+ All Categories
Home > Documents > T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel...

T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel...

Date post: 31-Aug-2019
Category:
Upload: others
View: 4 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
30
T.C. MARMARA ÜNİVERSİTESİ BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJELERİ KOMİSYON BAŞKANLIĞI Bilim Alanı Proje No FEN BİLİMLERİ FEN-YYP-250405-01041 DESIGN OF RAPID PROTOTYPING MACHINE FOR FDM TECHNOLOGY PROJE YÜRÜTÜCÜSÜ Yrd. Doç. Dr. Bülent Ekici ( Mühendislik Fakültesi) YARDIMCI ARAŞTIRICILAR ...........................................................................................(.....................................Fakültesi) ...........................................................................................(.....................................Fakültesi) ...........................................................................................(.....................................Fakültesi) İstanbul - 2007
Transcript
Page 1: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

T.C. MARMARA ÜNİVERSİTESİ

BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJELERİ KOMİSYON BAŞKANLIĞI

Bilim Alanı Proje No FEN BİLİMLERİ FEN-YYP-250405-01041

DESIGN OF RAPID PROTOTYPING MACHINE FOR FDM TECHNOLOGY

PROJE YÜRÜTÜCÜSÜ Yrd. Doç. Dr. Bülent Ekici ( Mühendislik Fakültesi) YARDIMCI ARAŞTIRICILAR ...........................................................................................(.....................................Fakültesi) ...........................................................................................(.....................................Fakültesi) ...........................................................................................(.....................................Fakültesi)

İstanbul - 2007

Page 2: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

T.C. MARMARA ÜNİVERSİTESİ

BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJELERİ KOMİSYON BAŞKANLIĞI

Bilim Alanı Proje No FEN BİLİMLERİ FEN-YYP-250405-01041

DESIGN OF RAPID PROTOTYPING MACHINE FOR FDM TECHNOLOGY

PROJE YÜRÜTÜCÜSÜ Yrd. Doç. Dr. Bülent Ekici ( Mühendislik Fakültesi) YARDIMCI ARAŞTIRICILAR ...........................................................................................(.....................................Fakültesi) ...........................................................................................(.....................................Fakültesi) ...........................................................................................(.....................................Fakültesi)

İstanbul - 2007

Page 3: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

i

İÇİNDEKİLER

ŞEKİL LİSTESİ .........................................................................................................ii

TABLO LİSTESİ .......................................................................................................ii

ÖZET........................................................................................................................... 1

ABSTRACT ................................................................................................................ 2

GİRİŞ........................................................................................................................... 3

DENEL BÖLÜM (YÖNTEM) .................................................................................. 3

FDM Teknolojisi: ................................................................................................... 3 Hızlı Prototip Sistemi Tasarımı Ve Üretimi......................................................... 5 Adım Motor, Sürücü Ve Paralel Port Arabirimi ................................................ 7 PIC Devresinin Programlanması .......................................................................... 7 Güç Kaynağı Ünitesi .............................................................................................. 8 Yazılım..................................................................................................................... 8 Mekanik Parçalar ve Montajı ............................................................................... 9

SONUÇLAR VE TARTIŞMA ................................................................................ 14

BULGULAR VE YORUM ...................................................................................... 17

REFERANSLAR...................................................................................................... 18

EKLER...................................................................................................................... 19

Sürücüler ve Paralel Port Arabirimi için parça listeleri. ................................. 19 Arabirim ve Motor Sürücülerinin Şemaları ...................................................... 20 PIC Devrelerine Yüklenen ASM Kodu .............................................................. 22 Bilyeli Mil Somunu Çizimi................................................................................... 26 Lineer Kızak Çizimi ............................................................................................. 26

Page 4: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

ii

ŞEKİL LİSTESİ

Şekil 1 FDM Çalışma Prensibi................................................................................................... 4 Şekil 2 Kasanın CAD programıyla yapılmış genel görünümü................................................... 6 Şekil 3 PIC Programlayıcı ve PIC16F628A............................................................................... 7 Şekil 4 Güç Kaynağı Şeması ...................................................................................................... 8 Şekil 5 TurboCNC yazılımı........................................................................................................ 8 Şekil 6 CAD programıyla yapılmış tasarım. .............................................................................. 9 Şekil 7 Test sırasında çekilmiş bir resim.................................................................................... 9 Şekil 8 Y ekseni elemanlarını gösteren üst görünüş. ............................................................... 10 Şekil 9 X ve Z elemanlarını gösteren yan görünüş. ................................................................. 10 Şekil 10 Y ekseni elemanlarının görünüşü............................................................................... 11 Şekil 11 X ve Z ekseni elemanlarının görünüşü. ..................................................................... 12 Şekil 12 Montajın patlamış görüntüsü. .................................................................................... 13 Şekil 13 X ekseni motor ve bilyeli mil bağlantısı. ................................................................... 14 Şekil 14 Y ekseni adım motor ve bilyeli mil bağlantısı. .......................................................... 15 Şekil 15 X ekseni için vidalı mil montajı ................................................................................. 15 Şekil 16 Test Çizimi................................................................................................................. 16 Şekil 17 Test Çizimi................................................................................................................. 16 Şekil 18 Bilyeli Mil Somunu.................................................................................................... 26 Şekil 19 HGW 20 Lineer Kızak ............................................................................................... 26

