sunt mai mici in comparație cu salariile opratorilor calificați in prelucrări prin așchiere care lucrează pe mașinile-unelete clasice.

Creșterea productivitații

Maina CNC poate fi programată sa lucreze și să functioneze in functie de materialul destinat prelucrrii, este programata de exemplu să lucreze piese din lemn cu scule si unelte special pentru prelucrarea lemnului. Un operator calificat pentru prelucrare prin așchiere, care opereaza pe un strung nu se poate adapta la fel de ușor la schimbarea regimului de lucru, trecerea de la un tip de material la altul așa cum o mașina CNC o poate face. O mașina-unealtă cu comandă numerică poate functiona mai multe schimburi la rand pe zi fară să se oprească neaducând vreun fel de limitare a productiei cu exceptia uzurii mașinii: matrial și uzura sculei(laser, freza).

Datorită faptului că tehnologiile de construcție a programelor software si a computerelor au fost dezvoltate foarte mult in ultimul timp, programarea maținilor a devenit mult mai ușoara, de fapt abilitatea mașinii unelte de a prelua informațiile și comenzile transmise de către un software specializat și bine optimizat aduce un avantaj mare prin minimizarea costurilor de exploatare datorită reducerea erorilor de programare

Creșterea Calității

In ceea ce privește precizia unei mașini cu comandă numerică nici un om nu o poate egala, deuarece lucreaza cu unitați de măsura foarte mici, o mașina CNC poate să părăseasca un capăt al planului de lucru si să deplaseze la celălalt capăt si după sa se intoarcă iarași la locul initial fară ca aceasta să aibă o eroare de pozitionare mai mare de micrometri, s-ar putea spune ca precizia acesteia este comparata cu a zecea parte din grosimea firului de par.

Creșterea siguarnței in producție

Deuarece de cele mai multe ori masinile CNC nu necesita dispositive și scule speciale pentru pozitionarea și fixarea materialului în planul de lucru nu este nevoie de intervenția operatorului în timpul prelucrării. Activitațiile principale pe care le execută un operator sau un utiliztor fiind de a proiecta obiectele, pregatirea materialului destinat prelucării, de a realiza corecții dacă este cazul si de a o supraveghea pentru a interveni dacă intervin urgente.

Dezavantaje

Investii mari

Pretul unei mașini CNC poate ajunge si pana la 500.000 USD de dimensiuni mari, acest fel de mașina este capabia sa lucreze și trei schimburi pe zi, multe firme nu iși permit asemenea investiții.

Mașinile trebuie programate

Programatorii care pot lucra pe astefl de mașini sunt persoane bine pregatite, iar cele mai bune dintre ele sunt greu de găsit iar aceștia cer salarii mari, aceasta problemă a programării este parțial rezolvat dacă se va achizitiona un software CAM (Computer Assisted Manufacturing), dar, pe langă faptul că acestea sunt scumpe tot va fi nevoie de personal specializat in utilizarea acestora.

Costuri crescute de intretinere

Mașinile CNC în cele mai multe cazuri sunt foarte complexe, pentru a funcționa la parametrii normali ele vor trebui menținute în stare fizică foarte bună, chiar daca controller-ul este un dispozitiv cu fiabilitate mare din diferite motive acesta se poate defecta iar în acest caz mașina va trebui reparată foarte repede deuarece aceasta inlocuiește toată munca operatorului uman si producția va sta în loc.

Capitolul 3.

Mașina CNC cu laser

Mașina unealtă de comandă numerică și control cu laser este o tehnologie care utilizează laserul pentru a tăia materiale folosite de fabrici în industrii, dar a început să fie folosit și în școli, mici interprinderi dar și de pasionații de această tehnologie. Tăierea cu laser funcționează prin focalizarea luminii a unui laser de o putere relativ mare de cele mai multe ori prin intermediul lentilelor optice. Laserul împreună cu ansamblul uneltei sunt menite a conlucra împreună pentru a emite fascicolul luminous pentru tăierea materialului urmând codul numit “cod G” a unui desen, schița, schemă etc. transmis mașinii unelte prin sistemul de control. Fascicolul luminos al laserului focalizat pe material topește, arde sau taie suprafața materialului lăsând o suprafață de o calitate și o precizie foarte bune sau margini tăiate de asemena precise.

Procesul începe cu așezarea uni plăci de material pe suparafața plană destinată areiei de lucru a laserului. Următoarea acțiune este de a încarcă fișierul care a fost prelucrat într-un program de editat imagini în programul software care controlează poziția mașini iar iar laserul pornește automat. După aceasta procesul de tăiere sau gravare începe, după terminare materialul este scos din mașină și gata de colectat.

Mașina  de comandă numerică și control cu laser este  o unealtă de o bună precizie asociată la o comandă numerică de calitate medie  care din punct de vedere constructiv la prima vedere seamănă  cu un pătrat deasupra căruia este montată cea de a două axa și anume axa Y care este perpendiculară cu axa X, acest aspect reiese din faptul că mașînă are roul de a lucra pe o suprafață bidimensională, această formă este dată de către cele două axe ale mașinii X și Y, în cazul de față acestea fiind construite din profile de aluminiu. Pentru fixare profilelor și sisemelor de prindere cu curea  a motoarelor pas cu pas de cele două axe cât și montarea laserului de motorul pentru axa Y am folosit placă de plexigals transparență de o grosime de 3 milimetrii.

3.1 Caracteristici generale

Utilizarea laserului, tăierea cu laserul este în zilele noastre una dintre cele mai răspândite metode de fabricare și prelucarae a materialelor. Se găsește în fiecare casă, în aeronautică, industria auto, electronică cât și în sectorul medical, este clar că acesta oferă o gamă foarte largă de folosință. Procesul de tăiere este considerabil diferit  de modul în care acesta se făcea în trecut oferind un nivel foarte mare de calitate, precizie și fiabilitate utilizatorilor săi.

Una dintre cele mai întâlnite aplicații ale tăierii cu laser este întâlnită în prelucrarea și tăierea metalului. Acest proces poate fi folosit pe o gamă foarte largă de diferite metale.

Fig. 3.1

Așa cum am exemplificat mai sus gama de folosință a tehnologiei utlizând laserul este foarte largă, deuarece unealta pe care am construit-o este de o calitate medie și piesele nu sunt de o performanță foarte mare, acesta nu poate exercita toate acțiunile exemplificate mai sus și anume de a grava sau tăia material din fier sau sticlă, însă aceasta se poate rezuma și poate lucra foarte precis pe material organic, principalul scop fiind de a grava în lemn, poate tăia materiale organice cu o grosime de până la 2,5 cm, materialele prelucrabile și care pot fi tăiate de unealtă sunt placate de lemn, carton, hârtie, plastic, piele. Lemnul fiind cel mai des folosit și cel mai potrivit pentru un astfel de proiect

3.2 Cracteristici Hardware

3.2.1 Construcția

În cele ce urmează voi prezenta și detalia caracteristicile tehnice ale mașinii CNC concepute și construite de mine. Mașină cu comandă numerică și control  are dimensiuni mici și greutatea de asemenea este mică. Înălțimea acestuia este de 18cm, lățimea este de 46 cm, iar lungimea este de 60 de cm. Greutatea acesteia cântărește in jur de 4 kilograme, axele și structura fiind construite din profile de aluminiu și Plexiglas.

Conștient fiind de faptul că mașina pentru a realiza lucru precis și calitativ va trebui să aleg componente foarte solide , acestea să poată fi foarte bine fixate,  de aceea am căutat să folosesc piese foarte rigide astfel încât la final această să fie rigidă și puternică pentru a putea rezistă la mișcările bruște de viteză și direcție.

fig. 3.2.1.1

Figure 3.2.1.2

Pentru construirea design-ului mașinii CNC am folosit un system de două axe pentru pozitionara și manipularea sculei de prelucrare(laser). Scopul principal pe care mi l-am propus a fost acela de a construi o mașînă unealtă de costuri mici dar în același timp să pot realiza lucrări de calitate și precizie foarte bune, capabilă să poziționeze și să manevreze laserul pe două axe realizând o mișcare plană acționând asupra laserului modificând intensitatea acestuia în intervalul de intensitate de care acesta este capabil. Gândul  cel mai predominant în tot procesul de construire a fost de a avea costuri cât mai mici. Părțile pe care le-am ales in construirea mașinii nu sunt cele mai ieftine de pe piață deuarece a trebuit să țin cont de scopul pe care mi l-am propus , acela de a avea un produs final nu numai ieftin, dar și unul precis și calitativ de aceea a trebuit să fac un compromis între aceste două dorințe. Din motive de comoditate și de a reduce costul am ales să fac ghidajele folosind placă de plexiglas tăiate cu pânză de bomfaier și găurite cu bormașina.

3.2.2 Laserul

O dioda laser este acel laser în care mediul activ este un semiconductor asemănător cu cel găsit într-un led. Cel mai întâlnit și practic tip de dioda laser este cel format din joncțiune p-n alimentată de current electric.

