| Abstract | Razvoj upravljačke jedinice za 3-osnu glodalicu je kompleksan inženjerski zadatak koji uključuje integraciju hardvera, softvera i mehaničkih komponenti. Razvoj počinje s razumijevanjem funkcionalnih zahtjeva glodalice [1]. U ovom slučaju, 3-osna glodalica ima sposobnost da se kreće u tri osi: X, Y i Z. Svaka os kontrolirana je zasebnim motorom. Upravljačka jedinica, koja se često naziva i kontroler, mora biti u stanju da precizno upravlja tim motorima kako bi se postigao željeni rezultat obrade.
Hardverski elementi upravljačke jedinice uključuju mikrokontroler ili mikroprocesor, servo upravljač (engl. driver), senzore za povratne informacije itd [2]. Mikrokontroler je "mozak" upravljačke jedinice, on interpretira ulazne signale i šalje upute motorima preko upravljača. Senzori pružaju povratne informacije o položaju i brzini pomicanja svake osi, omogućavajući mikrokontroleru da vrši korekcije kako bi osigurao precizno pozicioniranje i vođenje alata. Softverski dio razvoja uključuje programiranje mikrokontrolera. Ovo uključuje implementaciju algoritama za interpretaciju G-koda, univerzalnog jezika za CNC strojeve, interpolatora te kontrolu motora i obradu signala sa senzora [3]. Za potrebe upravljanja i testiranja rada algoritama razvijeno je korisničko sučelje za upravljanje strojem, što je ovdje i učinjeno. Mehaničke komponente uključuju same motore, remenske prijenose i druge komponente koje omogućavaju pogone sve tri osi. Njihov izbor i dizajn su od ključne važnosti za preciznost i pouzdanost stroja.
Kroz iterativni proces dizajna, testiranja i optimizacije, razvija se upravljačka jedinica koja omogućava precizno, pouzdano i efikasno upravljanje 3-osnom glodalicom. Ova vrsta razvoja zahtijeva interdisciplinarni pristup, uključujući znanja i iskustvo iz područja elektronike, računarstva, strojarstva i sl [1]. Glavni zahtjev koji je stavljen pri izradi je implementacija algoritama upravljačke jedinice čiji razvoj je opisan od najniže razine i upravljanje servo sustavom starije proizvodnje koji nema mogućnosti i izbor komunikacijskih protokola kao moderni sustavi, što dodatno otežava sam postupak.
Teorijski dio rada opisuje povijesni razvoj, vrste i načine upravljanja CNC upravljačkih jedinica. Dan je pregled i opis CNC glodalica, te, usporedba mogućnosti CNC glodalica ovisno o broju upravljanih osi. Navedeni su CNC strojevi s obzirom na broj upravljanih osi gibanja alata i/ili obratka. Nadalje, opisani su interpreter, interpolator i petlje povratne veze.
Eksperimentalni dio zaokružuje teorijski dio rada, uz detaljniji opis razvoja interpretera, interpolatora, funkcioniranja i testiranja petlji povratnih petlji i sl. Opisana je simulacija koja prikazuje realni stroj [4] modeliran u programskome alatu za 3D CAD modeliranje [5] i ubačen u programski alat za simuliranje robotskih sustava [6]. Opisano je projektiranje procedure implementacije i testiranja razvijenog sustava na realnom CNC stroju [4]. Na samom kraju rada, napisan je komentar i zaključak na dobivene rezultate eksperimenta. Eksperiment se sastoji od testiranja, odnosno puštanja u rad realnog servo motora, upravljanog pomoću vlastitog razvijenog upravljanja [7]. Prikazano je razvijeno vlastito grafičko sučelje [7] (engl. GUI - Graphical User Interface) za prikaz odziva servo motora na zadane ulazne vrijednosti [7]. Također su stvoreni algoritmi kojima se dokazuje, unutar simulacijog okruženja Coppelia Robototics [6], rad istih. U simulacijski alat je ubačen modelirani CNC stroj, istovjetan realnome stroju, na koji je uspješno implementirana razvijena upravljačka jedinica [8].
Prikaz uspješnosti rada testirane upravljačke jedinice prikazano je referencom [7] ili linkom: https://drive.google.com/drive/folders/1Cq4svDRRnwjmpJoTMTzkUB8ATyP4E7f2?usp=drive_link |
| Abstract (english) | Development of a control unit for the 3-axis milling machine is a complex engineering task involving the integration of hardware, software and mechanical components in one system. It begins with understanding of the functional requirements of the milling machine [1]. In this case, the 3-axis milling machine has the ability to move in axis directions: X, Y and Z. Each axis is driven by a separate motor. The control unit, often called a controller, must be able to precisely control these motors in order to achieve the desired machining result.
The hardware elements of the control unit include a microcontroller or microprocessor, electronic circuits for controlling the operation of the motor (driver units), sensors for feedback informations and other [2]. The microcontroller is the main part of the control unit, it interprets the input signals and sends instructions to the motors via the driver units. The sensors provide feedback information on the position and speed of movement of each axis, allowing the microcontroller to make corrections to ensure precise positioning. The software part of the development involves programming the microcontroller. This includes the implementation of algorithms for the interpretation of G-code, the universal language for CNC machines, and motor control with sensor signal processing [3]. Also, a user interface for controlling the machine was developed. Mechanical components include the motors, gears and other components that enable the milling machine to be driven in three axes, precisely. Choice and design of these components are of crucial importance for the overall precision and reliability of the CNC machine.
Through an iterative process of design, testing and optimization, a control unit is developed that enables precise, reliable and efficient control of the 3-axis milling machine. This type of development requires an interdisciplinary approach, including knowledge and experience in the fields of electronics, computing and mechanical engineering [1].
The main requirement set during the creation is the implementation of the control unit algorithms whose development is described from the lowest level, and the management of an older production servo system that lacks capabilities and choice of communication protocols like modern systems, which further complicates the process
The theoretical part of the work describes the historical development, types and ways of controlling CNC control units. An overview and description of CNC milling machines is given, as well as a comparison of the possibilities of CNC milling machines depending on the number of controlled axes. Complete list of CNC machines with regard to the number of controlled axes of movement of the tool and/or workpiece are shown. Furthermore, the interpreter, interpolator and feedback loops are described in this thesis. The experimental part completes the theoretical part of the work, with a more detailed description of the development of the interpreter, interpolator, functioning and testing of feedback loops. A simulation is described with a real machine [4], modeled in a software tool for 3D CAD modeling [5] and inserted into the software tool for simulating mechatronic machines and systems [6]. The design of the procedure of implementation and testing of the developed system on a real CNC machine is described [4].
At the very end of the thesis, a comment and conclusion is written on the obtained results of the experiment. The experiment consists of testing, i.e. putting into operation, a real servo motor, controlled using a self-developed control [7]. Developed graphical interface [7] is shown for presenting the response of the servo motor to the given input values [7]. Algorithms were also created to prove their operation within the Coppelia Robotics [6] simulation environment. A modeled CNC machine, identical to the real machine, was imported into the simulation tool, on which the developed control unit was successfully implemented [8]. |