TABLO LİSTESİ

Tablo 1 Adım Motor Parametreleri ............................................................................................ 7 Tablo 2 Hassas kontrol elemanları. .......................................................................................... 12 Tablo 3 Hassasiyet Tablosu...................................................................................................... 13

Page 5: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

1

ÖZET Bu projenin amacı hızlı prototipleme teknolojisini, avantajlarını, hızlı prototipleme

(HP) makinelerinin teknolojisini, HP makinelerinin kontrolünü açıklamak ve FDM tipi bir

hızlı prototipleme makinesin tasarımı ve üretimini yapmaktır.

HP teknolojisi hakkında genel bilgiler açık bir şekilde açıklandı ve HP teknikleri

detaylı bir şekilde şematik çizimler kullanılarak tanımlandı. Her tekniğin önemli noktaları

listelendi ve avantaj-dezavantajlarından bahsedildi.

Tasarlanan makine nümerik olarak kontrol edilmeliydi. Kafanın X,Y ve Z yönlerinde

hareket etmesi için 3 hareket kaynağına ihtiyaç vardır. Step motorlar uygun fiyatları ve isabet

oranları münasebetiyle hareket kaynağı olarak seçildi. Nümerik kontrol temelleri ve step

motorlarla ilgili temel bilgiler üretime başlamadan önce açık bir şekilde anlatıldı.

Step motorların hareket kaynağı olarak seçilmesinden sonra, bu motorların sürücü

birimleri yapıldı. Bu sürücülerin aynı zamanda bilgisayar ile bağlantıya geçmesi gerekir.

Bunu sağlayabilmek için, paralel port ara yüzü üretildi. Step motorlar direk akıma(DA)

ihtiyaç duyarlar. Bu akımı sağlayabilmek için yüksek dereceli güç kaynağı ünitesi yapıldı.

Kontrolör ünitenin ve güç kaynağının bir kasaya montajından sonra, TUBOCNC programı

yön ve step miktarı için gerekli sinyalleri üretmekte kullanıldı.

Elektrik ve elektronik işlerinden sonra, FDM makinesinin şasesi çelik profiller ve sac

metal kullanılarak üretildi. Çelik profiller ve sac metaller lineer kızaklara ve vidalı millere

gerekli kaideyi oluşturmaları için birbirine kaynaklandılar. Şasenin imalatından sonra, lineer

kızaklar ve vidalı miller gerekli yardımcı parçalar ile birlikte şaseye monte edildiler. 3

dairesel hareket vidalı mil ve lineer kızaklar kullanılarak lineer harekete dönüştürüldü. Aynı

zamanda rezistanslar da sac metal gövdeye tutturuldu ve gövde özel bir seramik fiber yalıtım

malzemesiyle kaplandı. Mekanik montajın tamamlanmasından sonra step motorlar ve

sürücüler makineye eklendi.

Page 6: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

2

ABSTRACT

The aim of this project is to explain the rapid prototyping technology, advantages,

technology of rapid prototyping (RP) machines, control of RP machines and design and

produce a FDM type rapid prototyping machine.

General information about RP technology is explained clearly, and RP techniques are

described in detail with figures. Highlights of each technique listed and advantages-

disadvantages are mentioned.

The designed machine has to be numerically controlled. For the movement of head at

X, Y and Z direction three motion sources are needed. Stepper motors are chosen as motion

source because of their suitable cost and accuracy range. Numerical control principles and

basic information about stepper motors are explained clearly before starting to produce the

machine.

After the decision of stepper motors as motion source, driver units of these motors

were built. Also these drivers need to communicate with the computer. In order to achieve

this, parallel port interface card was produced. Stepper motors need direct current (DC) to

supply the direct current high rating power supply unit (PSU) was built. After the installation

of controller units and power unit to a case, TURBOCNC program was used to generate

signals for direction and step amount from parallel port.

Afterwards electric and electronic works, the chassis of the FDM machine is built

using steel profiles and sheet metal. Steel profiles are welded to each other in order to obtain

the required base for the linear guideways and ballscrews. After production of the chassis,

linear guideways and ballscrews are assembled to the chassis. Three rotary motions converted

to linear motion by using ballscrews and linear guideways. Also resistances are mounted to

the sheet metal body. And the body is covered with a special ceramic fiber isolation element.