Laserul pe care am decis să îl folosesc în acest proiect este un laser de o lungime de undă de undă de 450 de NM, adică este de culoare albastră. Un laser este un fascicol de lumina unde razele acestei lumini sunt doar dintr-o singură lungime de undă. Intensitatea fascicolului unui laser este de multe ori mai mare decât intensitatea unui led obișnuit.Laserul  albastru are lungimea de undă mai scurtă decât cele mai obișnuite și folosite lasere. Cu cât mai albastru apare la vedere rază luminoasă a laserului, cu atât lungimea de undă este mai scurtă. Laserul poate fi produs folosind diferite gaze, indiu, galiu sau laser diode toate acestea produc laserul albastru. Laserele albastre au o capacitate mai mare de stocare și sunt folosite într-o mare gamă de aplicații în telecomnicații, stocarea datelor și în tehnologia printării

Figure 3.2.2.1

Atomii si lumina

Lumina este una dintre formele de radiație electromagntica emisă atuci când unii electroni care orbitează în jurul nucleului cedează energia lor sub forma fotonilor. Atomii trebuie să fie “excitați”, adică va trebui să își modifice starea inițială de echilibru din punct de vedere energetic, acest fenomen presupune saltul unor electroni pe orbite superioare acest lucru intâmplânduse atunci când o substanță este încălzita, adică primește energie sub formă de căldură, când este străbătută de câmp electric sau când este bombardată cu curent de electroni liberi.

Emisia spontană și stimulată

Lumina, o formă de radiație electromagnetică emisă atunci când unii dintre electronii care orbitează in jurul nucleului cedează o parte din energia lor sub forma fotonilor. Electronii se pot afla, conform modelelor atomice cuantică, în anumite zone distincte localizate in jurul nucleului și emit energie (fotoni) atunci când părăsesc o zonă (orbită) exterioară, de energie mai mare, revenind astfel la poziția naturală, de energie foarte mică, pe orbită inferioară. În prealabil, atomii trebuie sa fie "excitați", adică va trebui să își modifice starea de echilibru din punct de vedere energetic, fenomen care inseamnă saltul unor electroni pe orbite superioare și care se întâmplă atunci când substanța este încălzită (primește energie în formă de căldură), când este străbătută de un câmp electric sau când este bombardată cu un curent de electroni liberi.

Emisia de radiație poate fi: spontană și stimulată.

Spontană, adică radiația are loc fără cauze din mediul extern. Electronii cae sunt excitați din banda de conducție cad, fără a avea nici un stimulent extern, în banda de valența, producând radiație spontană.

Figure 3.2.2.2

Proprietățile radiației spontane:

1. Saltul electronilor între nivele energetice ale benzii de conducție și benzii de valență va determina producerea radiației, aceasts explică lățimea spectrală atât de mare a acestor surse.

2. Deoarece fotonii sunt radiați pe direcții aleatoare, puțini dintre ei participă la crearea luminii pe direcția dorită.

Aceasta înseamnă că conversia curent-lumină are loc cu eficiență mică.

3. Fotonii care contribuie la putere, nu se mișcă doar într-o singură direcție. De aceea, ei se propagă în interiorul unui con, conducâand la o împrăștiere spațială a radiației.

4. Tranziția electronilor (deci, emisia fotonilor) are loc la momente arbitrare de timp, deci fotonii sunt creați independent unul de cealălalt. Asadar, nu există nicio corelare de fază între fotoni, motiv pentru care radiația este numită necoerentă.

Atunci cînd un foton lovește un electron excitat, are loc un alt proces:

interacțiunea dintre ei include o tranziție și radiație de nou foton. În acest caz, emisia indusă este stimulată de foton. Prin urmare, această radiație este așa numită stimulată.

Radiația stimulată (laser) are următoarele proprietăți:

a. Radiația laser este monocromatică. Un foton extern forțează emisia unui foton cu energie similară (Ep ). Înseamnă că, fotonul extern stimulează radiația cu aceeași lungime de undă ca a lui.

Această proprietate face ca lățimea spectrală a luminii radiate să fie mai îngustă decât lărgimea naturală, apropiindu-se de cazul ideal al unei radiații perfect monocromatice.

Această proprietate se datorează cavității rezonante care selectează dintre fotonii incidenți numai pe aceia care au aceeași frecvență (oscilația laser apare numai la frecvențele de rezonanță ale cavității optice).

Factorul de calitate al laserului este exprimat ca raportul între frecvența ν0 corespunzătoare

maximului intensității liniei laser și lărgimea ΔνL a liniei laser:

Figure 3.2.2.4 Lățimea spectrală a radiației laser comparativ cu lărgimea naturală

În cazul unui laser care oscilează pe multe moduri, monocromaticitatea este legată de numărul de moduri . De exemplu, un laser cu He-Ne domeniul de frecvență pentru care emisia stimulată este posibilă este determinat de lărgimea Doppler a liniei de emisie

(). Dacă lungimea cavității de rezonanță unidimensionale L = 0,5 m atunci modurile de oscilație sunt separate printr-un interval de frecvență Δ = 300 MHz , determinat de condiția ca în cavitate să se formeze unde staționare

(⇒, deoarece )

Rezultă în banda de frecvențe în care poate funcționa laserul există Δ D /Δ =1500/300 = 5 moduri proprii de oscilație

b. Pentru că toți fotonii se propagă în aceeași direcție, toți vor contribui la puterea
luminoasă. Deci, eficiența conversiei curent-lumină este mare și, drept efect, și puterea de ieșire va fi mare.

c. Fotonii stimulați se propagă în aceeași direcție cu fotonii de care au fost stimulați. Prin urmare, lumina stimulată va fi direcționată foarte bine.

Figure 3.2.2.5 Radiația laser este bine direcționată

Direcționalitatea: proprietatea radiației laserului de a se propaga sub forma unor unde foarte apropiate de undele plane. Această proprietate este datorită cavității de rezonanță care selectează doar undele care se propagă paralel cu axa cavității. Există o împrăștiere unghiulară a fasciculului laser (unghiul de împrăștiere de 10-3 -10-4 radiani) determinată de difracția care are loc la marginile oglinzilor cavității de rezonanță. Laserul emite radiație într-un unghi solid de 10-6 -10-8 steradiani (unghiul de împrăștiere este direct proporțional cu pătratul unghiului de împrăștiere). Fasciculul emis de laser poate să fie focalizat într-un punct al cărui diametru minim impus de limita de difracție este egal cu lungimea de undă a radiației. Ordinul de mărime al unghiului de împrăștiere este determinat de lungimea de undă a radiației și de diametrul aperturii

Figure 3.2.2.6 Unghiul de împrăștiere este determinat de lungimea de undă a radiației și de diametrul aperturii

d. Coerența.

Radiația emisă fiind în fază cu radiația stimulatoare, formează un fascicul coerent.

Considerăm un sistem atomic care are două nivele energetice Em, En (En >Em), în echilibru cu o radiație exterioară având frecvența egală cu frecvența corespunzătoare tranziției dintre cele două nivele de energie și densitatea de energie spectrală volumică

Dacă un atom se află în starea energetică inferioară , atunci poate absorbi energie de la câmpul exterior, trecând în starea energetică superioară , cu o probabilitate pe unitatea de timp dată de relația:
, unde coeficientul de absorbție al lui Einstein B n m depinde numai de proprietățile celor două stări.

Numărul de tranziții în unitatea de timp de pe nivelul m pe nivelul n , prin absorbție de energie radiantă, este proporțional cu probabilitatea de tranziție în unitatea de timp și cu numărul de atomi Nm de pe nivelul inițial:

.

Intensitatea (puterea) radiației absorbite de cei N m atomi aflați în unitatea de volum este:

Iabs=BmnwNmh

Dacă atomul se află în starea energetică superioară En , atunci el poate trece în starea energetică inferioară Em prin emisie de radiație, în două moduri: în mod spontan (fără nicio cauză exterioară) în 10 -7 – 10-8 s, cu o probabilitate în unitatea de timp:
unde Anm este coeficientul de emisie spontană al lui Einstein și în mod stimulat, datorită acțiunii unui foton cu frecvența ν nm introdus ori existent în mediul cuantic, cu o probabilitate în unitatea de timp:

Se demonstrează că între coeficienții Einstein Bmn și Bnm există:
gm Bmn=gn Bnm

Unde gm și gn reprezintă ponderile statistice care caracterizează stările energetice Em și En, fiind o măsură a degenerescenței acestora. Dacă cele două nivele energetice nu prezintă degenerare, atunci Bmn= Bnm.

Numărul de tranziții în unitatea de timp de pe nivelul n pe nivelul m este:

unde Nn este numărul de atomi de pe nivelul n.

Intensitatea (puterea) radiației emise de cei Nn atomi aflați în unitatea de volum este:
unde: și

Evoluția în timp a populațiilor celor două nivele energetice este descrisă de relațiile:
sau:

În starea de echilibru termodinamic între radiație și materie, populațiile celor două nivele trebuie să fie constant ( dNn/dt=0, dNm/dt=0).
sau: (*)

În statistica Maxwell-Boltzmann cu degenerescență, repartiția la echilibru termodinamic este determinată de relația: unde: N este numărul total de atomi, gi reprezintă degenerarea nivelului Ei , iar este funcția de partiție (suma statistică). Din (*), rezultă: (**). Egalând expresiile (*) cu (**), se obține:

(20)

Din formula lui Rayleigh-Jeans când

Figure 3.2.2.7 Reparatia obisnuita a particulelor unui corp la echilibru termodinamic, caracterizat printr-o temperature T>0

In funcție de diferențele de energie dintre orbite, cu valori care depind de substantele utilizate variaza lungimea de undă a radiației electromagnetice emise de atomi. De la înrosirea rezistentei unui reșou , ecranele televizoarelor , lampile fluorescente până la becurile cu incandescentă, aceste fenomene au la baza saltul energetic al electronilor, acest proces fiind insotit de eliberarea de fotoni cu o anumita lungime de undă.

Figure 3.2.2.8

Lumina laserului este monocromatică si coerentă. Lumina albă fiind de fapt un amestec de unde cu diferite lungimi de unda specifice culorilor fundamentale ce formeaza spectrul vizibil. Monocromticitatea și coerența luminii laserului sunt caracteristici care fac astfel de dispozitive ideale pentru inregistrarea informatiilor pe medii opotice cum ar fi CD-urile, dar și cu scopul folosirii ca sursa de lumina pentru comunicații de date prin mediu de fibra opica

3.2.3 Cum funcționeaza laserul.

În componenta unui laser sunt în mod uzual două oglinzi, un mediu activ și un dispozitiv care realizează pompajul energetic al mediului activ. Mediul activ poate fi solid  ( un cristal sau rubin) sau gazos(amestec de heliu cu neon), sau din material semiconductor. Un laser cu cristal de rubin este alcătuit dintr-un cristal cilindric de rubin, două oglinzi care sunt amplasate paralel argintate sau aurite, și un tub de descărcare în formă de spirală umplut cu gaz nobil conectat la un condensator de mare capacitate.

Figure 3.2.3.1

Un laser dioda este alcatuit din doua semiconductoare montate unul deasupra celuilalt. Deasupra este arseniura de galiu, un compus care a fost creat pentru a avea goluri pentru a fi umplute cu electroni. Semiconductoarele care accepta electroni sunt unite ca și semiconductoare de tip P. Dedesubt este semiconductorul de arseniura de galiu si seleniu aceasta însemnă că va avea electroni in plus pe care va trebui sa ii cedeze. Materialul care are mai muti electroni va fi numit ca semiconductor de tip N. Când cele doua tipuri de semiconductoare N si P sunt puse unul peste celalalt creaza cee ce numim jonctiunea P-N acolo unde aceste doua semiconductoare se unesc. Cand un current trece prin semiconductoare atât electronii incărcați negativ cât și goluile încărcate pozitiv incep sa străbata junctiunea P-N, electronii semiconductorului de tip N si golurile semiconductorului de tip P se îmbina, deuarece golurile sunt la un nivel de energie mai scazut decât electronii, electronii trebuie să cedeze o parte din energie pentru a se imbina cu golul, acest lucru se intamplă eliberând un foton de lumină. Suprafata superioară cat si cea inferioară a jonctiuunii sunt acoperite cu oglinzi pentru a surprinde fotonul.

Figure 3.2.3.2

Fotonul se lovește de cele două oglinzi în interiorul joncțiunii, acest foton se combină cu electroni eliberând astfel alți fotoni. Fotonii eliberați sunt de aceeași faza,  polarizare și merg în aceeași direcție cu fotonul original.  Fotonii vor continuă să crească în număr până când juncțiunea P-N va fi umplută cu lumina laserului

3.2.4 Motoarele

Pentru partea însărcinată cu acționarea mașinii de comandă numerică am ales să folosesc mototrul pas cu pas. Prin termenul de acționare electrciă mă refer la unul sau mai multe motoare electrice ce urmăresc un semnal de comandă, (acest semnal este o tensiune electrică sau un current electric) pe care îl transformă într-un semnal mecanic, deplasare linara pentru a obține randament energetic.

Figure 3.2.4.1

Motorul pas cu pas este un convertor electromecanic car realizează transformarea unui tren de impulsuri digitale într-o mișcare proporțională a axului său. Mișcarea rotorului unui motor pas cu pas constă din deplasări unghiulare discrete, successive, de mărimi egale și care reprezintă pașii motorului.

În cazul une funcționări corecte, număul acestor pași efectuați trebuie să coincidă cu numărul impulsurilor de comandă aplicate fazelor motorului. Deplasarea unghiulară totală, constituită dintr-un număr de pași egal cu numărul impulsurilor de comandă aplicat pe fazele motorului, determină poziția finală a rotorului.

Mototrul pas cu pas mai prezintă proprietatea de a putea intra în sincronism față de impulsurile de comandă chiar din stare de repaus, funcționând fără să alunece, frânarea efectuânduse, de asemenea, fără ieșirea din sincronism. Datorită acestui fapt se asigură porniri, opriri și reversări bruște fără pierderi de pași în tot domeniul de lucru. Sub o altă definiție, mult mai simplă, motorul pas cu pas este un dispozitiv electromecanic care convertește impulsurile electrice în mișcări mecanice discrete.

Viteza motorului pas cu pas (MPP) poate sa fi reglată în limite largi pentru modificarea frecvenței impulsurilor de intrare. Astfel, dacă pasul unghiular al motorului este de 1,8°, numărul de impulsuri necesare efectuării unei rotații complete este de 200, iar pentru un semnal de intrare cu frecvența de 400 de impulsuri pe secundă, turația motorului este de 120 de rotații pe minut. Mototrul pas cu pas poate lucra până la frecvențe cuprinse între 1000-2000 pași/secundă, având pași unghiulari cuprinși între 180° și 0,3°.

Un motor pas cu pas este un dispozitiv electromecanic având rolul de a produce mișcări mecanice convertind impulusurile electrice in miscari mecanice discrete. Axul motorului executa o miscare de rotație în pasi incrementali discreti atunci când este aplicată in secventa corectă comandă electrică in pulsuri. Rotatia motorului este foarte strâns legată de caracteristicile acestor impulsuri electrice. Directia de rotatie a motorului fiind astfel direct legată de secvența în care pulsurile electrice sunt aplicate, de asemenea viteza de rotatie este direct dependentă de frecvența impulsurilor iar deplasarea unghiulară este dependentă de numărul pulsurilor electrice aplicate.

Fiecare revoluție a axului motorului este formată dintr-o serie de pași discreți. Un pas al motorului este definit ca fiind rotația unghiulară a axului la aplicarea unui impuls de comandă. Fiecare impuls face ca axul motorului să se rotească cu un număr exact de grade specific fiecărui tip de motor. Un pas unghiular al axului reprezintă rotația axului la fiecare pas și se măsoară în grade , în cazul de față motoarele pe care le-am folosit în construirea mașinii unelte cu comandă numerică au pasul de 1,8 grade, acestea au uratoarele caracteristici:

-model: 42HS34-1304A

-lungime: 34 mm

-diametrul axului: 4,5 mm

-lungimea arborelui frontal: 20 mm

-cuplu static : 2,2 kg.cm

-dimensiune:42mm*42mm*34mm

-pasul unghiului: 1.8°

-curent nominal pe faza: 1,3 A

-clasa de izolare: B

-masa : 0,22 kg

-număr faze : 2

-voltaj : 3,12 V

-număr pini: 6

3.2.5 Avantajele si dezavantajele utilizarii motorului pas cu pas:

Avantaje

-Fiabilitate bună

-Îmbunatatirea preciziei

-Disponibilitate de o mare energie, care poate fi stocata pe un termen lung

-Fluxul de putere electrică, se potriveste cel mai bine la automatizări, ceea ce aduce performanțe foare mari in funcționare

-Compatibilitate cu tehnica de calcul

-Motorul pas cu pas poate fi comandat de la distanța

-Memorează poziția

-Este construit din elemente modularizate si tipizate care care se preteaza miniaturizării

-Randamentul acestor tipuri de motoare/tipuri de actionări, este mult mai are decât la celelalte tipuri motoare..

-Reglarea vitezei mototrului pas cu pas se face intr-un raport foarte mare 10.000:1,performața care este mult superioară celorlalte tipuri de motoare.

-Timpul de raspuns al motoarelor electrice special folosite pentru automatizări sunt superioare celorlalte tipuri de acționari

Dezavantaje

-Încalzirea mototului care intervine din cauza intensitătii destul de mari a curentului care este absorbit, aceasta aducând a modificarea celorlalți parametrii. De aceea comanda motorului trebuie sa fie facută intr-un mod in care sa se evite încalzirea . Acest fenomen al încalzirii apare in mod special in regimurile tranzitorii de funcționare , pornire, oprire.