After completion of the mechanical assembly step motors and drivers are added to the

machine.

Page 7: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

3

GİRİŞ

FDM teknolojisi Hızlı Prototipleme tekniklerinden tabaka tabaka yığma tekniğini

kullanır. Karmaşık şekillerde normal üretim zamanını %30-%50 azaltmasından dolayı önemi

büyüktür[1]. 1986 yılında stereolithography olarak bilinen hızlı prototipleme cihazının

duyurulmasıyla, dünya çapında HP makineleri olarak yeni sistemler yapılmaya başlandı ve

pazara sürüldü[2]. Hızlı Prototipleme tekniklerinden biri olan FDM modeli aşağıdan yukarıya

ABS gibi plastik malzemeleri yarı erimiş halde katman katman dökerek üretir[3]. Yüksek

verimlilik ve güvenilirliğe ulaşmak için kafanın hareketinin mikrometre hassasiyetinde

kontrol edilmesi gerekir[4]. FDM cihazlarında kafanın hareket ettirilmesi için nümerik kontrol

kullanılır. Bilgisayarda çizilmiş modelden kafanın hareket edeceği yol çıkartılır ve yolların

bulunduğu dosya makine üzerindeki kontrol kartına gönderilir. FDM tekniğini kullanan hızlı

prototipleme cihazı, kafa ünitesi, kafayı hareket ettirmek üzere yapılmış mekanik sistem,

nümerik kontrol sistemi, sıcaklık kontrol sistemi ve kasadan oluşmaktadır.

Günümüzde Türkiye hızlı prototipleme sistemlerinde ve bunların sarf malzemelerinde

sadece ihracatçı olarak bulunmaktadır. Bu projenin amacı FDM tekniğini kullanan hızlı

prototip cihazının dizaynını yapmak ve Türkiye’de üretimini gerçekleştirmektir.

DENEL BÖLÜM (YÖNTEM)

FDM Teknolojisi:

FDM teknolojisi stereolithography tekniğinden sonra en çok kullanılan hızlı

prototipleme teknolojisidir. Yaklaşık 0.15mm kalınlığındaki ABS plastikten üretilmiş tel

sarılmış şekilde depolanır(A) ve açılarak ekstrüzyon kafasına(B) gönderilir. Ekstrüzyon kafası

da yatay ve dikey olarak hareket edebilen bir tablaya (C) bağlanmıştır.

Tabla (D) üzerinde istenilen geometride hareket ettirilen ekstrüzyon kafası ABS teli

eritir ve ince tabakalar halinde yığarak katmanları oluşturur. Plastik eritici kafadan akar

akmaz sertleşerek bir alt katmana bağlanır. Tüm system plastik telin erime sıcaklığının hemen

alt seviyesinde tutulur. Bu sayede az miktarda ısı enerjisi ile ekstrüzyon kafası plastiği

eritmesi sağlanır. Bu işlem yöntemin daha kontrollü olmasını sağlar.

Page 8: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

4

Şekil 1 FDM Çalışma Prensibi

Yapı malzemesi erime sıcaklığından 0.5°C fazla ısıtılarak ekstrüzyon kafasından

çıktıktan 0.1 sn sonra soğuyup alt katmanlara yapışması sağlanır. Burada sağlanması gereken

faktörler kafanın sabit hızda hareketi ve malzemenin ekstrüzyon hızıdır. Ayrıca askıdaki parçalar

içinde bir dolgu malzemesi kullanılması gerekmektedir. En son FDM sistemleri yapı ve destek

malzemesi ne ait iki adet kafa kullanır. [6,7,8]

Bu sistemin avantajı masa üstü prototip makinesi olarak görülmesidir. Kullandığı

malzemelerin ucuz olması, zehirli olmaması, kokusuz olması ve çevreyi kirletmemesi küçük

dizayn ofislerinde yaygın olarak kullanılabilir yapmaktadır. Çeşitli renklerde ve malzemelerde yapı

maddesinin olması da avantajlarından birisidir.

Dezavantaj olarak malzeme yüzeyi SL tekniğindeki kadar düzgün değildir.

Destek malzemeleri askıdaki bölümleri taşıyabilecek şekilde üretilmeli ve aynı zamanda

parça tamamlandıktan sonra kolay bir şekilde ayrılacak şekilde üretilmiştir.

Page 9: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

5

Hızlı Prototip Sistemi Tasarımı Ve Üretimi

Hızlı prototipleme cihazı tasarım prosedüründe ilk basamak prototipleme metodunu

seçmektir. Lazer ışını, photosensitive madde ya da sadece mekanik özellikleri kullanan çok

sayıda hızlı prototipleme teknikleri vardır. Burada başarımı arttırmak üzere mekanik

özellikleri daha çok kullanan FDM tekniği seçildi.

FDM hızlı prototip cihazını dizayn ederken içermesi gereken önemli özellikler vardır.

Bunları şöyle özetleyebiliriz. X,Y ve Z ekseni olmak üzere 3 eksende hareket vardır ve

mekanik hareketin hassas ve insan hatasını minimuma indirmesi gerekmektedir. Bu özelliği

sağlamak amacıyla bilgisayarlı nümerik kontrol yöntemi gerçekleştirildi. Kontrolcü ve sinyal

üretici olarak bir PC kullanıldı. Bilgisayarın Paralel Port bağlantı noktası kullanılarak üretilen

sinyaller motor sürücülerine gönderilmek üzere öncelikle bir arabirim kartına buradan da X,Y

ve Z eksenlerini hareket ettiren motor sürücülerine gönderildi. Eksenlerde hareketi sağlamak

için DC motor, adım motor, servo motor, doğrusal yada düzlemsel motorlar kullanılabilir.

Ancak adım motorların uygun fiyatı ve uygun hassasiyet düzeyinde olması nedeniyle adım

motor kullanılması kararlaştırıldı.

Gerekli olan mekanik parçaların montajı için kasanın tasarımı yapıldı. Kasa

dizaynında maliyeti minimum seviyede tutmak için 5 mm’lik sac ve L profiller kaynaklanıp

birleştirildi. Profesyonel bir çalışmada sigma profil kullanılması daha uygun olur. Sigma

profil alüminyumdan yapılmasından dolayı hafiftir aynı zamanda geometrik şekli nedeniyle

dayanıklılığı arttırılmıştır. Sigma profillere özel bağlantı elemanları da montaj sürecini daha

kolay hale getirmektedir.

Page 10: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

6

Şekil 2 Kasanın CAD programıyla yapılmış genel görünümü.

Kasanın tasarımından ve motor seçiminden sonra motorlar için gerekli olan motor

sürücüleri yapıldı. Ayrıca bilgisayar ile bağlantıyı sağlamak üzere paralel port arabirim kartı

üretildi. Kullanılan step motorlar doğru akıma ihtiyaç duyduğundan bir güç kaynağı

hazırlandı. Tüm bunlar içinde bir bilgisayar kasası kullanılarak montajı gerçekleştirildi. G

kodlarına göre bilgisayarın sinyal oluşturması için TURBOCNC programı ücretsiz ve

kullanımı basit olduğundan dolayı kullanıldı. Program her motor için gerekli olan yön ve

adım sayısını paralel port aracılığı ile motor sürücülerine aktardı.

Elektrik ve elektronik işlerin tamamlanması sonucu motorların çalıştığı görüldü. Bir

sonraki aşama olarak bu motorların kafayı 3 eksende de hareket ettirmesi gerekmektedir.

Bunun için dönel bir hareketi lineer bir harekete çeviren vidalı mil ve ray sistemi kullanıldı.

FDM cihazlarında modelin yapıldığı ortamın sıcaklığı belirli bir sıcaklıkta olması

gerekmektedir. Bunu sağlamak üzere kasa gövdesi seramik fiber yalıtım malzemesi ile

kaplandı ayrıca kasa etrafına da rezistans yerleştirildi.

Page 11: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

7

Adım Motor, Sürücü Ve Paralel Port Arabirimi

Adım motor olarak Minebea-Matsushita Motor firmasının 23KM-C723-13V model

numaralı motorları seçildi. Aşağıda motorun özellikleri bulunmaktadır.

Tablo 1 Adım Motor Parametreleri Adım Açısı 1.8 Derece

Sürücü Sırası Bi-Polar Çalışma Akımı 2 Amper Tutma Torku 1.2 Nm

3 eksen için 3 adet adım motor sürücüsü üretildi. Her bir sürücü ikişer adet

LMD18245T motor sürücü entegresi içermektedir ve maksimum olarak 3 amper 55 Volt tepe

değerine sahiptir. Sürücü girişi olarak paralel port arabirim kartından gelen yön ve adım

sinyali kullanılır.

PIC Devresinin Programlanması

PIC16F628A entegre devresini programlamak üzere seri port kullanan bir PIC

programlayıcı kart kullanıldı. Microchip firmasının MPLAB derleyicisi ile ASM kodu (bkz.

Ekler) derlenip hex dosyası oluşturuldu. IC-Prog 1.05d program yardımıyla oluşturulan hex

dosyası entegre devrelere yüklendi. Yüklenen program mikro-adım için yazılmıştır ve adım

miktarını 8 kat arttırarak 1600adım/tur’a çıkarmaktadır. Bu sayede hassasiyet 8 kat

artmaktadır.