-Pasul unghiular al motorului are valoare fixa

-Puterea motorului raportată la unitatea de voulm este mult mai mică compârand cu alte tipuri de acționări.

-Capacitate scazută la acțiunea sarcinilor (se utilizează angrenaje).

-Elementul de executie este analogic

-Momentele de inerție generate în regimul de funționare tranzitoriu al motorului sunt mult mai mari la acționările electrice decat la alt tipuri de acționări .

-Randament scazut.

-Cracteristica mecanica moment-turatie este de obicei descrescătoare la motoarele electrice(la motorul pas cu pas aceasta descrește foarte mult)

-Comanda motorului trebuie schimbtă in functie de tipul motorului utilizat

3.2.6 Programarea motorului pas cu pas

Motorul pas cu pas unipolar are 6 pini si 4 bobine(de fapt sunt 2 bobine împărțite prin conexiuni pe fiecare bobină). Aceste conexiuni ale bobinelor sunt legate împreună și utilizate ca conexiune de alimentare. Se numesc unipolare deuarece alimenatrea se face mereu prin unul dintre acesti doi poli.

Figure 3.2.6.1

Ca si multe alte feluri de motoare, motoarele pas cu pas necesită mai multă tensiune decat microcontrolerul poate furniza de aceea am avut nevoie de o sursa de tensiune separat de 12 volți.

Pentru a controla motorul pas cu pas se aplică tensiune fiecărei bobine într-o secvență specifică, iar succesiunea va fi in felul urmator:

Figure 3.2.6.2

Pentru a controlarea motorului unipolar va fi nevoie sa folosim un tranzistor Darlington.

Figure 3.2.6.3

Cel mai usor mod de a inversa polaritatea in bobine la motoarele pas cu pas bipolare este de a folosi o punte H dubla. Driverul L293D dual are două punți H in cip deci acesta va funcționa eficient pentru acest scop.

Figure 3.2.6.4

Odată avand mototrul care se rotește într-o direcție, pentru a se roti in cealaltta direcție nu trebuie facută decât inversarea ordini pașilor.

Pentru cunașterea pozitiei este nevoie sa știm câte grade se rotește in fiecare pas , numărând pașii si înmultinu-i cu numărul gradelor.De exemplu dacă pasul motorului este de 1.8 grade si acesta este rotit 200 de pași atunci aceasta va însemna 1.8 grade înmultit cu 200 aceasta va fi 360 de grade sau o mișcare de revoluție completă.

3.2.7 Programarea microcontrollerului pentru controlarea motorului pas cu pas

Figure 3.2.7.1

3.2.8 Modul de funcționare al mototrului pas cu pas

In continuare voi prezenta modul de funcționare al motorului pas cu pas.

Acesta are legăturile interne în general dup cum se observă in figura de mai jos:

Figure 3.2.8.1

În general firele 1 și 2 sau +V sunt legate la pozitivul sursei de alimentare, iar celelalte fire sunt legate alternativ la negativul sursei pentru a schimba direcția câmpului produs de bobină.

Figure 3.2.8.2

În figură este o secțiune transversală printr-un motor pas cu pas cu magnet permanent sau hibrid (diferența dintre cele două tipuri de motoare nu este relevantă ), a cărui bobine sunt prezentate alăturat. Astfel, bobina 1 este distribuită pe polii de sus și de jos ai statorului, pe când bobina 2 este distribuită pe polii din stânga și din dreapta ai statorului.

După cum se observă în figură, curentul circulă din firul central la terminalul „a” lucru care face ca polul de sus al statorului să devină polul nord, iar cel de jos polul sud. Acest lucru face ca rotorul să fie atras în poziția prezentată. Dacă curentul prin bobina 1 este oprit și bobina 2 este alimentată rotorul va efectua o rotire cu 1.8 grade , adică un pas.

Dacă am dori să rotim motorul continuu se va aplica curentul pe cele două bobine conform secvenței de mai jos (la fel este considerata logica pozitivă, adică 1 înseamnă că bonina este străbătută de un curent, iar 0 înseamnă că bobina nu este):

Bobina 1a 1000100010001000100010001

Bobina 1b 0010001000100010001000100

Bobina 2a 0100010001000100010001000

Bobina 2b 0001000100010001000100010

timp –>

Bobina 1a 1100110011001100110011001

Bobina 1b 0011001100110011001100110

Bobina 2a 0110011001100110011001100

Bobina 2b 1001100110011001100110011

timp –>

Este foarte important de stiut, cele două jumătăți ale aceleiași bobine nu sunt alimentate în același timp. În prima secvență , se observă că bobinele sunt alimentate pe rând, deci consumul va fi mai mic. În cea de-a doua secvență bobinele sunt alimentate în același timp și are ca rezultat creșterea momentului produs de motor de 1,4 ori față de modul de alimentare din prima secvență, dar cu un consum mult mai mare.

Prin combinarea celor două secvențe se obține modul de pășire jumătate de pas.

Bobina 1a 11000001110000011100000111

Bobina 1b 00011100000111000001110000

Bobina 2a 01110000011100000111000001

Bobina 2b 00000111000001110000011100

timp –>

Motorul pas cu pas cu magnet permanent are dinții rotorului constituiți din magneți permanenți, cu polii dispuși radial. Când se alimentează fazele statorului se generază câmpuri magnentice, care interacționează cu fluxurile magneților permanenți, astfel, se creează cupluri de forțe, ce deplasează rotorul.

Figure 3.2.8.3

Circuitul de putere

Indiferent de principiul de funcționare al motorului pas cu pas comanda se realizează utilizând comutarea succesiva a fazelor infașurărilor

Tipurile de comenzi posibile pentru un motor pas cu pas cu reluctanța variabila sunt:

Comada simetrica simplă/ cu putere pe jumatate

Comandă simetrică duble/ putere intreagă

Comandă nesimetrică sau cu jumatate de unghi de pas

Capitolul 4

Programarea și controlarea mașinii CNC

Pentru controlarea și programarea mașinii unelte folosesc un software specializat numit Laser GRBL având rolul de a converti fișierele încarcate într-un cod specific pe care mașina unelta îl poate interpreta si executa.

Deci cum este făcuta mașina să se deplaseze și să se obtina un efect ?! Acest lucru este făcut prin rularea unui program. Un program CNC este încărcat în computerul de control, prin intermediul unui software comunicâtnd cu utlizatorul printr-o o interfață grafică, in cazul de față eu folosesc laser GRBL, care apoi este executat determinând mașina să efectueze mișcările programate.

Numele limbajului de programare al mașinii cnc se numșete G-code mașina unealta CNC poate ințelege și converti instrucțiunile din seturile de coduri-G in mișcări reale și fizice. Computerul de control citește codul linie cu linie si comandă mașina pentru a executa mișcările.

Limbajul de programare pe care mașina cnc îl poate interpreta este format din seturi de coduri numite coduri-G, fiecare instrucțiune din codul transmis are o functie anume; de exemplu de a comanda mașina sa porneasca dintr-un punct și să se oprească intr-altul.

Următoarea secvetnță este un exemplu de cod-G:

G17 G20 G90 G94 G54
G0 Z0.25
X-0.5 Y0.
Z0.1
G01 Z0. F5.
G02 X0. Y0.5 I0.5 J0. F2.5
X0.5 Y0. I0. J-0.5
X0. Y-0.5 I-0.5 J0.
X-0.5 Y0. I0. J0.5
G01 Z0.1 F5.
G00 X0. Y0. Z0.25

Acest program simplu va desena un cerc cu diametru de 1 cm cu pornire de la origine.

Programul G – Code poate fi scris manual într – un fișier care este apoi executat, sau introduse în linie și executate în timp real prin intrarea MDI al computerului de control. Aceste metode sunt utile dacă trebuie făcute operații foarte simple.

Este mult mai obișnuit și mult mai ușor să se folosească un program software CAM pentru a genera codul G. CAM software-ul importă un model 2D sau 3D și generează un fișier G-Code pentru a tăia sau grava .Există, de asemenea, un tip mai simplu de software CAM de exemplu printre multele optiuni care exista este Wizards care va genera G-Code pentru operațiuni comune cum ar fi tăierea unui materilal circular sau găurirea unui material . Aceste programe sunt foarte simple si usor de utilizat, de aceea am considerat ca este mult mai bine să folosesc un program de genul acesta care se numeste laser grbl.

Despre Laser GRBL

GRBL este un firmware pentru plăcile arduino (uno, nano, Duemillanove) care controlează motoarele pas cu pas și axele / laserele. GRBL utilizează codul gcode ca semnale de intrare și ieșire prin intermediul Arduino.

Laser GRBL este un program software de o precizie bună, open surce, controlând mișcarea mai multor tipuri de mașini care au rolul de a crea/face obiecte si acesta poate rula pe Arduino.

Laser GRBL este un software foarte prietenos cu utlizatorul din punctul de vedere al aspectului si interfeței, foarte usor de folosit si o variantă economică, deuarece acesta este gratuit, interpretează si converteste codul G pentru placa Arduino cu scopul controlării motoarelor pas cu pas. Nu există foarte multă informație in ceea ce privește instruirea utilizatorului pentru utilizarea programului.

Așa cum constructorul acestui software spune ca programul a fost creat in așa fel încât să fie cat mai simplu de utlizat pot confirma acest lucru. Laser GRBL este de fapt o extensie al programului GRBL care acesta fiind construit pentru a funcționa pe mașina unealta pe doua axe. GRBL este de asemenea destinat si controlării mașinilor cu 3 axe, nu este cel mai complet program, dar este o unealta foarte buna și folositoare pentru cineva care construiește o mașina cu doua sau trei axe.

Figure 4.1.2

Grbl funcționează în primul rând prin portul serial Arduino și are nevoie de un flux constant de comenzi de coduri-g trimise prin intermediul unui computer sau prin alte mijloace. Grbl acceptă și procesează blocuri de coduri unice, urmate de un retur de transport ignorand comentariile codului g-code și blocarea caracterelor de ștergere.

Acesta întoarce un mesaj "ok" sau "error: X" când a procesat blocul și este gata pentru mai multe informații. Un script de scris in limbajul de programare ruby simplu pentru furnizare de coduri de tip g este furnizat în baza de cod pentru referință.

Scripturile Python funcționează, de asemenea, foarte bine pentru furnizarea codului-grbl, dar în cele din urmă modul de utilizare depinde de utilizator.

Pentru a obține o idee despre modul în care grbl funcționează intern, există în mod esențial două programe care rulează concurent pe grbl. Programul principal citește portul serial pentru comenzile de coduri g, le analizează, apoi le transmite unui planificator de accelerare și, în final, plasează evenimentul într-un buffer de apel (maximum 5 blocuri pentru 168 și 16 blocuri pentru Arduino de 328p). Celălalt program este întrerupt și funcționează în fundal. Controlează motoarele pas cu pas și trimite impulsuri de pas și biți direcți către pinii conducătorului pas cu pas, se procesează secvențial evenimentele bufferului inel, in stilul FIFO, până când acesta este gol.

În cea mai mare parte, programul principal va accepta continuu noi blocuri de coduri de bare cât mai repede posibil, deoarece poate fi prelucrat atâta timp cât există spațiu în buffer. Dacă bufferul este plin, grbl nu va trimite un răspuns până când programul a terminat un eveniment și l-a eliminat din buffer. Pentru reîcarcarea unui nou program, interfața cu utilizatorul trebuie să afiseze mereu un răspuns "ok" sau "eroare" de la grbl înainte de a trimite un nou bloc de cod g. De asemenea, fluxul de date ar trebui să fie constant și neîntrerupt pentru a minimiza șansa de a lasa masina unealta fara date,( golirea bufferului), ceea ce va cauza intreruperi neintenționate în mișcările CNC-ului.

În ceea ce privește interfețele externe, există numai miscări limită XYZ. Alte funcții, cum ar fi pauză / oprire, reduceri de viteză variabilă pentru verificare, cicluri de găzduire, vizualizare în timp real sau interfață manuală sunt disponibile si functionale si mereu sunt în curs de dezvoltare si îmbunatatire. Trebuie remarcat faptul că unele dintre aceste caracteristici sunt lăsate de utilizator să decidă să adauge, în principal pentru a rămâne cu viziunea de simplitate și portabilitate. Ciclurile conservate și compensările razei de lucru a sculei nu sunt suportate, dar acestea pot fi gestionate de un proprocesor extern care încă nu a fost scris. De asemenea, în prezent nu există nici un protocol în interogarea sau difuzarea stării curente a grbl, ca în mărimea bufferului de apel, distanța pentru a merge pe blocul curent și poziția curentă.

Pentru toate lucrurile reale pe care grbl le poate face, mai sunt încă niște bug-uri care sunt in curs de eliminare. Arcurile G02 / 03 nu sunt suportate de planificatorul de accelerare și forțează intenționat bufferul, provocând bruscări în mișcare scurtă atunci când programul principal trebuie să proceseze un nou bloc de cod g pentru a umple bufferul și accelerațiile ciudate care intră și ies. Cu toate acestea, au existat multe dezvoltări aici pentru a rezolva această problemă recent și ar trebui eliminate imediat. Același lucru se poate spune despre planificatorul de accelerare în termeni de îmbunătățire a vitezei și robusteții.

Indiferent de problemele sale minore, grbl are o mulțime de potențial și creează o introducere minunată și economică într-o mare audiență potențială a producătorilor și a clienților în lumea CNC. Chiar și atunci, posibilitățile pentru alte aplicații, cum ar fi extinderea la mașini cu 6 axe sau robotică, sunt foarte interesante. Oricum, pentru aproximativ 95% din lucrurile pe care orice utilizator de acasă ar dori să o facă cu grbl, va funcționa foarte bine.

O listă a comenzilor g-code suportate în prezent și comenzile neacceptate de la grbl gcode.

G0, G1 – Căutarea și mișcarea liniară cu planificarea accelerației

G2, G3 – CW și CCW cu nici o planificare a accelerației

G4 – Dwell (Până la 6 secunde, deocamdată)

G17, G18, G19 – Selectează planul

Modul G20, G21 – permite și dezactivează modul

G53, G90, G91 – Suprascrierea, activarea și dezactivarea modului absolut

G80 – Anularea modului de mișcare

G92 – Coordonare offset

G93, G94 – Activare și dezactivare modul de alimentare inversă

M3, M4 – direcția axului

(TBD) M0, M1, M2, M30, M60 – Pauză de program și finalizată

(TBD) M5 – Viteza axului

(TBD) G28, G30 – Intoarcere in punctul home

G38.3, G38.4, G38.5

G40: Modurile de compensare pentru razele de tăiere

G61: Moduri de control al căii

G91.1: Modurile control distanță Arc IJK

G43.1, G49: Offseturi dinamice ale lungimii uneltelor

G10 L2, G10 L20: Setarea compensarilor coordonatelor de lucru

G20, G21: Unități

G28.1, G30.1: Setare poziție predefinită

G54, G55, G56, G57, G58, G59: Sisteme de coordonate de lucru

G92.1: Dezactivarea sistemelor de coordonate clare

M0, M2, M30: Pauză și sfârșit de program

M3, M4, M5: controlul arborelui

M8, M9: Controlul lichidului de răcire in cazul in care masina unealta foloseste tub de laser cu CO2h

Grbl este pregătit pentru o producție ușoară. Poate fi folosit pentru frezarea/gravare executându-l de pe laptopurile noastre folosind interfețe grafice utile utilizatorilor sau cu un simplu script de consolă (inclus) pentru a transmite în flux codul G. Acesta este scris în C optimizat, utilizând toate caracteristicile inteligente ale chip-urilor Atmega328p de la Arduino pentru a realiza o funcționare precisă și o funcționare asincronă. Este capabil să mențină o rată de pas mai mare de 30kHz și oferă un flux curat de impulsuri de control.

Modul de functionare laser grbl.

Principala diferență dintre funcționarea implicită Grbl și modul laser este modul de controlare a miscrărilor arborelui / ieșirea cu laser implicate. De fiecare dată când o stare a arborelui M3 M4 M5 sau o viteză a axului Sxxx este modificată, Grbl se va opri, va permite schimbarea arborelui și apoi va continua. Aceasta este procedura normală de operare pentru un ax al mașinii de frezat. Are nevoie de timp pentru a schimba viteza. Cu toate acestea, dacă un laser pornește și se oprește astfel pentru fiecare schimbare a axului, acest lucru duce la tăierea și gravarea necorespunzătoare! Modul laser nou al lui Grbl împiedică oprirea inutilă ori de câte ori este posibil și adaugă un nou mod de funcționare dinamică a laserului care mărește automat puterea pe baza vitezei actuale asociate ratei programate. Deci, se pot obține rezultate super-clare și clare, chiar și pe o mașină cu accelerație redusă!

Desi programul GRBL este creat pentru masinile unelte cu 3 axe acesta se poate folosi foarte simplu si pentru un cnc cu laser in doua axe activarea si dezactivarea modului laser al lui Grbl se face foarte ușor. Doar prin modificarea setarii $ 32 Grbl.

Pentru activare se trimite comanda: $32=1.

Pentru dezactivare se trimite comanda: $32=0.

Grbl controlează puterea laserului prin modificarea tensiunii 0-5V de la pinul PWM D11 . 0V este considerat ca fiind dezactivat, în timp ce 5V este tensiunea maxima. Tensiunile de ieșire intermediare sunt, de asemenea, presupuse a fi liniare cu puterea laser, astfel încât 2.5V este aproximativ 50% putere laser. În mod prestabilit, frecvența PWM a arborelui este de 1kHz, care este frecvența PWM recomandată pentru majoritatea sistemelor de lasere compatibile cu Grbl. Dacă este necesară o frecvență diferită, acest lucru poate fi modificat.