Şekil 3 PIC Programlayıcı ve PIC16F628A

Page 12: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

8

Güç Kaynağı Ünitesi

425 VA trafo, köprü diyot ve kondansatör şemadaki gibi bağlanıp bir güç kaynağı

yapıldı.

Şekil 4 Güç Kaynağı Şeması

Yazılım

Kontrol yazılımı olarak TURBOCNC program kullanıldı. Bu program G ve M kodlarını

okuyup adım motorlar için gereken sinyale direct olarak çevirme özelliğine sahiptir.

Şekil 5 TurboCNC yazılımı

Page 13: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

9

Mekanik Parçalar ve Montajı

Mekanik tasarımdaki ilk aşama makinenin çalışma alanının ve hacminin

kararlaştırılmasıdır. Genel olarak FDM cihazlarının çalışma alanı 254x254x254 mm dir. Fakat

daha büyük prototiplerin yapılabilmesi için çalışma alanı 800x800x600mm olarak tasarlandı.

5 mm kalınlıktaki sac makine kasasının üretimi için kullanıldı. Gereken platformu

oluşturmak için saclar kaynak ve vidalar yardımıyla birleştirildi. CAD programıyla yapılmış

resim aşağıda görüldüğü gibidir.

Şekil 6 CAD programıyla yapılmış tasarım.

Şekil 7 Test sırasında çekilmiş bir resim.

Page 14: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

10

Hassas bir hareket kontrolü için doğrusal kızaklar ve vidalı miler figürdeki gibi

montajı yapılmıştır.

Şekil 8 Y ekseni elemanlarını gösteren üst görünüş.

Şekil 9 X ve Z elemanlarını gösteren yan görünüş.

Lineer Kızaklar-

Vidalı Mil Y Adım Motor Y

Vidalı Mil Z

Vidalı Mil X

Lineer Kızak

Adım Motor

Adım Motor

Page 15: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

11

Sistemde HIWIN-HGW20C CZAH model lineer kızaklar kullanıldı. Her bir kızak

2000 kg yükü hassas bir şekilde taşıma kapasitesine sahiptir. Vidalı miller 20 mm çapa ve 5

mm hatve ye sahiptir.

Lineer kızakların ve vidalı millerin montajından sonraki makinenin kesit görüntüleri

şu şekilde tasarlanmıştır.

Şekil 10 Y ekseni elemanlarının görünüşü

Page 16: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

12

Şekil 11 X ve Z ekseni elemanlarının görünüşü.

Her eksen için kullanılan parçaların listesi aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Tablo 2 Hassas kontrol elemanları. EKSEN LINEER KIZAK VİDALI MİL ADIM MOTOR KASNAK

X 1 1 1 1 Y 2 1 1 1 Z 2 1 1 1

Page 17: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

13

Şekil 12 Montajın patlamış görüntüsü.

Vidalı millerin, adım motorların ve kasnakların özellikleri harektin hassasiyetini direct

olarak etkilemektedir. Teorik olarak hassasiyet hesabı aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Tablo 3 Hassasiyet Tablosu

Adım/Tur Vidalı Mil Hatve (mm)

Kasnak Oranı

Hassasiyet (mm)

Hassasiyet (Micron)

Full-Step 200 5 3,66 0,00683 6,83 Half-Step 400 5 3,66 0,00341 3,41 1/4 Step 800 5 3,66 0,00170 1,70 1/8 Step 1600 5 3,66 0,0000853 0,853

Sistem ağır bir yük taşımadığından seçilen step motorların torque yeterli olmuştur.

Ancak daha hızlı bir system için step motor ve sürücülerinin değiştirilmesi gerekmektedir.

Y-Ekseni

X-Ekseni

Z-Ekseni

Page 18: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

14

SONUÇLAR VE TARTIŞMA

Bu projede geleceğin üretim tekniklerinden Hızlı Prototipleme incelenmiş HP

teknolojisi ve teknikleri, sayısal kontrol yöntemleri, step motorlar, bilyeli vidalar ve doğrusal

yataklar açıklanmıştır.

Mekanik parçaların tasarımı CAD yazılımı ile yapılmıştır. Şasi mekanik parçalar için

yeterli desteği sağlayacak şekilde tasarlanmış ve üretilmiştir. 5 mm kalınlıktaki çelik

levhaların birbirine monte edilmesinde kaynak ve vidalama yöntemleri kullanılmıştır.

Makinenin dış boyutları 1400x1400x2000mm, hareketli çalışan kısmı ise 800x800x600

mm’dir. Makinenin iç yüzeyleri üretimde uygun olan iç sıcaklığın korunması amacıyla

yalıtım malzemesi ile kaplanmış, makineye 3x400 Watt gücündeki rezistanslar monte edilmek

suretiyle sıcaklık kontrol sistemi tasarlanmıştır. Kolay ve kesin hareketin sağlanması amacıyla

uygun doğrusal yataklar ve bilyeli vidalar seçilerek şasiye monte edilmiştir. Motor sürücüleri

güvenilir açık kaynak sürücü devre şemalarından faydalanılarak üretilmiştir. Step motorlar

şasiye monte edilmiş ve bilyeli vidalara gerekli bağlantıları yapılmıştır.

Bilgisayara bağlantı paralel portlardan ve arabirim kartlardan sağlanmıştır. Bu

bağlantılar yapıldıktan sonra sistem test edilmiştir. Test sırasında çekilmiş resimler aşağıdadır.

Şekil 13 X ekseni motor ve bilyeli mil bağlantısı.

Page 19: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

15

Şekil 14 Y ekseni adım motor ve bilyeli mil bağlantısı.

Şekil 15 X ekseni için vidalı mil montajı

Page 20: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

16

Şekil 16 Test Çizimi

Şekil 17 Test Çizimi

Page 21: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

17

BULGULAR VE YORUM

Projenin sonucunda, hızlı prototipleme teknolojileri ve teknikleri, nümerik kontrol

esasları, adım motorlar, vidalı miller ve lineer kızaklar hakkında bilgiler açıklanmıştır.

Cihaz için gereken kasa üretimi yapılmış olup sıcaklık kontrolü için yalıtılmıştır.

Rezistanslar gövdeye monte edilip sıcaklık kontrol sistemi tasarlanmıştır. Mekanik parçaların

montajı yapılıp kasaya yerleştirilmiştir. Bunun yanında elektrikli ve elektronik parçalar

üretilip kasaya yerleştirilmiştir.

Sonuç olarak kafa ünitesi proje sırasında üretilemese de 3 eksenli CNC sistem

üretilmiş olup problemsiz bir şekilde çalışmaktadır.

Page 22: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

18

REFERANSLAR

[1] K. Thrimurthulu , Pulak M. Pandey , N. Venkata Reddy, Optimum part deposition

orientation in fused deposition modeling, International Journal of Machine Tools &

Manufacture 44(2004) 585–594

[2] P.F. Jacobs, Stereolithography and other RP&M Technologies: from Rapid Prototyping to

Rapid Tooling, SME, Dearbon, MI, 1995. ISBN 0-87263-467-1.

[3] B.H. Lee, J. Abdullah, Z.A. Khan, Optimization of rapid prototyping parameters for

production of flexible ABS object, Journal of Materials Processing Technology 169 (2005)

54–61

[4] J.M. Rieber, D.G. Taylor, Integrated control system and mechanical design of a compliant

two-axes mechanism, Mechatronics 14 (2004) 1069–1087

[5] D.T. Pham, R.S. Gault, A comparison of rapid prototyping technologies, Pergamon,

international Journal of Machine Tools & Manufacture 38 (1998) 1257-1287,

[6] S. Au, P.K. Wright, A comparative study of rapid prototyping technology, Proceedings

ASME Winter Conference, New Orleans, November 1993, vol. 66, pp. 73-82.

[7] Stratasys Inc., Fused deposition modelling for fast, safe plastic models, 12th Annual

Conference on Computer Graphics, Chicago, April 1991, pp. 326-332.

[8] Stratasys Inc., FDM-1650, Stratasys Inc., 14950 Martin Drive, Eden Prairie, Minneapolis

55344-2020, U.S.A., 1996.

[9] ST Application Note – Stepper Motor Driving

http://www.st.com

[10] Geckodrive Inc. – Stepper Motor White Papers

http://www.geckodrive.com

[11] New Japan Radio Co. (JRC) – Stepper Motor Basics

http://www.njr.co.jp

[12] Anaheim Automation – Introduction to Stepper Motor Systems

http://www.anaheimautomation.com

[13] Douglas W. Jones – Control of Stepping Motors

http://www.cs.uiowa.edu/~jones/step

[14] Ö.Bentürk, “Preliminary Design And Control Of A Rapid Prototyping Machine”,

Engineering Project, İstanbul, 2005.

Page 23: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

19

EKLER Sürücüler ve Paralel Port Arabirimi için parça listeleri.

Adım motor sürücüsü için parça listesi.