Constanta M3 al modului de functionare laser grbl

Modul de funcționare permanentă a laserului ține pur și simplu puterea laserului așa cum este programată, indiferent dacă mașina se mișcă, se accelerează sau se oprește. Acest lucru oferă un control mai bun al stării laserului. Cu un bun program de cod G, acest lucru poate duce la o reducere mai consecventă a materialelor mai dificile.

Pentru o tăiere curată și pentru a împiedica aprinderea cu modul de alimentare constantă M3, este o optiune bună pentru adaugare mișcări și de ieșire în jurul liniei pe care doriți să o tăiați pentru a da spațiu pentru accelerație și decelerare mașinii.

M3 poate fi folosit pentru a menține laserul focalizat.

Constanta M4 modul dynamic

Acest modul de alimentare cu laser va ajusta automat puterea laserului pe baza vitezei actuale în raport cu rata programată. Se asigură, în esență, că energia laserului de-a lungul tăierii este consistentă, chiar dacă mașina poate fi oprită sau accelerată activ. Acest lucru este foarte util pentru gravarea curată și precisă și tăierea materialelor simple pe o gamă largă de metode de generare a codurilor GC prin intermediul programelor CAM. În general, va funcționa mai repede.

Grbl calculează puterea laserului pe baza ipotezei că puterea laserului este liniară cu viteza și materialul. Adesea, acest lucru nu este cazul. Laserele pot tăia diferit la diferite niveluri de putere și unele materiale pot să nu se taie bine la o anumită viteză și / sau putere. Pe scurt, acest lucru înseamnă că modul de alimentare dinamic poate să nu funcționeze pentru toate situațiile. De aceea este nevoie intotdeauna de a face o testare pe materialul pe care se va grava sau va fi taiat.

Atunci când nu este în mișcare, modul dinamic M4 va opri laserul.Laserul se va activa numai când mașina se afla in miscare. În general, acest lucru face ca laserul să funcționeze mai sigur, deoarece, spre deosebire de M3, nu va arde niciodată o gaură prin masă, dacă se va efectua o alta operatie gresita, cum ar fi sa uitați să dezactivați M3 în timp.

Mai jos sunt descrise modificările operaționale la programului laser Grbl.

Grbl se va mișca continuu prin comenzi de mișcare consecutive când este programat cu o nouă viteză a arborelui S (puterea laserului). Axul PWM al arborelui va fi actualizat instantaneu prin fiecare mișcare fără oprire.

Exemplu: Următorul set de comenzi pentru codul g-code nu va întrerupe între fiecare dintre ele atunci când este folosit modul laser grbl.

G1 X10 S100 F50

G1 X0 S90

G2 X0 I5 S80

Grbl va impune o oprire în mișcare a modului laser în câteva circumstanțe. Mai întâi, pentru a vă asigura că modificările se mențin în sincronizare cu programul G-code.

Orice schimbare de stare a axului M3, M4, M5.

Numai M3 și nici o mișcare programată: Schimbarea vitezei axului(puterea laserului)

Numai M3 și nici o mișcare programată: o schimbare de stare G1 G2 G3 la starea de dezactivare laser G0 G80.

M4 nu se oprește decât pentru o schimbare de stare a laserului.

Laserul se va activa numai când Grbl se află într-un mod de mișcare G1, G2 sau G3.

Cu alte cuvinte, un mod de mișcare rapidă G0 sau un ciclu de sonde G38.x nu va porni niciodată și va dezactiva întotdeauna laserul, dar va actualiza în continuare starea modală de rulare. Când se schimbă o stare modală G1 G2 G3, Grbl va activa imediat laserul pe baza stării actuale de rulare.

G0 este modul de mișcare implicit la pornire și resetare. Va trebui modificat la G1, G2 sau G3 dacă doriți să porniți manual laserul. Aceasta este strict o măsură de siguranță.

Exemplu: G0 M3 S1000 nu va porni laserul, dar va seta starea modală laser la M3 activată și puterea lui S1000. Următoarea comandă G1 va fi setată imediat la M3 și S1000.

O viteză a axului S0 de zero va opri laserul. Când este programat cu o mișcare laser validă, Grbl va dezactiva laserul instantaneu fără a se opri pe durata acestei mișcări și a mișcărilor viitoare până când nu va fi setat mai mult de zero.

Modul laser M3 constant, aceasta este o modalitate excelentă de a opri puterea laserului în timp ce se deplasează continuu între o mișcare laser G1 și o mișcare rapidă G0 fără a fi nevoie să se oprească.

Utilizarea software-ului

După ce masina unaeltă a fost montata si placa Arduino a fost conectata la calculator printr-un cablu USB-micro usb, conectarea la Grbl este destul de simplă. Conectarea se poate face utlizand IDE Arduino propriu-zis pentru a mă conecta la Grbl. Alte programe de port serial, cum ar fi CoolTerm sau PuTTY, funcționează si acestea foarte bine. Instrucțiunile sunt foarte asemănătoare.

Figure 4.1.2.1

Grbl este compatibil cu toate plăcile arduino bazate pe controler atmega 328, ceea ce inseamnă ca se poate folosi atât arduino uno cât si un arduino nano, dar nu mega,atmega 2560 bazat. Arduino mega este folosit în multe imprimante 3d datorită procesorului său mai puternic, dar datorită sarcinilor relativ ușor ale unei masini cnc cu laser, arduino nano dar si uno este de ajuns.

Pentru a controla motoarele pas cu pas va fi nevoie de un driver. Unele opțiuni populare sunt a4988 și drv8825 dar nu am folosit niciunul dintr-acestea ci am folosit un driver A4988.

Figure 3.1.2.2

Pentru instalarea softului laser grbl va fi nevoie de următoarele două lucruri:

Arduino IDE

Ultima versiune de Laser grbl

Odată conectată masina unealtă la computer ledul de culoare roșie va trebui sa se aprindă.

Figure 3.1.2.3

Dacă ii este permis sistemului de operare Windows (testat la 7 și 10) să utilizeze Windows Update va trebui căutat software-ul driver-ului, ar trebui să recunoască placa ca ceva asemănător unui "USBSERIAL CH340" sau ceva similar și să instaleze automat driverul corect.

Figure 3.1.2.4

Pentru verificarea acestui lucru este necesara deschiderea “device manager” pentru a extinde porturile (COM).Ceea ce este nevoie este o intrare USB-SERIAL CH430 (sau cevasimilar). În exemplul de mai jos, comisia noastră a fost desemnată COM5.

Figure 4.1.2.5

Dacă driverele au fost instalate corect, ar trebui să fie gasit un dispozitiv serial în lista de dispozitive (/dev/tty.wchusbserial). Pentru a verificarea acestui lucru, acesta se gaseste in raportul de sistem -Hardware – USB și pe partea dreaptă sub "USB Device Tree" ar trebui gasit un dispozitiv numit "Dispozitiv specific furnizorului".

Testarea interpretarii codului G

Placa a fost deja afișată cu cea mai recentă versiune, versiunea lui Grbl. Pentru acest test, toate componentele, placa Arduino, Shield, Stepper Driver și motoare pas cu pas toate conectate împreună în mod corespunzător. Dispozitivul Arduino conectat la computer prin intermediul cablului USB, lăsată alimentarea cu curent de 12V deconectată pentru moment.

Pentru rularea programului va fi necoie de nevoie de Java (doar JRE de bază).

Figure 4.1.2.6

Odată ce fisierul cu extensia .jar a fost deschisă trebuie schimbat portul COM potrivit pentru sistemul nostru.

Figure 4.1.2.7

Figure 4.1.2.8

Clic pe butonul "Deschidere" pentru a deschide conexiunea portului serial la placa Arduino.

In urma primirii erorii de mai jos, va trebui să ne asigurăm ca alte conexiuni seriale

(cum ar fi monitorul serial de la Arduino IDE) sunt închise.

Figure 4.1.2.9

Consola ar trebui să afișeze mesajul de pornire Grbl ("Grbl 0.9j ['$' pentru ajutor]")

odată ce conexiunea a fost facuta cu succes.

Figure 4.1.2.10

Următorul pas este conectarea sursa de alimentare de 12V.

Figure 2.1.2.11

Acum motoarele pas cu pas și plăcuțele driver ale motoarelor sunt alimentate corespunzător.Dacă se aude un bâzâit ciudat , sau oricare dintre motoare începe să se miște, rapid alimentarea va trebui deconectată si verificate toate conexiunile.

Folosirea “Machine Control” pentru a impulsinoa motoarele

Interfața de mai jos este destul de intuitivă.Se poate deduce foarte usor ce fac celelalte butoane. Lucrul cel mai important care trebuie facut este asigurarea ca fiecare dintre motoarele pas cu pas se pot misca in ambele sensuri, atat in sens orar cât si contrar acelor de ceasornic.

Figure 4.1.2.12

Acesta are si opțiunea de a insera coduri-G in secțiunea ”command table”

Exemplul 1: dintr-o poziție de lucru de (2,2,0), comanda "G0 X10 Z10" va

efectua o mișcare rapidă, incrementală a stepperilor X și Y într-o Poziție de lucru (12,2,10).

Figure 4.1.2.13

Exemplu 2: dintr-o poziție de lucru de (2,2,0), comanda "G90 G1 X10 Z10

F50 "va efectua o mișcare de interpolare liniară la poziția de lucru la (10,2,10) la o viteză de 50 unități / min.

Figure 4.1.2.14

Universal Gcode Sender poate, de asemenea, să trimită și să reprezinte grafic fișiere CAM complete.

Pentru a încărca un fișier CAM ( un fișier Gcode), se selecteaza fila "File Mode" și faceți clic pe Butonul "Browse". Se selecteaza un fișier gcode (fișierul "test_circle.gcode", care este inclus în dosarul "Test_gcode_files" al fișierului "2.70_start_files.zip" este bun pentru inceput).

Pentru a vedea dacă fișierul a fost interpretat corect, clic pe "Visualize"

care va deschide o fereastră cu o reprezentare grafică a instrumentului

cale definite/facuta de codul Gcode.

Figure 4.1.2.15

Pentru a rula fișierul Gcode, se face clic pe butonul "send", care va începe să ruleze în flux comenzi pentru Arduino și motoare. Este posibil să existe un decalaj mic între ceea ce afișează interfața grafică și ceea ce fac de fapt motoarele (atât în "Machine Status "și fereastra" G-Code Visualizer ").

Figure 4.1.2.16

Există mulți alți expeditori, vizualizatori G-cod compatibili cu Grbl. Pagina de wiki Grbl <https://github.com/grbl/grbl/wiki> (și în special este o resursă excelentă pentru învățare despre diferite setări, configurații etc., care pot fi ajustate pentru a se potrivi cu orice utilizare.

Incarcarea programului in controller.

Primul pas este instalarea software-ului Arduino, eu am folosit versiunea clasica 1.0.6 Arduino IDE

Se verifica ca placa Arduino este recunoscută de software

Dupa care:

Tools –Board-select arduino nano sau arduino uno, depinde de placa folosita în construirea masinii.

Figure 4.1.2.17

Tools – (Serial ) Port – se selecteaza portul potrivit pentru arduino (care se gaseste la sfârșitul secțiunii " Preparing Your Hardware" de mai sus).

Figure 4.1.2.18

De asemenea va trebui sa se faca asigurarea faptului ca placa Arduino este conectată si driverele sunt instalate corect

Localizare foloderului ”grbl” in folderul “Arduino_library_for_reflashing_grbl” folder extras din “2.70_start_files.zip”

Acest folder contine versiunea grbl descarcata de obicei este ultima versiune.

Adaugarea librariei Gbl

(Arduino 1.0.6) Sketch – Add Library – selecteaza folderul ”grbl”.

(Arduino 1.6.7) Sketch – Include Library – Add .ZIP Library – selecteaza folderol !grbl!.

Figure 4.1.2.19

Un mesaj ar trebui sa apară in Arduino IDE spunând ca libraria a fos incarcată cu success

Deschiderea “grblUpload”

File – Examples – grbl – grblUpload

Figure 4.1.2.20

O fereastră Arduino cu schița grblUpload ar trebui să se deschida.

Figure 4.1.2.21

Încarcarea schitei pe placa Arduino.

Undeva jos în drepta ferestrei va aparea ceva de genul “Arduino UNO on COM”

Figure 4.1.2.22

Setările plăcii vor trebui iarasi reconfigurate deuarece va apărea o eroare

” Arduino Duemilanove” din secțiunea ” Preparing Your Hardware”. Dacă identificatorul portului serial nu se potrivește cu ceea ce am găsit voi

reselecta portul corect din sectiunea " Preparing Your Hardware".

Clic pe butonul ”upload” .

Figure 4.1.2.23

Aceasta va necesita mai mult timp, dar nu foarte mult in orice caz nu va dura mai mult de doua minute.

Testarea programului grbl încărcat

Se face clic pe butonul serial monitor pentru a ajusta casetele rulante din ”Newline” si “9600 baud” to “115200 baud”.

Figure 4.1.2.24

După aceasta va trebui să apară un mesaj de genul:” “Grbl 0.9j [‘$’ for help”

Figure 4.1.2.25

In acest moment se pot trimite comenzi la bord utilizând caseta de text și butonul de expediere (sau apasare enter). $,?, și $ $ sunt comenzi bune de test pentru a trimite.

Dacă se pot vedea informații lizibile care se întorc pe monitorul,programul/ Firmware-ul Grbl este configurat corect. Dacăsunt intoarse numai caractere de gunoi înapoi, trbuiesc reconfigurate setarile in cee ace priveste acest aspect.

Iată răspunsul la trei comenzi "?" (Stare curentă).

Figure 4.1.2.26

De aici, se poate începe să sa se trimita catre Grbl câteva comenzi de cod G și le va efectua. Sau se poate tasta $ pentru a obține ajutor în ceea ce privește unele dintre comenzile speciale ale lui Grbl sau cum să scrieți unele dintre setările mașinii în memoria EEPROM a lui Grbl.

Odată obisnuit si confortabil cu codul G / se poate rula un program de cod G, recomandat pentru utilizatori, una dintre numeroasele interfete grafice grozave pe care utilizatorii le-au scris pentru a transmite programele G-code în Grbl și să valorifice pe deplin toate capacitățile lui Grbl.

Laser grbl este incărcat in placa Arduino, instalat in calculator, din acest moment se poate utiliza mașina unealta foarte simplu încărcandu-se de exemplu fisiere pe care acesta le va converti in limbajul G-code.

Figure 4.1.2.27

După ce a fost deschis software-ul următorul lucru foarte important de făcut este că mașina unealtă va trebui să fi conectată la programul Laser grbl prin unul din porturile usb, deci va trebui ales portul la care mașina este conectată, in cazul de fată CNC-ul este conectat la portul ”COM5” deci va trebui selectat portul COM5. Odată selectat, conectarea nu se face decăt duă apăsarea butoului galben moment in care motoarele vor primi un impuls foarte mic, acest lucru se intamplă pt a confirma utilizatorului ca mașina a fost conectată.

Figure 4.1.2.28

Odată deschis, desigur, primul lucru pe care oricine ar vrea sa îl facă va fi acela de a încărca un fisier in program pentru observarea modului in care acesta convertește informațiile in coduri G rezultând controlarea mașinii. Aceasta are, desigur, si opoțiunea de a scrie cod-G propriu zis dar nu voi face prezentarea aceasta acum.

Figure 4.1.2.29

Acest soft, asa cum am mai spus-o, este foarte folositor deuarece pune la dispozitia utilizatorului niște caracteristici pe care eu le consider foarte utile, cum ar fi: vizualizarea in timp real al codului G pe care mașina îl execută deuarece daca intre timp va aparea o eroare se poate vizualiza codul si in felul acesta acesta poate fi corectat. Un alt aspect este ceea ce priveste setarea punctului home a sculei de prelucrare(laserul), softul ofera posibilitatea de pozitiona laserul in orice punct a zonei de lucrul ,timp in care acesta afiseaza si codul-g din spate pe care il executa, si de a seta orice punct ca ”home”, ofera posibiitatea de a modifica viteza si viteza motoarelor la apsărea unuia dintre butoanele fată-spate, stânga-dreapta dar si pe cele două diagonale.

Figure 4.1.2.30

Oferă de asemenea posibilitatea utilizatorului de a personaliza interfata grafică , desigur intr-o oarecare măsura, adăugând noi butoane care au rolul de scurtături aș putea spune, și ca rezultat este inlesnirea lucrului pe care utilizatorul îl face. Acest lucru se face dând clic dreapta in zona de jos a interfeței grafice unde scrie: ”Right click to add custom buttons”, dupa care din fereastra deschisă se va selecta din meniul deschis se alege ”Add custom button”, deschizând o nouă fereastra din care se poate allege un nou buton scriindu-I numele funcței pe care o face.

Figure 4.1.2.31

Din meniul File -> open file se va deschide o fereastra din care se poate încărca fisiere nu numai ”gcode” ci si jpg, jpeg, png si multe altele , exact ca in figura de mai jos:

Figure 4.1.2.32

Odată deschisă fereastra precum în imaginea din figura de mai sus se poate încărca un fisier, sau o imagine pentru a fi trimisă masinii cnc. Asa cum am spus mai sus din meniul ”File” se alege submeniul ”open file”. Fisierul selectat si deschis in Laser grbl poate fi modificat in ceea ce priveste contrastul, luminozitatea, numărul căilor pe care acesta le va urma si distanța dintre linii, toate acestea pentru a putea ajusta modul de gravare pentru a realiza o claritate cât mai precisă. Programul ofera diferite posibilitați de gravare de exemplu dacă voi încărca o imagine cu un scris,ca în imaginea de mai jos, softul pune la dispoziție de a alege între gravare linie dupa linie, numărul acestor linii de asemenea se poate modifica, sau modul ”vectorize” aceasta făcând sa ramână doar conturul din desenul încărcat, o altă variantă este de a alege ”centerline” , această opțiune crează o linie simplă de-alungul si pe centrul desenului/ obiectului simplificând foarte mult desenul. Toate aceste modificări se pot vedea in timp real in secțiunea denumită ”preview”, dar se poate reveni oricând si la imaginea originală pentru a se putea face comparații in orice moment astfel încât desenul gravat sa fie cat mai apropiat de cel original.