Resistors 5 x 10K 1/4W (R5, R6, R7, R8, R9) 2 x 20K 1/4W (R1, R3) 5 x 220R 1/4W (R10, R11, R12, R13, R14) 2 x 20K 1/4W (R2, R4) Capacitors 2 x 2.2nF MKT (C1, C3) 2 x 500pF Ceramic (C2, C4) 2 x 1uF 100V MKT (C5, C7) 2 x 470uF 63V Electro (C6, C8) 1 x 100uF 16V Electro (C9) 2 x 10nF MKT (C10, C11) Semiconductors 5 x 3mm LED (LED1, LED2, LED3, LED4, LED5) 1 x PIC16F628A (U1) 2 x LMD18245 (U2, U3) Others 1 x 6 pin 0.1" Locking Header (CONN1) 3 x 2 way PCB Mount Screw Terminal (CONN2, M1 x 2) 1 x 10 way DIL Header (CONN3) 1 x 4 way 8 pin DIL Switches (U4) 1 x 20MHz 3 pin resonator (X1)

Paralel Port arabirimi için parça listesi.

Resistors 5 x 10K 1/4W (R1, R2, R3, R4, R5) Capacitors 2 x 470uF 63V Electro (C1, C3) 1 x 1uF 100V MKT (C2) Others 1 x 26 way DIL Header (CONN5) 4 x 10 way DIL Header (CONN1, CONN2, CONN3, CONN4) 4 x 4 way DIL Header (S7 to S14) 1 x LM7805 regulator 7 x 2 way PCB Mount Screw Terminal (S1 to S7)

Page 24: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

20

Arabirim ve Motor Sürücülerinin Şemaları

Page 25: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

21

Page 26: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

22

PIC Devrelerine Yüklenen ASM Kodu TITLE "PICStep V1.01" LIST R=DEC INCLUDE "p16f628a.inc" __CONFIG _CP_OFF & _WDT_ON & _HS_OSC & _PWRTE_ON & _LVP_OFF & _BOREN_ON & _MCLRE_OFF ; Registers CBLOCK 0x020 step mode timeout_reg timeout:2 temp _w _status _fsr _pclath ENDC ; Macros INC16 MACRO DST ; 16 bit increment macro for use in the timeout routines incfsz (DST), w decf (DST)+1, f incf (DST)+1, f movwf (DST) iorwf (DST)+1, w ENDM ; Mainline Start org 0 goto Mainline ; Interupt Start org 4 Interupt ; Save Current Context movwf _w movf STATUS, w bcf STATUS, RP1 bcf STATUS, RP0 movwf _status movf FSR, w movwf _fsr movf PCLATH, w movwf _pclath clrf PCLATH ; Interrupt service routine btfsc INTCON, INTF call INTB0 ; Call INTBO interrupt handler btfsc PIR1, TMR2IF call TIMEOUT ; Call TIMEOUT interrupt handler ; Reset Current Context movf _pclath, w movwf PCLATH movf _fsr, w movwf FSR movf _status, w movwf STATUS swapf _w, f swapf _w, w retfie

Page 27: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

23

INTB0 ; Handle interupt on RB0 clrf timeout ; Reset timeout timer and register clrf timeout+1 clrf timeout_reg ; Advance the index position movf mode, w ; Load the current mode call MODE_TABLE ; Get the advance value for this mode movwf temp ; Store for later btfss PORTB, 1 ; Check on the direction pin (RB1) goto $ + 4 ; If set jump to dec addwf step, w ; Add the current position to the current mode value movwf step ; Update step goto $ + 3 subwf step, w ; Subtract the current position to the current mode value movwf step ; Update step ; Process stepA movlw 32 ; Check if step has overflowed the edge of the table subwf step, w btfsc STATUS, Z clrf step movf temp, w ; Check if step has under flowed the edge of the table sublw 32 subwf step, w btfsc STATUS, C subwf step, f movf step, w ; Reload step into w call STEP_TABLE ; Get the result from the table andlw B'00001111' ; Mask out the upper nibble movwf PORTA ; Output the lower nibble to PORTA ; Process stepB movf step, w ; Reload step into w sublw 7 ; Check if we're greater than position 7 where B rolls over btfsc STATUS, C goto $ + 4 movlw 8 ; step is > 8 so B has rolled over subwf step, w ; Subtract 8 from step to get stepB goto $ + 3 movf step,w ; step is < 8 so B hasn't rolled over addlw 24 ; Add 24 to step to get stepB call STEP_TABLE ; Get the result from the table movwf temp ; Store the result in a temp register ready for rotation rlf temp, f rlf temp, w andlw B'11111100' ; Mask out the un-needed bits movwf PORTB ; Output to PORTB bcf INTCON, INTF ; Clear RB0 Interrupt flag return TIMEOUT ; Handle motor timeout TMR2 interrupt and return ASAP