In cazul în care se va alege modul de gravare ”line to line tracing”(linie cu linie), acesta ofera libertatea utilizatorului de a alege chiar si direcția linilor pe care masina sa le facă, acestea fiind : orizontal, vertical si diagonal, in unele cazuri claritatea unei gravuri poate sa depindă foarte mult de acest aspect.

Figure 4.1.2.33

După e s-au facut modificăriele și ajustările dorite de către ulizator următorul pas este apăsarea butonului ”next” din dreapta jos pentru a merge mai departe și stabili urmatoarele setari pe care programul le pune a dispozitia utilizatorului și pentru a exercita toate demersurile necesare porniri mașinii.

Figure 4.1.2.34

Dupa selectarea butonului ”next” acesta va afisa o nouă fereastră din care se poate seta viteza cu care cnc-ul va face gravarea, aceasta măsurându-se in mm/minut. După care avem secțiunea ”Laser options” in cadrul căreia se poate seta minimul și maximul intervalului de intensitate al laserului, valori între care acesta va oscila în timpul gravării sau tăierii, in cazul de față vorbim despre gravare deuarece am selectat opțiunea ”line to line tracing” ceea ce insemnă parctic gravare asa cum se vede in imaginea de mai sus scrisul ”CNC laser”. Secțiunea următoare care se numeste ”Image Size and position” se poate face setarea dimensiunii imaginii sau desenului in milimetrii. După stabilirea setărilor prezentate mai sus, se face clic pe butonul ”create” pentru crearea codului-G corespunzător imaginii care va fi trimis mașinii CNC.

Figure 4.1.2.35

Setările necesare creării căii în cod-g au fost făcute, mașina cnc este pregtită în momentul acesta sa fie pornită pentru a crea imaginea care conține ”CNC laser ”. Mașina a fost pornită prin acționarea butonului în formă de triunghi de culoare galbenă.

Figure 4.1.2.36

Așa cum se vede în imaginea de sus mașina a fost pornită și a început să graveze, un lucru foarte interesant și care îmi place foarte mult este că se poate vedea în timp real in ce punct se afla laserul, pot de asemenea vedea și codul pe care mașina cnc il primeșe și îl executa în timp real în fereastra din partea stânga a interefeței programului. Software-ul estimează și timpul pe care îl va face pentru a grava desenul incărcat.

Figure 4.1.2.37

Rezultatul fiind în imginea de mai jos:

Figure 4.1.2.38

Concluzii

În concluzie, au fost făcuți pași mari în direcția dezvoltării componentelor necesare pentru un mecanismul de tăiere cu laser cu cost redus, dar capacitatea mașinii ar fi limitată dincolo de intențiile pe care le aveam inițial. Folosind diada laser în acest proiect mașina va fi limitată la tăierea materialelor subțiri (grosimi de 2,5 milimetrii, și mai subțiri). Capacitațile reduse de putere ale diodei laser reprezintă principalul factor limitator al potențialului de tăiere al laserului. Structurile mecanice testate în această teză reprezintă un început bun pentru proiectarea unei mașini cu costuri reduse, capabilă să ofere o poziționare precisă, dar sunt necesare îmbunătățiri înainte ca mașina să atingă obiectivele de proiectare. O metodă mai bună de transmisie a energiei laserului este problema principală care împiedică funcționarea cu succes a designului mecanic.

Dacă modelul mecanic al mașinii a fost îmbunătățit și parametrii laserului optimizați pentru a furniza o putere de ardere adecvată de către laser, mașina ar servi probabil prototipării ca metodă de planificare a aspectului mai bună decât taierea reală. Poate că mașina ar fi mai bine folosită pentru marcarea materialelor cu machete înainte de prelucrarea tradițională.

Alte utilizări pentru o diodă laser bine poziționată există și este nevoie doar de o minte creativă pentru implementarea acestora. Folosind componentele documentate în această teză, mai multe mecanisme utile pot fi proiectate folosind laserul diodă și un sistem de poziționare cu costuri reduse.

Tabel listă figuri

fig 1 5

Fig. 3.1 14

fig. 3.2.1.1 15

Figure 3.3 15

Figure 3.2.1.2 16

Figure 3.2.2.2 17

Figure 3.2.2.3 Radiatia laserului este monocromatica 18

Figure 3.2.2.4 Lățimea spectrală a radiației laser comparativ cu lărgimea naturală 19

Figure 3.2.2.5 Radiația laser este bine direcționată 20

Figure 3.2.2.6 Unghiul de împrăștiere este determinat de lungimea de undă a radiației și de diametrul aperturii 20

Figure 3.2.2.7 Reparatia obisnuita a particulelor unui corp la echilibru termodinamic, caracterizat printr-o temperature T>0 23

Figure 3.2.2.8 23

Figure 3.2.3.1 24

Figure 3.2.3.2 25

Figure 3.2.4.1 25

Figure 3.2.6.1 29

Figure 3.2.6.2 29

Figure 3.2.6.3 30

Figure 3.2.6.4 30

Figure 3.2.7.1 31

Figure 3.2.8.1 32

Figure 3.2.8.2 32

Figure 3.2.8.3 34

Figure 4.1.1 36

Figure 4.1.2 37

Figure 4.1.2.1 43

Figure 4.1.2.2 44

Figure 4.1.2.3 44

Figure 4.1.2.4 45

Figure 4.1.2.5 45

Figure 4.1.2.6 46

Figure 4.1.2.7 47

Figure 4.1.2.8 47

Figure 4.1.2.9 48

Figure 4.1.2.10 48

Figure 4.1.2.11 48

Figure 4.1.2.12 49

Figure 4.1.2.13 50

Figure 4.1.2.14 50

Figure 4.1.2.15 51

Figure 4.1.2.16 52

Figure 4.1.2.17 53

Figure 4.1.2.18 53

Figure 4.1.2.19 54

Figure 4.1.2.20 55

Figure 4.1.2.21 55

Figure 4.1.2.22 56

Figure 4.1.2.23 56

Figure 4.1.2.24 57

Figure 4.1.2.25 57

Figure 4.1.2.26 58

Figure 4.1.2.27 59

Figure 4.1.2.28 59

Figure 4.1.2.29 60

Figure 4.1.2.30 61

Figure 4.1.2.31 62

Figure 4.1.2.32 62

Figure 4.1.2.33 63

Figure 4.1.2.34 64

Figure 4.1.2.35 65

Figure 4.1.2.36 65

Figure 4.1.2.37 66

Figure 4.1.2.38 66

Bibliografie

[1] Liviu Morar:Programarea echipamentelor cnc.Editura U.T.PRESS, 2015

[2] Alan Overby: CNC Machining Handbook:Building, Programming, and Implementation, 2010

[3] Michael Fitzpatrick: Machining and CNC Technology, 2008.

[4] Peter Smid: CNC Programming Handbook: A comprehensiveGuide to practical CNC programming, Industrial Press Inc.,U.S.Edition ,2008.

[5] Dr. -Ing. Rudolf Hell Gmbh: Method for the production of printing forms, US4013831A *, 1977-03-22

[6] Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. : Electronic engraving system, US4052739A *, 1977-10-04

[7] https://en.wikipedia.org/wiki/Stepper_motor

[8] https://cam-machine.co.uk/history-of-cnc-milling-and-turning-machines/

[9] https://www.instructables.com/id/How-to-Installuse-GRBL-With-Your-Cnc-Machine/

[10] https://github.com/grbl/grbl/wiki/Using-Grbl

[11]http://web.mit.edu/2.70/2.70%202.77%20Spring%202016%20schedule%20and%20problem%20sets/2.70_arduino_grbl_instructions_2.pdf

[12] https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_numerical_control

[13]https://www.kth.se/polopoly_fs/1.686422.1550155780!/Student%20CNC%20Guide%20v0.4.pdf

[14] https://diymachining.com/diy-cnc-controller-how-to-setup-your-arduino-gshield/

[15] http://files.vladac-uvab.webnode.ro/200000361-ab31aac2a6/curs%209%20-%20Fab.A.C.pdf

[16] https://books.google.ro/books?hl=ro&lr=&id=kRsEAAAAQBAJ&oi=fnd&pg=PR3&dq=how+cnc+works&ots=5ANtmHEyed&sig=YXGeWGuG68BL5YeGc-QA2XFCVrY&redir_esc=y#v=onepage&q=how%20cnc%20works&f=false

[17] https://forum.arduino.cc/index.php?topic=20873.0

[18] https://github.com/gnea/grbl/wiki/Grbl-v1.1-Laser-Mode

[16] https://www.physics-and-radio-electronics.com/electronic-devices-and-circuits/semiconductor-diodes/laserdiode.html