Page 28: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

24

bsf timeout_reg, 7 ; Set the timeout bit so the count can increment bcf PIR1, TMR2IF ; Clear TMR2 Interrupt flag return PAGE Mainline ; Initialize Variables clrf step clrf mode clrf temp clrf timeout clrf timeout+1 clrf timeout_reg ; Setup I/O ports / Timers / Interrupts clrf PORTA ;Initialize PORTA clrf PORTB ;Initialize PORTB movlw (1 << CM0) | (1 << CM1) | (1 << CM2) movwf CMCON ; Turn comparators off and enable pins for I/O bcf STATUS, RP1 bsf STATUS, RP0 ;Select Bank1 movlw B'11110000' ;Set RA<0:3> as outputs movwf TRISA ^ 0x080 movlw B'00000011' ;Set RB<2:7> as outputs movwf TRISB ^ 0x080 movlw (1 << INTEDG) ;Setup Interrupt Edge movwf OPTION_REG ^ 0x080 movlw (1 << TMR2IE) ; Enable TMR2 Interrupt movwf PIE1 ^ 0x080 bcf STATUS, RP0 ;Select Bank0 movlw B'01111111' ; Setup TMR2 1:16 pre and post scalar and enable movwf T2CON movlw (1 << GIE) | (1 << INTE) | (1 << PEIE)

; Enable global interrupts, perph and RB0 Interrupts movwf INTCON Loop clrwdt ; Clear the watchdog timer ; Monitor mode switches btfsc PORTA, 4 goto $ + 3 bsf mode, 0 goto $ + 2 bcf mode, 0 btfsc PORTA, 5 goto $ + 3 bsf mode, 1 goto $ + 2 bcf mode, 1 ; Motor timeout counter btfss timeout_reg, 7 ; Check to see if a timeout interrupt has occurred goto Loop ; Timeout interrupt occured updated counter bcf timeout_reg, 7 ; Reset the Interrupt flag

Page 29: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

25

INC16 timeout ; Increment timeout value movwf timeout ; Test if the timeout value has overflowed btfss STATUS, Z goto Loop movwf timeout+1 btfss STATUS, Z goto Loop incf timeout_reg ; Increase the timeout reg ; Check we've been around the 4 times of the 16 bit counter (~5 minutes 45 seconds @ 20MHz) btfss timeout_reg, 2 goto Loop ; Timeout! clrf PORTA ; Reset PORTA and PORTB to turn off the motors clrf PORTB ; The next INTB0 will awaken them again goto Loop ; 1/8 Step Table STEP_TABLE addwf PCL, 1 retlw B'00011111' ; 1 --- A Start -- 1/4 -- 1/2 -- 1 retlw B'00011111' ; 0.98 retlw B'00011110' ; 0.92 -- 1/4 retlw B'00011101' ; 0.83 retlw B'00011011' ; 0.70 -- 1/4 -- 1/2 retlw B'00011001' ; 0.55 retlw B'00010110' ; 0.38 -- 1/4 retlw B'00010011' ; 0.19 retlw B'00000000' ; 0 -- 1/4 -- 1/2 -- 1 retlw B'00000011' ; 0.19 retlw B'00000110' ; 0.38 -- 1/4 retlw B'00001001' ; 0.55 retlw B'00001011' ; 0.70 -- 1/4 -- 1/2 retlw B'00001101' ; 0.83 retlw B'00001110' ; 0.92 -- 1/4 retlw B'00001111' ; 0.98 retlw B'00101111' ; 1 -- 1/4 -- 1/2 -- 1 retlw B'00101111' ; 0.98 retlw B'00101110' ; 0.92 -- 1/4 retlw B'00101101' ; 0.83 retlw B'00101011' ; 0.70 -- 1/4 -- 1/2 retlw B'00101001' ; 0.55 retlw B'00100110' ; 0.38 -- 1/4 retlw B'00100011' ; 0.19 retlw B'00110000' ; 0 --- B Start -- 1/4 -- 1/2 -- 1 retlw B'00110011' ; 0.19 retlw B'00110110' ; 0.38 -- 1/4 retlw B'00111001' ; 0.55 retlw B'00111011' ; 0.70 -- 1/4 -- 1/2 retlw B'00111101' ; 0.83 retlw B'00111110' ; 0.92 -- 1/4 retlw B'00111111' ; 0.98 MODE_TABLE addwf PCL, 1 retlw 0x001 retlw 0x002 retlw 0x004 retlw 0x008 end

Page 30: T.C. MARMARA ÜN VERS TES BLMSEL ARA TIRMA … filet.c. marmara Ünİversİtesİ bİlİmsel araŞtirma projelerİ komİsyon baŞkanliĞi bilim alanı proje no

26

Bilyeli Mil Somunu Çizimi

Şekil 18 Bilyeli Mil Somunu

Lineer Kızak Çizimi

Şekil 19 HGW 20 Lineer Kızak


Recommended